Um, In-Woong;Ku, Jeong-Kui;Lee, Bu Kyu;Yun, Pil-Young;Lee, Jeong Keun;Nam, Jeong-Hun
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제45권3호
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pp.123-128
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2019
Demineralized dentin matrix (DDM) has been used as a recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) carrier in many clinical trials. To optimize the clinical safety and efficacy of rhBMP-2 with DDM, efforts have been made to improve the delivery of rhBMP-2 by 1) lowering the administered dose, 2) localizing the protein, and 3) prolonging its retention time at the action site as well as the bone forming capacity of the carrier itself. The release profile of rhBMP-2 that is associated with endogenous BMP in dentin has been postulated according to the type of incorporation, which is attributed to the loosened interfibrillar space and nanoporous dentinal tubule pores. Physically adsorbed and modified, physically entrapped rhBMP-2 is sequentially released from the DDM surface during the early stage of implantation. As DDM degradation progresses, the loosened interfibrillar space and enlarged dentinal tubules release the entrapped rhBMP-2. Finally, the endogenous BMP in dentin is released with osteoclastic dentin resorption. According to the postulated release profile, DDM can therefore be used in a controlled manner as a sequential delivery scaffold for rhBMP-2, thus sustaining the rhBMP-2 concentration for a prolonged period due to localization. In addition, we attempted to determine how to lower the rhBMP-2 concentration to 0.2 mg/mL, which is lower than the approved 1.5 mg/mL.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제40권6호
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pp.291-296
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2014
Objectives: Bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ) is a side effect of bisphophonate therapy that has been reported in recent years. Osteoclastic inactivity by bisphosphonate is the known cause of BRONJ. Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) plays an important role in the development of bone. Recombinant human BMP-2 (rhBMP-2) is potentially useful as an activation factor for bone repair. We hypothesized that rhBMP-2 would enhance the osteoclast-osteoblast interaction related to bone remodeling. Materials and Methods: Human fetal osteoblast cells (hFOB 1.19) were treated with $100{\mu}M$ alendronate, and 100 ng/mL rhBMP-2 was added. Cells were incubated for a further 48 hours, and cell viability was measured using an MTT assay. Expression of the three cytokines from osteoblasts, receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL), osteoprotegerin (OPG), and macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), were analyzed by real-time polymerase chain reaction and enzyme-linked immunosorbent assay. Results: Cell viability was decreased to $82.75%{\pm}1.00%$ by alendronate and then increased to $110.43%{\pm}1.35%$ after treatment with rhBMP-2 (P<0.05, respectively). OPG, RANKL, and M-CSF expression were all decreased by alendronate treatment. RANKL and M-CSF expression were increased, but OPG was not significantly affected by rhBMP-2. Conclusion: rhBMP2 does not affect OPG gene expression in hFOB, but it may increase RANKL and M-CSF gene expression.
Yu-Jeong Baek;Jin-Ho Lee;Hyo-Jeong Kim;Bok-Joo Kim;Jang-Ho Son
Journal of Korean Dental Science
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제17권1호
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pp.45-52
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2024
Purpose: To investigate the 5-year outcome of dental implants placed in a grafted maxillary sinus using recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2). Materials and Methods: We retrospectively analyzed 27 implants after maxillary sinus floor augmentation (MSFA) using rhBMP-2 in 16 patients between January 2016 and March 2017. The study evaluated two outcome variables: (1) 5-year cumulative survival and success rate of the implant after functional loading and (2) marginal bone loss (MBL) for implant failure. Results: The average residual bone height was 4.78±1.53 mm. The healing period before loading was 8.35±2.34 months. The crown-to-implant ratio was 1.31±0.26. The 5-year cumulative survival and success rate after functional loading were 100% and 96.3%, respectively. The 5-year average MLB was 0.89±0.82 mm. Conclusion: Placing dental implants with MSFA using rhBMP-2 is a reliable procedure with favorable long-term survival and success rates.
We tested the bone regenerating capacity and histologic response of bioresorbable matrix-type implant, which was made with Poly(lactide-co-glycolide)(PLGA) and bone apatite for the carrier of bone morphogenetic protein(BMP). The critical size defect of 8mm in diameter was created at the calvaria of SD rats(n=18), and repaired with polymer implant with $15{\mu}g$ of rhBMP-2(n=9) or without it(n=9). At 2 weeks, 1 months after implantation, the animals were sacrificed(3 animals at every interval and group) and histologically evaluated. The calvarial defect which was repaired with polymer with BMP healed with newly formed bone about 70% of total defect. But that without BMP showed only 0 to under 30% bony healing. Inflammatory response was absent in both group through the experimental period, but there's marked foreign body giant response though it was a little less significant in polymer with BMP group. As the polymer was resorbed, the space was infiltrated and replaced by fibrovascular tissue, not by bone. In conclusion, our formulation of bioresorbable matrix implant loaded with bone morphogenetic protein works good as a bone regenerating material. However, it is mandatory to devise our system to have better osteoinductive and osteoconductive property, and less multinucleated giant cell response.
