Bone regeneration in a critical sized segmental defect in the Estrogen-deficient Rat fibula using rhBMP2-ACS implant

Abstract

Menopause of female causes a series of hormone variation leading to consequence physiological and psychological changes including impeding bone regeneration after surgery. The use of recombinant human bone morphogenetic protein-2 (rhBMP-2) has been introduced to clinic to enhance bone remodeling procedure, but the effect of localized administration of rhBMP-2 under estrogen deficient condition is not clear. The aim of this study was to investigate the effect of rhBMP-2 with absorbable collagen sponge carrier (ACS) implant on bone regeneration in estrogen deficient rat fibula with critical sized defect. Eighty rats were included in the research and randomly divided into Sham group and ovariectomy group (OVX). Seven weeks after ovariectomy surgery, a 7-mm complete defect was created to bilateral fibula of all rats. On the left side a 5*5*8 mm ACS soaked with 10μg rhBMP-2 was placed, a same size ACS was placed on the right side but soaked with saline. Micro-CT, histologic, and molecular evaluation were performed after sacrifice at four and eight weeks. New bone formation degree in rhBMP-2 administrated Sham groups was significantly higher than other groups followed by OVX-BMP groups. Bone structure was better formed in groups treated with rhBMP-2. The expression of osteoprotegerin (OPG) was increased in rhBMP groups with decreased expression of receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL). The findings concluded that the localized administration of rhBMP-2 could enhance the process of bone remodeling and accelerate the degree of bone healing.

여성의 폐경은 일련의 호르몬 변화를 유발하여 수술 후 골재생을 방해하는 등 생리학적 및 심리적 변화를 초래합니다. 재조합 인간골형태형성 단백질(rhBMP-2)의 사용은 골리모델링 과정을 향상시키는 클리닉에 도입되었지만, 에스트로겐 결핍상태에서의 rhBMP-2의 국소투여효과는 명확하지 않습니다. 본 연구의 목적은 에스트로겐이 결핍된 쥐 비골에 흡수성 콜라겐 스폰지(collagen sponge carrier, ACS) 삽입물이 rhBMP-2의 골재생에 미치는 영향을 조사하여 심각한 크기의 결손이 있는 환자를 대상으로 하였습니다. 연구에 포함된 80마리의 쥐를 무작위로 샴그룹과 난소절제그룹(OVX)으로 나누었고, 난소 절제수술 7주 후에 모든 쥐의 양측 비골에 7mm의 완전 결손이 생겼습니다. 왼쪽에는 5*5*8mm ACS에 10μg rhBMP-2를 담그고 같은 크기의 ACS를 오른쪽에 놓고 식염수에 담근 후, Micro-CT, 조직학적 및 분자적 평가는 4주 및 8주에 희생시킨 후에 수행되었습니다. rhBMP-2를 투여 한 Sham군에서 새로운 골형성 정도는 다른 군보다 OVX-BMP군에서 유의하게 높았습니다. rhBMP-2로 치료한 군에서 골구조가 더 잘 형성되었고 osteoprotegerin(OPG)의 발현은 핵인자 κ-B ligand(RANKL)의 수용체 활성화제의 발현이 감소된 rhBMP군에서 증가하였습니다. 연구결과 rhBMP-2의 국소투여가 골리모델링의 과정을 향상시키고 골치유의 정도를 가속시킬수 있다고 결론 지었습니다.