Strategies for stimulation of new bone formation: a critical review

ABSTRACT

Large bone defects, congenital or caused by diseases, trauma or surgery, do not heal spontaneously and are usually a clinical challenge in the orthopedic and dental practices. A critical review concerning strategies to substitute lost bone or stimulate osteogenesis was undertaken. Pivotal concepts ranging from traditional bone grafting and use of biomaterials to local application of growth factors and gene therapy were addressed, including critical comments on the efficacy and safety, difficulties, advantages and disadvantages of each method. The most predictable results are still obtained with autogenous bone graft, despite the inconveniences of morbidity and limited availability of graft material. Satisfactory results have been reported for recombinant bone morphogenetic proteins (rhBMPs)-2 and -7, which distinguish for their osteoinductive property, the difficulty being the need for a degradable carrier that allows its continuous release in a rate compatible to that of new bone formation. Other bone growth factors are currently under evaluation in preclinical models of bone defects; however their efficacy is also dependent on the competence of a delivery strategy and on an appropriate delineation of “which one”, “which dose” and “when”. Parameters of efficiency and safety for gene therapy are still being established. In conclusion, given the variety of growth factors involved in the complex cascade of bone repair and the biological interactions between them, it remains a challenge to accomplish the ideal strategy to stimulate reparational bone formation in specific conditions of the medical as in the dental practices.

RESUMO

Defeitos ósseos de grandes dimensões, congênitos ou causados por doenças, traumas ou cirurgias, não se regeneram espontaneamente e são, no geral, um desafio para médicos e dentistas. O presente trabalho apresenta uma revisão crítica sobre estratégias para substituir tecido ósseo ou estimular a osteogênese reparacional. São apresentados conceitos relevantes relativos aos métodos tradicionais de enxertos/implantes ósseos e uso de biomateriais até a aplicação local de fatores de crescimento e a terapia gênica, incluindo comentários críticos sobre eficácia, segurança, dificuldades, vantagens e desvantagens de cada método. Os resultados mais previsíveis ainda são obtidos com enxertos ósseos autógenos, apesar das incoveniências de morbidade e disponibilidade limitada de material. Resultados satisfatórios têm sido relatados com o uso de proteínas ósseas morfogenéticas humanas recombinantes (rhBMPs)-2 e -7, que se distinguem pela capacidade de osteoindução, apesar da necessidade do uso combinado com um carreador biodegradável que permita sua liberação em um ritmo compatível com o da neoformação óssea. Outros fatores de crescimento ósseo estão presentemente em fase pré-clinica de avaliação e sua eficácia também depende de uma estratégia adequada de liberação, além da definição de parâmetros como “qual fator”, “em que dose” e “quando”. Ainda estão sendo estabelecidos os parâmetros de eficiência e segurança para aplicação da terapia gênica em defeitos ósseos. Concluindo, diante da grande variedade de fatores de crescimento envolvidos na complexa cascata do reparo ósseo e das interações que eles estabelecem, definir a melhor estratégia para estimular a formação óssea em situações específicas das práticas médica e odontológica permanece um desafio para cientistas e clínicos.