Fractures in the horse industry are challenging and a common cause of death in racehorses. To accelerate fracture healing, tissue engineering (TE) provides promising ways to regenerate bone tissues. This study aimed to evaluate the osteogenic effects of biphasic calcium phosphate collagen (BCPC) graft, bone morphogenetic protein 2 (BMP2), mesenchymal stem cell (MSC), and platelet-rich plasma (PRP) treatments in horses. Four thoroughbred horses were included in the study, and, in each horse, three cortical defects with a diameter of 5 mm and depth of 10 mm were formed in the third metacarpal bones (MC) and metatarsal bones (MT). The defects were randomly assigned to one of six treatment groups (saline, BCPC, BMP2, MSC, PRP, and control). Injections of saline, BMP2, PRP, or MSCs were made at 1, 3, and 5 weeks after defect surgery. Bone regeneration effects were assessed by radiography, quantitative computed tomography (QCT), micro-computed tomography (μCT), histopathological, and histomorphometric evaluation. The new bone ratio (%) in the histomorphometric evaluation was higher in the BMP2 group than in the control and saline groups. Radiographic and QCT values were significantly higher in the BCPC groups than in the other groups. QCT values of the BMP2 group were significantly higher than in the control and saline groups. The present study demonstrated that BCPC grafts were biologically safe and showed osteoconductivity in horses and the repeated injections of BMP2 without a carrier can be simple and promising TE factors for treating horses with bone fractures.
Bone morphogenetic proteins (BMPs), belonging to the transforming growth factor-${\beta}$ superfamily, regulate many cellular activities including cell migration, differentiation, adhesion, proliferation and apoptosis. Use of recombinant human bone morphogenic protein-2 (rhBMP-2) in oral and maxillofacial surgery has seen a tremendous increase. Due to its role in many cellular pathways, the influence of this protein on carcinogenesis in different organs has been intensively studied over the past decade. BMPs also have been detected to have a role in the development and progression of many tumors, particularly disease-specific bone metastasis. In oral squamous cell carcinoma - the tumor type accounting for more than 90% of head and neck malignancies- aberrations of both BMP expression and associated signaling pathways have a certain relation with the development and progression of the disease by regulating a range of biological functions in the altered cells. In the current review, we discuss the influence of BMPs -especially rhBMP-2- in the development and progression of oral squamous cell carcinoma.
Purpose: Bone morphogenetic protein-2(BMP-2) has been shown to possess significant osteoinducitve potential. There have been attempts to overcome a limitation of mass production, and economical efficiency of BMP. The aim of this study was to produce recombinant human BMP-2(rhBMP-2) from E. coli in a large scale and evaluate its biological activity. Materials and Methods: The E.coli strain BL21(DE3) was used as a host for rhBMP-2 production. Dimerized rhBMP-2 was purified by affinity chromatography using Heparin column. To determine the physicochemical properties of the rhBMP-2 expressed in E. coli, we examined the HPLC profile and performed Western blot analysis. The effect of the purified rhBMP-2 dimer on osteoblast differentiation was examined by alkaline phosphatase (ALP) activity and representing morphological change using C2C12 cell. Results: E. coli was genetically engineered to produce rhBMP-2 in a non-active aggregated form. We have established a method which involves refolding and purifying a folded rhBMP-2 dimer from non-active aggregates. The purified rhBMP-2 homodimer was characterized by SDS-PAGE as molecular weight of about 28kDa and eluted at 34% acetonitrile, 13.27 min(retention time) in the HPLC profile and detected at Western blot. The purified rhBMP-2 dimer stimulated ALP activity and induced the transformation from myogenic differentiation to osteogenic differentiation. Conclusion: rhBMP-2 was produced in E. coli using genetic engineering. The purified rhBMP-2 dimer stimulated ALP activity and induced the osteogenic differentiation of C2C12 cells.
