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Abb.1: Allogener Knochenring im klinischen Einsatz

Abb. 2: Mineralisierte allogene Knochenmatrix, elektronenmikroskopische Darstellung

Abb. 3: Bovines xenogenes Knochenersatzmaterial, elektronenmikroskopische Aufnahme

© Smeets

Abb. 4: Biphasisches Produkt aus 60 % Hydroxylapatit (HA) und 40 % Alpha-Tricalciumphosphat

 

Knochenersatzmaterialien

Natürlich oder synthetisch? Eine Übersicht und aktuelle Empfehlungen.

In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie der oral- und parodontalchirurgischen Praxis hat sich der Einsatz von Knochenersatzmaterialien (KEM) bei knöchernen Defektsituationen hinsichtlich implantologischer wie auch ästhetischer Indikationen bewährt.

Verschiedene Ätiologien, z. B. unfallbedingte Knochendefekte, Tumorerkrankungen, Stoffwechselerkrankungen oder auch angeborene Defekte, können zu einer quantitativen als auch qualitativen Verminderung des knöchernen Angebots führen. Die für den jeweiligen Knochenaufbau verwendeten Materialien unterliegen in Abhängigkeit von der spezifischen Indikation einer ständigen Weiterentwicklung.

Die Einteilung von KEM erfolgt in die drei großen Gruppen der natürlichen, synthetischen und Kompositmaterialien. Abzugrenzen von den ausgedehnten knöchernen Defektsituationen nach Traumen oder ablativer Tumorchirurgie sind Defekte, die sich auf den dentoalveolären Bereich beschränken und gerade für implantologische Fragestellungen eine hohe Relevanz besitzen. Solche Defekte sind

• ein- oder mehrwandige horizontale Knochendefekte („intrabony/contained defect“),

• vertikale Alveolarkammdefekte,

• Defekte unter Einbeziehung der Kieferhöhle sowie

• parodontale und periimplantäre Defekte.

Vordergründiges Ziel ist dabei ein Zugewinn an knöcherner Hartsubstanz sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Dimension. In diesem Zusammenhang ist abgesehen von etwaigen Augmentationen auch eine Erhaltung der alveolaren Dimensionen nach Zahnextraktion im Sinne der „alveolar socket preservation“ bzw. „alveolar ridge preservation“ erwähnenswert.

Anforderungen an KEM und Funktionsweise

Je nach Indikationsstellung, Verfügbarkeit und individuellen Präferenzen sollten KEM folgende Funktionen erfüllen: Biokompatibilität bei gegebener Sterilität, Osteoinduktion/-konduktion und -promotion, Stabilisierung eines Blutkoagels, Stabilität und frühzeitige Belastbarkeit bei interkonnektierender Porosität und Formbarkeit, fehlende Teratogenität, Kanzerogenität und Immunogenität, Haltbarkeit und langfristige Implantatintegration, ggf. auch Degradierbarkeit und Kosteneffizienz.

Abhängig von Produkt und Klasse werden diese Anforderungen mehr oder weniger erfüllt, wobei je nach Gegebenheit eine größtmögliche Kohärenz verfolgt werden sollte. Bezüglich der Einheilung eines KEM lassen sich der vollständige Umbau in vitalen Knochen (ossäre Organisation), die Verbundosteogenese (keramoossäres Regenerat) und die bindegewebige Integration unterscheiden und vom möglichen Verlust des KEM abgrenzen.

Aufgrund der nur hypothetisch erreichbaren vollkommenden Übereinstimmung mit den Anforderungen an das ideale KEM ist heute eine Vielzahl an kommerziellen Produkten erhältlich, die sich gemäß ihrer Entität in ihrem Aufbau sowie ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden. In struktureller Hinsicht sind die Dimensionen Block- und Partikelgröße sowie intra- und interpartikuläre Porengeometrien zu betrachten, wodurch eine konduktive Wirkung („Leitschieneneffekt“) erreicht wird. Dies ist insbesondere für die obligate Vaskularisierung und konsekutive Gewebeeinsprossung, durch die eine von außen fortschreitende Integration mit nachfolgender Degradation des KEM im Lager möglich wird, von überragender Bedeutung. Porendurchmesser von > 100 µm sind hierbei obligate Voraussetzung.

