Bone tissue engineering: Growth factors and cytokines

Comprehensive Biomaterials

Volumn 5, Issue , 2011, Pages 281-301

  Hollinger, J O ^a   Srinivasan, A ^a   Alvarez, P ^a   Hsu, E ^a   McBride, S ^a   Eppell, S ^b   Baskin, J ^b   Waters, H ^c   Gruber, R ^d  

^a CARNEGIE MELLON UNIVERSITY   (United States)

^b CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY   (United States)

^c LERNER RESEARCH INSTITUTE   (United States)

^d MEDICAL UNIVERSITY OF VIENNA   (Austria)

Author keywords

Bone; Bone growth factors; Bone morphogenetic protein; Bone regeneration; Bone tissue engineering; Craniomaxillofacial; Cytokines; Dental; Orthopedics; Osteoblast; Osteoclast; Osteocytes; Platelet derived growth factor

Indexed keywords

BONE TISSUE ENGINEERING; CYTOKINES; GROWTH FACTOR;

BONE;

EID: 84903224012     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: None     Document Type: Chapter

References (139)

1. Hogan, B. Cell 1999, 96, 225-233.
2. Hollinger, J. O. In Bone Regeneration and Repair, Lieberman, J., Freidlaender, G., Eds.; Humana Press: Ottawa, ON, 2005; pp 1-20.
3. Schmitt, J. M.; Hwang, K.; Winn, S. R.; Hollinger, J. O. J. Orthop. Res. 1999, 17, 269-278.
4. Burgess, E. A.; Hollinger, J. O. In Frontiers in Tissue Engineering·, Patrick, C. W., Mikos, A. G., Mcintire, L. V., Eds.; Elsevier: New York, 1998; pp 383-399.
5. Dorland, W. A. N. Dorland's Illustrated Medical Dictionary, W. B. Saunders: Philadelphia, PA, 1988.
6. Hollinger, J.; McAllister, B. In Bioceramics, Proceedings of the International Symposium on Ceramics in Medicine; Wilson, J., Hench, L., Greenspan, D., Eds.; Elsevier: Ponte Vedra, 1995; pp 3-10.
7. Chang, B. S.; Lee, C. K.; Hong, K. S.; et al. Biomaterials 2000, 21, 1291-1298.
8. Kelly, P. J. J. Bone Joint Surg. 1968,50-A, 766-783.
9. Buckwalter, J. A.; Glimcher, M. J.; Cooper, R. R.; Recker, R. J. Bone Joint Surg. 1995, 77-4,1256-1275.
10. Parfitt, A. M. J. Cell. Biochem. 1994, 55, 273-286.
11. Parfitt, M. A. Calcit. Tissue Int. 1984, 36, 37-45.
12. Roberts, W. E.; Helm, F. R.; Marshall, K. J.; Gongloff, R. K. Angle Orthod. 1990, 59, 247-256.
13. Folkman, J.; Klagsbrun, M. Science 1987, 555, 442-447.
14. Gavin, T. P.; Robinson, C. B.; Yeager, R. C.; England, J. A.; Nifong, L. W.; Hickner, R. C. J.Appl. Physiol. 2004, 96, 19-24.
15. Burri, P. H.; Hlushchuk, R.; Djonov, V. Dev. Dyn. 2004, 231, 474-488.
16. Aubin, J. E. Rev. Endocr. Metab. Disord. 2001, 5, 81-94.
17. Unger, N. J.; Odorfer, K. I.; Weber, K.; Sandgren, E. P.; Erben, R. G. Histochem. CellBiol. 2007, 127, 669-674.
18. Ehrlich, P. J.; Lanyon, L. E. Osteoporos. Int. 2002, 13, 688-700.
19. Lorenzo, J.; Horowitz, M.; Choi, Y. Endocr. Rev. 2008, 29, 403-440.
