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Fragestellung: Zur Behandlung großer Knochendefekte kann neben autologem Gewebe und Knochenersatzstoffen der Einsatz von Differenzierungsfaktoren notwendig sein. So wurde beispielsweise Bone Morphogenetic Protein-7 (BMP-7) klinisch sowie in experimentellen Ansätzen verwendet, wobei vor allem die klinischen Ergebnisse bezüglich seiner Wirksamkeit kontrovers diskutiert werden. In aktuellen Studien konnte gezeigt werden, dass die systemische Expression von Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) signifikant mit der erfolgreichen Behandlung von Pseudarthrosen korreliert, was die besondere Rolle von IGF-1, besonders im Zuge der Konsolidierung vormals therapierefraktärer Defekte, unterstreicht. Bislang gibt es keine Daten bezüglich eines direkten Vergleichs des osteoinduktiven Potenzials von IGF-1 und BMP-7 in aufsteigender Konzentration bei lokaler Anwendung. In dieser Studie wurden daher der Einfluss beider Differenzierungsfaktoren auf zwei Subtypen humaner mesenchymaler Stammzellen (MSC), die aus Reaming-Debris des Femurs (RMSC) und Beckenkammaspirat (BMSC) isoliert wurden, untersucht.

Methodik: RMSC und BMSC von sechs Spenderpatienten wurden nach Isolation in osteogene Differenzierung überführt, wobei das Nährmedium der Zellen mit aufsteigenden Konzentrationen (0, 100, 200, 400, 800, 1600 und 6400 ng/ml) IGF-1 bzw. BMP-7 versetzt wurde. Korrelate osteogener Differenzierung wurden an Tag 7 und 14 mittels Bestimmung der Menge extrazellulär abgelagerten Calciums durch Alizarinrot-Färbung untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Generell reagierten BMSC auf Stimulation durch IGF-1 sensibler verglichen zu RMSC: so konnten signifikante Unterschiede bezüglich der extrazellulären Calciumablagerung an Tag 7 verglichen mit einer unstimulierten Kontrollgruppe bereits ab 100 ng/ml gemessen werden, RMSC zeigten diese Signifikanz erst ab 400 ng/ml. Bei Stimulation mit BMP-7 wiederum zeigten BMSC erst ab 6400 ng/ml eine signifikant höhere Differenzierung, RMSC ebenfalls ab 400 ng/ml. Im direkten Vergleich von IGF-1 und BMP-7 zeigte sich eine signifikant höhere Calciumablagerung bei mittels IGF-1 stimulierten BMSC an Tag 7 für die Konzentrationen 400 und 800 ng/ml sowie an Tag 14 für 200, 400, 800 und 1600 ng/ml.

IGF-1 stimuliert in niedriger bis mittlerer Dosierung die osteogene Differenzierung von MSC in-vitro signifikant stärker als BMP-7. Ebenfalls weisen die Ergebnisse auf einen Unterschied zwischen den einzelnen MSC-Subtypen hin, in diesem Fall zeigt sich eine sensitivere Reaktion von BMSC auf IGF-1 im Vergleich zu RMSC, die wiederum besser auf Stimulation durch BMP-7 reagieren. Es sollten die verantwortlichen zellulären Eigenschaften objektiviert werden, die das unterschiedliche Ansprechen auf Stimulationsreize erklären könnten. Möglicherweise könnte IGF-1 in Zukunft ergänzend oder alternativ zu BMP-7 als Wachstumsfaktor bei der Behandlung therapieresistenter Pseudarthrosen eingesetzt werden.