Bone morphogenetic proteins(BMPs) are regarded as members of the transforming growth $factor-{\beta}$ superfamily with characteristic features in their amino acid sequences. A number of studies have demonstrated the biologic activities of BMPs, which include the induction of cartilage and bone formation. Recently there was a attempt to overcome a limitation of mass production, and economical efficieny of rh-BMPs. The method producing PTD by using bacteria have advantages of acquiry a mass of proteins. Hences, a new treatment which deliver protein employed by protein transduction domain(PTD) has been tried. The purpose of this study was to evaluate the bone regenerative effect of TATBMP-2 and TAT-HA2-BMP-2 employed by PTD from HlV-1 TAT protein for protein translocation in the rat calvarial model. An 8mm calvarial, critical size osteotomy defect was created in each of 32 male Spraque-Dawley rats(weight $250{\sim}300g$). The animals were divided into 4 groups of 32 animals each (4 animals/group/healing interval). The defect was treated with TATBMP-2/ACS(Absorbable collagen sponge) (TATBMP-2 0.1mg/ml), TAT-HA2-BMP-2/ACS(TAT-HA2-BMP-2 0.1mg/ml), ACS alone or left untreated for surgical control(negative control). The rats were sacrificed at 2 or 8 weeks postsurgery, and the results were evaluated histologically. The results were as follows: New bone formation were not significantly greater in the TATBMP-2/ACS group relative to negative, and positive control groups. New bone was evident at the defect sites in TAT-HA2-BMP-2/ACS group relative to negative, positive control and TATBMP-2 groups. There were a little bone regeneration in TATBMP-2 groups. While, enhanced local bone formation were observed in TAT-HA2-BMP-2 group. But, The results was not the same in all rat defects. Therefore, further investigations are required to develop a method. which disperse homogenously, and adhere to target cells.
Objectives: The effects of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and enamel matrix derivative (EMD) respectively with mineral trioxide aggregate (MTA) on hard tissue regeneration have been investigated in previous studies. This study aimed to compare the osteogenic effects of MTA/BMP-2 and MTA/EMD treatment in MC3T3-E1 cells. Materials and Methods: MC3T3-E1 cells were treated with MTA (ProRoot, Dentsply), BMP-2 (R&D Systems), EMD (Emdogain, Straumann) separately and MTA/BMP-2 or MTA/EMD combination. Mineralization was evaluated by staining the calcium deposits with alkaline phosphatase (ALP, Sigma-Aldrich) and Alizarin red (Sigma-Aldrich). The effects on the osteoblast differentiation were evaluated by the expressions of osteogenic markers, including ALP, bone sialoprotein (BSP), osteocalcin (OCN), osteopontin (OPN) and osteonectin (OSN), as determined by reverse-transcription polymerase chain reaction analysis (RT-PCR, AccuPower PCR, Bioneer). Results: Mineralization increased in the BMP-2 and MTA/BMP-2 groups and increased to a lesser extent in the MTA/EMD group but appeared to decrease in the MTA-only group based on Alizarin red staining. ALP expression largely decreased in the EMD and MTA/EMD groups based on ALP staining. In the MTA/BMP-2 group, mRNA expression of OPN on day 3 and BSP and OCN on day 7 significantly increased. In the MTA/EMD group, OSN and OCN gene expression significantly increased on day 7, whereas ALP expression decreased on days 3 and 7 (p < 0.05). Conclusions: These results suggest the MTA/BMP-2 combination promoted more rapid differentiation in MC3T3-E1 cells than did MTA/EMD during the early mineralization period.
Choi, Eun Joo;Kang, Sang-Hoon;Kwon, Hyun-Jin;Cho, Sung-Won;Kim, Hyung Jun
Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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제36권3호
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pp.94-102
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2014
Purpose: This study aims to validate the effect of autoclaved autogenous bone (AAB), incorporating Escherichia coli-derived recombinant human bone morphogenetic protein-2 (ErhBMP-2), on critical-sized, segmental radius defects in rabbits. Delivery systems using absorbable collagen sponge (ACS) and fibrin glue (FG) were also evaluated. Methods: Radius defects were made in 12 New Zealand white rabbits. After autoclaving, the resected bone was reinserted and fixed. The animals were classified into three groups: only AAB reinserted (group 1, control), and AAB and ErhBMP-2 inserted using an ACS (group 2) or FG (group 3) as a carrier. Animals were sacrificed six or 12 weeks after surgery. Specimens were evaluated using radiology and histology. Results: Micro-computed tomography images showed the best bony union in group 2 at six and 12 weeks after operation. Quantitative analysis showed all indices except trabecular thickness were the highest in group 2 and the lowest in group 1 at twelve weeks. Histologic results showed the greatest bony union between AAB and radial bone at twelve weeks, indicating the highest degree of engraftment. Conclusion: ErhBMP-2 increases bony healing when applied on AAB graft sites. In addition, the ACS was reconfirmed as a useful delivery system for ErhBMP-2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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