Benläkning med kombinerade tillväxtstimulerande faktorer samt barriärmembran
Registration number: VGFOUSA-P-5874
Forskarstöd predoktorandmedel - Ny ansökan
Application started by: Sargon Barkarmo, 2005-11-11
Professional title at the time of application: Tandläkare
Work place at the time of application: Folktandvård Gråbo
Last updated / corrected by: Ronny Gunnarsson, 2006-01-27
Application received by: FoU-enheten för Primärvård och Folktandvård Södra Älvsborg

Granted and completed

Applicant: Sargon Barkarmo
Tandläkare, Brånemarkkliniken och avd. Oral protetik

Denna ansökan är kopplad till följande andra ansökningar:

VGFOUSA-P-5874 : Benläkning med kombinerade tillväxtstimulerande faktorer samt barriärmembran, Forskarstöd predoktorandmedel - Ny ansökan
Granted and completed
Ansökan påbörjad: 2005-11-11 , Sökanden: Sargon Barkarmo, Brånemarkkliniken och avd. Oral protetik
VGFOUSA-P-9161 : Effekten av ytmodifiering på osseointegrerade implantat, Forskarstöd predoktorandmedel - Fortsättningsansökan
Granted and completed
Ansökan påbörjad: 2006-12-15 , Sökanden: Sargon Barkarmo, Brånemarkkliniken och avd. Oral protetik

Övergripande information om projektarbetet

Sökandens arbetsförhållanden

Folktandvård

Projektledarens arbetstid - % av heltid

100

Hur långt har projektarbetet framskridit?

Datainsamling påbörjad.

Projektarbetet som en del i en utbildning för sökanden

Vetenskaplig utbildning: Annan vetenskaplig utbildning

Planerad redovisning

Målet är att skriva en eller flera engelskspråkig vetenskaplig artikel

Medarbetare / Handledare

Medarbetare/Medsökande

Anders Linde
Oral Biokemi, Odontologiska Institutionen, Sahlgrenska Akademin vid Göteborgs Universitet

Medarbetarens roll/uppgift:: Ansvarig forskare

Göran Zellin
Tandläkare, käkkirurgen Odontologen Göteborg

Medarbetarens roll/uppgift:: Handledare

Projektet / projektens innehåll

Projektstart (när planeringen påbörjas och börjar dokumenteras skriftligt)

2005-10-22

Beräknat projektslut

2007-05-01

Sammanfattning

Att få olika skelettala defekter att läka med nytt ben har, sedan lång tid tillbaka, varit en utmaning inom olika grenar av den rekonstruktiva kirurgin. Inom bland annat ortopedin finns ett stort behov att använda sig av olika metoder för att återskapa/nybilda ben. Problemet med otillförlitlig benregeneration och benläkning orsakas till stor del av inväxt av bindväv i defekten, vilket förhindrar osteogenes. Det har visats att barriärmembran kan kombineras med tillväxtfaktorer för att vidare förbättra benregenerationen. På detta vis utnyttjas två olika biologiska principer för att främja osteogenes. Den övergripande hypotesen som ska testas är att kombinationer av tillväxtfaktorer kan utöva en synergistisk stimulatorisk effekt på osteogenes in vivo. Genom lokal applikation av sådana faktorer i ett adekvat carrier-system under barriärmembran, kan man utveckla ett koncept för vävnadsregeneration baserat på biologiska principer i standardiserade, välkaraktäriserade och kvantifierbara experimentella djurmodeller. Därutöver erhålls en värdefull grundläggande kunskap om dessa faktorers effekt på celler hörande till den osteoblastiska cell-familjen in vivo. Vi har ett antal experimentella modeller för att mäta benläkning på råtta som genom åren har använts i ett stort antal försöksserier och som har fördelen att man kvantitativt kan mäta benläkning.

Bakgrund

Defekt benläkning är ett vanligt förekommande problem i samband med ortopedisk kirurgi och oralkirurgi. Exempel på detta är bristande läkning av rörbensfrakturer och defekter i ansiktsskelettet, orsakade av cystor, tumörer och trauma. Vid rekonstruktiv kirurgi, finns det ofta ett behov av att tillskapa nytt ben. Samma sak gäller i tandlösa delar av käkarna, där benresorption har lett till en kosmetiskt och funktionellt inadekvat situation.

