The effect of recombinant human bone morphogenetic protein-4 dose on bone formation in rat calvarial defects

Abstract

[한글]

골형성 유도 단백질 (bone morphogenetic protein, BMP)은 치주 치료와 골 재생 치료를 위한 골 대체 물질의 하나로 연구, 평가되어왔다. 부작용 없이 재생효과를 최대화 하기 위해서는 BMP의 유효용량을 최소로 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 백서 두개골 결손부에서 rhBMP-4의농도에 따른 골형성 유도 효과를 평가하고자 한다. 140마리의 웅성 백서에 지름 8 mm 임계크기 백서 두개골 결손부를 형성하였다. 동물은 각 20마리씩 rhBMP-4(2.5 g)/absorbable collagen sponge (ACS), rhBMP-4(5 g)/ACS, rhBMP-4(2.5 g)/-tricalcium phosphate (-TCP), rhBMP-4(5 g)/-TCP, ACS, -TCP를 이식하고, 대조군에는 아무것도 이식하지 않았다. 술 후 2주, 8주에 실험 동물을 희생하고, 조직학적 및 조직계측학적으로 비교 관찰하였다.

조직학적 관찰 결과, rhBMP-4/ACS 군과 rhBMP-4/-TCP군 모두 술 후 2주와 8주에 뚜렷한 골형성 유도 효과를 보였으며, rhBMP-4 용량 2.5 g과 5 g에서 용량에 따른 골재생의 차이를 보이지는 않았다.

조직계측학적 관찰 결과, 신생골형성량(new bone area)과 결손부 폐쇄 (defect closure)는 rhBMP-4/-TCP군과rhBMP-4/ACS군에서 차이가 없었으나, 골밀도(bone density)는 rhBMP-4/ACS군에서rhBMP-4/-TCP군에 비해 유의성 있게 크게 나타났으며(P<0.01), 총조직형성량(augmented area)은 rhBMP-4/-TCP군에서 rhBMP-4/ACS군에 비해 유의성 있게 크게 나타났다(P<0.01).

이상의 결과에서 볼 때, 백서 두개골 결손부에서 ACS와 -TCP를 운반체로 사용하여 rhBMP-4를 적용하였을 때 골재생에 유의한 효과를 보였으며, 사용된 농도 범위에서 rhBMP-4 농도에 따른 골재생 효과의 차이는 없다고 사료된다.

[영문]Bone morphogenetic proteins (BMPs) are being evaluated as potential candidates for periodontal and bone regenerative therapy. The objective of this study was to evaluate the effect of recombinant human bone morphogenetic protein-4 (rhBMP-4) dose on local bone formation in the rat calvarial defect model.

Calvarial, 8-mm , critical-size osteotomy defects were created in 140 male Sprague-Dawley rats. Seven groups of 20 animals each received either rhBMP-4(2.5 g) in an absorbable collagen sponge (ACS) carrier, rhBMP-4(5 g)/ACS, rhBMP-4(2.5 g) in a -tricalcium phosphate (-TCP) carrier, rhBMP-4(5 g)/-TCP, ACS and -TCP carrier controls, or a sham surgery control and were evaluated by histologic and histometric parameters following a 2- and 8-week healing interval (10 animals/group/healing interval).

Surgical implantation of rhBMP-4/ACS and rhBMP-4/-TCP resulted in enhanced local bone formation at both 2 and 8 weeks. Within the dose range examined, rhBMP-4 did not exhibit an appreciable dose dependent response. New bone area and defect closure were not significant different in rhBMP-4/ACS and rhBMP-4/-TCP group. However, the bone densities of rhBMP-4/ACS group were a significantly greater than those of the rhBMP-4/-TCP group (P<0.01). The augmented areas of the rhBMP-4/-TCP group were significantly greater than those of the rhBMP-4/ACS group at 8 weeks(P<0.01)./In conclusion, rhBMP-4 combined with ACS or -TCP has a significant potential to induce bone formation in the rat calvarial defect model. Within the selected rhBMP-4 dose range and observation interval, there appeared to be no meaningful differences in bone formation.