Bisphosphonates are widely used mainly for the treatment of osteoporosis and bone metastasis of malignancy. Since the first report of MRONJ, there have been many studies associated, however the pathogenesis of MRONJ is not yet clear. Medication-related osteonecrosis of the jaws (MRONJ) is a serious complication associated with long-term medication therapy. It is characterized by exposed necrotic bonein the jaw, which has persisted for more than 8weeks despite continuous treatment by dentist. The mechanism of development of MRONJ is still unclear and there is no definitive standard treatment for MRONJ. The purpose of this study is to investigate the jaw bone destruction mechanism of accumulated bisphosphonates, so that we can develop therapeutic method to repair the defect and stop the destruction process. The authors performed simultaneous application of PRF(Platelet rich fibrin) and BMP-2(Bone morphogenetic protein-2) to stimulate not only soft tissue healing but also osseous regeneration. Our case series demonstrate that simultaneous application of platelet rich fibrin and bone morphogenetic protein-2 can be a treatment of choice for MRONJ.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.43
no.6
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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.
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.
Yun, Young Jin;Kim, Han-Jun;Lee, Deok-Won;Um, Sewook;Chun, Heung Jae
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.244-254
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2018
Surface modified poly ${\text\tiny{L}}$-lactic acid (PLLA) samples with hydroxyapatite (HA), heparin and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) mediated by polydopamine (pDA) coating (PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2) were prepared, and their effects on the enhancements of bone formation and osseointegration were evaluated in vitro and in vivo as compared to PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. The changes in surface chemical compositions, morphologies and wettabilities were observed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM) and water contact angle measurements. Pre-coating of HA particles with pDA provided uniform and homogeneous anchoring of particles to PLLA surface. In addition, the strong ionic interaction between heparin and pDA led PLLA surface readily heparinized for loading of BMP-2. In vitro experiments revealed that the levels of alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteocalcin (OCN) gene expression were higher in MG-63 human osteosarcoma cell lines grown on PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 than on control PLLA, PLLA/pDA/HA, and PLLA/pDA/Hep/BMP-2. In vivo studies using micro-computed tomography (micro-CT) also showed that PLLA/pDA/HA/Hep/BMP-2 screw exhibited greatest value of bone volume (BV) and bone volume/tissue volume (BV/TV) among samples. Histological evaluations with H&E and Von Kossa staining demonstrated that a combination of HA and BMP-2 contributed to the strong osseointegration.
Purpose: Gene therapy (ex vivo) has recently been used as a means of delivering bone morphogenetic proteins (BMPs) to sites of tissue regeneration. In the present study, we investigated the effect of co-transduction of adenoviruses expressing BMP-2 and BMP-7 on osteogenesisof C2C12 cells in vitro. Methods: A replication-defective human adenovirus 5 (Ad5) containing a cDNA for BMPs in the E1 region of the virus (Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7) was constructed by in vivo homologous recombination. Functional activity of Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 were evaluated in mouse stromal cells (W20-17cells). C2C12 cells are transduced with various MOI (multiplicity of infection) of Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 to assess most effective and stable titer. Based on this result, C2C12 cells were transduced with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 alone or by combination. BMPs expression, alkaline phosphatase (ALPase) activity, cell proliferation, and mineralization were assessed. Results: Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 are successfully transduced to W20-17 cells, and secreted BMPs stimulated cell differentiation. Also, C2C12 cells transduced with Ad5BMPs showed expression of BMPs and increased ALPaseactivity. In all groups, cell proliferation was observed over times. At 7days, cells co-transduced with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 showed lower proliferation than the others. C2C12 cells co-transduced with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 had greater ALPaseactivity than that would be predicted if effect of individual Ad5BMPs were additive. Little mineralized nodule formation was detected in cells transduced with individual Ad5BMPs. In contrast, Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 combination stimulated mineralization after culturing for 10 days in mineralizing medium. Conclusions: Present study demonstrated that adenoviruses expressing BMPs gene successfully produced BMPs protein and these BMPs stimulated cells to be differentiated into osteoblastic cells. In addition, the osteogenic activity of Ad5BMPs can be synergistically increased by co-transduction of cells with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7.
Jang, Kwangsik;Jo, Hyun Min;Shim, Kyung Mi;Kim, Se Eun;Kang, Seong Soo
Journal of Veterinary Clinics
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v.39
no.2
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pp.59-64
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2022
A dog aged two years and seven months and a cat aged seven years were referred owing to fractures of long bones. Preoperative radiographs revealed comminuted bone fractures close to joints. Conventionally, long-bone fractures are treated using intramedullary pins, plate and screw systems, or an external fixator system. In cases of non-reducible fractures, various graft materials have been used in fracture treatments to stimulate bone repair. Here, recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) and a collagen membrane were applied. Four weeks after surgery, fractured bone fragments began to unite and the bone union was observed using radiography four months after surgery. No complications occurred related to grafted materials. We successfully applied rhBMP-2 and collagen membranes in two different species to support the healing process of comminuted fractures, according to the concept of guided bone regeneration.
