Osseointegration of Titanium Implants by Addition of Recombinant Bone Morphogenetic Protein 2 (rhBMP-2)

Autor: Herbert P. Jennissen, N. Schürmann, M. Oldenburg, Heike Rumpf, Martin Wiemann, Maria Chatzinikolaidou, R. T. Müller, T.K. Lichtinger
Rok vydání: 2001
Předmět:
Zdroj: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 32:937-941
ISSN: 1521-4052
0933-5137
DOI: 10.1002/1521-4052(200112)32:12<937::aid-mawe937>3.0.co;2-u
Popis: The osseointegration of long-term implants is often incomplete such that gaps remain between the implant surface and the surrounding hard tissue. This study examines the effect of soluble recombinant human bone morphogenic protein 2 (rhBMP-2) on gap healing and osseous integration. The effect of a single, intraoperative application of soluble rhBMP-2 on the formation of new bone around titanium implants was studied. A total of 8 titanium-alloy cylinders (Ti-6Al-4V) with a plasma spray coating (TPS; 400 μm thickness) were implanted into femoral condyles of mature sheep: rhBMP-2 solution (1 μg) was pipetted into the 1 mm wide cleft around 4 implants; 4 further implants served as rhBMP-2-free controls. Two of these controls exhibited an additional calciumphosphate-coating. The cleft around the implants served as testing zone to study the formation of new bone by microradiographical and histological analyses. The follow-up periods were 4 and 9 weeks, respectively. A significant amount of new bone contacting the implants' surface was detected where rhBMP-2-solution had been used: In 50% a circumferential osseoinduction occurred within 4 weeks and a nearly complete osseointegration was observed after 9 weeks. In all cases bone formation was exaggerated and filled the spongiosa with compact bone. Time matched TPS-controls and controls with calciumphosphate coating showed no notable formation of new bone. The results suggest that a single administration of soluble rhBMP-2 into a bone cavity can augment bone formation and also osseointegration of titanium implants. Further investigations based on these findings are necessary to develop long-term implants (e. g. joint replacements) with rhBMP-2-biocoating for humans. Osteointegration von Titan-Implantaten durch Zugabe von rekombinantem Bone Morphogenetic Protein 2 (rhBMP-2) Da nach dem Einbau eines kunstlichen Gelenkes Spalten zwischen Implantat und Knochen verbleiben, hat die Spaltuberbruckungsleistung des Knochens eine entscheidende Bedeutung fur die Stabilitat des Implantats im Knochen. Gentechnisch hergestelltes BMP-2 eroffnet nun neue Moglichkeiten zur Verbesserung der Osteointegration von Implantaten. Diese Pilot-Studie zeigt den Einfluss einer einmaligen rhBMP-2-Gabe auf die Heilung von Spalten zwischen Implantat und Knochen im Tierversuch (Schaf). Wir implantierten zylindrische Titan-Prufkorper mit einer Titan-Plasma-Spray-Beschichtung (TPS; 400 μm) in die Femurkondylen ausgewachsener Milchschafe. Insgesamt wurden 8 Prufkorper eingesetzt (4 mit Zusatz von rhBMP-2-Losung (1 μg) 2 mit Calcium-Phosphat-Beschichtung; 2 ohne bioaktive Substanzen). Um die Implantate bestand ein konstruktionsbedingter zirkularer Spalt von 1000 μm. Die Tiere wurden beiderseits operiert und liefen unter Vollbelastung (Beobachtungszeit: 4 und 9 Wochen). Mikroradiologisch und histologisch zeigte sich bei den mit rhBMP-2-Losung eingebrachten Proben ein signifikant starkerer direkter Kontakt zwischen Knochen und Metall als bei den Vergleichsproben. Die Spaltheilung war durch rhBMP-2 deutlich beschleunigt. Die Implantate mit rhBMP-2 entwickelten in 50% der Falle bereits nach 4 Wochen eine dichte zirkumferente Knochenneubildung sowie eine fast komplette Osteointegration ohne Restspalt innerhalb von 9 Wochen. In allen Fallen kam es zu einer uberschiesenden Knochenbildung wobei die Spongiosa uber das Implantat hinaus mit Compacta ausgefullt wurde. Implantate mit Calcium-Phosphat-Beschichtung zeigten eine beginnende Knochenneubildung nach 4 Wochen und eine partielle Osteointegration nach 9 Wochen. Bei den Implantaten ohne rhBMP-2 oder Calcium-Phosphat-Beschichtung fand sich nach 4 und 9 Wochen keine relevante Knochenneubildung. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Gabe von loslichem rhBMP-2 in eine Knochenkavitat die Neubildung von Knochen und die Osteointegration von Titan Implantaten verbessert. Zur Entwicklung von klinischen Langzeitimplantaten (z. B. kunstlichen Gelenken) mit biologischen Beschichtungen aus rh-BMP-2 sind weitere Studien erforderlich.
Databáze: OpenAIRE
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