Stimulation primärer Osteoblastenkulturen mit rh-TGF-ß, rh-bFGF, rh-BMP 2 und rx-BMP 4 in einem In-vitro-Modell

Zusammenfassung

Der Knochenstoffwechsel wird auf vielfältige Weise von Hormonen und lokal sezernierten Wachstumsfaktoren beeinflusst. Die „bone morphogenetic proteins“ (BMP), als Vertreter der letzteren Gruppe zeichnen sich gegenüber anderen Wachstumsfaktoren durch ihre Fähigkeit zur ektopen Knochenneubildung aus. Ziel unserer Untersuchung war die Überprüfung des Proliferations- und Differenzierungsverhaltens osteoblastenähnlicher Zellen nach Stimulation mit unterschiedlichen Wachstumsfaktoren, die einen Einfluss auf den Knochenstoffwechsel haben. Zu diesem Zweck wurden humane primäre Osteoblastenkulturen mit rekombinant hergestelltem rx-BMP 4 des Frosches (Xenopus laevis), rekombinant hergestelltem humanem rh-BMP 2, transforming growth factor-ß (TGF-ß) und Fibroblastenwachstumsfaktor (b-FGF) jeweils in zwei unterschiedlichen Dosierungen (10 und 50 ng/ml) inkubiert. Die Zellproliferationsrate wurde anhand eines kolorimetrischen MTT [3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromid] Assay bestimmt, das Ausmaß der Zelldifferenzierung wurde anhand der Enzymaktivität der Alkalischen Phosphatase gemessen. Rx-BMP-4 induzierte die Zelldifferenzierung humaner Osteoblasten in gleichem Maße wie rh-BMP 2, wohingegen die Zugabe von rh-b-FGF in gleicher Konzentration keine Wirkung auf die Zelldifferenzierung zeigte. Rh-b-FGF führte jedoch, verglichen mit nichtstimulierten Zellen, zu einer signifikanten Zunahme der Zellproliferation. Weder rx-BMP 4 noch rh-BMP 2 hatten einen proliferationssteigernden Effekt auf primäre humane Osteoblasten. TGF-ß beeinflusste signifikant günstig die Zellproliferation und noch deutlicher die Zelldifferenzierung. Die equipotente Wirkung des rekombinant hergestellten humanen BMP 2 und des rekombinanten BMP 4 des Xenopus laevis auf die Zelldifferenzierung und -proliferation primärer humaner Osteoblastenkulturen legt den Schluss nahe, dass entweder die Zielzellen Rezeptoren für BMP 2 und BMP 4 besitzen oder aber, dass beide BMP mit annähernd der gleichen Affinität an den selben Rezeptor binden.

Summary

Bone metabolism is influenced by systemic and local acting hormons. Bone morphogenetic proteins (BMPs) as representatives of the latter substances are known to have the ability for ectopic bone formation. Within this study, we investigated the influence of different growth factors on the proliferation- and differentiation rate of osteoblast-like cells. For that purpose, human osteoblast-like cells (HPOC) were incubated in the presence of either recombinant BMP-4 of the genome of xenopus laevis (rxBMP-4), recombinant human BMP 2 (rhBMP-2), transforming growth factor-ß (TGF-ß) or basic fibroblast growth factor (rh-bFGF) in two different concentrations each (10 ng/ml and 50 ng/ml). Cell proliferation was measured within a MTT [3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromid] assay, the amount of cell differentiation by the activity of alcaline phosphatase. Rx-BMP-4 induced a differentiation of HPOC to almost the same extent as rhBMP-2, whereas the addition of rh-bFGF, applied at the same concentration, failed to have any influence on cell differentiation. However, rh-bFGF provoked an increase in cell proliferation when compared with unstimulated HPOC, while rhBMP-2 and rxBMP-4 showed no effect on proliferation. TGF-ß influenced bone proliferation as well as differenciation significantly. The equipotent effect of recombinant human BMP-2 and recombinant BMP-4 obtained from Xenopus laevis with regard to differentiation and proliferation of human primary osteoblast-like cells originates either in the fact that target cells have receptors for BMP 2 as well as BMP 4, or that both BMP's link to the same receptor with almost the same affinity.