Purpose: The purpose of this study was to evaluate the bone regeneration of novel biodegradable amorphous calcium phosphate. Materials and Method: An 8-mm, calvarial, critical-size osteotomy defect was created in each of 20 male Sprague-Dawley rats(weight $250{\sim}300g$). The animals were divided into two groups of 10 animals each and allowed to heal for 2 weeks(10 rats). The first group was the control group and the other group was the experimental group which received the novel biodegradable calcium phosphate. Results: The healing of the calvarium in the control group was uneventful. The histologic results showed little bone formation in the control group. The experimental group which received the novel biodegradable calcium phosphate showed a normal wound healing. There were a lot of new bone formation around the biomaterial in 2 weeks. The bone formation increased in 8 weeks when compared to 2 weeks and there was a significant bone increase as well(P<0.01). The nobel biodegradable calcium phosphate showed statistical significance when compared to the control group (P<0.05). The novel biodegradable calcium phosphate in 8 weeks showed a significant increase in bone formation when compared to 2 weeks $(40.4{\pm}1.6)$(%). The biodegradable calcium phosphate which is made from mixing calcium phosphate glass(CPG), NaCO and NaOH solution, is biocompatible, osteoconductive and has a high potency of bone formation. Conclusion: We can conclude that the novel biodegradable calcium phosphate can be used as an efficient bone graft material for its biodegradability and osteoconductivity.
Chitosan is biodegradable natural polymer that has been demonstrated its ability to improve wound healing, and calcium metaphosphate(CMP) is a unique class of phosphate minerals having a polymeric structure. In this study, chitosan/CMP and platelet derived growth factor(PDGF-BB) loaded chitosan/CMP sponges were developed, and the effect of the sponges on bone regeneration and their possibility as scaffolds for bone formation by three-dimensional osteoblast culture were examined. PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponges were prepared by freeze-drying of a mixture of chitosan solution and CMP powder, and soaking in a PDGF-BB solution. Fabricated sponge retained its 3-dimensional porous structure with $100-200\;{\mu}m$ pores. The release kinetics of PDGF-BB loaded onto the sponge were measured in vitro with $^{125}I-labeled$ PDGF-BB. In order to examine their possibility as scaffolds for bone formation, fetal rat calvarial osteoblastic cells were isolated, cultured, and seeded into the sponges. The cell-sponge constructs were cultured for 28 days. Cell proliferation, alkaline phosphatase activity were measured at 1, 7, 14 and 28 days, and histologic examination was performed. In order to examine the effect on the healing of bone defect, the sponges were implanted into rat calvarial defects. Rats were sacrificed 2 and 4 weeks after implantation and histologic and histomorphometrical examination were performed. An effective therapeutic concentration of PDGF-BB following a high initial burst release was maintained throughout the examination period. PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponges supported the proliferation of seeded osteoblastic cells as well as their differentiation as indicated by high alkaline phosphatase activities. Histologic findings indicated that seeded osteoblastic cells well attached to sponge matrices and proliferated in a multi-layer fashion. In the experiments of implantation in rat calvarial defects, histologic and histomorphometric examination revealed that chitosan/CMP sponge promoted osseous healing as compared to controls. PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponge further echanced bone regeneration. These results suggested that PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponge was a feasable scaffolding material to grow osteoblast in a three-dimentional structure for transplantation into a site for bone regeneration.
Purpose : This research evaluates the effect of the use of absorbable membrane barrier with deproteinized bovine bone (Bio-$Oss^{(R)}$, Switzerland) on bone healing in surgically created critical-sized defects in rat calvaria. Materials and Methods : Two standardized transosseous circular calvarial defects (5 mm in diameter) are made in each calvarium of 30 rats. These rats are divided into negative control group(n=15), positive control group(n=15) and two experimental groups(n=15). In the negative control group, defects are only filled with blood clots. In the positive control group, defects are filled with autogenous bone obtained from calvarium; in the experimental group 1, defects are filled with deproteinized bovine bone; and in the experimental group 2, defects are filled with deproteinized bovine bone with absorbable membrane. At the postoperative 1 week, 3 weeks. and 6 weeks, clinical. histologic and histomorphometric evaluations of the defects are performed. Results : 1. The grafted bone without membrane in the calvarial bone defect was scattered but, the grafted bone with membrane was stable. 2. $BioMesh^{(R)}$ membrane was absorbed beginning at 3 weeks, and was absorbed considerably at 6 weeks while maintaining the structural form of the membrane. 3. The use of membrane blocked soft tissue invasion. 4. In histomorphometric analysis. it showed the greatest amount of new bone formation in the positive control group. The amount of new bone formation was greater in the experimental group 2 than experimental group 1. At 6 weeks. the amount of new bone formation was greater in the positive control group than experimental group l(p<0.005). Conclusion : These results suggest that membrane increase the stability of grafted bone and protects from soft tissue invasion, and the use of the membrane may promote new bone formation in deproteinized bovine bone graft area.
