Interaction between living bone particles and rhBMP‐2 in large segmental defect healing in the rat femur

Abstract

Orthopaedic surgeons sometimes combine recombinant, human BMP -2 with autograft bone when dealing with problematic osseous fractures. Although some case reports indicate success with this off-label strategy, there have been no randomized controlled trials. Moreover, a literature search revealed only one pre-clinical study and this was in a cranial defect model. The present project thus examined the consequences of combining different doses of BMP-2 with particles of living bone in a rat femoral defect model. Human bone particles were recovered with a reamer-irrigator-aspirator. To allow acceptance of the xenograft as surrogate autograft, rats were administered an immunosuppressive cocktail that does not interfere with bone healing. Implantation of 200 μg living bone particles generated a small amount of new bone and defects did not heal. Graded amounts of BMP-2 that alone provoked no healing (1.1 μg), borderline healing (5.5 μg) or full healing (11 μg) were added to this amount of human bone particles. Addition of BMP-2 (1.1 μg) increased osteogenesis, and produced bridging in 2 of 7 defects. The quantitative effects of BMP-2 (5.5 μg) and bone particles were additive at best, but made healing more reliable and advanced the maturation of the regenerate. Bone formation with BMP-2 (11 μg) and bone particles was less than additive, and the major effect was to improve the maturation of the newly formed bone. The data suggest that the combination of autograft and BMP-2 can be helpful clinically under conditions where a healing response is present, but suboptimal.

Effects of FK506 on the healing of diaphyseal, critical size defects in the rat femur

“…The dose of rhBMP-2 was also based on previous studies from our group and others that have also used the collagen type I sponge as a delivery vehicle ( Liu et al , 2016 ). Even though the rhBMP-2 dose of 11 μg has been shown to bridge the defect in this rat model by radiological criteria, the quality of the bridged bone is poor.…”

Paracrine effects of living human bone particles on the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells

“…A Atasoy-Zeybek et al Effects of bone chips on mesenchymal stem cells synergise with BMP-2 to form new bone (Liu et al, 2016). This raises the possibility of a delayed, secondary osteogenic influence that would supersede any initial delay in mineralisation after an allograft implantation.…”

“…It is also important to note that the bone chips used were recovered from patients with OA, whose bone metabolism may be abnormal. There is a growing literature, reviewed by Maruotti et al (2017), describing metabolic changes in osteoblasts of the sub-chondral bone in OA. These changes include increased expression of prostaglandin E2, IL-6 and OPG and decreased expression of RANKL.…”

Bone Xenografts in Trauma and Orthopaedics (Analytical Review)

“…На наш взгляд, наиболее разработанным выглядит направление по импрегнации различных биологически активных компонентов в объем и/или на поверхность ксеноматрикса: факторы роста и лекарственные субстанции [41,42,43,44,45,46,47,48,49]. Достаточно актуальным является направление тканевой инженерии, где на поверхность ксеноматериала прививают стволовые клетки [51,52,53,54,55,56,57].…”

“…Импрегнация биологически активными веществами Факторы роста [41,42,43,44,45] Антибиотики [46,47] Антибиотики + Факторы роста [48] Бисфосфонаты [49] Плазма, обогащенная тромбоцитами [50] Тканевая инженерия Обогащение ксеноматрикса стволовыми клетками [51,52,53,54,55,56,57] Химическая модификация ксеноматрикса Включение ионов фтора [58] Включение ионов хлора [59] Включение ионов магния [60] Химическая сшивка биополимеров [61] Физическая модификация ксеноматрикса Изменение пористости [62,63] Изменение кристалличности [64] Совершенствование технологии очистки Депротеинизация [65] Извлечение липидов [66] Новые источники ксеноматериала Роговая кость [67] Кролики, лошадь [68] Выполненный анализ показал, что костнопластические материалы ксеногенного происхождения в настоящее время в практической травматологии и ортопедии используются при лечении ограниченного спектра патологий, в отличие от челюстно-лицевой хирургии и стоматологии, где накоплен большой опыт применения этих материалов для замещения костных дефектов, а также сформированы собственные протоколы имплантации. Тем не менее, можно ожидать рост востребованности ксеноматериалов в травматологии и ортопедии, связанный с увеличением клинического спроса на костнопластические материалы, который, в частности, вызван увеличением числа ревизионных операций эндопротезирования, требующих восполнения недостатка костной ткани.…”