Induktions- und Differenzierungsvorgänge osteogener Zellen aus niedrig differenzierten Vorläuferzellen werden unter dem Begriff Osteoinduktion subsummiert. Als Osteopromotion wird die stimulierende Wirkung einiger KEM auf ortsständige osteogene Zellen bezeichnet. Die chemische Zusammensetzung der KEM ist insbesondere für die Degradationseigenschaften wichtig, wobei induktive als auch fördernde Tendenzen gemäß Ursprungsmaterial verfolgt werden können.

Aufbauend auf diesem Themenkomplex können durch teils funktionalisierte KEM verschiedene Maßgaben erreicht werden:

• Knochenaufbau und Stimulierung des Knochenstoffwechsels

• Platzhalter und Leitschiene zur Formgebung

• Trägermaterial für verschiedene aktive Substanzen, z. B. Wachstumsfaktoren, Antibiotika

• Trägermaterial für gentherapeutische Ansätze

An dieser Stelle wird deutlich, dass je nach Entität kein KEM allen Anforderungen gerecht werden kann. Im Folgenden wird deshalb ein Überblick über die verfügbaren Materialien mit ihren Vor- und Nachteilen unter Berücksichtigung aktueller Studienergebnisse gegeben.

Natürliche KEM

Gemäß ihrer Herkunft lassen sich bei den natürlichen KEM autologe (Spender und Empfänger entsprechen der gleichen Person), allogene (Spender und Empfänger gehören der gleichen Spezies an) und xenogene (Spender und Empfänger gehören nicht der gleichen Spezies an) Materialien unterscheiden. Die phytogenen Materialien können der Gruppe der xenogenen KEM zugeordnet werden.

Autologe Transplantate: Das autologe Transplantat gilt aufgrund seiner Eigenschaften und des strukturellen Aufbaus größtenteils weiterhin als Goldstandard, wobei es hinsichtlich der Ansprüche an Form und Funktion die meisten Vorteile aufweist. Dem eigenen Körper entstammend können konträre immunologische Reaktionen wie auch Krankheitsübertragungen ausgeschlossen werden. Sie haben eine dem Empfängerlager entsprechende identische innere Struktur, ferner enthalten sie natürliche Wachstumsfaktoren und Stammzellen, die hinsichtlich der knöchernen Einheilung förderlich sind. Als Nachteile sind v. a. die mit der Transplantatentnahme einhergehende Morbidität wie auch der verhältnismäßig starke Volumenverlust des Augmentats nach der Operation zu nennen. So wird im mehrwandigen Knochenlager des Tiermodells durch den Einsatz autologen Knochens gleich viel mineralisierter neuer Knochen gebildet wie durch den Einsatz von bovinen KEM, allerdings unter Resorption des Eigenknochens.

Für den Einsatz lässt sich zwischen vaskularisierten, avaskulären oder spongiösen und kortikalen Transplantaten, die mit Membranen oder Schrauben im Operationsgebiet eingebracht werden, unterscheiden. Für kleinere horizontale und vertikale knöcherne Defekte können intraoral entnommene Augmentationsblöcke von retromolar oder aus der Kinnsymphyse gewonnen werden. Bei ausgedehnteren Defekten des Kieferkamms hat sich die Entnahme von kortikospongiösen Transplantaten vom Beckenkamm bewährt.

Für großvolumige Knochendefekte über 5 cm oder nach Kontinuitätsunterbrechungen des Kiefers, wie nach Tumorerkrankungen oder schwerwiegenden posttraumatischen Zuständen, müssen i.d.R. größere vaskularisierte, mikrochirurgisch anastomosierte Knochentransplantate, wie z. B. aus der Fibula, Scapula oder dem Beckenkamm zum Einsatz kommen. Hierzu können inzwischen mittels CAD/CAM-Technologie individualisierte Schablonen auch im Sinne eines „backward planning“ hergestellt werden, wodurch eine individuelle präprothetische Planung entsprechend den Patientengegebenheiten möglich wird. Eine Prothesenversorgung lässt sich dabei bereits an der intakten Fibula vorbereiten.