Problemet med otillförlitlig benläkning orsakas till stor del av inväxt av bindväv i defekten, vilket förhindrar osteogenes. Data i litteraturen tyder på att bindvävsceller differentieras och migrerar fortare än de benbildande cellerna. Detta i sin tur leder till anatomiska avvikelser och funktionella störningar. I andra sammanhang, t.ex. parodontal nedbrytning, sker bendestruktion och vävnaden regenerar ej, trots att primärsjukdomen har avklingat.

Ett stort antal tekniker förekommer för att lokalt åstadkomma benbildning och öka benvolymen, t.ex. bentransplantation, användande av frystorkat, demineraliserat ben etc. Dessa uppvisar emellertid mycket varierande klinisk framgång och har ofta en tveksam, ej vetenskapligt undersökt biologisk grund.
Den vanligaste behandlingen involverar bentransplantation, men en sådan procedur uppvisar många nackdelar såsom behov av ytterligare ett ingrepp samt risk för morbiditet hos mottagarsätet och volymförlust av transplantatet.

P.g.a. problem av denna karaktär har benforskningen de senaste decennierna riktat sin uppmärksamhet mot osteoinduktion och tillväxtfaktorer som förknippas med detta fenomen. Arbetshypotesen är att dessa i kombination med olika biomaterial skulle kunna användas för ”tissue engineering”.

Skelettet är en väldig reservoar för olika tillväxtfaktorer, såsom BMPs, TGF-b, IGFs, FGFs och PDGF. Vissa faktorer har visat sig vara stimulatoriska på benbildande celler (osteoblaster) och har därför potential att främja benläkning.

Ända sedan Urist 1965 [1] demonstrerade att demineraliserad bovin benmatrix är kapabel att inducera ektopisk benbildning, så har orsaksfaktorerna för denna effekt studerats i stor omfattning. Speciellt BMP-2 men även andra tillväxtfaktorer har studerats för deras kapacitet att påskynda regeneration i djurexperimentella defekter [2-6]. Genom att kunna kvantifiera läkningen i dessa modeller för benbildning, har man kunnat konkludera att vissa faktorer uppvisar en stor förmåga att stimulera läkning av bendefekter.

Användningen av barriärmembran för benaugmentation är en behandling, som i första hand kommit att användas i samband med dentala implantat [7]. Tekniken innebär att ett bio-kompatibelt membran används för att avskärma en bendefekt så att utrymme skapas där osteogenes kan ske utan inväxt och interferens av mjukvävnad.
Det har också visats att barriärmembran kan kombineras med tillväxtfaktorer för att vidare förbättra benregenerationen [8]. Genom att kombinera olika tillväxtfaktorer skulle man kunna potentiera benläkning ytterligare.

Syfte

Detta forskningsprogram omfattar modellförsök i avsikt att utveckla kombinationer av tillväxtfaktorer, funktionella bärarsystem samt barriärmembran som skulle kunna komma till användning för benregeneration. En ytterligare avsikt är att kartlägga effekten av individuella tillväxtfaktorer på celler som tillhör den osteoblastiska cell-linjen in vivo.

Metod: Urval

I dessa studier kommer två standardiserade benläkningsmodeller att användas: Mandibulära defekter: 5 mm i diameter transossösa defekter i mandibelvinkeln hos råttor. Bilaterala defekter görs för att kunna jämföra en obehandlad med en behandlad defekt inom samma djur . För att kunna utvärdera effekten av tillväxtfaktorerna mäter man vid standardiserade läkningstider (såsom 12 dagar och 24 dagar). Snittning för mikroskopi görs antingen av paraffininbäddade demineraliserade preparat eller av plastinbäddade icke-demineraliserade preparat. ”Rått hattar”: 6 mm i diameter halvsfäriska e-PTFE-kupoler med en 1-2 mm kant (ser ut som en kubb) placeras på det blottlagda kalvariet hos råttor. Små perforationer görs genom det yttre kompakta benet. Läkningsperiod 3 till 12 veckor. Snittning för mikroskopi sker antingen av paraffininbäddade demineraliserade preparat eller plastinbäddade icke-demineraliserad preparat.

