Proof-of-concept study of vertical augmentation using block-type allogenic bone grafts : a preclinical experimental study on rabbit calvaria

Abstract

Purpose: The aim of this study was to quantify the healing following vertical augmentation of allogenic bone blocks with/without recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) on rabbit calvaria. Materials and methods: Allogenic bone blocks were grafted bilaterally with or without rhBMP-2 on 20 rabbit calvaria, and these animals were divided to 4 groups according to the use of rhBMP-2 and healing periods (2 and 8 weeks; n=10 in each group). Onlay-type bone blocks (8 mm in diameter and 5 mm high) were fixed with a self-tapping screw after removing the cortex in the control group, and the same protocol was applied with the addition of soaking the bone blocks with rhBMP-2 for 15 minutes in the test group. Radiographic and histologic analyses were performed after 2 or 8 weeks to evaluate the volumetric stability and bone regeneration within the grafted area. Results: The radiographic analysis revealed that the height of the allogenic bone block decreased but its volume was maintained from 2 to 8 weeks in both the control and test groups. The histologic results demonstrated a statistically significant increase in new bone area in the test group, especially in the lower region adjacent to the preexisting calvarial floor. The amount of newly formed bone in all regions of the augmented bone blocks in both the control and test groups was greater at 8 weeks than at 2 weeks. Conclusions: The vertically grafted allogenic bone block maintained its volume with new bone formation, and this was accelerated by the addition of rhBMP-2. These findings indicate that allogenic bone block soaked with rhBMP-2 could be a useful candidate biomaterial for vertical augmentation.

본 연구의 목적은 수직적 골 증대술에서 재조합골형성단백질 2형(rhBMP-2)의 적용 여부에 따른 블록형 동종골의 치유를 평가하는데 있다. 20마리 토끼의 두개골 양측에 블록형 동종골을 이식하였으며, rhBMP-2의 적용 여부와 치유 기간(2주, 8주; 각 그룹의 표본수 n=10)에 따라 4개의 그룹으로 분류되었다. 블록형 동종골은 지름 8mm, 높이 5mm의 원통 형태로 토끼 두개골의 탈피질골화 후 스크류에 의해 고정되었다. 대조군으로 아무것도 처리하지 않은 블록형 골이 사용되었으며, 실험군으로 rhBMP-2가 15분간 적용된 블록형 골이 사용되었다. 방사선학, 조직학적 분석을 통해 골 이식재의 부피 안정성과 이식된 골 내부의 신생골 형성 능력을 평가하였다. 방사선학적 분석 결과, 치유기간이 길수록 동종골 블록의 높이는 감소하였으나 대조군과 실험군간의 유의적 차이는 없었다. 동종골 블록의 부피는 대조군과 실험군 모두 치유기간에 관계 없이 일정하게 유지되는 것으로 나타났다. 조직학적 분석 결과, 2주의 치유기간이 지난 실험군에서 두개저와 인접한 부위의 신생골 면적이 통계학적으로 유의하게 증가하였다. 또한 대조군과 실험군 모두8주의 치유기간이 지났을 때 더 많은 신생골이 형성되었다. 결론적으로 블록형 동종골을 이용한 수직적 골 증대술을 통해 신생골의 형성을 유도할 수 있고, 이식된 골의 부피를 유지할 수 있으며, 이것은 rhBMP2의 적용 시 가속화되었다. 따라서 rhBMP-2를 적용한 블록형 동종골은 수직적 골 증대술의 유용한 재료로 사용될 수 있다.