Allogene Transplantate: Allogene KEM stellen eine überaus interessante und vielseitig einsetzbare Materialgruppe dar, die größtenteils sowohl in Block- wie auch Partikelform verfügbar ist. Aufgrund des besonderen Status eines Arzneimittels in Deutschland sind allogene Knochenzubereitungen entsprechend strikt reglementiert und kontrolliert. Durch moderne Screeningmethoden und validierte Aufbereitungsprozesse werden pharmazeutische Sterilitätslevel gewährleistet und potenzielle Pathogene effektiv inaktiviert.

Allogene KEM sind als Organ- oder Lebendspenderknochen dem autologen Knochen gemäß Anforderungs- und Funktionsprofil am ähnlichsten. Sie weisen primär osteokonduktive Eigenschaften auf, indem sie eine Leitstruktur bezüglich des Gefäß- und Gewebewachstums bei weitgehender Volumenstabilität bieten.

Insgesamt sind verschiedene Aufbereitungsformen verfügbar: frisch gefrorener Knochen („fresh frozen bone allograft“, FFBA), gefriergetrockneter Knochen („freeze-dried bone allograft“, FDBA), kryokonservierter Knochen („cryopreserved bone allograft“, CBA), mineralisierter prozessierter Knochen („mineralized processed bone allograft“, MBPA) und demineralisierter gefriergetrockneter Knochen („demineralized freeze-dried bone allograft“, DFDBA). In Deutschland kommt v. a. MPBA zum Einsatz. Beiden Verfahren ist die initiale Entfernung immunogener und potenziell infektiöser Bestandteile durch verschiedene Methoden, z. B. Lyophilisierung, β-Bestrahlung oder Desinfizierung mit Ethanol, gemeinsam. Es verbleibt eine Grundstruktur aus nativem Kollagen und der unveränderten mineralischen Phase. Durch die weitere Entfernung der mineralisierten Bestandteile sollen enthaltene Wachstumsfaktoren in einem höheren Maß zur Verfügung gestellt werden. Dies gilt v. a. für DFDBA, das über eine entsprechende FDA-Zulassung für den angloamerikanischen Raum verfügt. Durch die Entfernung der anorganischen Bestandteile entsteht ein kollagen-trabekuläres KEM, wobei je nach Hersteller verschiedene Applikationsformen auf dem Markt sind. Ein Beispiel für in Studien oftmals verwendete mineralisierte allogene KEM zeigt Abb. 2. Neben der Verfügbarkeit in Block- oder Granulatform lassen sich Unterscheidungsmerkmale v. a. im Herstellungsverfahren oder in der Spenderauswahl finden.

Als neue allogene KEM-Lösungen sind beispielsweise Knochenringe und individualisierten Blocktransplantate verfügbar (Abb. 1). Die vorfabrizierten Knochenringe erlauben eine gleichzeitige Augmentation und Implantatversorgung bei nachfolgender Osseointegration. Ein auf den Patienten individualisiertes Produkt bietet, nach CT/DVT-Aufnahmen und anschließender CAD/CAM-Prozesstechnologie, eine passgenaue KEM-Lösung an. Auch für die Schalentechnik gibt es mittlerweile vorfabrizierte kortikale Knochenplättchen, die eine Blockentnahme aus der Linea obliqua ersetzen können und somit eine weniger invasive Behandlung der Patienten ermöglichen sollen.

