TY  - THES
A1  - Balling, Horst
T1  - Rekombinantes humanes Bone-Morphogenetic-Protein-7 (rhBMP-7, rhOP-1) ermöglicht die transpedikuläre interkorporelle Spondylodese an der Lendenwirbelsäule des Schafes
T1  - Recombinant human Bone Morphogenetic Protein-7 (rhBMP-7, rhOP-1) enables the Transpedicular Intercorporal Spondylodesis in the Sheep’s Spine
N2  - EINFÜHRUNG: Bisherige Methoden der Behandlung von Wirbelkörperfrakturen machten ein kombiniertes Vorgehen aus anteriorem und posteriorem Zugang zum frakturierten Wirbelkörper erforderlich, um zwei Dinge zu ermöglichen: die Stabilisierung der hinteren Säule durch einen Fixateur interne und die Aufrichtung und Abstützung des gesinterten Wirbels durch Cage-Interposition, Verplattung oder autologe trikortikale Spantransplantation vom Beckenkamm zur Erhöhung der axialen Belastbarkeit im frakturierten Wirbelsäulensegment. Ein bereits in den 80er Jahren entstandenes Konzept eines solitären dorsalen Vorgehens mit transpedikulärem Zugang zur Behandlung der ventralen Säule mittels autologer Spongiosa und dem Vorteil einer verminderten Morbidität durch den Wegfall des zusätzlichen ventralen Vorgehens scheiterte an der fehlenden axialen Belastungsstabilität. Wir testeten im Schafsmodell ein modifiziertes dorsales transpedikuläres Verfahren und untersuchten die Effizienz eines rhOP-1-Hydroxylapatit-Zement-Gemisches gegenüber transplantierter Spongiosa und Hydroxylapatit-Zement hinsichtlich seiner Eignung zur Abstützung der vorderen Säule. METHODIK: Es wurden 36 Schafe einer operativen Verblockung der Lendenwirbel 4-6 mittels Fixateur interne unterzogen und in drei Gruppen zu je 12 Tieren eingeteilt. In Gruppe 1 diente autologe Beckenkammspongiosa zur transpedikulären Auffüllung des pedikuloskopisch ausgeräumten Zwischenwirbelraumes L4/5, in Gruppe 2 wurde der Defekt durch Hydroxylapatit-Zement überbrückt und in Gruppe 3 durch Hydroxylapatit-Zement mit darin mikroverkapseltem rhOP-1. Die ersten beiden Tiere der ersten Gruppe mußten wegen einer primären postoperativen Paraplegie der hinteren Extremitäten getötet werden, so daß in dieser Gruppe noch zehn Tiere für die kommenden Untersuchungen verblieben. Nach 8 postoperativen Wochen wurden die Tiere getötet und die seit der Operation stattgefundenen Veränderungen im aufgefüllten Zwischenwirbelraum L4/5 röntgenologisch, makromorphometrisch und histologisch verglichen. ERGEBNISSE: In Gruppe 1 zeigte sich in einem von zehn Fällen eine einseitige knöcherne Durchbauung, in acht der zehn Fälle eine über das ursprüngliche Niveau der Wirbelkörperendplatten hinausreichende Knochenneubildung oder zumindest Spongiosaintegration, es traten keine Entzündungszeichen in dieser Gruppe auf. In Gruppe 2 wurden eine unilaterale und eine bilaterale Wirbelkörperfusion gefunden, die übrigen zehn Schafe wiesen eine deutliche Zementresorption und –fragmentierung mit steriler Entzündungsreaktion und Osteolysen in vier Fällen auf. Charakteristisch war eine horizontal verlaufende Bruchlinie im intervertebralen Anteil der Zementplombe, die in allen Präparaten zu finden, im Falle der Fusionen allerdings durch Knochenbrücken unterbrochen war. Gruppe 3 präsentierte in vier Fällen unilaterale und in sechs Fällen bilaterale Fusionen, selbst die beiden Präparate ohne Fusion zeichneten sich durch deutliche Knochenneubildung und fehlende Zementresorption oder –fragmentierung bei auch hier vorhandener horizontaler Plombenbruchlinie aus, es fanden sich keine osteolytisch-entzündlichen Veränderungen. DISKUSSION: Die rhOP-1-Hydroxylapatit-Zement-Gruppe erwies sich mit zehn erfolgreichen Fusionen ohne Entzündungsreaktionen somit als deutlich überlegen im Vergleich mit transplantierter Spongiosa (eine Fusion, kein Entzündungsfall) und Hydroxylapatit-Zement ohne rhOP-1 (zwei Fusionen, vier Entzündungsfälle). Die in Gruppe 2 und 3 beobachtete horizontale Bruchlinie in der Zementplombe rührte von einer frühen postoperativen Scherkraftbelastung auf den Zwischenwirbelraum L4/5 und konnte in der dritten Gruppe dank der osteoinduktiven Wirkung des rhOP-1 besser durchbaut werden als in der Hydroxylapatit-Zement-Gruppe ohne rhOP-1, in der die alleinige osteokonduktive Wirkung des Knochenzements eine rasche Wirbelkörperfusion nicht herbeiführen konnte. Stattdessen trat in einigen Fällen trotz primärer axialer Belastungsstabilität des Zementes wegen der fehlenden beschleunigten Biointegration des Hydroxylapatits eine deutliche Zementplombenfragmentierung mit nachfolgender steriler Entzündungsreaktion auf. ZUSAMMENFASSUNG: Es konnte also unter Vermeidung eines zusätzlichen ventralen Vorgehens mit einem transpedikulären dorsalen Verfahren mittels einer Kombination aus primär axial belastungsstabilem Hydroxylapatit-Zement und osteoinduktiv wirksamem rhOP-1 in zehn von zwölf Fällen und damit signifikant häufiger als mit den Vergleichsverfahren nach acht postoperativen Wochen eine Wirbelkörperfusion im Schafsmodell herbeigeführt werden.
N2  - INTRODUCTION: Methods for the treatment of thoracolumbar burst fractures usually combine anterior with posterior approaches to the fractured vertebra to provide two features: stabilization of the posterior column by dorsal instrumentation with an internal fixator and long-term correction of the loss of height in the sagittal profile by cage interposition, anterior plating systems or autologous tricortical strut-graft from the iliac crest to increase axial load bearing capacities in the fractured vertebra. In the eighties, a concept was developed to treat the anterior column with autologous bone by a transpedicular approach. The great advantage of this method was the reduced morbidity with the avoidance of an additional anterior approach to the injured vertebra. Unfortunately, autograft could not provide sufficient stability for axial loading. We tested a modified dorsal transpedicular procedure in sheep and investigated the efficacy of a rhOP-1 enhanced hydroxyapatite cement versus transplanted autologous bone and hydroxyapatite cement as to providing sufficient stability for the anterior column. METHODS: 36 sheep underwent posterior lumbar instrumentation from L4 to L6, transpedicular removal of the intervertebral disc L4/5 and transpedicular augmentation with either autologous bone (group 1), hydroxyapatite cement (group 2) or rhOP-1 enhanced hydroxyapatite cement (group 3). In the first group, ten cases could be evaluated after the first two animals had to be sacrificed due to postoperative paraplegia of the dorsal limbs. Groups 2 and 3 consisted of 12 animals each. The sheep were sacrificed at eight weeks post-op, and the explanted spine segments L4-6 were examined radiologically, makromorphometrically and histologically. RESULTS: In the first group, unilateral osseous bridging over the intervertebral gap was seen in 1/10 cases, 8/10 cases showed new bone formation exceeding the genuine vertebral end plate or – at least – bony integration of the autograft. No inflammatory reactions were seen. The second group presented an unilateral and a bilateral vertebral fusion, 10/12 cases showed gross resorption and cement fragmentation with osteolysis and sterile inflammatory reactions in four cases. Characteristically, a horizontal fracture line could be observed in the intervertebral part of the cement, discontinuous only in the two fused cases because of bony bridging. In the third group, successful vertebral fusion could be found in 10/12 cases (4 unilateral, 6 bilateral), even the remaining two specimen witnessed high-level bone formation and a lack of cement resorption or fragmentation, but showed the horizontal fracture line, as well. No osteolytic or inflammatory reactions were found. DISCUSSION: The rh-OP-1 enhanced hydroxyapatite cement with 10/12 fusions and no inflammatory reactions was far superior to autograft (1/10 fusion, no inflammatory reactions) and hydroxyapatite alone (2/12 fusions, 4 cases of inflammatory reactions). The horizontal fracture line described in group 2 and 3 resulted from early postoperative sheer forces. Due to its osteoinductive effects, rhOP-1 accelerated biointegration of the cement, whereas the osteoconductive effects of the hydroxyapatite cement alone could not prevent from fragmentation, resorption of the cement and inflammatory reaction despite the cement’s primary stability for axial loading. CONCLUSION: Transpedicular lumbar interbody fusion (TLIF) with a composite of primarily stable axial load bearing hydroxyapatite cement and osteoinductive rhOP-1 showed successful fusion in 10/12 cases at eight weeks post-op in a sheep model and avoided the morbidity of an additional anterior approach to the injured vertebra along with the complications of harvesting iliac crest bone.