20. You, J.; Yellowley, C. E.; Donahue, H. J.; Zhang, Y.; Chen, Q.; Jacobs, C. R. J. Biomech. Eng. 2000, 122, 387-393.
21. Jiang, J. X.; Siller-Jackson, A. J.; Burra, S. Front.Biosci. 2007, 75, 1450-1462.
22. Nijweide, P. J.; Burger, E. H.; Feyen, J. H. Physiol. Rev. 1986, 66, 855-886.
23. Kol Let, O.; Dar, A.; Lapidot, T. Annu. Rev. Immunol. 2007, 55, 51-69.
24. Athanasou, N.K. J. Bone Joint Surg. Am. 1996, 78, 1096-1112.
25. Mundy, G. R. Bone 1987, 5(Suppl. 1), S9-S16.
26. Kingsley, D. M. Genes Dev. 1994, 8, 133-146.
27. Massague, J. Prog. Med. Viroi. 1985, 32, 142-158.
28. Centrella, M. J. Biol. Chem. 1987, 262, 2869-2874.
29. Seyedin, S. M.; Thompson, A. Y.; Bentz, H.; et al. J. Biol. Chem. 1986, 261, 5693-5695.
30. Barnes, G. L.; Kostenuik, P. J.; Gerstenfeld, L. C.; Einhorn, T. A. J. Bone Miner. Res. 1999, 14, 1805-1815.
31. Miyazono, K. J. Cell Sci. 2000, 113(Pt 7), 1101-1109.
32. Scheufier, C.; Sebald, W.; Hulsmeyer, M. J. Mol. Biol. 1999, 287, 103-115.
33. Cohen, P.; Peehl, D. M.; Lamson, G.; Rosenfeld, R. G. J. Clin. Endocrinol. Metab. 1991, 73, 401-407.
34. Celil, A. B.; Campbell, P. G. J. Biol. Chem. 2005, 280, 31353-31359.
35. Pie, Y.; Xw, M. E. N. G.; Zhou, X. Y.; Xing, X. P.; Xia, W. B. ActaPharmacol. Sin. 2003, 24, 975-984.
36. Singhatanadgit, W.; Salih, V.; Olsen, I. J. Cell Physiol. 2006, 209, 912-922.
37. Wernike, E.; Montjovent, M. O.; Liu, Y.; et al. Eur. Cell.Mater. 2010, 19, 30-40.
38. Schipani, E.; Maes, C.; Carmeliet, G.; Semenza, G. L. J. Bone Miner. Res. 2009, 24, 1347-1353.
39. Becker, P. M.; Verin, A. D.; Booth, M. A.; Liu, F.; Birukova, A.; Garcia, J. G. Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. 2001, 281, L1500-L1511.
40. Carpini, J. D.; Karam, A. K.; Montgomery, L. Angiogenesis 2010, 13, 43-58.
41. Deckers, M. M.; Karperien, M.; Van der Bent, C.; Yamashita, T.; Papapoulos, S. E.; Lowik, C. W. Endocrinology 2000, 141, 1667-1674.
42. Tombran-Tink, J.; Barnstable, C. J. Biochem.Biophys. Res. Commun. 2004, 316, 573-579.
43. Eckardt, H.; Ding, M.; Lind, M.; Hansen, E. S.; Christensen, K. S.; Hvid, I. J.Bone Joint Surg. Br. 2005, 87, 1434-1438.
44. Kanczler, J. M.; Oreffo, R. O. Eur. Cell. Mater. 2008, 15, 100-114.
45. Carano, R. A.; Filvaroff, E. H. DrugDiscov. Today 2003, 8, 980-989.
46. Ornitz, D. M.; Marie, P. J. Genes Dev. 2002, 16, 1446-1465.
47. Berrada, S.; Lefebvre, F.; Harmand, M. F. In Vitro Cell. Dev. Biol. Anim. 1995, 31, 698-702.
48. Fakhry, A.; Ratisoontorn, C.; Vedhachalam, C.; et al. Bone 2005, 36, 254-266.
49. Ling, L.; Murali, S.; Dombrowski, C.; et al. J. Cell. Physiol. 2006, 209, 811-825.
50. Rodan, S. B.; Wesolowski, G.; Thomas, K. A.; Yoon, K.; Rodan, G. A. Connect. Tissue Res. 1989, 20, 283-288.
51. Vora, S. R.; Palamakumbura, A. H.; Mitsi, M.; et al. J. Biol. Chem. 2010, 285, 7384-7393.