Zusammengefasst liegen die Vorteile allogener KEM in ihrem Funktions- und Eigenschaftsprofil der Osteokonduktion, der teilweisen Osteoinduktion, der Stabilität im Transplantatlager sowie den verschiedenen verfügbaren Applikations- und Entitätsformen. Auch können teils größere Knochendefekte entsprechend der Zielsetzung einer nachgeschalteten Implantatversorgung aufgefüllt werden. So sind nach aktueller Studienlage sowie der S2k-Leitlinie „Implantologische Indikationen für die Anwendung von Knochenersatzmaterialien“ der Deutschen Gesellschaft für Zahn- Mund- und Kieferheilkunde die allogenen KEM nicht mehr zwangsläufig dem autologen Transplantat als Goldstandard unterlegen. Ferner bestehen Vorteile gegenüber den synthetischen und anderen natürlichen KEM, auf die in diesem Beitrag ebenfalls eingegangen wird. Allerdings sind die teilweise höheren Kosten bei Anwendung der allogenen KEM zu beachten.

Die Resorption allogenen Materials mit einhergehender Durchbauung mit Eigenknochen nimmt wie bei den anderen KEM-Entitäten Zeit in Anspruch. So sind nach Einsatz eines allogenen KEM in Partikelform auch nach 6 Monaten histomorphometrisch noch etwa 23 % des Ursprungsmaterials feststellbar. Erwartungsgemäß steht dabei die Durchbauung mit vitalem Knochen in negativer linearer Regression mit der bukkopalatinalen Distanz.Seit Einführung internationaler Richtlinien zum Tissue Banking bleibt lediglich ein theoretisches Risiko einer Krankheitsübertragung. Trotz geschätzter 10 Mio. Transplantationen allein in den USA in den letzten 20 Jahren gibt es keinen einzigen dokumentierten Fall einer Krankheitsübertragung durch prozessierte sterile Knochenpräparationen.

Xenogene Transplantate: Hydroxylapatit (HA) als Hauptbestandteil der anorganischen Knochenphase stellt in der präimplantologischen Kieferchirurgie ein beliebtes Transplantationsmaterial dar. Dabei lassen sich tierische (bovine, porcine, equine) von pflanzlichen (v. a. Korallen, Algen) Materialien abgrenzen. Die hochporösen Applikationsformen werden mittels Kalzinierung und Pyrolysierung gefertigt (Abb. 3).

Ein auf Algen basierendes Material stellt hierbei ein knochenanaloges hochporöses Calciumphosphat dar, das z. B. zur Rekonstruktion dreiwandiger alveolarer Knochendefekte zum Einsatz kommen kann. Als wohl bekanntestes xenogenes HA gilt ein Präparat, das aus dem mineralischen Anteil des bovinen Knochens besteht. Durch die Verwendung in zahlreichen experimentellen und klinischen Studien darf seine Anwendung als erprobt und effizient angesehen werden. Eine Reinigung wird durch chemische Prozesse mit anschließender β-Bestrahlung erreicht, wodurch eine „Slow-Virus-Übertragung“ nahezu ausgeschlossen werden kann. Durch die dem humanen Knochen ähnliche innere Oberfläche wird eine vielversprechende Osteokonduktion mit Gewebe- und Gefäßeinsprossung erreicht. Die Indikationen reichen von Sinusbodenaugmentationen bis zur Rekonstruktion periimplantärer Defekte, wobei eine initiale Stabilisierung des Blutkoagels erzielt wird. Angeboten werden sowohl granuläre als auch Blockformen.

Ein anderes Beispiel eines bovinen xenogenen HA ist durch ein spezielles Herstellungsverfahren zur Steigerung des Sicherheitsprofils charakterisiert. Durch den Sinterungsprozess mit Temperaturen bis 1.250 °C werden alle antigenen und infektiösen Bestandteile sicher entfernt. Damit entsteht eine HA-Keramik hoher Kristallinität und Phasenreinheit, was zur Stabilität und weiteren Funktion eines guten osteokonduktiven Eigenschaftsprofils beiträgt.

