Einfluss unterschiedlicher Faktoren auf die knochenbildenden Eigenschaften von rekombinanten BMPs

Zusammenfassung

Das Ausmaß der BMP-induzierten Knochenneubildung wird in erster Linie durch die Anzahl der mesenchymalen Zielzellen im Implantatlager sowie durch die Halbwertszeit der BMP-Moleküle im Gewebe bestimmt. Während die induzierbare Zellzahl durch das Lebensalter und die Vaskularisation des Gewebes vorgegeben ist, kann die Verweildauer der BMP-Moleküle im Gewebe beeinflusst werden. Eine Möglichkeit besteht in der Kopplung der BMPs an geeignete Trägermaterialien, wodurch die osteoinduktive Wirkung signifikant gesteigert wird. Verantwortlich hierfür ist die physikalische Bindung der BMPs an das Trägermaterial, durch welche die Resorption der Proteine verzögert wird. Weitere Faktoren stellen die Materialzusammensetzung der Trägermaterialien, deren Formkonstanz sowie eine eventuelle Dislokation von Trägerpartikeln dar. Die lokale Gewebekonzentration der BMPs kann daneben auch durch eine verstärkte Bindung der Proteine an die extrazelluläre Matrix erhöht werden. Durch die gezielte Modifikation der Aminosäuresequenz wurde gentechnisch eine BMP-2-Mutante (BMP-2x _a ) hergestellt, welche bei signifikant niedrigerer Konzentration gegenüber dem natürlichen BMP-2 eine heterotope Knochenbildung induziert. Das durch diese BMP-Mutante gebildete Knochengewebe zeichnet sich außerdem durch eine höhere Knochendichte aus.

Summary

The extent of BMP-induced new bone formation is mainly determined by the number of mesenchymal target cells in the recipient bed as well as by the biological half-life of the BMP molecules within the tissue. While the number of inducible cells is determined by the age and vascularization of the tissue, the retention time of the BMP molecules can be influenced. One possibility is the coupling of BMPs to suitable carriers, which significantly increases the osteoinductive effect. The reason for this is the physical binding of BMPs to the carrier material, which delays the resorption of the proteins. Other factors are the composition of the carrier materials, their structural stability, and possible dislocations of carrier particles. The local tissue concentration of BMPs can also be increased by an enhanced binding of the proteins to the extracellular matrix. A BMP-2 mutant (BMP-2x_a) was produced by the specific modification of the amino acid sequence using recombinant technologies. BMP-2x_a induces heterotopic bone formation at significantly lower concentrations than natural BMP-2. Furthermore, BMP-2x_a-induced bone tissue possesses a higher bone density.