KW  - Lendenwirbelsäule
KW  - BMP
KW  - transpedikulär
KW  - Spondylodese
KW  - Schaf
KW  - lumbar spine
KW  - BMP
KW  - transpedicular
KW  - spondylodesis
KW  - sheep
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6675
ER  - 
TY  - THES
A1  - Depprich, Rita
T1  - Die osteoinduktive Potenz verschiedener gentechnisch modifizierter Bone Morphogenetic Proteins : Eine vergleichende Untersuchung im Rattenmodell
T1  - Osteoinductive properties of different genetically engineered variants of bone morphogenetic proteins. An experimental study in rats.
N2  - In der vorliegenden experimentellen Studie wurden verschiedene BMP-Wildtypen und gentechnisch modifizierte Bone Morphogenetic Proteins in vivo im Kalottentrepanationsdefekt bei adulten Ratten hinsichtlich ihrer osteogenen Potenz untersucht. Für alle Proteine wurde ein equiner Kollagen-Träger verwendet. Sowohl quantitativ als auch qualitativ die beste Knochenbildung im Vergleich zu rhBMP-2 lieferte die BMP-2 Mutante K12E, bei der die Aminosäure Lysin 12 gegen Glutamat ausgetauscht und somit der basische Charakter im Proteinstrang reduziert wurde. Auch T3 und T4, die jeweils durch ein bzw. zwei zusätzliche basische Tripletts im N-terminalen Segment eine verstärkte Heparinbindungsaffinität besitzen, zeigten in vivo eine größere osteogene Potenz als rhBMP-2. Eine deutlich geringere osteogene Potenz ließ sich sowohl bei GDF-5 als auch BMP-6 feststellen. Die Varianten GDF-5 Chimär (B2GDF-5) und BMP-2-6 (B2BMP-6), die jeweils die N-terminale Sequenz von BMP-2 bis Lysin 12 fusioniert mit GDF-5 bzw. BMP-6 enthalten, zeigten keine veränderte biologische Aktivität im Vergleich zu GDF-5 bzw. BMP-6. In eukaryonten Zellen exprimiertes CHOBMP-2 zeigte quantitativ sowie qualitativ vergleichbare Knochenbildung wie rhBMP-2. Die angewendete Inhalationsnarkose mit Isofluran erwies sich als ein gut steuerbares Narkoseverfahren, dass apparativ etwas aufwendiger ist als herkömmliche Injektionsnarkosen. Mit Isofluran, einem nebenwirkungsarmen, rasch anflutendem bzw. eliminierbarem Narkosegas konnten ausreichende Narkosetiefen erreicht werden. Durch eine selbst konstruierte Atemmaske ließ sich eine gute Passform, eine Minimierung entweichender Gase sowie eine gute Lagerung der Versuchstiere erzielen. Die eingesetzte Pulsoximetrie erwies sich als eine effektive, wenig aufwendige Möglichkeit, die Narkose adäquat zu überwachen.
N2  - The osteoinductive properties of different natural BMP-proteins and BMP-2 variants were evaluated in standardized calvarial defects in rats. Equine bone derived collagen was used as a carrier. The highest amount of new bone formation was achieved by the variant K12E in which an n-terminal lysine was substituted by glutamate, reducing the basic character of the protein. T3 and T4, two BMP-variants with an increased heparin binding capacity showed similar good results. Less new bone formation compared to natural BMP-2 was observed for GDF-5 and BMP-6. No differences in bone formation compared with the wildtypes was found for the chimeric variants of BMP-2 and GFD-5 (B2GDF-5) and BMP-2 and BMP-6 (B2BMP-6) in which the n-terminal sequence of BMP-2 is fused with GDF-5 respectively BMP-6. CHOBMP-2 which was produced in a mammalian cell line induced bone formation similar to BMP-2 expressed in e. coli. The inhalation anaesthesia with isoflurane used in this study proved to be a reliable method, which only demands little additional efforts compared with the commonly used injection anaesthesia. Isoflurane is a narcotic gas with little side-effects. It is quickly distributed in the tissue and allows a deep narcosis and analgesia. The fast elimination facilitates a quick recovery. With our newly designed mask a tight fit, with a minimum of gas loss was achieved. The use of puls oximetry allowed an accurate and a cost effective method for monitoring anaesthesia depth.
KW  - BMP
KW  - GDF-5
KW  - Osteoinduktion
KW  - in vivo Studie
KW  - BMP
KW  - GDF-5
KW  - osteoinduction
KW  - in vivo study
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8225
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eichelsbacher, Florian
T1  - Osteoinduktion durch gentechnisch modifizierte Bone-Morphogenetic-Proteins (BMPs) : eine tierexperimentelle Studie zur Knocheninduktion im heterotopen Implantatlager
T1  - Osteoinductivity by genetically modified BMPs - Animal study of bone formation in heterotopic implants -
N2  - Die lokale Bioverfügbarkeit von osteoinduktiven Wachstumsfaktoren hat einen entscheidenden Einfluss auf das Ausmaß der Knochenbildung. Die Affinität der Proteine zu Komponenten der extrazellulären Matrix (EZM) beeinflusst ihre Ortsständigkeit und damit ihre biologische Aktivität am Implantationsort. In der vorliegenden Arbeit wurden BMP-2 und seine gentechnologisch hergestellten Varianten mit verstärkter (T3, T4) und aufgehobener (EHBMP-2) Bindung an die EZM untersucht. Die Wachstumsfaktoren wurden einzeln sowie in Kombination mit EHBMP-2 in Bezug auf die erzielbare Knochenneubildungsrate im heterotopen Implantatlager (Oberschenkelmuskulatur der Ratte) verglichen. Durch den Einsatz der Proteinkombinationen wurde der Frage nachgegangen, inwieweit die Knochenneubildung durch die Mischung einer kaum an die extrazelluläre Matrix bindenden Varianten (EHBMP-2) mit einem „normal“ (BMP-2 Wildtyp) bzw. verstärkt (T3, T4) an die extrazelluläre Matrix bindenden Morphogen verbessert werden kann. Mittels röntgenologischer, biochemischer und histologischer Untersuchungen wurden die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Knochenneubildung analysiert. Bei allen Proteinen bzw. Proteinkombinationen wurde eine direkte Abhängigkeit der Knochenneubildung von den eingesetzten Proteinmengen beobachtet. Bei niedriger Konzentration (2 µg) waren BMP-2 bzw. die Varianten T3 und T4 den Proteinkombinationen mit EHBMP-2 immer überlegen. Bei höherer Dosis (4 µg) waren BMP-2 und T4 den Kombinationen mit EHBMP-2 überlegen. Nur bei T3 in höherer Dosierung konnte ein positiver Effekt einer Kombination mit EHBMP-2 beobachtet werden.