Das Implantatüberleben nach Insertion stellt sich nach einem Zeitraum von 5 Jahren dem in autologen Knochen inserierten Pendants gleichwertig dar, wobei etwas geringere Resorptionsraten bei xenogenen Materialien festgestellt werden konnten. Die höheren Resorptionsraten von autologen Knochen wurden auch in einer Studie von Jensen et al. bestätigt, wobei diese durch Mischung mit xenogenen KEM signifikant reduziert werden konnten. So können bei Mischungsverhältnissen von Eigenknochen mit bis zu 50 % xenogenem KEM auch gute Ergebnisse hinsichtlich des Knochen-Implantat-Kontakts erzielt werden. Die Implantatüberlebensraten werden dadurch nicht reduziert.

Auch demineralisierte Produkte können erworben werden, wobei diese aufgrund der mangelnden Studienlage als wenig erprobt angesehen werden müssen. Ein innovatives und relativ neues KEM besteht auf xenogen-synthetischer Basis aus bovinem HA und synthetischem Polypeptid P-15. Dieses imitiert den Kollagenbindungsrezeptor für Osteoblasten/Stromazellen, wodurch diese gebunden werden und sich differenzieren. Somit kann eine beschleunigte Knochenneubildung bewirkt werden. Im Rahmen des Herstellungsverfahrens bei etwa 1100 °C wird P-15 in einem anschließenden Schritt irreversibel gebunden.

Synthetische Materialien

Die synthetischen (alloplastische) Knochenersatzmaterialien können eingeteilt werden in:

• Keramiken: Alpha-/Beta-Tricalciumphosphat (TCP), Hydroxylapatit (HA), Biogläser, Glasionomere

• Polymere: Polylactide, Polyglycolid, Kopolymere

• Zemente: Calciumphosphatzemente

• Komposite: organisch-anorganische Mischkomponenten

Der menschliche Knochen setzt sich insgesamt aus 25 % organischen Substanzen (v. a. Kollagentyp I), 65 % anorganischer Matrix (HA) und 10 % Wasser zusammen. Das während der Knochenneubildung von den Osteoblasten gebildete HA bildet dabei im Raumgitter hexagonale nadelförmige Kristalle, das in Verbindung mit den Kollagenfibrillen Härte- und Festigkeitsgrad des humanen Knochens bestimmt. Es ist daher folgerichtig, dass v. a. die anorganische Phase den Schwerpunkt von Forschungsbemühungen und Produktentwicklungen der synthetischen KEM darstellt.

Insgesamt ist die Studienlage bezüglich der Knochenformationsrate und des Durchbauungsgrads synthetischer KEM als inhomogen einzuschätzen. Dies liegt einerseits an der geringen Studienanzahl und andererseits an der Vielfalt der verfügbaren Materialien.

Keramiken: Keramiken sind biokompatible, nichtimmunogene und osteokonduktiv wirksame synthetische Gerüstsubstanzen, die sich aus den Substanzen HA, Alpha-Tricalciumphosphat (α-TCP) und Beta-Tricalciumphosphat (β-TCP) zusammensetzen. Als biphasische Produkte werden solche bezeichnet, die ein bestimmtes Mischverhältnis von HA und TCP aufweisen.

Die Herstellung wird durch Sinterung erreicht, wobei höhere Temperaturen die Stabilität der Keramik steigern. Allerdings nehmen dabei Porenanzahl wie auch Degradationsgeschwindigkeit ab, sodass die Einstellung des Parameters Temperatur als entscheidend für den Augmentationserfolg anzusehen ist

Sie vergrößert die innere Oberfläche, gewährleistet das Einwachsen des Knochens und erlaubt eine entsprechende Degradationskinetik. Porengrößen von 150 – 600 µm sind gemäß Studienlage als funktional durch die Steigerung der Grenzflächenaktivität anzusehen.