52. Bolander, M. E. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1992, 200, 165-170.
53. Kawaguchi, H.; Kurokawa, T.; Hanada, K.; et al. Endocrinology WM, 135, 774-781.
54. Lin, J. M.; Cal Ion, K. E.; Lin, J. S.; et al. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2009, 297, E142-E150.
55. Shimoaka, T.; Ogasawara, T.; Yonamine, A.; et al. J. Biol. Chem. 2002, 277, 7493-7500.
56. Valta, M. P.; Tuomela, J.; Bjartell, A.; Valve, E.; Vaananen, H. K.; Harkonen, P. Int. J. Cancer 2008, 123, 22-31.
57. Fini, M.; Carpi, A.; Borsari, V.; et al. Front. Biosci. (Schol. Ed.) 2010, 2, 468-482.
58. Lee, S. H.; Kim, T. S.; Choi, Y.; Lorenzo, J. BMB Rep. 2008, 41, 495-510.
59. Lee, S. K.; Surh, C. D. Immunol. Rev. 2005, 208, 169-180.
60. Takayanagi, H. Nat. Rev. Rheumatol. 2009, 5, 667-676.
61. DAmelio, P.; Grimaldi, A.; DI Bella, S.; et al. Bone 2008, 43, 92-100.
62. Kwan Tat, S.; Padrines, M.; Theoleyre, S.; Heymann, D.; Fortun, Y. Cytokine Growth Factor Rev. 2004, 15, 49-60.
63. Bezerra, M. C.; Carvalho, J. F.; Prokopowitsch, A. S.; Pereira, R. M. Braz. J. Med. Biol. Res. 2005, 38, 161-170.
64. Palmgvist, P.; Persson, E.; Conaway, H. H.; Lerner, U. H. J. Immunol. 2002, 169, 3353-3362.
65. Bendre, M. S.; Montague, D. C.; Peery, T.; Akel, N. S.; Gaddy, D.; Suva, L. J. Bone 2003, 33, 28-37.
66. Di Rosa, F. Immunol. Cell Biol. 2009, 87, 20-29.
67. Angeli, A.; Dovio, A.; Sartori, M. L.; et al. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2002, 966, 97-107.
68. Boyce, B. F.; Yao, Z.; Zhang, Q.; et al. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007, 1116, 245-254.
69. Palmgvist, P.; Lundberg, P.; Persson, E.; et al. J. Biol. Chem. 2006, 281, 2414-2429.
70. Takahashi, N.; Udagawa, N.; Kobayashi, Y.; Suda, T. Methods Mol. Med. 2007, 135, 285-301.
71. Kishimoto, T.; Taga, T.; Akira, S. Cell 1994, 76, 253-262.
72. Manolagas, S. C.; Jilka, R. L. N. Engl. J. Med. 1995, 332, 305-311.
73. Giuliani, N.; Mangoni, M.; Rizzoli, V. Exp. Hematol. 2009, 37, 879-886.
74. Evans, K. E.; Fox, S. W. BMC Cell Biol. 2007, 8, 4.
75. Owens, J. M.; Gallagher, A. C.; Chambers, T. J. J. Immunol. 1996, 157, 936-940.
76. Makiishi-Shimobayashi, C.; Tsujimura, T.; Iwasaki, T.; et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001, 281, 361-366.
77. Kawase, Y.; Hoshino, T.; Yokota, K.; et al. J. Bone Miner. Res. 2003, 18, 975-983.
78. Takahashi, N.; Mundy, G. R.; Roodman, G. D. J. Immunol. 1986, 137, 3544-3549.
79. Takada, I.; Kouzmenko, A. P.; Kato, S. Expert Opin. Ther. Targets 2009, 13, 593-603.
80. Zallone, A. Ann.N. Y. Acad. Sci. 2006, 1068, 173-179.
81. Takayanagi, H.; Ogasawara, K.; Hida, S.; et al. Nature 2000, 408, 600-605.