N2  - The amount of bone formation depends on the localy available osteoinductive growth factors. The affinity to components of the extracellular matrix influences the local concentration of the proteins and their biological activity at the site of implantation. BMP-2 and its variants with increased (T3, T4) and eliminated binding (EHBMP-2) to the extracellular matrix were investigated. The osteoinductive growth factors were assessed for their osteoinductivity by comparing the single proteins with combinations of EHBMP-2 in a heterotopic, intramuscular site of implantation (hind legs of rats). The variant without affinity to extracellular matrix (EHBMP-2) was combined with a regular- binding morphogen (BMP-2 wildtype) or with the increased- binding morphogens (T3, T4). The rate of bone formation of the different combinations was evaluated. The rate of new bone formation and the amount of newly formed bone were analyzed radiologically, biochemically and histologically. For all proteins and their combinations a dose-depend new bone formation was observed. At low dose (2 µg) no positive effect of the combination with EHBMP-2 could be shown. At high doses (4 µg) a positive effect of the combination with EHBMP-2 could only be demonstrated for T3.
KW  - Osteoinduktion
KW  - BMP
KW  - BMP-Varianten
KW  - Knochenregeneration
KW  - BMP variants
KW  - Osteoinduction
KW  - Bone regeneration
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-101423
N1  - Dieses Dokument wurde aus Datenschutzgründen - ohne inhaltliche Änderungen - erneut veröffentlicht.
Die ursprüngliche Veröffentlichung war am: 07.01.2005 unter der URN http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-11203
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fuchs, Andreas Rudolf
T1  - 3D-Pulverdruck von Zellkulturträgern mit Magnesium-Phosphat-Chemie
T1  - 3d powder printing of scaffolds with a magnesium phosphate chemistry
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals im 3D-Pulerdruckverfahren hergestellte Struvit-Matrizes auf ihre Eignung als Trägermaterial für Knochenzellen in vitro untersucht. Hierzu wurde die Zytokompatibilität sowie die chemische Löslichkeit von gedruckten Struvit-Strukturen betrachtet. In einem zweiten Schritt wurde untersucht, ob die biologische Funktion von BMP-2-Lösungen nach Durchlaufen des Druckprozesses erhalten bleibt und ob es möglich ist, BMP-2 unter Beibehaltung seiner biologischen Wirksamkeit direkt in Struvit-Matrizes zu drucken. Als Reaktanten zur Herstellung der Struvit-Matrizes wurde modifiziertes Farringtonit-Pulver mit definierter Körnung und eine äquimolare Binder-Lösung aus DAHP und ADHP verwendet. Die untersuchten Zellkulturträger mit Magnesiumammoniumphosphatchemie zeigten eine ausreichende Zytokompatibilität in vitro. Außerdem wurde gezeigt, dass thermolabile Proteine wie BMP-2 im 3D-Pulverdruckverfahren unter weitgehender Beibehaltung ihrer biologischen Wirksamkeit in vitro grundsätzlich prozessierbar sind. Die Freisetzung direkt eingedruckter Proteine aus den Struvit-Matrizes blieb jedoch hinter den Erwartungen zurück. Mit Struvit steht ein alternatives Zementsystem für den 3D-Pulverdruck zur Verfügung, welches spezifische Vorteile gegenüber den etablierten Calciumphosphaten bietet. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Ursache für die geringe BMP-Freisetzung aus den Struvit-Matrizes zu ermitteln und die Vorteile der neutralen Abbindereaktion voll nutzen zu können.
N2  - The purpose of the present study was the investigation of 3d powder printed struvite-scaffolds as a carrier material for osteoblastic cells in vitro. For this purpose, their cytocompatibility and their chemical solubility were observed. In a second step we analysed, if BMP-2 could pass through the whole printing process without losing its biological function and furthermore if it is possible to print BMP-2 directly into struvite-scaffolds without a significant loss of biological activity. As reactants for the fabrication of the struvite-scaffolds, we used a modified farringtonite-powder and a binder solution consisting of an equimolar mixture of DAHP and ADHP. The investigated struvite-scaffolds showed a sufficient cytocompatibility. It was also shown, that thermolabile proteins, such as BMP-2, could be processed in 3d powder printing without losing much of their biological activity in vitro. The release of directly imprinted proteins out of the struvite scaffolds remained unsatisfying. Struvite is an alternative hydraulic-setting cement for 3d powder printing with certain advantages over the established calcium phosphate cements. Further investigations are necessary to identify the reasons for the low BMP-release out of the struvite-scaffolds and to take full advantage of the neutral setting reaction of struvite-cements.
KW  - Struvit
KW  - Rapid Prototyping
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - 3D-Pulverdruck
KW  - BMP
KW  - Scaffold
KW  - 3d powder printing
KW  - scaffold
KW  - BMP
KW  - struvite
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77415
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TY  - THES
A1  - Heisterkamp, Claus Martin
T1  - Die Wiederherstellung der Unterkieferkontinuität mittels rhBMP-2 (Recombinant Human Bone Morphogenetic Protein-2) nach ausgedehnten Resektionen im Minischwein
T1  - Mandibular Reconstruction with rhBMP-2 (Recombinant Human Bone Morphogenetic Protein-2) following extensive resections in Göttinger mini-pigs
N2  - In der vorliegenden tierexperimentellen Studie wurde die Möglichkeit der direkten Rekonstruktion eines ausgedehnten Unterkieferdefekts mittels eines osteoinduktiven Implantats untersucht. Weiterhin sollte überprüft werden, ob ein heterotop (im M. latissimus dorsi) induziertes Knochentransplantat sich als autologer Knochen zur Unterkiefer-Rekonstruktion eignet. Eine mikrostrukturelle Analyse des Knochens ermöglichte vergleichende Aussagen zur Qualität des neugebildeten Knochens. An zehn ausgewachsenen Göttinger Minischweinen wurde ein einseitiger, 5cm langer Unterkieferkontinuitätsdefekt gesetzt. Dieser wurde bei der Hälfte der Tiere direkt mit einem rhBMP-2-haltigen, 50x25x15mm großen, kollagenen Träger (ICBM, insoluble collagenous bone matrix) rekonstruiert. Bei der zweiten Hälfte wurde dieser Träger zunächst in eine Muskeltasche des M. latissimus dorsi heterotop implantiert. Der neugebildete Knochen wurde nach acht Wochen zur Rekonstruktion in den Unterkiefer transplantiert. Bei direkter Rekonstruktion des Unterkiefers mit einem osteoinduktiven Implantat (8mg rhBMP-2) zeigten alle Versuchstiere röntgenologisch bereits nach acht Wochen eine komplette knöcherne Konsolidierung des gesetzten Unterkieferkontinuitätsdefekts. Nach 12 Wochen ist im Bereich des Defektes fein strukturierter, spongiöser Knochen entstanden, der sich zu den Randbereichen hin in seiner Mikroarchitektur kortikalisähnlich verdichtet und große Anteile lamellären Knochens enthält. Der gesamte Defekt wird von einem biomechanisch hochwertigen, sich funktional anpassenden Knochen überbrückt. Innerhalb der Kontrollgruppe findet keine Konsolidierung des Defektes statt. Aufgrund der mangelnden knöchernen Stabilisierung des Defektes kommt es zu ausgedehnten Resorptionen sowie zu reaktiven Knochneubildungen. Nach heterotoper Implantation von BMP-2 in den M. latissimus kommt es innerhalb von acht Wochen zu einem von peripher nach zentral fortschreitenden knöchernen Umbau des ICBM-Trägers. Der in der Peripherie des Trägers wachsende Knochen ist stark porös, inhomogen und unstrukturiert. Er ist durchsetzt mit Fettmark und von minderer biomechanischer Qualität. Nach Transplantation in den Unterkieferdefekt stirbt dieser autologe Knochen fast vollständig ab und zerfällt nekrotisch. Er wird von derben Bindegewebe umwachsen und abschließend resorbiert. Es bildet sich eine schwache, unvollständige Knochenbrücke aus. Die direkte Rekonstruktion eines ausgedehnten, biomechanisch belasteten Defektes mit einem osteoinduktiven Implantat erwies sich als die überlegene Methode. Das hierbei entstehende knöcherne Regenerat erfährt eine unmittelbare funktionelle Strukturierung. Die Notwendigkeit zu extensiven adaptiven Umbauvorgängen wird hierdurch minimiert.
