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Fragestellung: Bone morphogenetic proteins (BMPs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Proliferation und Reifung von Osteoblasten. Seit einigen Jahren werden BMP-2 und BMP-7 klinisch angewendet. Trotz der nachgewiesenen positiven Effekten dieser rekombinanten humanen (rh)BMPs bei der Behandlung von Pseudarthrosen, ist die Anwendung mit hohen Kosten verbunden. Darüber hinaus existieren Berichte über Komplikationen (vertebrale Osteolyse, Radikulopathie, Weichteilschwellung) und hohe Ausfallraten. Adenovirale Überexpression verschiedener BMPs zeigte, dass BMP9 eines der potentesten osteogenen BMPs ist. Allerdings konnte BMP9 lange nicht als rekombinantes Protein hergestellt werden, wodurch wenig über dessen direkte biologische Funktion bekannt ist. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, die osteogenen Effekte von rhBMP9, im Vergleich zu rhBMP2 und rhBMP7, auf humane Osteoblasten zu untersuchen.

Methodik: Primäre humane Osteoblasten wurden durch Kollagenaseverdau aus Spongiosa von Patienten gewonnen (Ethikgenehmigung 364/2012BO2). Als Kontrolle dienten murine prämyoblastische Vorläuferzellen (C2C12 Zellen). Die Zellen wurden mit rhBMP2, rhBMP7 oder rhBMP9 stimuliert. Als funktionelle Parameter wurden Viabilität/Proliferation, Alkalische Phosphatase (AP) Aktivität sowie Bildung mineralisierter Matrix (von Kossa und Alizarin Rot Färbung) bestimmt. Genexpressionsänderungen wurden mittels RT-PCR bestimmt. Die Ergebnisse der Gruppen wurden mittels ANOVA verglichen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Durchschnitt induzieren alle drei eingesetzten rhBMPs die Proliferation oder AP-Aktivität der primären humanen Osteoblasten. In beiden Fällen wird dadurch mehr Phosphat für die Bildung Mineralisierter Matrix bereitgestellt. Interessanterweise, mussten von rhBMP9 (5-10 ng/ml) weit weniger Protein eingesetzt werden um vergleichbare Ergebnisse zu rhBMP2 (50-100 ng/ml) und rhBMP7 (50-100 ng/ml) zu erreichen. Allerdings entspricht die Ausfallrate den klinischen Berichten und es konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den 3 untersuchten rhBMPs ermittelt werden. Die Ausfallrate scheint indirekt im Zusammenhang mit die Aktivierung (kanonisch und nicht-kanonisch) des Wnt Signalweges zu stehen, da es in der Respondergruppe signifikante Unterschiede in der Genexpression der bekannten Wnt Inhibitoren SOST, DKK1 und DKK2 gibt. Dies wird bestätigt durch Versuche mit C2C12 Zellen, in welchen der Zellkulturüberstand der Osteoblasten die Effekte von rhBMP9 neutralisierte.

Zusammenfassend, bestätigen unsere Ergebnisse die Annahme, dass rhBMP9 eine potentere Alternative zu rhBMP2 und rhBMP7 darstellt, da für vergleichbare Effekte nur ca. 1/10 des rekombinanten Proteins benötigt wurde. Allerdings zeigte rhBMP9 in vitro dieselbe Ausfallrate wie rhBMP2 und rhBMP7. Bedingt durch die Regulation der Wnt Inhibitoren SOST, DKK1 und DKK2 scheint die Ausfallrate indirekt im Zusammenhang mit der Aktivierung des Wnt Signalweges zu stehen. Durch die genaue Identifizierung dieser Mechanismen könnte die BMP Therapie weiter optimiert werden.