82. Van Vlasselaer, P.; Borremans, B.; Van Den Heuvel, R.; Van Gorp, U.; De Waal Malefyt, R. Blood 1993, 82, 2361-2370.
83. Bosshardt, D. D.; Sculean, A. Periodontol. 2000 2009, 51, 208-219.
84. Hugoson, A.; Norderyd, O. J. Clin. Periodontol. 2008, 35, 338-345.
85. Chang, P. C.; Cirelli, J. A.; Jin, Q.; et al. Hum. Gene Ther. 2009, 20, 486-496.
86. Hellberg, C.; Ostman, A.; Heldin, C. H. Recent Results Cancer Res. 2010, 180, 103-114.
87. Casap, N.; Venezia, N. B.; Wilensky, A.; Samuni, Y. Tissue Eng. A 2008, 14, 247-253.
88. Peng, H.; Wright, V.; Usas, A.; et al. J. Clin. Invest. 2002, 110, 751-759.
89. Jung, R. E.; Cochran, D. L.; Domken, O.; et al. Clin. Oral Implants Res. 2007, 18, 319-325.
90. Mair, B.; Tangl, S.; Feierfeil, J.; Skiba, D.; Watzek, G.; Gruber, R. Clin. Oral Implants Res. 2009, 20, 400-405.
91. McDonald, M. M.; Peacock, L.; Mikulec, K.; et al. Bone 2010, 46, S27.
92. Burkiewicz, J. S.; Scarpace, S. L.; Bruce, S. P. Ann. Pharmacother. 2009, 43, 1445-1455.
93. Taylor, P. C.; Feldmann, M. Nat. Rev. Rheumatol. 2009, 5, 578-582.
94. Mayer, Y.; Balbir-Gurman, A.; Machtei, E. E. J. Periodontol. 2009, 80, 1414-1420.
95. Gruber, R.; Koch, H.; Doll, B. A.; Tegtmeier, F.; Einhorn, T. A.; Hollinger, J. O. Exp. Gerontol. 2006, 41, 1080-1093.
96. Calori, G. M.; Donati, D.; Di Bella, C.; Tagliabue, L. Injury 2009, 40(Suppl. 3), S67-S76.
97. Li, R. H.; Bouxsein, M. L.; Blake, C. A.; et al. J. Orthop. Res. 2003, 21, 997-1004.
98. Devescovi, V.; Leonardi, E.; Ciapetti, G.; Cenni, E. Chir. Organi Mov. 2008, 92, 161-168.
99. Giannoudis, P. V.; Tzioupis, C. Injury 2005,36(Suppl. 3), S47-S50.
100. McKay, W. F.; Peckham, S. M.; Badura, J. M. Int. Orthop. 2007, 31, 729-734.
101. White, A. P.; Vaccaro, A. R.; Hall, J. A.; Whang, P. G.; Friel, B. C.; McKee, M. D. Int. Orthop. 2007, 31, 735-741.
102. Weiner, B. K.; Walker, M. Spine (Phila Pa 1976) 2003, 28, 1968-1970; discussion 1971.
103. Sammartino, G.; Tia, M.; Marenzi, G.; DI Lauro, A. E.; D'Agostino, E.; Claudio, P. P. J. Oral Maxillofac. Surg. 2005, 63, 766-770.
104. Dallari, D.; Savarino, L.; Stagni, C.; et al. J. Bone Joint Surg. Am. 2007, 89, 2413-2420.
105. Liljenqvist, U.; O'Brien, J. P.; Renton, P. Eur. Spine J. 1998, 7, 125-131.
106. Russell, J. L. Tissue Eng. 2000, 6, 435-440.
107. Chakkalakal, D. A.; Strates, B. S.; Garvin, K. L.; et al. Tissue Eng. 2001, 7, 161-177.
108. Takikawa, S.; Bauer, W.; Kambic, H.; Togawa, D. J. Biomed. Mater. Res. 2003, 65, 37-42.
109. Zhang, M.; Powers, R. M., Jr.; Wolfinbarger, L., Jr. J. Periodontol. 1997, 68, 1085-1092.
110. Bishop, G. B.; Einhorn, T. A. Int. Orthop. 2007, 31, 721-727.
111. Gautschi, O. P.; Frey, S. P.; Zellweger, R. ANZJ. Surg. 2007, 77, 626-631.
112. Giannoudis, P. V.; Kanakaris, N. K.; Einhorn, T. A. Osteoporos. Int. 2007, 18, 1565-1581.