N2  - Background: Direct mandibular reconstruction with an osteoinductive implant was compared with intramuscular prefabricated bone serving as an autologous bone transplant following an extensive continuity resection of the lower jaw in Göttinger mini-pigs. Method: In ten full-grown mini-pigs a one-sided continuity defect (5cm) was created in the lower jaw. In four animals it was filled with a 50x25x15 mm3 collagenous carrier enhanced by rhBMP-2. In two animals only the carrier was implanted as a control. In four animals the osteoinductive carrier was implanted into a pouch of the latissimus dorsi. After 3 months the graft was harvested and transplanted to close the mandibular defect. Bone regeneration and consolidation of the defects was analyzed radiographically, histologically and micromorphometrically. Results:Following implantation of the osteoinductive implant, complete osseus consolidation of the continuity defect in the lower jaw was observed in all animals. The defects were completely filled with a biomechanically stable bone which showed signs of functional adaption. The transplantation of the heterotopical prefabricated bone did not lead to functional stability quickly enough. In the periphery only an incomplete bony bridge was formed which was interrupted by large pseudarthrosis. No consolidation of the defects was found in the control group. Conclusion: Direct reconstruction of an extensive, biomechanically loaded defect with an osteoinductive implant proved to be the superior method. The osseus regeneration observed shows an immediate functional orientation. The necessity for extensive adaptive remodeling is thus minimized.
KW  - BMP
KW  - Osteoinduktion
KW  - Knochenregeneration
KW  - Unterkieferrekonstruktion
KW  - BMP
KW  - Osteoinduction
KW  - Bone regeneration
KW  - Mandibular reconstruction
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9548
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TY  - THES
A1  - Hellmann, Tina Verena
T1  - Einfluss des Corezeptors Repulsive Guidance Molecule b (RGMb) auf den Signalweg der Knochenwachstumsfaktoren
T1  - Influence of the coreceptor Repulsive Guidance Molecule b (RGMb) on the Bone Morphogenetic Protein signaling pathway
N2  - Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) bilden die größte Untergruppe der Transforming Growth Factor-β (TGF-β) Superfamilie sekretierter Wachstumsfaktoren. Sie haben Schlüsselfunktionen während der frühen Embryogenese inne und regulieren darüber hinaus die Organogenese sowie die Homöostase zahlreicher Organe und Gewebe. BMPs vermitteln ihre Signale über zwei Typen transmembranärer Serin-/Threoninkinaserezeptoren, die als Typ I und Typ II Rezeptoren bezeichnet werden. Den etwa zwanzig BMP-Liganden stehen dabei nach aktuellem Kenntnisstand nur fünf Typ I und drei Typ II Rezeptorkinasen gegenüber, wodurch sich insbesondere die BMP-Familie durch eine hohe Promiskuität der Ligand-Rezeptor-Interaktion auszeichnet. Damit dennoch Liganden-spezifische Signale vermittelt werden können, müssen die Signaleigenschaften dieser Faktoren komplex reguliert werden. Die Mehrzahl der Regulationsmechanismen beeinflusst die Signaltransduktion negativ. Kürzlich wurden jedoch die ersten, spezifisch auf die BMP-Familie wirkenden membranassoziierten Agonisten beschrieben – die Corezeptoren der Repulsive Guidance Molecule (RGM) Familie bestehend aus RGMa, RGMb und RGMc. Für das Familienmitglied RGMb werden neben pro-BMP-Prozessen allerdings auch hemmende Wirkungen auf die BMP-abhängige Signaltransduktion diskutiert. Um diese teils widersprüchlichen Funktionen zu beleuchten, wurde RGMb im Rahmen dieser Arbeit umfangreich biochemisch und biophysikalisch charakterisiert. Zunächst konnte erfolgreich ein Verfahren zur Herstellung und Isolierung von hochreinem rekombinanten RGMb Corezeptorprotein etabliert werden. Dies ermöglichte die Entwicklung umfangreicher in vitro Interaktionsstudien mit verschiedenen Liganden sowie Rezeptorektodomänen der TGF-β Superfamilie basierend auf dem Verfahren der Oberflächen-Plasmonresonanz (Surface Plasmon Resonance, SPR). Dadurch konnte gezeigt werden, dass RGMb spezifisch und hochaffin mit Wachstumsfaktoren der BMP-Familie, nicht aber mit Vertretern anderer Untergruppen der TGF-β Superfamilie wechselwirkt. Im Widerspruch zu Literaturdaten konnten darüber hinaus keine direkten Interaktionen zwischen RGMb und den analysierten Typ I und Typ II Rezeptorektodomänen nachgewiesen werden. Zellbasierte Kompetitionsanalysen ergaben, dass der lösliche RGMb Corezeptor BMP-induzierte Signale dosisabhängig inhibiert, während die membranverankerte RGMb-Variante eine Verstärkung des BMP-Signals durch eine Erniedrigung der halbmaximalen Ligandenkonzentration hervorruft. Mittels Oberflächen-Plasmonresonanz konnte im Rahmen von Coinjektionsstudien außerdem beobachtet werden, dass RGMb die Bindung der untersuchten BMP-Liganden an die Typ I Rezeptorektodomänen hemmt. Daraus kann geschlossen werden, dass RGMb an das Typ I Rezeptorbindeepitop der BMP-Liganden bindet und dadurch deren Signalaktivität neutralisiert. Ein abweichendes Bild zeigt sich für die Beeinflussung der BMP/Typ II Rezeptorinteraktion durch RGMb. So wurde im Rahmen von SPR-basierten Coinjektionsstudien beobachtet, dass BMP-Liganden in Gegenwart des Corezeptors RGMb ausschließlich mit der Ektodomäne des Typ II Rezeptors ActR IIB, nicht aber mit den Rezeptoren ActR-II oder BMPR-II interagieren können. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass zwar der Kernbereich des Typ II Rezeptorepitops durch die Interaktion des Liganden mit RGMb unbeeinflusst bleibt, jedoch eine partielle periphere Überlagerung bei gleichzeitiger Bindung von RGMb und den Typ II Rezeptoren für die Ausbildung der beobachteten Selektivität verantwortlich sein muss. Um diese Wechselwirkungen auch auf zellulärer Ebene analysieren zu können, wurden fluoreszenzbasierte Fusionskonstrukte für BMP-Rezeptoren sowie für RGMb synthetisiert und ein funktionelles Färbeprotokoll für die konfokale Mikroskopie etabliert. Die biochemischen Analysen sowie die in dieser Arbeit präsentierten umfassenden Charakterisierungen der Corezeptorinteraktionen mit einer Vielzahl an BMP-Liganden sowie deren Rezeptoren grenzen das RGMb-Bindeepitop ein und bilden so einen idealen Ausgangspunkt für die genaue Identifizierung und Charakterisierung dieses Epitops mittels gerichteter Mutagenese. Darüber hinaus weisen die vorliegenden in vitro Bindungsstudien auf einen deutlich komplexeren als bisher in der Literatur angenommenen, möglicherweise völlig neuartigen Modulationsmechanismus des BMP-Signalweges durch den Corezeptor RGMb hin. So wird in Anwesenheit von RGMb die Typ II Rezeptorspezifität und vermutlich auch die Lokalisierung der BMP-Liganden in bestimmten Membrankompartimenten - etwa Lipid Rafts - selektiv reguliert, wodurch BMP-induzierte Signale fein moduliert werden könnten. Die in dieser Arbeit synthetisierten fluoreszenzbasierten Fusionskonstrukte stellen zudem zusammen mit den etablierten Protokollen zur konfokalen Mikroskopie effektive Werkzeuge für eine zukünftige detaillierte Aufklärung (z. B. durch FRET-Studien) der komplexen RGMb-abhängigen Regulation des BMP-Signalweges auf zellulärer Ebene dar.
