본 논문은 integral equation-fast Fourier transform(IE-FFT)과 block matrix preconditioner(BMP)를 이용하여 침투 가능한 구조물의 전자기 산란 문제를 다룬다. IE-FFT는 모멘트 법(the method of Moments : MoM)에 의해 형성된 행렬방정식의 해를 계산하기 위하여 반복법의 연산량을 상당히 개선할 수 있다. 또한 전기적으로 커다란 구조물로부터 형성된 행렬방정식에 BMP가 적용된 반복법을 적용하면 반복 횟수를 크게 줄여 행렬방정식의 해를 빠르게 계산할 수 있다. 수치해석 결과는 IE-FFT와 BMP를 적용하여 침투 가능한 구조물의 전자기 산란 문제를 빠르고 정확하게 계산할 수 있음을 보여준다.
Carthamus tinctorius L.is known to improve fracture healing, and bone morphogenetic proteins (BMPs) are associated with the formation and healing process of bone. BMP-2 and BMP-7 are two of the most important BMPs during the bone healing process. Human osteosarcoma MG63 cells and rats were used to determine the effects of Carthamus tinctorius L. extract (CTE) on BMP-2 gene expression. BMP-2 gene expression by CTE treatment in human osteosarcoma MG63 cells was not different from the control group until 8 hours of incubation, but was significantly higher, by 31%, than that of the control group at 16 hr of incubation. Microscopic findings of the 9th rib 3 weeks after fracture showed typical rimming of the osteoblast and immature bone formation in control and CTE groups. BMP-2 gene expression by in situ hybridization was remarkably increased by a CTE-supplemented diet in the fracture group compared to the control group. In conclusion, Carthamus tinctorius L. increased BMP-2 gene expression in human osteosarcoma cells and fractured bone. But further studies would be needed to elucidate the effect of CTE on fracture healing in vivo because our results did not show any evidence of healing improvement histologically $3^{rd}$ week after fracture.
Jin, Eun-Sun;Kim, Ji Yeon;Lee, Bora;Min, JoongKee;Jeon, Sang Ryong;Choi, Kyoung Hyo;Jeong, Je Hoon
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제61권5호
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pp.559-567
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2018
Objective : The aim of this study was to evaluate the effect for biodegradable screws containing bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) in an osteoporotic rat model. Methods : Twenty-four female Wistar rat (250-300 g, 12 weeks of age) were randomized into four groups. Three groups underwent bilateral ovariectomy (OVX). Biodegradable screws with or without BMP-2 were inserted in the proximal tibia in two implantation groups. The extracted proximal metaphysis of the tibiae were scanned by exo-vivo micro-computed tomography. Evaluated parameters included bone mineral density (BMD), trabecular bone volume (BV/TV), trabecular number, trabecular thickness, and trabecular separation (Tb.Sp). The tibia samples were pathologically evaluated by staining with by Hematoxylin and Eosin, and trichrome. Results : Trabecular formation near screw insertion site was evident only in rats receiving BMP-2 screws. BMD and BV/TV significantly differed between controls and the OVX and OVX with screw groups. However, there were no significant differences between control and OVX with screw BMP groups. Tb.Sp significantly differed between control and OVX and OVX with screw groups (p<0.05), and between the OVX and OVX with screw BMP group (p<0.05), with no statistically significant difference between control and OVX with screw BMP groups. Over the 12 weeks after surgery, bone lamellae in direct contact with the screw developed more extensive and thicker trabecular bone around the implant in the OVX with screw BMP group compared to the OVX with screw group. Conclusion : Biodegradable screws containing BMP-2 improve nearby bone conditions and enhance ostoeintegration between the implant and the osteoporotic bone.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제43권6호
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pp.373-387
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2017
Objectives: The purpose of this study was to introduce our three experiments on bone morphogenetic protein (BMP) and its carriers performed using the critical sized segmental defect (CSD) model in rat fibula and to investigate development of animal models and carriers for more effective bone regeneration. Materials and Methods: For the experiments, 14, 16, and 24 rats with CSDs on both fibulae were used in Experiments 1, 2, and 3, respectively. BMP-2 with absorbable collagen sponge (ACS) (Experiments 1 and 2), autoclaved autogenous bone (AAB) and fibrin glue (FG) (Experiment 3), and xenogenic bone (Experiment 2) were used in the experimental groups. Radiographic and histomorphological evaluations were performed during the follow-up period of each experiment. Results: Significant new bone formation was commonly observed in all experimental groups using BMP-2 compared to control and xenograft (porcine bone) groups. Although there was some difference based on BMP carrier, regenerated bone volume was typically reduced by remodeling after initially forming excessive bone. Conclusion: BMP-2 demonstrates excellent ability for bone regeneration because of its osteoinductivity, but efficacy can be significantly different depending on its delivery system. ACS and FG showed relatively good bone regeneration capacity, satisfying the essential conditions of localization and release-control when used as BMP carriers. AAB could not provide release-control as a BMP carrier, but its space-maintenance role was remarkable. Carriers and scaffolds that can provide sufficient support to the BMP/carrier complex are necessary for large bone defects, and AAB is thought to be able to act as an effective scaffold. The CSD model of rat fibula is simple and useful for initial estimate of bone regeneration by agents including BMPs.