113. Shields, L. B.; Raque, G. H.; Glassman, S. D.; et al. Spine (Phila Pa 1976) 2006, 31, 542-547.
114. Uludag, H.; Gao, T.; Porter, T. J.; Friess, W.; Wozney, J. M. J. Bone Joint Surg. Am. 2001,83-A (Suppl. 1), S128-S135.
115. Vaidya, R.; Carp, J.; Sethi, A.; Bartol, S.; Craig, J.; Les, C. M. Eur. Spine J. 2007, 16, 1257-1265.
116. Wong, D. A.; Kumar, A.; Jatana, S.; Ghiselli, G.; Wong, K. Spine J. 2008, 8, 1011-1018.
117. Burkus, J. K.; Gornet, M. F.; Dickman, C. A.; Zdeblick, T. A. J. Spinal Disord. Tech. 2002, 15, 337-349.
118. Haid, R. W., Jr.; Branch, C. L., Jr.; Alexander, J. T.; Burkus, J. K. Spine J. 2004, 4, 527-538; discussion 538-9.
119. Mummaneni, P. V.; Pan, J.; Haid, R. W.; Rodts, G. E. J. Neurosurg. Spine 2004, 1, 19-23.
120. Govender, S.; Csimma, C.; Genant, H.; et al. J. Bone Joint Surg. 2002,84-A, 2123-2134.
121. Buttermann, G. R. Spine J. 2008, 8, 426-435.
122. Zou, X.; Zou, L.; Foldager, C.; Bendtsen, M.; Feng, W.; Bunger, C. E. Biomaterials 2009, 30, 991-1004.
123. Herford, A. S.; Boyne, P. J. J. Oral Maxillofac. Surg. 2008, 66, 616-624.
124. Carter, T. G.; Brar, P. S.; Tolas, A.; Beirne, O. R. J. Oral Maxillofac. Surg. 2008, 66, 1417-1425.
125. Geesink, R. G.; Hoefnagels, N. H.; Bulstra, S. K. J. Bone Joint Surg. Br. 1999, 81, 710-718.
126. Vaccaro, A. R.; Patel, T.; Fischgrund, J.; et al. Eur. Spine J. 2003, 12, 495-500.
127. Vaccaro, A. R.; Patel, T.; Fischgrund, J.; et al. Spine (Phila Pa 1976) 2004, 29, 1885-1892.
128. Leach, J.; Bittar, R. G. J. Clin. Neurosci. 2009, 16, 1417-1420.
129. Wei, S.; Wang, M. W.; Teitelbaum, S. L.; Ross, F. P. J. Biol. Chem. 2002, 277, 6622-6630.
130. Liu, X. H.; Kirschenbaum, A.; Yao, S.; Levine, A. C. Endocrinology 2005, 146(4), 1991-1998.
131. Rothe, L.; Collin-Osdoby, P.; Chen, Y.; Sunyer, T.; Chaudharv, L.; Tsay, A.; et al. Endocrinology 1998, 139, 4353-4363.
132. Moore, K. W.; de Waal, M. R.; Coffman, R. L.; O'Garra, A. Annu. Rev. Immunol. 2001, 19, 683-765.
133. Hong, M. H.; Williams, H.; Jin, C. H.; Pike, J. W. J. Bone Miner. Res. 2000, 15(5), 911-918.
134. Amcheslavsky, A.; Bar-Shavit, Z. J. Cell Physiol. 2006, 207(1), 244-250.
135. Hsieh, C. S.; Macatonia, S. E.; Tripp, C. S.; Wolf, S. F.; O'Garra, A.; Murphy, K. M. Science 1993, 260(5107), 547-549.
136. Horwood, N. J.; Udagawa, N.; Elliott, J.; Grail, D.; Okamura, H.; Kurimoto, M.; Dunn, A. R.; Martin, T.; Gillespie, M. T. J. Clin. Invest. 1998, 101(3), 595-603.
137. Yamada, N.; Niwa, S.; Tsujimura, T.; Iwasaki, T.; Sugihara, A.; Futani, H.; Hayashi, S.; Okamura, H.; Akedo, H.; Terada, N. Bone 2002, 30(6), 901-908.
138. Quinn, J. M.; Saleh, H. Mol. Cell Endocrinol. 2009,310(1-2), 40-51.
139. Sipos, W.; Pietschmann, P.; Rauner, M. Curr. Med. Chem. 2008, 15, 127-136.