Reine HA-Keramiken sind mit dem nativen HA chemisch weitgehend identisch, wobei sie als bioaktiver Werkstoff einen osteotropen Grenzflächenmechanismus mit Freisetzung von Calcium- und Phosphationen sowie eine sog. Verbundosteogenese erzeugen. Chemische Modifikationen wie Karbonat- oder Silikatsubstitutionen können die genannten Funktionalitäten steigern. Es finden sich einige Produktbeispiele für reine HA-Keramiken. Dabei kann ein nichtgesintertes KEM mit kleinen Partikelgrößen nichtsdestoweniger eine größere spezifische Oberfläche mit guten Resorptionseigenschaften haben. Weitere Produkte dieser Rubrik unterscheiden sich v. a. hinsichtlich der Porosität mit einhergehender Makrostruktur. Auch können Implantate mit HA-Keramiken beschichtet werden, um eine gesteigerte Osseointegration, Belastung und Lebensdauer zu erreichen.

Auch vollsynthetische biphasische Produkte aus 60 % HA und 40 % β-TCP sind verfügbar (Abb. 4). Diese Produkte haben den Vorteil einer ambivalenten Degradationskinetik, eines jeweilig schnell und langsam degradierbaren Produktanteils mit Förderung der Osteokonduktion sowie der gleichzeitigen Erhaltung des Defektvolumens und der Stabilität. Produkte dieser Klasse unterscheiden sich wiederum in Applikationsform und Porosität. Eine interessante Applikationsform ist in diesem Zusammenhang eine formbare Paste, die der jeweiligen Defektkontur genau angepasst werden kann.

Die α-TCP- und β-TCP-Keramiken degradieren zu einem gewissen Prozentsatz zu HA (β-TCP > α-TCP). Der teilweise langwierige und unprogrammierte Abbau der artifiziellen Substanzen erfolgt durch mononukleäre Phagozyten, multinukleäre osteoklastenähnliche Zellen und chemische Prozesse. Generell sind die Substanzen hinsichtlich ihrer Stabilität als wenig effizient einzuschätzen. Beispiele sind reine α- und β-TCP-Produkte. Die Degradationszeiten liegen zwischen 6 und 24 Monaten. Dies erklärt beispielsweise die sehr lange Nachweisbarkeit von β-TCP im Röntgenbild. Insgesamt sind auch Entzündungsvorgänge während der Resorptionsvorgänge zu beobachten. So waren bei Verwendung von 60 % HA und 40 % β-TCP für die Sinusbodenelevation auch nach 6 Monaten noch etwa 30 % des Augmentatmaterials detektierbar.

Biogläser: Biogläser und Glaskeramiken bestehen aus sauren (z. B. Phosphorpentoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid) und basischen Oxiden (z. B. Calciumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid). Auch Calciumfluoride können Bestandteil der Biogläser sein. Bei einer Temperatureinstellung von 1.500 °C werden die sauren Ausgangsstoffe gemischt und geschmolzen. Dabei lagern sich die basischen Bestandteile an das entstandene dreidimensional bioaktive sowie interkonnektiv poröse Phosphoroxid-Siliciumoxid-Netzwerk an. Durch die bioaktive Oberfläche wird Wachstum von Binde- und Knochengewebe entlang der Oberfläche ermöglicht. Applikationsmöglichkeiten bestehen sowohl in poröser als auch in kompakter Formmasse. In diesem Zusammenhang sollte auch das relativ neue Sol-Gel-Verfahren genannt werden, das als silikatbasiertes Schichtsystem neue Beschichtungsmöglichkeiten für zahnmedizinische Materialien ermöglicht.

Insgesamt ist der Stellenwert der Biogläser für implantologische Fragestellungen als gering einzuschätzen, da diese zum einen wenig mechanisch stabil und zum anderen rissanfällig sind. Durch Mischung mit autologem Knochen können diese Nachteile teilweise ausgeglichen werden. Allerdings sind auch hier 6 bis 8 Monate nach Implantation durchschnittlich 61,4 % des amorphen Materials nachweisbar.

