Evaluation of the Cytotoxicity of BMP-2 in the Coating of Dental Implants: an In Vitro Study

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is increasingly incorporated into bone graft materials due to its positive effects on osseointegration and de novo bone formation. While its efficacy in bone regeneration is well established, concerns have been raised about adverse effects, including inflammation, ectopic bone formation, soft tissue swelling, and even oncogenesis. Understanding the basis of these effects requires investigation of BMP-2 impact on various cell types.

AIM: The study aimed to evaluate the biological effects of BMP-2–containing implant coatings on the human monocytic leukemia cell line THP-1.

METHODS: THP-1 cells were seeded in 12-well plates at 2 mL/well and a concentration of 250 × 103 cells per well, with PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate) added to a final concentration of 150 nM. The cells were incubated at 37 °C with 5% CO2 for 4–6 h until fully adhered to the culture plastic. Experimental implants (one per well) were then added and incubated for 48 h. To detect apoptotic cells after 48-hour incubation with implants, they were stained with propidium iodide (Lumiprobe, Russia). For each sample, 1 × 105 cells were analyzed. Immunophenotyping was performed using anti-CD45 monoclonal antibodies (130-113-681, clone 5B; Miltenyi Biotec, Germany). Samples were analyzed using a NovoCyte Advanteon flow cytometer (Agilent, USA), and data were processed with Flowing Software 2.

RESULTS: No significant differences in cytostatic effects were observed between implants with and without BMP-2 coating. However, culture medium alone differed significantly from the implant-containing groups, suggesting that the mere presence of an implant affects THP-1 cell behavior. After incubation with the test implant samples, the percentage of apoptotic THP-1 cells, detected by flow cytometry following propidium iodide staining (PI test), did not significantly change between groups, despite a slight increase in this parameter among coated samples. Notably, a significantly higher proportion of CD45+ cells was detected after incubation with coated implants.

CONCLUSION: The study showed that implants with and without coating do not differ in their cytostatic properties when incubated with THP-1 cells. When assessing the percentage of apoptotic THP-1 cells, no significant difference was observed between groups of implants with and without coating. However, the group of coated implants exhibited a significantly higher percentage of CD45+ cells.

About the authors

Alexander G. Stepanov

Peoples' Friendship University of Russia

Email: stepanovmd@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-6543-0998
SPIN-code: 5848-6077

MD, Dr. Sci. (Medidcine), Professor

Russian Federation, Moscow

Samvel V. Apresyan

Peoples' Friendship University of Russia

Email: dr.apresyan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3281-707X
SPIN-code: 6317-9002

MD, Dr. Sci. (Medidcine), Professor

Russian Federation, Moscow

Eduard G. Nacharyan

Peoples' Friendship University of Russia

Email: ndg033@me.com
ORCID iD: 0009-0005-0081-915X
Russian Federation, Moscow

Maxim V. Kopylov

Peoples' Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: kopylov.surg@gmail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8567-2225
SPIN-code: 5076-5623
Russian Federation, Moscow

Genrikh G. Kazarian

Peoples' Friendship University of Russia

Email: genro96@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3532-983X
SPIN-code: 7872-9168
Russian Federation, Moscow

Enar D. Jumaniazova

Peoples' Friendship University of Russia

Email: enar2017@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8226-0433
SPIN-code: 1780-5326
Russian Federation, Moscow

Victoria Е. Karyagina

Peoples' Friendship University of Russia

Email: vypryazhkina.viktoriya@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-3484-9577
SPIN-code: 3833-6029
Russian Federation, Moscow

References

  1. Urist MR. Bone: formation by autoinduction. Science. 1965;150(3698):893–899. doi: 10.1126/science.150.3698.893 EDN: IDBJFX
  2. Park SY, Kim KH, Kim S, et al. BMP-2 gene delivery-based bone regeneration in dentistry. Pharmaceutics. 2019;11(8):393. doi: 10.3390/pharmaceutics11080393
  3. Sheikh Z, Javaid MA, Hamdan N, Hashmi R. Bone regeneration using bone morphogenetic proteins and various biomaterial carriers. Materials (Basel). 2015;8(4):1778–1816. doi: 10.3390/ma8041778 EDN: UPVUOJ
  4. Raza FB, Vijayaragavalu S, Vaidyanathan AK. Bone morphogenetic protein as bone additive around dental implant and its impact on osseointegration: a systematic review. J Dent (Shiraz). 2022;23(2 Suppl.):336–348. doi: 10.30476/DENTJODS.2021.90931.1536
  5. Neovius E, Lemberger M, Docherty Skogh AC, et al. Alveolar bone healing accompanied by severe swelling in cleft children treated with bone morphogenetic protein-2 delivered by hydrogel. J Plast Reconstr Aesthet Surg. 2013;66(1):37–42. doi: 10.1016/j.bjps.2012.08.015
  6. Wang M, Xu C, Zheng Y, et al. In vivo validation of osteoinductivity and biocompatibility of BMP-2 enriched calcium phosphate cement alongside retrospective description of its clinical adverse events. Int J Implant Dent. 2024;10(1):47. doi: 10.1186/s40729-024-00567-6 EDN: WXEWIK
  7. Tu B, Liu S, Liu G, et al. Macrophages derived from THP-1 promote the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells through the IL-23/IL-23R/β-catenin pathway. Exp Cell Res. 2015;339(1):81–89. doi: 10.1016/j.yexcr.2015.10.015
  8. Ahmed MGT, Limmer A, Sucker C, et al. Differential regulation of CD45 expression on granulocytes, lymphocytes, and monocytes in COVID-19. J Clin Med. 2022;11(14):4219. doi: 10.3390/jcm11144219 EDN: HBHVOF

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Analysis of TNR-1 cell viability after incubation with coated and uncoated implant samples and in control medium; * p < 0.05 vs. uncoated and coated groups.

Download (67KB)
3. Fig. 2. Percentage of apoptotic propidium iodide positive cells after incubation of cells with and without coated implant samples.

Download (57KB)
4. Fig. 3. Evaluation of the percentage of apoptotic propidium iodide positive cells of TNR-1 cell line (right column) after incubation of cells with uncoated implant samples. Left bar is staining control. SSC-H - side scattering, PE-H - phycoerythrin.

Download (655KB)
5. Fig. 4. Evaluation of the percentage of apoptotic propidium iodide positive cells of the TNR-1 cell line (right column) after incubation of cells with coated implant samples. Left bar is staining control. SSC-H - side scattering, PE-H - phycoerythrin.

Download (709KB)
6. Fig. 5. Percentage of CD45+ cells after incubation with coated and uncoated implant samples; * p < 0.05 according to t-test.

Download (56KB)
7. Fig. 6. Representative staining of TNR-1 cells with antibodies to CD45+ (blue staining) after incubation of cells with uncoated (a) and coated (b) implant samples. Red staining - control cells.

Download (289KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».