Enhanced bone formation by rapidly formed bony wall over the bone defect using dual growth factors

Abstract

Purpose: As a method of enhancing GBR, this study induces bone formation in the early stage of healing by applying BMP-2 to the collagen membrane, isolates the inside of the defect from external stimuli to create a structurally stable bone regeneration environment during the healing period, and applies bone graft material and FGF-2 inside the isolated bone defect to increase bone regeneration. It also investigated the most effective GF concentration for bone formation in the designed GBR model to enhance bone formation. Methods: This study used 24 New Zealand white rabbits. Four bone defects with a diameter of 8mm were formed in the calvaria of each individual to perform GBR. When applying GBR, collagen membrane and BCP were applied to the control group, and collagen membrane + BMP-2 (0.5, 1.0 mg/ml) and BCP + FGF-2 (0.5, 1.0 mg/ml) were applied to the four experimental groups, respectively. After 2, 4, and 8 weeks of healing, the rabbits were sacrificed for histological and histomorphological analysis. Results: In the histological analysis, continuous forms of new bones were observed in the upper part in the experimental groups, and no continuous forms were observed in the control group. New bones derived from existing bones were observed in both the control and experimental groups. In the histomorphological analysis, Group 3 (BMP-2 0.5 mg/ml, FGF-2 1.0 mg/ml) showed statistically significantly higher new bone formation (30.65 ± 11.39%, p<0.05). Also, there was no statistically significant difference in new bone formation according to the healing period at 2 and 4 weeks, but it was statistically significantly higher at 8 weeks (2=4<8 weeks, p<0.05). Conclusion: In this study, it was confirmed that the new dual scaffold matrix method using a collagen membrane applied with BMP-2 and BCP applied with FGF-2 was effective for bone regeneration in GBR. The concentration combination of BMP-2 0.5mg/ml and FGF-2 1.0mg/ml showed a higher osteogenic ability compared to the experimental groups with other concentrations. In addition, the dual scaffold complex is quantitatively and qualitatively advantageous for bone regeneration and bone maintenance over time. 본 연구의 목적은 GBR 을 증진시키는 방법으로 collagen membrane 에 BMP2 를 적용하여 치유 초기 골형성을 유도하여, 결손부 내부를 외부 자극으로부 터 격리함으로써 치유 기간 동안 구조적으로 안정적인 골재생 환경을 조성하 고, 이렇게 격리된 골결손부 내부에서 골이식재와 FGF-2 를 적용하여 골재생 을 증가시키는 방법을 제시하고자 하였다. 또한 이렇게 디자인한 골형성 증진 GBR 모델에서 골형성에 제일 효과적인 GF 의 농도를 찾아보고자 하였다. New zealand white rabbit 24 마리를 본 연구에 사용하였다. 개체별 calvaria 에 직경 8mm 의 4 개의 골결손부를 형성하고, GBR 을 시행하였다. GBR 적용 시에 대조군에는 collagen membrane 과 BCP 를 적용하였고, 4 개의 실험군 에는 collagen membrane + BMP-2 (0.5, 1.0 mg/ml), BCP + FGF-2 (0.5, 1.0mg/ml)를 각각 적용하였다. 2, 4, 8 주 치유기간을 가진 후 희생하여, 조직학 적, 조직형태학적 분석을 시행하였다 조직학적 분석에서 실험군에서 상부에 연속적인 형태의 신생골이 관찰되 었으며, 대조군에서는 연속적 형태는 관찰되지 않았다. 기존골에서 파생되어 지는 신생골은 대조군과 실험군에서 모두 관찰된다. 조직형태학적 분석에서 신생골형성은 Group 3( BMP-2 0.5 mg/ml, FGF-2 1.0 mg/ml )에서 통계적으로 유의차 있게 높게 나왔다( 30.65 ± 11.39%, p<0.05). 또한 치유기간별 신생 골형성은 2 주와 4 주는 통계적으로 차이가 없었으나, 8 주에서는 통계적으로 유의차 있게 높게 나왔다( 2=4<8 weeks, p<0.05). GBR 을 이용한 골결손부 골재생에 collagen membrane 과 BMP-2, BCP 와 FGF-2 를 사용한 방법은 신생골 형성에 있어서 효과적이다. 신생골 형성에 효 과적인 성장인자의 농도는 BMP-2 0.5 mg/ml, FGF-2 1.0mg/ml 이다. 신생골 형 성은 치유기간이 길수록 증가한다