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Implantologie 21.02.2011

Kann die Nanotechnologie etwas für den klinischen Alltag bieten?

Kann die Nanotechnologie etwas für den klinischen Alltag bieten?

NanoTite™, eine neuartige auf der Nanotechnologie basierende Implantatoberfläche – ­einfach nur ein weiterer Marketingschachzug oder hat die Nanotechnologie tatsächlich zur Verbesserung einer Implantatoberfläche beigetragen?

Geht die Oberflächendiskussion in eine neue Runde oder kann das Aufbringen von Kalziumphosphat-Einzelkristallen tatsächlich eine verbesserte und möglicherweise schnellere Osseointegration dentaler Implantate bewirken? Anhand der verfügbaren Literatur soll die Weiterentwicklung der Osseotite®-Oberfläche in diesem Beitrag diskutiert und erläutert werden. Die Nanotechnologie, eine zukunftsorientierte Sparte moderner Hochleistungstechnologie, bietet zahlreiche Anwendungsgebiete. So werden mittlerweile die Vorteile dieser Technologie auch in Bereiche der Medizin integriert. Mit der NanoTite™-Oberfläche ist eine Implantoberfläche auf dem Markt, die die Erkenntnissen der Nanotechnologie integrieren soll.

Die NanoTite™-Oberfläche ist keine gänzlich neue Oberfläche. Sie baut vielmehr auf den Erkenntnissen der seit 1996 eingesetzten rauen Osseotite®-Oberfläche auf (Klokkevold et al. 1997) (Abb. 1). Zahlreiche ­wissenschaftliche Untersuchungen, die sowohl die klinischen (Faehn et al. 1995; Gaucher et al. 2001; Goene et al. 2005; Drago und O’Connor 2006) wie auch die materialtechnischen (Strub und Gerds 2003; Yousef et al. 2005; Park et al. 2006) Aspekte in umfangreicher Form dokumentieren, machten das Osseo­tite®-Implantat zu einem wissenschaftlich fundiertem Implantatsystem, welches die heutigen Forderungen einer modernen evidenzbasierten Zahnmedizin in weiten Teilen erfüllt.


Im Jahr 2007 wurde diese Oberfläche weiterentwickelt. Seit letztem Jahr stehen die Certain®- und Prevail™-Implantate zusätzlich mit dieser nanostrukturierten Oberfläche, der sogenannten NanoTite™-Oberfläche zu Verfügung. Sie ist charakterisiert durch nanotechnologisch aufgebrachte Kalziumphosphat-Einzelkristalle (Abb. 2). Diese Oberfläche soll durch ein weiter verbessertes ­Osseointegrationsverhalten vor allem in schwierigeren Situationen, in augmentierten Bereichen und im Rahmen von Sofortversorgungsprotokollen zu verbesserten Ergebnissen führen.

Charakteristika der NanoTite™-Oberfläche


Alle Implantate, sowohl die Osseotite®- wie auch die NanoTite™-Implantate des 3i Implantatsystems, sind mit der durch doppeltes Ätzen des Titans erzeugten ­Osseotite®-Oberfläche ausgerüstet (Abb. 1). NanoTite™ ist also eine verbesserte Osseotite®-Oberfläche, die alle Merkmal der bekannten Osseotite®-Oberfläche aufweist. Als Ätzmittel wird Salz- (HCl) und Schwefelsäure (H2SO4) benutzt. Durch die Oberflächenbehandlung wurde zum einen die Fläche, die der Osseointegration zur Verfügung steht, deutlich vergrößert, zum anderen wurde die Benetzbarkeit der Implantate gegenüber glatten Oberflächen deutlich verbessert. Die Osseotite®-Oberfläche zeigt eine Rauigkeit, die es ermöglicht, dass sich das Fibringeflecht des initalen Blutgerinnsels fest an die Implantatoberfläche anheftet. Dadurch ist eine Migration von Osteoblasten auf die ­Implantatoberfläche gewährleistet (Davies 1998). Studien zur Interaktion zwischen Ery­throzyten und Blutplättchen mit der Implantatoberfläche zeigen für die Osseotite®-Oberfläche ein hohes Maß an Erythro­zytenagglomeration. Dies soll zu einer verbesserten Wundheilung führen (Park und Davies 2000; Park et al. 2001). Tierexperimentelle und klinische Untersuchungen bescheinigen dieser Oberfläche ein sehr gutes Osseointegrationsverhalten (Klokkevold et al. 1997; Lazzara et al. 1999; Cordioli et al. 2000). Dies wird durch histologische Untersuchungen, die sich mit der Schnittstelle Knochen–Implantat beschäftigten, belegt (Weng et al. 2003; Celletti et al. 2006). Hier zeigen sich für die Osseotite®-Oberfläche Werte, die teilweise weit über 60% liegen (Abrahamsson et al. 2001; London et al. 2002; Degidi et al. 2003).