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.
Kim, Seong-Gon;Kim, Min-Keun;Kweon, HaeYong;Jo, You-Young;Lee, Kwang-Gill;Lee, Jeong Keun
Maxillofacial Plastic and Reconstructive Surgery
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제38권
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pp.11.1-11.8
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2016
Background: Silk cocoon is composed of multiple layers. The natural silk cocoon containing all layers was cut as a rectangular shape as defined as total group. The inner and outermost layers were removed from the total group and the remained mat was defined as the middle group. The objectives of this study was to compare the total group with the middle group as a barrier membrane for the guided bone regeneration. Methods: The effects of these materials on the cellular proliferation and alkaline phosphatase (ALP) expression of MG63 cells were explored. For comparing bone regeneration ability, bilateral bone defects were created in calvarial areas in ten adult New Zealand white rabbits. The defects were covered with silk membranes of the middle group, with silk membrane of the total group used as the control on the contralateral side. The defects were allowed to heal for 4 and 8 weeks. Micro-computerized tomography (${\mu}CT$) and histological examination were performed. Results: The middle group exhibited a higher MTT value 48 and 72 h after treatment compared to the total group. ALP expression was also higher in the middle group. The results of ${\mu}CT$ and histologic examination showed that new bone formation was significantly higher in the middle group compared to the total group 8 weeks postoperatively (P < 0.05). Conclusions: In conclusion, the middle layer of the silk cocoon supports guided bone regeneration better than unprocessed silk cocoon.
Purpose: The objective of this study was to comparatively assess the bone regenerative capacity of absorbable collagen sponge (ACS), biphasic calcium phosphate block (BCP) and collagenated biphasic calcium phosphate (CBCP) loaded with a low dose of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2). Methods: The CBCP was characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. In rabbit calvaria, four circular 8-mm-diameter defects were created and assigned to one of four groups: (1) blood-filled group (control), (2) rhBMP-2-soaked absorbable collagen sponge (0.05 mg/mL, 0.1 mL; CS group), (3) rhBMP-2-loaded BCP (BCP group), or (4) rhBMP-2-loaded CBCP (CBCP group). The animals were sacrificed either 2 weeks or 8 weeks postoperatively. Histological and histomorphometric analyses were performed. Results: The CBCP showed web-like collagen fibrils on and between particles. Greater dimensional stability was observed in the BCP and CBCP groups than in the control and the CS groups at 2 and 8 weeks. The new bone formation was significantly greater in the BCP and CBCP groups than in the control and CS groups at 2 weeks, but did not significantly differ among the four groups at 8 week. The CBCP group exhibited more new bone formation in the intergranular space and in the center of the defect compared to the BCP group at 2 weeks, but a similar histologic appearance was observed in both groups at 8 weeks. Conclusions: The dose of rhBMP-2 in the present study enhanced bone regeneration in the early healing period when loaded on BCP and CBCP in rabbit calvarial defects.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제28권3호
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pp.188-195
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2002
The purpose of this investigation was to evaluate the relationship between the hydration time of demineralized freeze-dried bone (DFDB) and early new bone formation in rat calvarial defects filled with DFDB. Rats (n = 43) were divided into 4 experimental groups. Standard, transosseous circular defects of the calvaria were made midparietally. In experimental group 1, the defect was grafted immediately after soaking the DFDB. In experimental group 2, the defects were grafted with DFDB after soaking the DFDB for 10 minutes. In experimental groups 3 and 4, the defects were filled after soaking the DFDB for 30 and 60 minutes, respectively. Graft sites were analyzed histologically after healing periods of 1, 2, or 4 weeks. Each group showed similar bone regeneration at each time point by histological analysis. The results of this study were as follows: 1. After 1 week, a significant amount of inflammation, granulation tissue, and edema were found. A small amount of bone was seen, but the amount of bone did not differ between groups. 2. After 2 weeks, a small amount of new bone formation and DFDB resorption were observed. 3. After 4 weeks, a greater amount of new bone formation was observed. The greatest amount of bone formation occurred in experimental group 4 after 4 weeks. We conclude that the hydration time of DFDB does not affect new bone formation and that it is very important to control inflammation in bone grafting.
