Hydroxyapatite (HAP) has a great potential as a bone replacement material because of its similarity to the crystal structure of inorganic matrix of bone. Several years ago we showed that porous hydroxyapatite ceramics (Endobon, Merck) can be covalently modified for the immobilization of proteins [Jennissen, H.P. (1999) PCT Patent WO9926674A2] opening the possibility for the immobilization of growth factors and morphogens. Application of this technique to the immobilization of recombinant human bone morphogenetic protein 2 (rhBMP-2) on hydroxyapatite would be of high medical interest, because of the decisive role of bone morphogenetic proteins in bone development and osteogenesis. In this paper it will be shown that the model protein ubiquitin and rhBMP-2 can be immobilized non-covalently and covalently after chemical modification of a hydroxyapatite ceramic surface (Bio-Oss J Cancellous Block, Geistlich, = HAP-wafers). It could be shown that only small amounts of protein are adsorbed to non-functionalized HAP surfaces (control). In contrast ubiquitin and rhBMP-2 can be very efficiently immobilized non-covalently (up to 2.4 mg protein/g HAP) and covalently (up to 9.7 mg protein/g HAP) on porous HAPwafers. In desorption experiments it is shown that the bound rhBMP-2 is slowly released making such surfaces applicable as long term drug delivery devices for enhancing bone growth and osteointegration of implant materials.
Hydroxylapatit (HAP) besitzt aufgrund seiner A ¨hnlichkeit zur Kristallstruktur der anorganischen Komponente von natu ¨rlichem Knochen ein großes Potential als Knochenersatzmaterial. Bereits vor mehreren Jahren konnte von uns gezeigt werden, dass poro ¨se Hydroxylapatit-Keramiken (Endobon, Merck) kovalent fu ¨r die Immobilisierung von Proteinen modifiziert werden ko ¨nnen. Dadurch wird die Mo ¨glichkeit gegeben, Wachstumsfaktoren und Morphogene auf diesen Materialien zu immobilisieren. Die Anwendung dieser Technik auf die Immobilisierung von rekombinantem humanem knochenmorphogenetischem Protein (rhBMP-2) auf Hydroxylapatit ist wegen der maßgeblichen Rolle von BMPs auf die Knochenentwicklung und -bildung von hohem medizinischen Interesse. In dieser Arbeit soll gezeigt werden, dass das Modell-Protein Ubiquitin und rhBMP-2 nach chemischer Modifikation der Hydroxylapatit-Keramik-Oberfla ¨che (Bio-Oss J Cancellous Block, Geistlich, = HAP-Scheiben) nicht-kovalent und kovalent immobilisiert werden ko ¨nnen. Es kann gezeigt werden, dass auf nicht-funktionalisierten HAP-Oberfla ¨chen (Kontrolle) nur kleine Mengen Protein adsorbiert werden. Im Gegensatz dazu ko ¨nnen Ubiquitin und rhBMP-2 sehr effizient nicht-kovalent (bis zu 2.4 mg Protein/g HAP) und kovalent (bis zu 9.7 mg Protein/g HAP) auf poro ¨sen HAP-Scheiben immobilisiert werden. In Desorptions-Experimenten wird gezeigt, dass das gebundenen Protein langsam freigesetzt wird. Speziell im Fall des gebundene rhBMP-2 sind solche Oberfla ¨chen fu ¨r eine langfristige Arzneimittelabgabe geeignet, um so das Knochenwachstum und die Osteointegration von Implantaten zu steigern.