Bone morphogenetic protein-7 (BMP-7) is one of important growth factors for skeletal development and bone growth. In this work, BMP-7 was efficiently expressed in recombinant Bacillus subtilis. The mature BMP-7 protein indicated molecular weight of 15.4 kDa by Western blot assay and was secreted into culture medium with 0.35 ng/mL. The extracellular and intracellular rhBMP-7 proteins were purified by using a FPLC system with an ion exchange column and a gel filtration column. The extracellular and intracellular rhBMP-7 proteins had finally a 57.1% purity and a 36.2% purity, respectively. The purified rhBMP-7 proteins showed an intact biological activity which stimulated alkaline phophatase (ALP) activity in MC3T3-E1 cells.
Here, we investigated whether hyperglycemia and/or free fatty acids (palmitate, PAL) affect the expression level of bone morphogenic protein 4 (BMP4), a proatherogenic marker, in endothelial cells and the potential role of BMP4 in diabetic vascular complications. To measure BMP4 expression, human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were exposed to high glucose concentrations and/or PAL for 24 or 72 h, and the effects of these treatments on the expression levels of adhesion molecules and reactive oxygen species (ROS) were examined. BMP4 loss-of-function status was achieved via transfection of a BMP4-specific siRNA. High glucose levels increased BMP4 expression in HUVECs in a dose-dependent manner. PAL potentiated such expression. The levels of adhesion molecules and ROS production increased upon treatment with high glucose and/or PAL, but this eff ect was negated when BMP4 was knocked down via siRNA. Signaling of BMP4, a pro-inflammatory and pro-atherogenic cytokine marker, was increased by hyperglycemia and PAL. BMP4 induced the expression of inflammatory adhesion molecules and ROS production. Our work suggests that BMP4 plays a role in atherogenesis induced by high glucose levels and/or PAL.
Bone morphogenetic protein-4 (BMP-4) is considered to have therapeutic potential for various diseases, including cancers; however, the high expression of biologically active recombinant human BMP-4 (rhBMP-4) needed for its manufacture for therapeutic purposes has yet to be established. In the current study, we established a recombinant Chinese hamster ovary (rCHO) cell line overexpressing rhBMP-4 as well as a production process using 7.5-l bioreactor (5 L working volume). The expression of the mature rhBMP-4 was significantly enhanced by recombinant furin expression. The combination of a chemically defined medium and a nutrient supplement solution for high expression of rhBMP-4 was selected and used for bioreactor cultures. The 11-day fed-batch cultures of the established rhBMP-4-expressing rCHO cells in the 7.5-L bioreactor produced approximately 32 mg/l of rhBMP-4. The mature rhBMP-4 was purified to homogeneity from the culture supernatant using a two-step chromatographic procedure, resulting in a recovery rate of approximately 55% and a protein purity greater than 95%. The N-terminal amino acid sequences and N-linked glycosylation of the purified rhBMP-4 were confirmed by N-terminal sequencing and de-N-glycosylation analysis, respectively. The mature purified rhBMP-4 has been proved to be functionally active, with an effective dose concentration of $EC_{50}$ of 2.93 ng/ml.