N2  - Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) comprise the largest subgroup of the Transforming Growth Factor-β (TGF-β) superfamily of secreted growth factors. They are key regulators of early embryogenesis and orchestrate the development as well as the homeostasis of several tissues and organs in adult organisms. BMPs transduce their signals through two types of transmembrane serine/threonine kinase receptors termed type I and type II receptors. An imbalance in BMP-ligand and receptor numbers - about twenty different BMP-ligands face only five type I and three type II receptors - causes a pronounced promiscuity in ligand/receptor interactions. Therefore, a complex regulatory network is necessary to enable specific signaling of each BMP ligand despite a temperospatial expression overlap. Most of the discovered regulatory processes inhibit BMP-signal transduction. Recently, the first membrane-associated BMP-specific agonists - the Repulsive Guidance Molecule (RGM) family of coreceptors comprised of RGMa, RGMb and RGMc - have been discovered. Aside from stimulatory effects, evidence for a potential inhibitory activity of the RGM family member RGMb on BMP-induced signal transduction has previously been described. To clarify these contradictory RGMb functions, extensive biochemical and biophysical characterizations were carried out. In the course of this work, an efficient expression and purification strategy was established resulting in great yields of highly pure recombinant RGMb coreceptor protein. Subsequent in vitro binding assays based on surface plasmon resonance (SPR) showed that RGMb specifically interacts with BMP ligands, while no binding to other subfamily members could be detected. Contradicting published data, no direct interactions of the RGMb coreceptor with type I and type II receptor ectodomains were determined. Furthermore, cell-based competition assays revealed that soluble RGMb protein lacking the glycosylphosphatidylinositol anchor dose-dependently inhibits BMP-induced signal transduction. Characterizing the influence of the membrane anchored RGMb coreceptor on BMP signaling pointed to a more complex situation. Hence, only minor deviations of the BMP-dependent signal transduction in RGMb-transfected compared to control cells could be detected. These differences could possibly indicate a sensitizing activity of the RGMb coreceptor on BMP-signaling as it has been described before. SPR-based co-injection experiments revealed that BMP ligands bound to RGMb lose their ability to interact with type I receptor ectodomains. Thus, the coreceptor blocks the type I receptor binding epitope, thereby neutralizing the signaling activity of BMP ligands. However, comparative experiments using BMP variants pointed out that the coreceptor/ligand interface involves other binding hot spot residues than the type I receptor/ligand interaction. Analyzing the influence of RGMb on the BMP/type II receptor interaction based on SPR measurements led to a different outcome: In the presence of the RGMb coreceptor, BMP ligands were solely able to interact with the extracellular domain of the type II receptor ActR IIB, while no binding could be detected with neither ActR II nor BMPR II ectodomains. Hence, binding of the coreceptor does not directly interfere with the BMP ligand/type II receptor core interface, whereas a partial peripheral overlap of RGMb with the type II receptor epitope may evoke the observed selectivity for ActR IIB. In order to clarify the observed interactions in the cellular context, RGMb and BMP receptor fusion constructs based on the SNAP-/CLIP-tag® technology as well as efficient labeling protocols and confocal microscopic procedures were established. The biochemical characterization of RGMb along with the extensive interaction studies of this coreceptor with a multiplicity of BMP-ligands and their receptors presented in this work, narrow down the location of the RGMb binding epitope, thus providing an ideal starting point for the subsequent determination of the coreceptor binding domain by site directed mutagenesis. Moreover, the presented in vitro binding studies point to a more complex and possibly novel regulatory mechanism of the BMP signal transduction by RGMb than previously assumed. Thus, the presence of the coreceptor selectively regulates the type II receptor specificity and potentially also the recruitment of BMP-ligands into certain membrane compartments (e.g. lipid raft-domains), herewith fine-tuning BMP-induced signals. The SNAP- and CLIP tag® fusion constructs produced in this work together with the established protocols for confocal microscopy analyses provide efficient tools for subsequent extensive examinations of theses regulatory processes in living cells (e.g. by FRET measurements).
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - Rezeptor
KW  - Transforming Growth Factor
KW  - Bone morphogenetic protein
KW  - Transforming Growth Factor
KW  - coreceptor
KW  - BMP
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85568
ER  - 
TY  - THES
A1  - Janke, Carsten Theodor Wilhelm
T1  - Knochenneubildung durch induktive Implantate der TGF-Beta-Familie : eine tierexperimentelle Studie zum Synergismus von BMP-2-Mutanten und TGF-Beta bei der heterotopen Osteoinduktion
T1  - Osteoneogenesis by osteoinductive factors of the TGF-ß-family
N2  - Die osteoinduktive Wirkung von „Bone morphogenetic protein 2“ (BMP-2) und der regulative Einfluss des Faktors „Transforming growth factor beta 1“ auf das physiologische Remodelling des Knochens sind durch zahlreiche In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen belegt. Die gentechnische Modifikation der N-terminalen Aminosäuresequenz von rekombinantem, im bakteriellen System (E. coli) exprimiertem BMP-2 (rh-BMP-2) führt zu rh-BMP-2-Varianten mit verstärktem (T3 und T4) bzw. nicht mehr messbarem (EH-BMP) Bindungsvermögen zur extrazellulären Matrix und verändert somit die Retentionszeit dieser Morphogene im Gewebe. In der vorliegenden Arbeit sollte die osteoinduktive Potenz der genannten BMP-Varianten (T3, T4, EH-BMP) mit der ihres Wildtyps rh-BMP-2 verglichen werden. Zudem war zu untersuchen, ob ein Zusammenhang zwischen applizierter Wirkstoffmenge und dem Ausmaß der induzierten Osteogenese vorliegt, und zu zeigen, dass dieser durch gemeinsame Applikation der verwendeten Morphogene mit dem nicht osteoinduktiven Wachstumsfaktor rh-TGF-ß-1 zu steigern ist. Hierzu wurden zylinderförmige (Länge l=10mm, Durchmesser Ø=5mm), bovine EXKK-Träger (extrahiertes, xenogenes Knochen-Kollagen) mit den genannten BMPs, TGF-ß-1 und Kombinationen dieser Wachstumsfaktoren bestückt und für 28 Tage in die Oberschenkelmuskulatur von 50 Sprague-Dawley-Ratten implantiert. Jedes Tier erhielt eine mit 2µg bzw. 4µg des jeweiligen BMPs dotierte Probe und einen zusätzlich, entsprechend dem Massenverhältnis von 20:1 mit 100ng, bzw. 200ng rh-TGF-ß-1 beladenen Träger auf der kontralateralen Seite. Als Kontrolle wurden unbehandelte bzw. nur mit rh-TGF-ß-1 (10µg und 20µg) dotierte EXKK-Zylinder eingebracht. Durch am 5., 11., 17., 23. und 28. Tag post OP durchgeführte Röntgenkontrollen konnten Beginn, Verlauf und Geschwindigkeit der ablaufenden Osteoinduktionsprozesse bewertet werden. Mittels zwei- und dreidimensionaler radiologischer Methoden, labortechnischer und histologischer Auswertungsschritte wurden zudem die in den am 28. Tag post OP explantierten Zylindern vorhandenen Knochenformationen auf ihre Menge, ihre Dichte, ihren Kalziumgehalt und ihre histologische Qualität hin untersucht. Durch Röntgen der histologischen Schnitte wurde ein direkter Vergleich histologischer Strukturen mit ihrer röntgenologischen Darstellung möglich. Für die undotierten EXKK-Träger und die nur mit rh-TGF-ß-1 rekonstituierten Proben ergab sich weder nach röntgenologischer noch nach histologischer Auswertung ein Anhalt auf osteoinduktive Aktivität. Alle außer den mit EH-BMP dotierten Proben zeigten schon ab dem 11. Tag post OP signifikante Knochenneubildungen. BMP-2 und T4 führten, gefolgt von T3, insgesamt zur schnellsten und mengen-, kalzium- und dichtemäßig am stärksten ausfallenden Osteoneogenese. Bei Verwendung von 4µg Morphogen und Zusatz von rh-TGF-ß-1 erreichten rh-BMP-2 und T4 bereits am 23. Tag post OP die auch zu Versuchsende ermittelten Werte. Die Variante EH-BMP lieferte deutlich weniger Knochen und relativ unkonstante Ergebnisse. Die Erhöhung der implantierten Proteinmenge auf 4µg und der Zusatz von rh-TGF-ß-1 führten im Mittel in allen Auswertungen zur Steigerung von Menge, Dichte, Kalziumgehalt und Bildungsgeschwindigkeit des induzierten Knochens. Die osteoinduktive Ausbeute von BMP-Varianten mit verbesserter Matrixbindung und verlängerter Retentionszeit im Lagergewebe ist für klinische Belange einer einfachen Dosissteigerung der BMP-Wildtypen vorzuziehen. Die Varianten führen früher und bei Verwendung geringerer Morphogenmengen zu einer dem Wildtyp äquivalenten Knochenneubildung. Auch die mitogenen Effekte von rhTGF-ß-1 auf das durch die BMPs determinierte Gewebe haben potenzierend wirkenden Einfluss auf osteoinduktive Effekte. Das Vorhandensein weiterer, an der Regulation des Knochenmetabolismus beteiligter Faktoren deutet auf noch verborgenes therapeutisches Potential hin.