Drug releasing porous poly($\varepsilon$-caprolactone) (PCL)-chitosan matrices were fabricated for bone regenerative therapy. Porous matrices made of biodegradable polymers have been playing a crucial role as bone substitutes and as tissue-engineered scaffolds in bone regenerative therapy. The matrices provided mechanical support for the developing tissue and enhanced tissue formation by releasing active agent in controlled manner. Chitosan was employed to enhance hydrophilicity and biocompatibility of the PCL matrices. PDGF-BB was incorporated into PCL-chitosan matrices to induce enhanced bone regeneration efficacy. PCL-chitosan matrices retained a porous structure with a 100-200 $\mu$m pore diameter that was suitable for cellular migration and osteoid ingrowth. $NaHCO_3$ as a porogen was incorporated 5% ratio to polymer weight to form highly porous scaffolds. PDGF-BB was released from PCL-chitosan matrices maintaining therapeutic concentration for 4 week. High osteoblasts attachment level and proliferation was observed from PCL-chitosan matrices. Scanning electron microscopic examination indicated that cultured osteoblasts showed round form and spread pseudopods after 1 day and showed broad cytoplasmic extension after 14 days. PCL-chitosan matrices promoted bone regeneration and PDGF-BB loaded matrices obtained enhanced bone formation in rat calvarial defect. These results suggested that the PDGF-BB releasing PCL-chitosan porous matrices may be potentially used as tissue engineering scaffolds or bone substitutes with high bone regenerative efficacy.
This study was performed to evaluate the effect of bone graft materials including demineralized freeze-dried bone, freeze-dried bone, deproteinized bovine bone on space-making capacity and bone formation in guided bone regeneration with titanium reinforced ePTFE membrane(TR-ePTFE). Adult male rabbits(mean BW 2kg) were used in this study. Intramarrow penetration defects were surgically created with round bur on calvaria of rabbits. TR-ePTFE membrane was adapted to calvarial defect and bone graft materials were placed. Animals were sacrificed at 2, 8, 12 weeks after surgery. Non-decalcified specimens were processed for histologic analysis and prepared with Villaneuva bone stain. The results of this study were as follows: 1. TR-ePTFE membrane was biocompatible and capable of maintaining the space-making. 2. Tissue integration was not good at TR-ePTFE membrane. Fixation was not enough. so, wound stabilization was not good. 3. In animals using deproteinized bovine bone, demineralized freeze-dried bone, bone formation was little. 4. In animals using freeze-dried bone, bone formation was better. Within the above results, bone formation may be inhibited when wound stabilizafion was not good.
방사선 치료는 방사선 부작용을 수반한다. 특히 혈관계의 장해를 수반하게 된다. 따라서 방사선의 조사가 이루어진 뼈의 재생부위에는 산소와 영양분 결핍이 발생된다. 결국에는 뼈를 재생할 수 없는 방사성골괴사 (osteoradionecrosis)가 세포 환경적으로 만들어 진다. 전례연구에 따르면 방사성골괴사 상태를 극복하기 위해 골형성 단백질-2 (Bone Morphogenetic Protein-2)를 사용한다. 이번 연구에서는 쥐의 두정부에 방사선 조사 후 뼈의 재생에 가장 많이 사용되는 생체재료인 피브린 지지체에 골형성 단백질-2 를 처리하여 방사성 골괴사 부위에 이식한 후 뼈의 재생능력을 알아보고자 하였다. 또한 몇 주부터 뼈 재생 효과가 발생되는지를 검증하고자 하였다. 실험결과에 따르면 방사선이 조사된 쥐의 두개골 결손모델에서는 4 주초기 뼈 형성 기간 보다는 후반 뼈 형성시기인 8 주가 지나야 뼈 형성의 효과가 발생하는 결과를 얻을 수 있었다. 더군다나 쥐의 두 개부 결함 모델에서 피브린 지지체의 재생 뼈 형성은 결손 조직의 내부에서부터 형성되는 결과를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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