Jin, Eun-Sun;Kim, Ji Yeon;Yang, Jung-Mo;Kim, Jun-Sub;Min, JoongKee;Jeon, Sang Ryong;Choi, Kyoung Hyo;Moon, Gi-Seong;Jeong, Je Hoon
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제65권2호
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pp.204-214
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2022
Objective : Osteoporosis result from age-related decline in the number of osteoblast progenitors in the bone marrow. Probiotics have beneficial effects on the host, when administered in appropriate amounts. This study investigated the effects of probiotics expressing specific genes, especially the effects of genetically modified bone morphogenetic protein (BMP)-2-expressing Lactobacillus plantarum CJNU 3003 (LP) on ovariectomized rats. Methods : Twenty-eight female Wistar rats (250-300 g, 12 weeks old) were divided into four groups : the sham (control), the ovariectomy (OVX)-induced osteoporosis group (OVX), the OVX and LP (OVX/LP), OVX and genetically modified BMP-2-expressing LP (OVX/LP with BMP) groups. The three groups underwent bilateral OVX and two of these groups were administered two different types of LP via oral gavage daily. At 16 weeks post-OVX, blood was collected from the heart and the bilateral tibiae were extracted and were scanned by ex-vivo micro-computed tomography and stained with hematoxylin-and-eosin (H&E) and Masson's trichrome stain for pathological assessment. The serum levels of osteocalcin (OC), rat C-telopeptide of type I collagen (CTX-I), BMP-2, and receptor activator of nuclear factor-ĸB ligand (RANKL) were measured. Results : The 3D-micro-computed tomography images showed that the trabecular structure in the OVX/LP with BMP group was maintained compared with OVX and OVX/LP groups. No significant differences were detected in trabecular thickness (Tb.Th) between control and OVX/LP with BMP groups (p>0.05). Furthermore, a tendency toward increased BMD, trabecular bone volume, Tb.Th, and trabecular number and decreased trabecular separation was found in rats in the OVX/LP with BMP groups when compared with the OVX and OVX/LP groups (p>0.05). The H&E and Masson's trichrome stained sections showed a thicker trabecular bone in the OVX/LP with BMP group compared with the OVX and OVX/LP groups. There was no difference in serum levels of OC, CTX and RANKL control and OVX/LP with BMP groups (p>0.05). In contrast, significant differences were found in OC and CTX-1 levels between the OVX and OVX/LP with BMP groups (p<0.05). Conclusion : Our results showed that the expression of genetically modified BMP-2 showed inhibition effect for bone loss in a rat model of osteoporosis.
Purpose: This study compares the bone formation ability of tricalcium phosphate (TCP) with and without recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and assesses TCP as a carrier of rhBMP-2. Methods: Bilateral round defects (diameter: 8.0 mm) were formed in the cranium of eight New Zealand white rabbits. The defects were grafted with TCP only (control group) or with rhBMP-2-coated TCP (experimental group). The animals were sacrificed at 1st week, 2nd week, 4th week, and 8th week postoperatively; two rabbits sacrificed each time. The skulls were harvested and subjected to radiographic and histological examination. Results: Radiologic evaluation showed faster bone remodeling in the experimental group than in the control group. Histologic evaluation (H&E, Masson's trichrome stain) showed rapid bone formation, remodeling and calcification in the 1st and 2nd week in the experimental group. Immunohistochemical evaluation showed higher expression rate of osteoprotegerin, receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ ligand, and receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ in the experimental group at the 1st and 2nd week than in the control group. Conclusion: rhBMP-2 coated TCP resulted in rapid bone formation, remodeling, and calcification due to rhBMP-2's osteogenic effect. TCP performed properly as a carrier for rhBMP-2. Thus, the use of an rhBMP-2 coating on TCP had a synergic effect on bone healing and, especially, bone remodeling and maturation.
한국고분자학회 2006년도 IUPAC International Symposium on Advanced Polymers for Emerging Technologies
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pp.264-264
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2006
The nanoparticle-hydrogel complex as a new bone defect replacement matrix, which is composed of the nanoparticles for the sustained release of BMP and the hydrogel for filling the bone defect site and playing a role as a matrix where new bone can grow, is presented. In vivo evaluation of bone formation was characterized by soft X-ray, MT staining, and calcium assay, based on the rat calvarial critical size defect model. The effective bone regeneration was achieved by the BMP-2 loaded nanoparticles in fibrin gel, compare to bare fibrin gel, the nanoparticle-fibrin gel complex without BMP-2, or the BMP-2 in fibrin gel, in terms of the new bone area and the gray level in X-ray, the bone marrow are, and the calcium content in the initial defect site. These findings suggest that the BMP-2 loaded nanoparticle-fibrin gel complex can a promising candidate for a new bone defect replacement matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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