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Fragestellung: Die Verwendung von Knochenersatzmaterialien zur Applikation von Wachstumsfaktoren, vor allem aus der Familie der bone morphogenetic proteins (BMPs) hat sich für die Stimulation der Knochenneubildung bewährt. Die Nachverfolgung von Neoangiogenese im Heilungsverlauf beim Einsatz dieser Faktoren wird aber aufgrund der hohen Röntgendichte erschwert. In einer kürzlich veröffentlichten Studie konnte gezeigt werden, dass eine Mutante des pro-angiogenen Wachstumsfaktors growth/differentiation factor 5 (GDF-5) mit neu erworbener BMP1A-Rezeptor Affinität (BB-1) zu einer Stimulation der Knochenneubildung in langen Röhrenknochendefekten des Kaninchens führt, die dem klinischen Standard BMP-2 überlegen ist (Biomaterials 2013, 24:5926-36). Da BB-1 im Vergleich zur BMP-2 Behandlung eine erhöhte Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sekretion induzierte, war es naheliegend, dass BB-1 pro-angiogene Eigenschaften von GDF-5 mit verbesserten osteogenen Eigenschaften vereint. Ziel der vorliegenden Studie war die quantitative Untersuchung der Neoangiogenese im Tiermodell zu frühen Zeitpunkten nach Behandlung mit BMP-2, GDF-5 und BB-1.

Methodik: Am Radius von Kaninchen (n=44) wurde ein 15 mm langer Knochendefekt gesetzt, in den ein Kollagenschwamm mit 50 μg BMP-2, GDF-5 oder einer GDF-5 Mutante (BB-1) eingebracht wurde. Kontrolltiere erhielten nur den Träger. Nach 7 und 14 Tagen Standzeit erfolgte die Auswertung der Knochenneubildung mittels in vivo μ-CT sowie, nach in vivo Perfusion der Gefäße mit Kontrastmittel, anschließender Knochenexplantation und Dekalzifizierung eine ex vivo μ-CT Angiographie.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Vorgehensweise ermöglichte die Visualisierung und Quantifizierung der Vaskularisierung in hoher Auflösung. Sieben Tage nach Wachstumsfaktor-Applikation zeigten nur die mit BB-1 und GDF-5 behandelten Defekte eine signifikant höhere Neoangiogenese gegenüber Kontrolltieren. Am Tag 14 wurde diese für alle Wachstumsfaktoren deutlich. Die kumulative Auswertung erbrachte für das Gefäßvolumen einen signifikanten Vorteil von GDF-5 (3,8-fach, p=0,049) sowie BB-1 (3,9-fach, P=0,007) gegenüber BMP-2. Jeder der Wachstumsfaktoren zeigte nach 14 Tagen signifikant mehr neues Knochenvolumen gegenüber der Kontrollgruppe (p<0,01). Die durch BB-1 induzierte Knochenneubildung war signifikant erhöht gegenüber GDF-5 (p<0,01).

Zusammengefasst stimulierten die Wachstumsfaktoren nachhaltig die Neoangiogenese während der Knochenneubildung. Im Vergleich zu BMP-2 wird dieser Effekt bei BB-1 und GDF-5 früher deutlich. Nur BB-1 verbindet die Vorteile einer frühen Neoangiogenese mit einer ausgeprägten Stimulation der Osteogenese die in einer besseren Knochenarchitektur resultiert. Aus diesem Grund stellt die Applikation von BB-1 einen vielversprechenden Ansatz zur Heilung von Röhrenknochendefekten kritischer Größe dar.