Autoantibodies against growth factors and their receptors in fracture healing

Abstract

Die Knochenregeneration während der Frakturheilung beinhaltet das Zusammenspiel von Wachstumsfaktoren. In einigen Patienten kommt es zu einer verzögerten oder unvollständigen Heilung. Die Gründe hierfür sind bisher nicht komplett verstanden. Neutralisierende Autoantikörper (aAB) gegen Wachstumsfaktoren oder deren Rezeptoren könnten den Heilungsprozess verzögern und potentiell beeinträchtigen In dieser Arbeit wurden 265 Frakturpatienten analysiert. Autoantikörper gegen IGF1 Rezeptor, Insulin Rezeptor, BMP7, BMP2, IGF1 und (Pro)Insulin wurden in den Seren dieser Frakturpatienten gemessen. In Frakturpatienten wurden in 5% der Seren aAB gegen den IGF1R und in 6% gegen den IR gefunden. Das Auftreten von IGF1R- und IR-aAB wurde nicht induziert und war nicht mit dem Heilungsergebnis assoziiert. BMP7-aAB wurden in 1-2,5% gesunder Probanden und Frakturpatienten, die nicht mit rhBMP7 behandelt wurden, detektiert. Patienten, die mit rhBMP7 behandelt wurden, zeigten ein höheres Auftreten der BMP7-aAB Positivität mit 6% zum Zeitpunkt der Operation und 18% vier Wochen nach der Operation. BMP2-aAB wurden in 2% der gesunden Kontrollen und 6% der mit rhBMP7-behandelten Frakturpatienten entdeckt. Bei der Charakterisierung des biologischen Effekts der BMP7-aAB durch einen zell-basierten Reporter-Assay, zeigte sich ein neutralisierender Effekt in Proben mit hohem BMP7-aAB Titer. Als das wichtigste Kriterium für klinische Relevanz wurde die Konsolidierung untersucht. Das Vorhandensein von BMP-aAB wurde nicht signifikant mit der Konsolidierung in Zusammenhang gebracht. Zusammenfassend wurden neue diagnostische Assays zur Detektion von aAB gegen Wachstumsfaktoren und deren Rezeptoren generiert und angewandt um aAB in Seren von Frakturpatienten zu messen. Keiner der identifizierten aAB war negativ mit dem Heilungsprozess assoziiert. Bedenken bezüglich der Sicherheit von rhBMP7 Behandlungen sind berechtigt, da die Anwendung aAB gegen BMP7 induziert, die den BMP7-Signalweg blockieren.

Regeneration of bone during fracture healing includes concerted actions of growth factors. Some fractures show delayed healing or non-union due to as yet unknown reasons. Neutralizing autoantibodies (aAB) against growth factors or their receptors might influence and potentially impair the bone healing capacity. In this study, a cohort of 265 fracture patients with different treatment regimen and healing outcomes were analysed. Autoantibodies against IGF1 receptor, insulin receptor, BMP7, BMP2, IGF1 and (pro)insulin were measured in sera of these fracture patients. The prevalence of aAB against IGF1R and IR was 5% and 6% in fracture patients, respectively. The appearance of IGF1R- and IR-aAB was not induced by the surgical intervention and was unrelated to the healing outcome. BMP7-aAB were found in 1-2.5% of healthy subjects and in fracture patients that were not treated with rhBMP7. Patients that had received rhBMP7 treatment showed a higher incidence of BMP7-aAB positivity of 6% at surgery and 18% four weeks post surgery. BMP2-aAB were found in 2% of healthy controls and 6% of the fracture patients that were treated with rhBMP7. Characterizing the biological effect of BMP7-aAB in a cell-based reporter assay, a neutralizing effect was observed for samples with high titres. As the most relevant clinical outcome, the criterion consolidation was analysed defining whether the fracture gap was closed after six months or not. The presence of BMP-aAB was not significantly associated with the healing outcome. In summary, novel diagnostic assays for the detection and quantification of growth factor and receptor aAB were generated and used to determine aAB in sera from fracture patients. None of the identified aAB were negatively associated with the regeneration process or healing outcome. Ongoing concerns regarding the safety of rhBMP7 treatment are justified as the biological treatment induces aAB against BMP7 that block the BMP signal transduction.