Metod: Gruppindelning

När barriär-membran används, oavsett experimentell modell, är dessa alltid placerade i direkt kontakt med den blottlagda benytan och täcker defekten med en marginal på minst 2 mm. Periostet reponeras alltid över den yttre sidan av membranet. Vi använder primärt Gore-Tex Augumentation Membran (GTAM). Som bärare av tillväxtfaktorerna kommer i dessa försök i första hand kollagen typ I ’svamp’ att användas. I den första försöksserien kommer den transossösa råttmandibeldefektmodellen att användas, medan ben-nybildning i skalltakskupolerna avses användas i kommende studier. Fyra olika grupper med 6 råttor i varje grupp kommer att testas: 1) bara carrier (kollagen) + koksalt 2) Faktor A 3) Faktor B 4) Faktor A + B Faktor A är i dessa försök rekombinant humant BMP-2 (rhBMP-2). De tillväxtfaktorer som testas har alla erhållits från kommersiella källor förutom det i E.coli producerade rhBMP-2, som erhålls från vår samarbetspartner Dr. M. Zhao.

Metod: Datainsamling

Defekterna kommer att få läka 12 respektive 24 dagar och det totala antalet råttor kommer således att uppgå till 48 i varje försök. Färgning av snitt kommer att göras med Ladewig’s modifiering av Mallory’s van Gieson/Alcian blue-färgning och utvärderas på ljusmikroskopisk nivå.

Metod: Databearbetning

För att erhålla kvantitativa data, kommer benbildningen mätas med datoriserad image-analys (Optimas). Procent av ytan av defekten som fyllts ut med nytt ben, procent av ben-överbryggningen, likaså procent yta som uipptas av märghålrum kommer att vara de primära parametrarna som utvärderas vid de olika tidpunkterna.

Förväntat resultat / Klinisk betydelse

Resultaten från dessa experiment kan på sikt förväntas vara av betydelse i olika kirurgiska discipliner för utvecklande av metoder för återskapande av benkontinuitet och anatomi efter förlust av skelettal vävnad. Specifikt kan vävnadsregeneration med användning av kombinationer av tillväxtfaktorer leda till en mer förutsägbar och snabb osseointegration av implantat. Lokal applicering av tillväxtfaktorer kombinerade med membran har potentialen att inte bara förbättra resultatet av bentransplantation, men kan också eventuellt reducera behovet av transplantatvolym genom möjligheten att lokalt producera ny benmassa (neogenes). I förlängningen av dessa försök kan det potentiellt bli möjligt att välja fungerande tillväxtfaktor för eventuella kliniska test.

Referenser

1 . URIST MR . Bone: formation by autoinduction. Science.1965 Nov 12;150(698):893-9.

2. ZELLIN G, BECK S, HARDWICK R, LINDE A. Effects of rhTGF-?1 on bone regeneration in vivo. An experimental study in rats and rabbits. Bone 1998; 22: 613-620.

3. ZELLIN G, LINDE A. Treatment of segmental defects in long bones using osteopromotive membranes and rhBMP-2. An experimental study in rabbits. Scand J Plast Reconstr Hand Surg 1997; 31: 97-104.

4. ZELLIN G, ALBERIUS P, LINDE A. Autoclaved bone for craniofacial reconstruction. Effects of supplementation with bone marrow or rhFGF-2. Plast Reconstr Surg 1998; 102: 792-800.

5. ZELLIN G, LINDE A. Bone neogenesis in domes made of expanded polytetrafluoro-ethylene (e-PTFE). Efficacy of rhBMP-2 to enhance the amount of achievable bone in rats. Plast Reconstr Surg 1999; 103: 1229-1237.

6. KIMURA M, ZHAO M, ZELLIN G, LINDE A. Bone-inductive efficacy of recombinant human bone morphogenetic protein-2 expressed in Escherichia coli: An experimental study in rat mandibular defects. Scand J Plast Reconstr Hand Surg 2000; 34: 289-299.

7. LINDE A, ALBERIUS P, DAHLIN C, BJURSTAM K, SUNDIN Y: Osteopromotion. A soft-tissue exclusion principle using a membrane for bone healing and bone neogenesis. J. Periodontol. 64, 1116-1128 (1993).

8. GORDH M, ALBERIUS P, JOHNELL O, LINDBERGH L, LINDE A. Effects of rhBMP-2 and osteopromotive membranes on experimental bone grafting. Plast Reconstr Surg 1999; 103: 1909-1918.

Ekonomisk översikt och äskande

Forskarstöd söks från och med

2006-01-02

Forskarstöd söks för följande antal månader

Beslut

Forskarstöd beviljas från och med

2006-01-01

Forskarstöd beviljas till och med

2006-12-31

Beslut ansökan

Beslutsdatum: 2006-01-27