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Fragestellung: Rekombinante BMPs sind, neben dem Goldstandard autologes Knochentransplantat, klinisch zur Behandlung kritischer Knochendefekte im Einsatz. Ihre Anwendung in überhöhten Konzentrationen kann zu erheblichen Nebeneffekten führen, die eine kritische Diskussion des Einsatzes von BMPs nach sich gezogen haben [1]. Wünschenswert wären somit Therapieoptionen, die bei geringerer Konzentration bereits effektive Heilungsergebnisse erlauben. Ziel war es, zum einen mögliche Alternativen zu rhBMP2 und rhBMP7, zum anderen den Einsatz geringerer Konzentrationen zur erfolgreichen Knochendefektheilung zu testen. Wir untersuchten GDF5 und eine GDF5-Variante mit erhöhter biologischer Aktivität aufgrund einer Noggin-Resistenz im Vergleich zu BMP2 als Stimuli für die Knochendefektheilung.

Methodik: Weiblichen SD-Ratten wurde ein standardisierter, nicht-heilender Defekt am linken Femur gesetzt und mit einem externen Fixateur stabilisiert. Die Tiere erhielten zur Defektregeneration eine niedrige Konzentration (5 µg) an rhBMP2, rhGDF5 und der rhGDF5-Variante. Die Stimuli wurden mit Hilfe eines Kollagenschwammes (Lyostypt) im kritischen Defekt platziert. Ein Kollagenschwamm mit Pufferlösung wurde in der Kontrollgruppe eingesetzt. Der Defektbereich wurde mittels in vivo MicroCT nach zwei, vier und sechs Wochen sowie histologisch und histomorphometrisch nach sechs Wochen post-OP analysiert. Die Ergebnisse wurden mit Daten einer Studie verglichen, in welcher die hier untersuchten Wachstumsfaktoren (BMP2, GDF5, GDF5-Variante) mit einer zehnfach höheren Dosis im kritischen Defektmodell appliziert wurden.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: BMP2 führte bereits nach 2 Wochen sowohl mit der geringen als auch der zehnfach höheren Dosis zu einem komplett überbrückten Defekt, wobei das Kallusvolumen in der Gruppe der niedrigen Dosis reduziert war. Nach Applikation der GDF5-Variante kam es sowohl mit der geringen (in Woche 2) als auch mit der hohen Konzentration (in Woche 4) zu einer Defektüberbrückung. Zudem war eine vergleichbare Knochenmenge gegenüber BMP2 zum 6 Wochen-Zeitpunkt zu verzeichnen. Bei GDF5 zeigte bereits die geringere Dosis eine vollständige Überbrückung zum 4 Wochen-Zeitpunkt, während bei der zehnfach höheren Dosis nach 4 Wochen eine beginnende endostale Heilung sichtbar wurde.

Auch bei der geringen Dosis zeigen GDF5 und ihre Variante vergleichbar zu BMP2 einen vollständig knöchern überbrückten Defekt. Beide Stimuli stellen somit potentielle Kandidaten zur Behandlung kritischer Defekte in Röhrenknochen dar. Es zeigte sich eine unerwartete Dosis-Abhängigkeit der Wachstumsfaktoren, die bei GDF5 in geringerer Dosis zu einer wesentlich besseren Heilung führte. Die Studie zeigt deutlich das Potential alternativer Stimuli, die auch in sehr viel geringeren Dosen einen Heilungseffekt aufweisen können.