Bone morphogenetic protein(BMP) and platelet-derived growth factor(PDGF) have been demonstrated tostimulate bone formation when applied locally in vivo. To explore whether or not the combined use of BMP and PDGF could have promotive effect and synergic interaction on bone formation in vivo, bone marrow mesenchymal stem cells were treated with BMP-2, PDGF-BB, or BMP-2 plus PDGF-BB, and then these cells were injected into the subcutaneous space on the dorsum of nude mice. The bone formation was evaluated after 12 weeks. Histomorphometric analysis demonstrated that the subcutaneous nodules formed in nude mice contained 25.3% newly formed bone in the BMP-2 treated cells, 14.4% newly formed bone in the PDGF-BB treated cells, and 8.9% newly formed bone in the RMP-2 plus PDGF-BB treated cells. The results showed that the combination of BMP-2 and PDGF-BB had neither a promotive effect nor synergic interact on bone formation in vivo.
Objectives : This study was performed to examine the effect of Yukmigiwhang-tang kamibang, a mixture of oriental herbal extracts, on the transcription of bone fonnation genes, BMP4 (bone morphogenetic protein 4) and TG2 (transglutaminase-2). Methods : Bone-related cells, MG-63 (human male osteosarcoma), HOS-TE85 (human female osteosarcoma), and KG-l (bone marrow) were cultured with portions of Yukmigiwhang-tang kamibang and the transcription activities of bone-related genes, BMP4 (bone morphogenetic protein 4) and TG2 (transglutaminase-2), were determined by Reverse-Transcription Polymerase Chain Reaction (RT-PCR). Results : Transcription of BMP4 gene in HOS-TE85 cell increased up to 40% at 0.3% (v/v) of Yukmigiwhang- tang kamibang extract and that of TG2 gene in MG-63 cells also increased up to 40% at 0.3-0.4% of the same extract. Although it was less significant when compared to those in other cells, the transcription of BMP4 gene in KG-l cells also increased up to 10 to 25%. Conclusions : These results clearly demonstrated that Yukmigiwhang-tang kamibang have an effect on transcription activity of bone-related genes, TG2 and BMP4, suggesting that it may play an important role in bone formation.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.40
no.6
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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.
골형성 유도 단백질(bone morphogenetic protein, BMP)은 성장이나, 골형성과정에서 중용한 역할을 한다고 입증되었고 그것의 운반체에 대한 연구가 이뤄져 왔다. 하지만 수직압이 존재하는 곳에서 골증대술에 적용할 수 있을 만큼 강한 공간유지능력이 있는 운반체에 대한 연구는 그리 많지 않았다. Macroporous biphasic calcium phosphate block (MBCP block)은 공간유지능력이 뛰어나며 강한 수직압을 견딜수 있는 골대체물질이다. 이 연구의 목적은 MBCP block을 골형성유도 단백질(rhBMP-2)의 운반체로 사용하여 백서 두개골 결손부에 적용하였을 때, 골 형성 효과를 평가하는 것이다. 36마리의 웅성백서에서 8mm 지름을 갖는 임계크기의 두 개부 결손을 형성하였다. 20마리씩 2개의 군으로 나누어 MBCP block만 이식한 군, MBCP block을 운반체로 사용하여 농도 0.025mg/ml rhBMP-2를 이식한 군으로 나누어 술 후 2주와 8주에 치유결과를 조직학적, 조직계측학적으로 비교 관찰 하였다. 조직계측학적 관찰 결과, rhBMP-2/MBCP block 군에서 MBCP block군에서 보다 2, 8주 모두 골밀도(bone density)가 유의성있게 증가하였다 (P<0.01). 각 군에서도 8주째가 2주째보다 골밀도가 유의성있게 증가하였다(P<0.01). 총조직 형성량 (augmented area)에서는 변화가 없었다. 이 연구 결과, 백서 두개골 결손부에서 MBCP block은 rhBMP의 운반체로 사용하였을 때 신생골 형성에 유의한 효과가 있을뿐 아니라 공간유지능력이 우수해서 수직압이 존재하는 골증대술(bone augmentation)시 rhBMP의 운반체로 가능성이 있다고 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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