Im Rahmen der Entwicklung hatte sich ein bis heute bestehendes besonderes Merkmal der 3i Implantate – das sogenannte Hybriddesign (Ibanez und Jalbout 2002) – herausgebildet. Im krestalen Bereich besitzen diese Implantate je nach Typ einen 2–3mm hohen, lediglich maschinengefertigten, nicht veränderten Anteil und im apikalen Bereich eine mikrostrukturierte Oberfläche. Grundlage dieses Hybriddesigns sind Erkenntnisse aus Untersuchungen, die sich mit dem Verhalten der angrenzenden periimplantären Weichgewebe im Zusammenhang mit verschiedenen Implantatoberflächen beschäftigt haben (Lekholm et al. 1996; Abrahamsson et al. 2001). Untersuchungen zur Plaqueakkumulation (Rimondini et al. 1997) und zum mikrobiologischen Verhalten (Quirynen et al. 1993) der unterschiedlichen Implantatoberflächen zeigten Vorteile der glatten Oberflächen gegenüber den rauen Flächen (O’Mahony et al. 2000). Außerdem bietet dieses hybride Design im Falle einer Periimplantitis möglicherweise Vorteile, da bekannt ist, dass sich glatte maschinengefräste Oberflächen leichter dekontaminieren lassen als raue Implantatoberflächen (Dennison et al. 1994). Andererseits existieren zahlreiche Studien, die einen signifikanten Einfluss der Implantatoberfläche auf die Plaquezusammensetzung (Quirynen et al. 1996) und die Entstehung von periimplantären Entzündungen des Weichgewebes nicht feststellen konnten (Zitzmann et al. 2002; Shibli et al. 2003; Wennerberg et al. 2003; Martins et al. 2004; Watzak et al. 2006). Infolge dieser Erkenntnisse und den Ergebnissen aus Studien, die sich mit den Möglichkeiten, den krestalen Knochenabbau zweiteiliger Implantatsysteme mithilfe des Platform Switchings™ (Gardner 2005; Lazzara und Porter 2006) zu verhindern, beschäftigten, scheint eine hybride Osseotite®-Oberfläche mit maschinengefertigten Anteil nicht mehr zwingend notwendig zu sein. Dies hat dazu geführt, dass seit dem Jahr 2006 alle Implantate auch in einer sogenannten Full-Osseotite®-Variante erhältlich sind. Diese Oberfläche besitzt keinen maschinengefertigten krestalen Anteil mehr. Diese Philosophie wurde bei den NanoTite™-Implantaten weiterverfolgt.

Die NanoTite™-Oberfläche zeichnet sich durch die Auflagerung von nanopartikulären Kalziumphosphatkristallen auf die bestehende Osseotite®-Oberfläche aus, die eine sicherere und schnellere Osseointegration ermöglichen sollen (Goene et al. 2007). Parallelwandige Certain- und Prevail™-Implantate sind seither mit dieser Oberfläche erhältlich. Nanopartikuläre, hochkristalline Kalziumphosphate heften sich auf einer mikrostrukturierten Titanoberfläche wie der Osseotite®-Oberfläche selbst an. Der Anlagerungsmechanismus erfolgt über Selbstorganisationsprozesse (ionale, molekulare Wechselwirkungen) mit der Titanoberfläche. Dadurch entstehen definierte Ablagerungen aus nanopartikulären Einzelkristallen von 20 bis 100nm (Abb. 2). Eine zusammenhängende Schicht, wie sie beispielsweise bei hydroxylapatitbeschichteten Implantaten besteht, liegt nicht vor. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen bei 100.000-facher Vergrößerung zeigen dies deutlich (Abb. 3 und 4). