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Fragestellung: Bone Morphogenic Proteins (BMPs) spielen eine Schlüsselrolle in der Knochenbildung. Die Gabe von BMP7 (OP-1) fördert die Knochenbildung nach komplexen Frakturen. Jedoch führten die hohen Therapiekosten, andauernde Sicherheitsbedenken sowie eine hohe Ausfallrate dazu, dass BMP7 vom Markt genommen wurde. Mit dem Ziel spezifische Genexpressionsmuster zu identifizieren welche eine Vorhersage über das individuelle Therapie-ansprechen ermöglicht, untersuchten wir die Auswirkung der BMP7-Behandlung auf primäre humane Ostoblasten von 110 Spendern.

Methodik: Primäre humane Osteoblasten wurden aus spongiösem Knochen mittels Kollagenaseverdau isoliert, expandiert und in Anwesenheit von 50 ng/ml BMP7 osteogen differenziert. Die Viabilität wurde mittels Resazurinumsatz, Osteoblastenfunktion mittels AP Aktivität bestimmt. Osteoklasten wurden mit Hilfe des Osteobalstenkulturüberstandes aus THP-1 Zellen gewonnen und durch die TRAP Aktivität charakterisiert. Genexpressionsprofile wurden mittels RT-PCR erstellt. Die statistische Auswertung erfolgte mit Hilfe der GraphPad Prism Software (Kruskal Wallis Test gefolgt von Dunn's Multiplem Vergleichstests / p < 0,05).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Basierend auf unseren Daten konnten wir 3 Respondergruppen identifizieren: (i) 52,7% der Spender zeigten eine signifikant erhöhte AP Aktivität nach BMP7 Stimulation. Diese Spender zeigten die geringste basale Expression von BMP7 und Wnt Rezeptoren, Transkriptionsfaktoren und Inhibitoren. Allerdings wurde die Expression von Alk6, SOST und RANKL durch die BMP7 Behandlung signifikant induziert. (ii) 21,8% der Spender zeigten eine signifikant erhöhte Viabilität nach BMP7 Stimulation. Diese Spender exprimieren konstant hohe Spiegel von SOST und RANKL. (iii) In den verbleibenden 25,5% der Spender hatte die BMP7 Gabe keinen direkten Einfluss auf die Viabilität oder AP Aktivität. Diese Spender zeigten die höchste basale Expression der BMP7 und Wnt Rezeptoren und Transkriptionsfaktoren sowie des Pseudorezeptors BAMBI. Des Weiteren zeigten diese Spender eine geringe basale Expression von SOST und RANKL. In allen Spendern zeigte sich eine positive Korrelation dieser beiden Faktoren. So konnten Spender mit geringer SOST und RANKL Expression nur wenige THP-1 Zellen zu Osteoklasten differenzieren.

Mit Hilfe unserer Daten konnte wir 3 Gruppen von Spendern identifizieren welche alle, zum Einen direkt durch Stimulation der Osteoblasten, zum Anderen indirekt durch Inhibierung der Osteoklastogenese, von der BMP7 Behandlung profitieren können. Ausschlaggebend dafür ist deren individuelles Genexpressionsprofil von BAMBI, SOST, Alk6, Smad4 und RANKL. Basierend auf dem Wissen der individuellen Genexpressionsprofile könnte die klinische Anwendung von BMP7 den individuellen Bedürfnissen des Patienten, nach vermehrter Knochenbildung oder verminderter Knochenresorption, angepasst werden.