Polymere: Polymere und Kopolymere sind Moleküle aus einheitlichen oder unterschiedlich zusammengesetzten Monomereinheiten, die resorbierbar und nichtresorbierbar produziert werden können. Ihre geringe Steifigkeit führt automatisch zu einer stärkeren mechanischen Belastung des Knochens, weshalb die Einsatzmöglichkeiten von Polymeren in lasttragenden Bereichen begrenzt sind. Etwaige Entzündungstendenzen durch frei werdende Monomereinheiten stellen keine Seltenheit dar, allerdings werden den KEM auf Polymerbasis durch eine lokale pH-Wert-Erniedrigung auch osteoinduktive Eigenschaften nachgesagt. Gleichzeitig können Polymere durch ihre Degradationseigenschaften auch als „Drug-Delivery-Systeme“ eingesetzt werden.

In den chirurgischen Disziplinen werden Polymere insgesamt gesehen als Basis für Nahtmaterialien, Schrauben, Stifte und Netze verwendet. Die Anwendung als reines KEM befindet sich in der Entwicklungsphase. Hierbei stehen Homo- und Kopolymere wie Polyglycolid (PGA), Poly-L-lactid (PLLA), Poly-D,L-lactid (PDLLA) und Polylactid-co-Glycolid (PLGA) zur Verfügung. Ein höherer Anteil an Milchsäure führt, wie beim Heteropolymer PLGA, zu einer verlängerten Degradationszeit. Homopolymere aus der Gruppe der Polyester, Polycarbonate und Polyanhydride resorbieren nach Wasserdiffusion als ganzes Material („bulk degradation“), während mit Dimeren ungesättigter Fettsäuren ergänzte Polyanhydride erst an der Oberfläche degradieren („surface erosion“).

Zemente: Bei den Calciumphosphatzementen können grob Zwei- von Dreikomponentensystemen unterschieden werden. Die Zweifachkomponentensysteme bestehen aus einer oder mehreren Calciumpulverkomponenten sowie Natriummonophosphat als wässrigem Bestandteil. Eine Applizierung in den Defekt erfolgt mittels formbarer Paste, die anschließend aushärtet. Bei den Dreifachkomponentensystemen reagiert ein basisches mit einem sauren Calciumphosphat, wobei ein neutrales Endprodukt entsteht.

Diese Produkte härten innerhalb von 6–8 min aus und erreichen die Endfestigkeit nach 6–24 h. Allerdings können diese Produkte in wässriger Lösung unterschiedlich stark zerfallen, weshalb der jeweilige Einsatz klar limitiert ist. In Tierstudien konnten durch Mischungsverhältnisse von Calciumphosphatzementen mit PLGA-Partikeln außerdem allgemein schnellere Degradationsraten erzielt werden als durch den singulären Einsatz der jeweiligen Materialentitäten; dabei muss i. A. die Säuredegradation hinsichtlich Wundheilungsstörungen beachtet werden.

Komposite: Komposite setzen sich aus heterogenen Einzelsubstanzen unterschiedlicher Herkunft zusammen und können entweder rein organischer, rein anorganischer sowie gemischter Natur sein. In der kieferchirurgischen Praxis werden Komposite v. a. als Trägermaterialien, gekoppelt mit Zellen und/oder Wachstumsfaktoren, eingesetzt, um einen osteoinduktiven wie auch -konduktiven Wirkmechanismus zu erzielen. Von einer Gleichsetzung bzw. Gleichwertigkeit zum Goldstandard des autologen Transplantats sollte trotz vielversprechender Ansätze aktuell nicht ausgegangen werden.

Auf dem Markt findet sich ein Komposit aus 76 % HA und 24 % Siliciumoxid, das in einem Sol-Gel-Verfahren hochporös hergestellt wird und somit eine optimierte Knochenremodellierung gewährleistet. Dabei ist es trotz des hohen Porositätsgrads bruchfest bis zu Belastungen von 40 MPa. In einer tierexperimentellen Studie konnte so ein trabekuläres Knochenwachstum nach 5 Wochen mit vollständigem osteoklastischen Abbau nach 8 Monaten beobachtet werden.