N2  - The osteoinduktive potency of „bone morphogenetic proteins“ (BMP-2) and the regulating influence of “transforming growth factor beta 1“ on the remodelling process of bone are proved by a lot of in-vivo and in vitro studies. Genetical modification of the amino-acid-sequency at the n-terminal of recombinant, in bacterial system (E. coli) expressed BMP-2 (rh-BMP-2) leads to rh-BMP-2-variants which bind with increased (T3 and T4) respectively with no affinity (EH-BMP) to the extracellular matrix. Thus the local retention-time of the morphogenes at the site of implantation changes as well. This study was made to compare the osteoinduktive potency of rh-BMP-2 to the one of the modified variants T3, T4 and EH-BMP. Besides this it should be investigated if the amount of inducted bone can be influenced in a BMP-dose-dependant manner. Moreover it was to discover if the quantity of bone formation could be increased by simultaneous application of the non-osteoinductive growth factor rh-TGF-ß-1. For this cylindrical (length l=10mm, diameter Ø=5mm), bovine EXKK-carriers (Extrazelluläres Xenogenes Knochen Kollagen) were loaded with 2µg or 4µg of rh-BMP-2 respectively T3, T4 or EH-BMP. To half of the carriers we added 100ng, resp. 200ng of rh-TGF-ß-1 (ratio morphogen : TGF-ß = 20:1). Next the morphogen loaded cylinders respectively the rh-TGF-ß-1 containing carriers were implanted intramuscular into the left respectively right hind leg of 50 Sprague-Dawley-rats for 28 days. For reference we implanted pure carriers and exclusively rh-TGF-ß-1 loaded cylinders (rh-TGF-ß-1 = 10µg and 20µg) into some additional rats. To valuate beginning, progress and speed of osteoinduktion we made radiographic pictures of the hind legs containing the carriers at the 5th, 11th, 17th, 23rd und 28th day post OP. After the carrier-explantation at the 28th day post OP we could evaluate amount, density, histological quality and calcium-level of the induced bone formation by using two- and three-dimensional radiological scans, as well as chemical and histological methods. X-Ray-scans of histological slices (microradiography) allowed the direct comparison of histological and radiographical results. The implantation of pure carriers and exclusively rh-TGF-ß-1 loaded cylinders did not lead to bone formation in any case. Except the EH-BMP-containing carriers all cylinders showed newly induced bone at the 11th day post OP significantly. Concerning speed, amount, density and content of calcium of the bone formation BMP-2 and T4 were the strongest osteoinductive factors followed by T3. Using 4µg of morphogen they reached the final level of bone-amount already at the 23rd day post OP. EH-BMP formed less bone significantly and led to variant results. An increase of the implanted amount of Morphogen from 2µg to 4µg as well as the additional application of rh-TGF-ß-1 led to a rise of speed, amount, density and content of calcium of the bone formation in the mean. For clinical treatment the use of modified rh-BMP-2-variants with increased affinity to the extracellular matrix is to prefer to the application of the origin rh-BMP-2 in higher doses. Using the variants osteoinduction begins earlier and runs faster despite using lower levels of morphogen. In the same way the addition of genetically produced rh-TGF-ß-1 helps to magnify osteoinduktive effects. The existence of further growthfactors which participate in the metabolism of bone-remoddelling may indicate more hidden therapeutical possibilities for the clinical treatment of growth factors like BMPs and TGF-ß.
KW  - BMP
KW  - BMP-2
KW  - TGF-ß
KW  - Osteoinduktion
KW  - EXKK
KW  - ICBM
KW  - heterotop
KW  - sprague dawley
KW  - BMP
KW  - BMP-2
KW  - TGF-ß
KW  - osteoinduction
KW  - EXKK
KW  - ICBM
KW  - heterotop
KW  - sprague dawley
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16393
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klammert, Uwe
T1  - Evaluation einer neuen BMP-2 Mutante mit antagonistischer Aktivität - Eine in vivo Studie in Ratten -
T1  - Evaluation of a new BMP-2 mutant with antagonistic activity - An in vivo study in rats -
N2  - Bone Morphogenetic Proteins sind in eine Vielzahl von physiologischen Wachstums-und Entwicklungsvorgängen involviert und an verschiedenen unphysiologischen bzw. pathologischen Prozessen insbesondere im Bereich des Skelettsystems beteiligt. Ein gezielter Eingriff in die BMP-Signalkaskade könnte denkbare therapeutische Ansätze liefern. In der vorliegenden experimentellen Arbeit wurde die Wirksamkeit eines neuartigen Antagonisten am BMP-Rezeptor, der BMP-2-Doppelmutante A34D/D53A, in vivo evaluiert. Hierzu diente ein heterotopes Implantationsmodell (Skelettmuskulatur) sowie ein orthotopes Defektmodell (Kalottentrepanationsdefekt) bei Ratten. Für die eingesetzten Proteine wurde equines EXKK als Träger- und Freisetzungssystem verwendet. Im heterotopen Implantatlager diente zugesetztes BMP-2 in einer gut evaluierten Dosis als zu unterdrückender osteogener Stimulus. Im orthotopen Defektmodell (Defekt nicht kritischer Größe) sollte der Einfluss auf die physiologischerweise ablaufende knöcherne Defektregeneration ohne weiteren Zusatz von Morphogenen untersucht werden. Bezüglich der heterotopen Implantation konnte eine signifikante, dosisabhängige Hemmung der BMP-2-induzierten Osteoneogenese festgestellt werden. Bei dem orthotopen Implantationsmodell war keine Beeinflussung der physiologischen knöchernen Defektregeneration zu verzeichnen. Die Inhibierung eines einzelnen definierten osteogenen Reizes durch BMP-Rezeptorantagonismus konnte somit gut in vivo belegt werden. Im Rahmen der komplexeren physiologischen orthotopen Knochenregeneration mit vermutlich einer Vielzahl beteiligter Wachstumsfaktoren scheint hingegen die Hemmung eines möglichen Teilaspektes der Osteogenese keine ausschlaggebende Rolle zu spielen.
