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Evaluation der osteoinduktiven Potenz von gentechnisch modifizierten BMP-2-Varianten

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Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Fragestellung

Durch gentechnische Modifikationen der N-terminalen Aminosäuresequenz von BMP-2 lässt sich die Heparinbindung und damit die lokale Verweildauer am Implantationsort gezielt beeinflussen. Zwei Mutanten mit verstärkter (T3, T4) und eine Mutante mit nahezu aufgehobener Heparinbindung (EHBMP-2) sollten auf ihre Osteoinduktivität in vivo überprüft und mit dem Wildtyp von BMP-2 verglichen werden.

Methoden

Unterschiedliche Konzentrationen (0,25–4 µg) der Proteine wurden auf zylindrische Kollagenträger (Durchmesser 5 mm, Höhe 10 mm) aufgebracht und in die Oberschenkelmuskulatur implantiert. Die Knochenbildung wurde mittels radiologischer Verlaufskontrollen quantifiziert und nach 28 Tagen histologisch charakterisiert.

Ergebnisse

Durch die Aufhebung der Heparinbindung wird eine deutliche Reduktion der Osteoinduktivität in vivo bewirkt. Die Verstärkung der Heparinbindung führt dagegen zu einer Steigerung der Knocheninduktion, die beobachtete Knochenbildung findet schneller und in größerem Ausmaß statt.

Schlussfolgerung

Durch gentechnische Modifikationen ist es gelungen, erstmalig BMP-Mutanten herzustellen, die eine verstärkte Bindung an Komponenten der extrazellulären Matrix (Heparin) aufweisen. Durch die hierdurch verlängerte Verweildauer am Implantationsort besitzen diese Mutanten eine gegenüber dem Wildtyp gesteigerte Osteoinduktivität.

Abstract

Background

The alteration of the N-terminal amino acid sequence of BMP-2 allows modification of heparin binding of the new protein. This leads to a change in the local retention time at the site of implantation. Mutants with increased (T3, T4) and with no binding (EHBMP-2) to heparin were assessed for their osteoinductivity in vivo and compared with the wild type BMP-2.

Methods

Cylindrical collagenous carriers (diameter = 5 mm, height = 10) were loaded with different concentrations (0.25–4 µg) of the proteins. Following intramuscular implantation into the hind legs, the bone formation was measured in radiographic follow-ups. After 28 days the newly formed bone was characterized histologically.

Results

Elimination of the heparin binding leads to massive reduction in osteoinductivity. On the other hand, an increase in the heparin binding leads to enhancement in the osteoinductive properties, resulting in faster bone formation with a higher yield.

Conclusion

It could be shown for the first time that modifications of BMP-2 by gene technology can lead to proteins with enhanced binding to components of the extracellular matrix. The resulting prolonged retention time at the implantation site results in an increased osteoinductivity compared with the wild type.

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Authors and Affiliations

  1. Klinik und Poliklinik für Mund- Kiefer- und Gesichtschirurgie, Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg

    K. K. Würzler, J. Emmert, F. Eichelsbacher & J. F. Reuther

  2. Klinik für Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

    N. R. Kübler

  3. Lehrstuhl für Physiologische Chemie II, Biozentrum der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität Würzburg

    W. Sebald

  4. Klinik und Poliklinik für Mund- Kiefer- und Gesichtschirurgie, Bayerische Julius-Maximilians-Universität, Pleicherwall 2, 97070 , Würzburg

    K. K. Würzler

Authors
  1. K. K. Würzler
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  2. J. Emmert
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  3. F. Eichelsbacher
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  4. N. R. Kübler
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  5. W. Sebald
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  6. J. F. Reuther
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Würzler, K.K., Emmert, J., Eichelsbacher, F. et al. Evaluation der osteoinduktiven Potenz von gentechnisch modifizierten BMP-2-Varianten. Mund Kiefer GesichtsChir 8, 83–92 (2004). https://doi.org/10.1007/s10006-004-0528-x

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