Ein weiteres vollsynthetisches Produkt setzt sich biphasisch aus Calciumphosphat und -sulfat zusammen. Während des Degradationsvorgangs treten beim Material Makroporositäten auf, wodurch Zellen und interstitielle Flüssigkeit angezogen und sich ablösende Partikel durch Osteoblasten umgebaut werden.

Eine besondere Applikationsform ist ein aus β-TCP und Biolinker bestehendes Zweikomponentensystem, das knochenregenerativ als Paste wenige Minuten nach Applikation aushärtet und nach 9 bis 15 Monaten vollständig resorbiert wird. Für größere knöcherne Defekte steht es mit zusätzlicher HA-Komponente zur Verfügung.

KEM bei implantologischen Indikationen

Wie bereits eingangs dargestellt können im Rahmen der implantologischen Versorgung KEM abhängig vom vorliegenden Knochen- oder Volumendefekt angewendet werden. Hierbei werden oft auch resorbierbare und nichtresorbierbare Membranen verschiedenen Ursprungs eingesetzt, um eine vorzeitige Einsprossung des Weichgewebes mit konsekutiver Hemmung der Knochenformation zu verhindern. Ebenso werden eine Gewebe- und Knochenformation im Sinne einer gesteuerten Regeneration (Guided Bone bzw. Guided Tissue Regeneration) unterstützt. Gemäß der S2k-Leitlinie „Implantologische Indikationen für die Anwendung von Knochenersatzmaterialien“ können folgende Empfehlungen, hier gekürzt dargestellt, gegeben werden:

• Dehiszenzdefekt („intrabony defect“): Der Einsatz von KEM führte in den meisten Fällen zu einer vollständigen Defektregeneration.

• Horizontale/vertikale Defekte: Insgesamt ergab der Einsatz von KEM horizontale (3,6–5,6 mm) und vertikale (2,0–5,6 mm) Dimensionsgewinne nach 6 Monaten mit Werten von unter 5 % für Augmentat- und Implantatverluste. Xenogene KEM waren hierbei den allogenen Transplantaten hinsichtlich neugebildeten Knochens überlegen.

• Sinusbodenelevation: Xenogene KEM (95,6 %) und allogene KEM (93,3 %) waren den alloplastischen Materialien (81 %) überlegen.

• Externe Sinusbodenelevation: Der Einsatz von KEM ergab eine kumulative Implantatüberlebensrate von fast 97 %. Autologer Knochen allein erwies sich hier nicht als überlegen und ist den partikulären Transplantaten sogar unterlegen.

• Interne Sinusbodenelevation: Der Einsatz von KEM führte zu Implantatüberlebensraten von 94,8 – 100 %. Eine generelle Empfehlung für den Einsatz von KEM wurde hier nicht gegeben.

Literatur beim Autor

Korrespondenz: Prof. Dr. Dr. R. Smeets Klinik und Poliklinik für MKG-Chirurgie, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Der Originalartikel „Knochenersatzmaterialien“ ist erschienen in Der MKG-Chirurg 1/2016, DOI 10.1007/s12285-015-0041-2 © Springer Verlag

Fazit für die Praxis

• Natürliche KEM stellen ein gut verfügbares und getestetes Therapiemittel zur präimplantologischen Augmentation dar. Dabei sollten die jeweiligen Vor- und Nachteile sowie patientenspezifische Gesichtspunkte berücksichtigt werden.

• Das autologe Transplantat sollte nicht generell als Goldstandard gelten. Gemäß Studienlage und unter Einbeziehung entsprechender Indikationen können allogene und xenogene Transplantate gleichwertige Ergebnisse erzielen.

• Phytogene natürliche Transplantate sind ein interessantes Material, das allerdings wenig getestet wurde. Eine generelle Empfehlung kann daher nicht gegeben werden.

• Synthetische KEM sind autologen Knochentransplantaten weiterhin unterlegen.

• Für die Sinusbodenelevation sind alloplastische KEM als Alternative zu autologem Knochen anzusehen.

Ralf Smeets, Zahnarzt 5/2016

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