N2  - The aim of the study was the in vivo evaluation of e new BMP-2 (Bone Morphogenetic Protein 2) double mutant with antagonistic activity. The influence on heterotopic as well as orthotopic bone formation was investigated. Heterotopic bone formation was inhibited in a dose dependend manner, orthotopic bone formation was not reduced in the present experimental setting.
KW  - BMP
KW  - Antagonist
KW  - Osteoinduktion
KW  - BMP
KW  - antagonist
KW  - osteoinduction
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21052
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kottmair, Mathias
T1  - Bambi – Charakterisierung eines inhibitorischen BMP-Pseudorezeptors
T1  - Bambi - characterization of an inhibitoric BMP pseudoreceptor
N2  - Die TGF-β-Proteinfamilie umfasst eine Vielzahl von zumeist homodimeren sezernierten Liganden in höheren Tieren, die viele Vorgänge und Entwicklungen im Embryo wie im adulten Lebewesen über absolute oder graduelle Einflussnahme steuern. Die Signalweiterleitung ins Zytoplasma und den Nukleus erfolgt über promisk paarig rekrutierte Typ-I- und Typ-II-Rezeptoren, ehe vorwiegend rezeptorabhängig verschiedene SMAD-Proteine von Typ-I-Kinasen der Rezeptoren aktiviert werden, in den Kern translozieren und die Transkription induzieren. Zu jedem Zeitpunkt dieser Signalweiterleitung kann mittels verschiedener endogener Inhibitoren regulatorisch eingegriffen werden. Dem bisher einzig bekannten membranständigen Pseudorezeptor Bambi (BMP and Activine membrane bound inhibitor) wurde in vorangegangenen Arbeiten inhibitorisches Potential gegenüber dem BMP- und Activin-vermittelten Signalweg über Bindung an distinkte ligandenadressierte Rezeptoren zugeschrieben, wobei die genaue Wirkweise bislang noch vollkommen unklar war.
In der vorliegenden Arbeit wurde initial ein Homologiemodell der extrazellulären Domäne von hBambi anhand der gelösten Kristallstruktur der extrazellulären Domäne von BR1A im gebundenen Zustand (PDB-ID: 1REW) erstellt. Anhand dieses Modells wurde eine Arbeitshypothese entwickelt und es gelang in der Folge, biologisch aktives rekombinantes Protein zum einen aus transfizierten Insektenzellen sowie aus der Renaturierung aus bakteriellen Einschlusskörpern in hinreichender Menge herzustellen und chromatographisch aufzureinigen. Nach einer vergleichenden Qualitätskontrolle beider Exprimate wurden mittels CD-Spektroskopie und analytischer Gelfiltration der Anteil der Sekundärstrukturelemente sowie der Oligomerisierungsgrad erfolgreich bestimmt. In SPR-Bindestudien wurde der Beweis erbracht, dass hBambi-ECD Affinität zu annähernd allen getesteten Liganden der BMP-/GDF-Gruppe, die den SMAD-1/-5-/-8-Signalweg aktivieren, zeigt. Bekannte Typ-I- und Typ-II-Bindungsmutanten von BMP-2 wurden ebenfalls von hBambi-ECD quasi wildtypisch gebunden. Verschiedene Rezeptorektodomänen sowie ActivinA wurden, wie bisher in der Literatur fälschlich angenommen wurde, hingegen nicht gebunden. Die propagierte Homooligomerisierung von Bambi wird überdies nicht über die extrazelluläre Domäne vermittelt. Eingesetzt in Stimulationsversuche mit BMP-responsiven Zellen wurde eine konzentrationsabhängige inhibierende Wirkung von freier hBambi-ECD auf die BMP-2-vermittelte Signalweiterleitung mit unterschiedlichen Nachweismethoden ermittelt, welche die Ergebnisse aus den SPR-Versuchen erfolgreich bestätigten.
In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurden verschiedene chimäre Konstrukte aus für Bambi- und BR1A-Domänen kodierenden Sequenzen kloniert, in HEK Ad293-Zellen zusammen mit BMP- und Activin-responsiven Reportergenkonstrukten transient transfiziert und Stimulationsversuche mit BMP-2 und ActivinA durchgeführt. Wildtypisches Bambi zeigte hierbei ein ambivalentes Verhalten in Bezug auf die Regulation des BMP-2-Signals: geringe Mengen wirken agonistisch, höhere Mengen antagonistisch auf die Ausbildung des Reporters. Im Fall von ActivinA zeigte sich hingegen kein antagonistischer Einfluss von Bambi. In den Experimenten mit chimären Varianten erfolgte durch die erhaltenen Daten die Eingrenzung der Bindestelle von hBambi-ECD an BMP-2 auf den Bereich der Typ-I-Bindestelle. Ein direkter Einfluss der intrazellulären Domäne auf den BMP-2-Signalweg wurde ausgeschlossen. Weiterhin konnte gerade in Versuchen mit einem Antikörper gegen BR1A-ECD eine weitere Eigenheit der Bindung von Bambi an den Liganden offenbart werden: so bildet das Konstrukt aus hBambi-ECD und der intrazellulären BR1A-Domäne mit zugehöriger GS-Box und Typ-I-Kinase einen korrekt in den signalaktiven heterohexameren Komplex rekrutierten funktionellen Typ-I-Rezeptor.
Mit den in dieser Arbeit erzielten Ergebnissen, nämlich der gelungenen Erstellung eines Herstellungsprotokolls der ECD, deren erfolgreich identifizierten Bindepartnern sowie der Charakterisierung der Bindung an BMP-2 ist der Grundstein für die Strukturaufklärung von hBambi-ECD gelegt, welche weitere Klarheit in die Funktionalität dieses Modulators der BMP-/GDF-vermittelten Signalweiterleitung bringen wird. Ebenso sind erste das Verständnis der ICD aufklärende Ergebnisse erzielt worden, die das Fundament für weitere Experimente und darauf folgende Kenntnisgewinne darstellen werden.
N2  - The protein family of TGF-β-proteins consists of a huge number of predominantly homodimeric secreted ligands in higher animals, regulating many processes and developmental procedures in embryonic and adult forms via absolute or gradual influence. Signal transduction to cytoplasm and nucleus occurs by the aid of promiscuous, pairwisely recruited type-I- and type-II-receptors, usually activating a variety of receptor-dependent nucleus-permissive SMAD-proteins by an intracellular kinase-phosphorylation-cascade. After translocation they induce transcription of bre-promoted genes. Every signal transduction step may be interfered by endogenous inhibitors. So far the known membrane-bound pseudoreceptor Bambi (BMP and activine membrane-bound inhibitor) is hypothesized to have inhibitory potential against BMP- and activin-mediated signaling pathway via binding of distinct ligand-dependent receptors. However, its proper function still remains unclear.
At the beginning of this work a homology model of the extracellular domain of hBambi was built based on a solved 3D-structure of BR1A-ECD bound to its ligand (PDB-ID: 1REW). Upon this model a work hypothesis was issued and biologically active recombinant protein was obtained successfully, both from transfected insect cells and from refolding ex bacterial inclusion bodies in sufficient amount and purified by chromatography, respectively. After comparative quality control of both samples the degree of oligomerisation and secondary structure composition was analyzed via CD spectroscopy and analytical gelfiltration runs. Binding affinity towards nearly all ligands of BMP-/GDF-group assigned to SMAD-1/-5-/-8-signaling was shown for hBambi-ECD by SPR experiments. Known BMP-2-mutants lacking affinity for type-I- or type-II-receptors exhibited wildtype-like binding to hBambi-ECD, respectively. Contrary to the current opinion, neither various ectodomains of receptors nor ActivinA did show any specific binding. Moreover, proposed homooligomerisation of Bambi is not mediated via ECD. Introduction of hBambi-ECD into stimulation experiments on several BMP-responsive cells with differing detection modes yielded in concentration-dependent inhibition of BMP-2-signalling, confirming the results of SPR-attempts well.
In a further part of this work various chimeric constructs consisting of Bambi- and BR1A-coding sequence were cloned and effectively co-transfected into HEK Ad293 cells together with plasmids coding for BMP- and Activin-dependent reporters. Stimulation experiments with BMP-2 and ActivinA provided insights into Bambi participation within cellular processes. Full length Bambi exhibited ambivalent behaviour with respect to BMP-2-signaling: small amounts have an agonistic effect, while increasing levels revert it into an antagonistic one with respect to reporter formation. Regarding ActivinA no antagonistic effect was observed. Assays with chimeric constructs led to a containment for Bambi-epitope to the type-I-binding-site of BMP-2. Direct impact of Bambi-ICD on BMP-2-signaling could be blackballed. Furthermore, attempts with an antibody against BR1A-epitope revealed another feature of Bambi-binding to the ligand: a construct of Bambi-ECD fused to intracellular BR1A-domain including kinase and GS-Box forms a functional type-I-receptor correctly orientated and incorporated into heterohexameric signaling-complex.
Upon gained results within this work, namely the successful establishment of a purification protocol for the extracellular domain of hBambi, the identification of its binding partners as well as the characterization of a prominent binding partner the basis for successful structure determination of hBambi-ECD aiming to unravel the function of this modulator of BMP-/GDF-signaling is laid. Likewise, first knowledge of the ICD was acquired that will be the basis for further experiments leading to continuative scientific findings.
KW  - Knochen-Morphogenese-Proteine
KW  - BMP
KW  - Rezeptor
KW  - Inhibitor
KW  - Activin
KW  - Transforming Growth Factor
KW  - Bambi
KW  - Inhibitor
KW  - Activin
KW  - TGF
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103530
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lagler, Charlotte
T1  - Analyse von BMP2 und BMP2-Derivaten der TGF-β-Familie als potentielles Therapeutikum im Multiplen Myelom
T1  - Analysis of BMP2 and BMP2 derivatives of the TGF-β-family as a potential therapeutic agent in multiple myeloma
N2  - Diese Dissertation analysiert BMP2 und BMP2-Derivate als neue therapeutische Strategien für die Behandlung des Multiplen Myeloms (MM). Das MM ist eine maligne neoplastische Erkrankung des Knochenmarks mit Plasmazellvermehrung und erhöhten Leveln an Aktivin A im Blutserum, wobei eines der Hauptsymptome das Auftreten von schmerzvollen Osteolysen ist. In den letzten Jahren rückte Aktivin-A als interessantes Target zur Behandlung des Multiplen Myeloms in den Vordergrund. Die Reduzierung der Aktivin-A Level durch decoy-Rezeptoren führte zu einer signifikanten Verbesserung der Osteolysen und einem reduzierten Proliferationsverhalten der neoplastischen B-Zellen, sowohl im Tierexperiment als auch in Studien der klinischen Phase II. Die Aktivin-A-Antagonisierung ist somit ein neuer und vielversprechender Ansatz in der Therapie des Multiplen Myeloms. 
Das Bone Morphogenetic Protein 2 ist aufgrund seiner molekularen und biologischen Eigenschaften ein interessantes Target für die Therapie des Multiplen Myeloms. Es ist auf molekularer Ebene ein Aktivin-A-Antagonist, besitzt aber auch osteoinduktives Potential und  apoptotische bzw. anti-proliferative Eigenschaften auf neoplastische B-Zellen.  Da die in der Literatur bereits beschriebenen, durch Mitglieder der TGF-β-Familie induzierten Apoptosemechanismen, noch nicht genauer untersucht waren, wurde in dieser Arbeit die BMP2-induzierte Apoptose in 10 unterschiedlichen humanen MM-Zellen analysiert. Erstens konnte dabei nachgewiesen werden, dass 7 von 10 Zelllinien nicht BMP2-responsiv waren. Eine genauere Untersuchung ergab, dass neben der Expression spezifischer BMP-Rezeptoren auch die Expression von inhibitorischen Smad-Proteinen über die BMP2-Responsivität entscheidet. Zweitens zeigte die genauere Analyse der Apoptosemechanismen, dass entgegen der in der Literatur publizierten Ergebnisse, BMP2 keine apoptotische Wirkung auf die von uns untersuchten Zelllinien hat. Mehrere verschieden durchgeführte Experimente, u.a. die Verwendung von spezifischen Inhibitoren des programmierten Zelltodes, unterstützen dieses Ergebnis und klassifizieren BMP2 als einen rein anti-proliferativen Faktor.
Der letzte Teil der Arbeit befasst sich mit der Analyse von potentiellen Aktivin-A-Antagonisten in Form verschiedener BMP2- und GDF5-Derivate und inwiefern sie sich zum Einsatz in der Therapie des Multiplen Myeloms eignen. Die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Mutanten wurden in verschiedenen Zellsystemen getestet. So konnte aufgezeigt werden, dass neben einer erhöhten biologischen Aktivität in Form eines gesteigerten osteoinduktiven und anti-proliferativen Potentials auf neoplastische B-Zellen (Superagonisten), sich die verschiedenen Derivate als Super-Antagonisten zu Aktivin A eignen und damit unterschiedlichen Ansprüchen der adjuvanten Therapie im Multiplen Myelom gerecht werden.
N2  - This dissertation analyses BMP2 and BMP2 derivatives as new therapeutic agents in multiple myeloma (MM). MM is a malignant neoplastic disease of bone marrow with plasmatic cell proliferation and increased Activin-A-level in blood serum. A particular symptom of this disease is the occurrence of painful osteolysis. In the last few years Activin A has become an important target for the treatment of multiple myeloma. Reducing Activin A levels by decoy receptors led to a significant improvement in osteolysis and reduced proliferation behavior of neoplastic B cells, both in animal experiments and clinical phase II trials. Activin A antagonization is thus a new and promising approach in the treatment of multiple myeloma.
Bone Morphogenetic Protein 2 is a promising prospect for the treatment of multiple myeloma due to its molecular and biological properties. It is an Activin-A-antagonist at the molecular level, but also has osteoinductive potential and apoptotic or anti-proliferative properties on neoplastic B cells as already described in literature. Since the apoptotic mechanisms, which members of the TGF-β family induced in MM-cells, have not yet been investigated in detail, the BMP2-induced apoptosis was analyzed in 10 different human MM cells. Firstly it was shown that 7 out of 10 cell lines were not responsive to BMP2. A more detailed analysis revealed that, besides the expression of specific BMP receptors, the expression of inhibitory Smad proteins determines BMP responsiveness. Secondly the more precise analysis of the apoptotic mechanisms revealed that, contrary to the results published in the literature, BMP2 has no apoptotic effect on the cell lines we have examined. Several different experiments, e.g. the use of specific inhibitors of programmed cell death, support this result and classify BMP2 as a purely anti-proliferative factor.
The last part of this research deals with the analysis of potential Activin-A-antagonists in form of different BMP2 and GDF5 derivatives and how they are suitable for use in the therapy of multiple myeloma. The different properties of the individual mutants were tested in diverse cell systems. The results demonstrate that in addition to increased biological activity in form of increased osteoinductive and anti-proliferative potential on neoplastic B cells (superagonist), the various derivatives are suitable as super-antagonist to Activin A and cope with different requirements of adjuvant therapy in context of multiple myeloma.
KW  - BMP
KW  - Plasmozytom
KW  - BMP2
KW  - Multiples Myelom
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-155553
ER  -