BMP-7 in Orthopedic Applications: A Review

Abstract

In recent years, significant progress has been made on the research of Bone Morphogenetic Protein-7, BMP-7 (OP-1). BMP-7 is a growth- and differentiating-factor and a member of the TGF-β or Transforming Growth Factor-beta Superfamily. Ever since recombinantly produced human BMP-7 (rhBMP-7) became available in the early 1990s research in this area intensified. Many publications and presentations were issued detailing the ability of rhBMP-7 to induce new bone formation and to investigate this as an option to solve a wide variety of orthopedic problems. BMP-7's activity in bone regeneration has been established through numerous animal trials. Work has been presented on the potency of rhBMP-7 in joint revision arthroplasty, fracture healing and spinal fusion. rhBMP-7 has been investigated in a prospective controled human trial as an alternative for autograft in the treatment of tibial non-unions. In the not too distant future surgeons may have a new tool available in their daily practice for stimulating regeneration of bone and other skeletal tissue, though still many question on issues like dosing, predictability of outcomes, suitable indications and surgical techniques remain yet unanswered.

Bone morphogenetic proteins in the skeletal system

“…Hervorzuhebende Eigenschaften der bisher identifizierten 47 verschiedenen BMPs sind morphogene Fähigkeiten, die sich in einer Steuerung des Zellwachstums aber auch des programmierten Zelltods (Apoptose), der Zelldifferenzierung und chemotaktischer Prozesse ausdrücken [6,29]. Die Erkenntnisse über die Funktion der BMPs in der Embryogenese und im adulten Organismus haben bereits zum klinischen Einsatz von rekombinantem BMP-7 in der Behandlung therapieresistenter Frakturen geführt und lassen zahlreiche weitere Anwendungsgebiete in der Regeneration geschädigter Gewebe und Zellverbände erwarten [11]. Während sich herkömmliche Behandlungsansätze vornehmlich auf die Beseitigung krankheitsfördernder und destruktiver Faktoren konzentrieren, erhofft man sich hiermit erstmalig die Möglichkeit, aktiv in die Regeneration bereits geschädigter Gewebe einzugreifen.…”

“…Verschiedene experimentelle Untersuchungen und erste erfolgreiche klinische Anwendungen in der Behandlung therapieresistenter Frakturen zeigen die regenerativen Fähigkeiten von BMPs im Skelettsystem [4,11,13]. Zudem konnte in verschiedenen Tierexperimenten eine Knorpelheilung nach intraartikulärer Injektion von BMP-2 und -7 gesehen werden [4].…”

“…Für diese Zulassung entscheidend waren Studien, die eine gute Regeneration mit biologisch und biomechanisch funktionstüchtigem Knochen nach Implantation einer BMP-7 enthaltenden Kollagenmatrix in chirurgisch induzierten segmentalen Defekten zeigten. Die Resultate waren besser als die Erfolge nach der autologen Knochentransplantation und wurden in ähnli-cher Form auch mit BMP-7 allein ohne umgebende Kollagenmatrix erzielt [11]. Indikationen für den klinischen Einsatz von BMP-7 sind traumatisch bedingte Tibiafrakturen mit Pseudarthrosebildung, die seit mindestens 9 Monaten bestehen und bei denen eine autologe Knochentransplantation zuvor fehlgeschlagen ist.…”

“…Es soll sich ein Knochen bilden, der radiologisch und von seinen mechanischen Eigenschaften mit normalem Knochen vergleichbar ist. Verglichen mit der autologen Knochentransplantation bei Pseudarthrosen nach Tibiafrakturen zeigte BMP-7 ähnlich gute klinische Resultate und etwas schlechtere radiologische Ergebnisse [11]. Als Nebenwirkungen wurden in der klinischen Prüfung Erytheme, Druckempfindlichkeit und Schwellungen über der Implantationsstelle und die Myositis ossificans beobachtet [11].…”

“…Verglichen mit der autologen Knochentransplantation bei Pseudarthrosen nach Tibiafrakturen zeigte BMP-7 ähnlich gute klinische Resultate und etwas schlechtere radiologische Ergebnisse [11]. Als Nebenwirkungen wurden in der klinischen Prüfung Erytheme, Druckempfindlichkeit und Schwellungen über der Implantationsstelle und die Myositis ossificans beobachtet [11]. Trotz der vielversprechenden Ergebnisse kommt BMP-7 zurzeit nur eingeschränkt zur klinischen Anwendung.…”