BMP treatment for improving tendon repair. Studies on rat and rabbit Achilles tendons

Abstract

We wanted to improve tendon healing by adding a growth factor. Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) are well known to stimulate bone healing and bone formation. The local environment is of major importance for cell differentiation after a BMP has been added. Cartilage Derived Morphogenetic Proteins (CDMPs) -1, -2 and -3 (BMP 14, 13 and 12 or GDF 5, 6 and 7) form a subgroup in the BMP-family and are closely related to OP-1 (BMP 7). CDMP implants have been shown to induce bone and cartilage as well as tendon and ligament-like tissue. Our hypothesis has therefore been that if a BMP were added in a tendon environment, a tendon-like tissue would be induced.



We have developed models in rats and rabbits where the Achilles tendon is transsected. To influence tendon healing, different BMPs (OP-1, CDMP-1. -2 and -3) were added, either on a collagen carrier, or as a local injection into the tendon defect. The tendons were evaluated by histology and mechanical testing at different time-points after transection.



The results show that also when the mechanical environment would favour the formation of a tendon-like tissue, OP-1 reduced tendon strength in aid of bone formation. In contrast, CDMP-1, -2 and -3 had a beneficial effect upon tendon healing in rats. More callus tissue was produced than in controls, and strength and stiffness were improved, although minor amounts of bone and cartilage were detected in the tendon callus. Cartilage and bone formation sometimes occur normally during Achilles tendon healing in rats. In the rabbit model, where the healing situation is more similar to the clinical situation, the positive result with CDMP-2 was repeated. Moreover, in rabbits no bone or cartilage was found.



The results suggest that conservative treatment of Achilles tendon ruptures with injection of a CDMP in combination with early rehabilitation might afford a good alternative to surgical treatment.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Läkning av achilles-senrupturer är idag en långdragen process, som ofta tar flera månader innan senan är fullt funktionsduglig. Syftet med studierna är att förbättra senläkningen i samband med achillesrupturer. Bone Morphogentic Proteins (BMP) är främst kända för att stimulera benläkning och bentillväxt. De lokala förhållandena har dock visat sig ha stor betydelse för cellutvecklingen efter att BMP tillförts. OP-1 (BMP-7) är ett BMP som uttrycks kraftigt när senan bildas på fosterstadiet (Macias et al 1997). CDMP-1, 2 och 3 (BMP 14, 13 och 12 eller GDF 5, 6 och 7) ingår i en undergrupp av BMP och är nära besläktade med bl. a OP-1. De har visat sig inducera såväl ben och brosk som sen- och ligamentliknande vävnad (Erlacher 1998, Wolfman 1997). Vår hypotes har därför varit att om BMP tillsattes i en miljö som är starkt inriktad på att tillverka senvävnad, skulle det inducera en sen-liknande vävnad.



Vi har utvecklat modeller i råttor och kaniner där achillessenan skärs av. För att påverka läkningen har senan behandlats med olika BMP både under avlastade och belastade förhålladen. BMP har tillförts antingen på en kollagencarrier eller som en lokal injektion direkt i den uppkomna sendefekten. Vi har mätt senans draghållfasthet och grovlek vid olika tidpunkter efter senavskärningen. Senorna har också utvärderats histologiskt med avseende på läkningsförlopp och grad av ben- och brosk bildning.



Resultaten har visat att OP-1 reducer senstyrkan till förmån för en kraftig benbildning, trots att de mekaniska betingelserna borde främja senbildning. CDMP-1, -2 och -3 har däremot visat sig ha positiv effekt på senbildningen i råttor. Senstyrkan ökar med nära 50 % i början av senläkningen även om små mängder ben och brosk hittats histologiskt med alla tre CDMP. I kaniner, som förutom att det är en annan djurart, också möjliggjorde att läkningsförhållandenna blev mer lika patientsituationen, har samma positiva resultat på senläkning med CDMP-2 uppnåtts, men utan någon ben- eller brosk bildning (utvärderat med röntgen och Ca-innehåll i sencallusen).



De positiva resultaten låter oss hysa en förhoppning om att även patienter i framtiden kommer att kunna behandlas med en injektion av proteinet och därmed förkorta tiden innan senan blir funktionsduglig.

• author: Forslund, Carina
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Håkan Alfredson, Håkan, Umeå
• organization: Orthopaedics (Lund)
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Orthopedics
• keywords: traumatologi, Surgery, orthopaedics, traumatology, ortopedi, Kirurgi
• pages: 30 pages
• defense location: Föreläsningssal F1, University Hospital, Lund
• defense date: 2002-11-29 13:15:00
• language: English
• LU publication?: yes
• id: f68b7a53-fc71-47c3-b1bb-961b7652002d (old id 465153)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:56:01
• date last changed: 2021-09-27 08:40:39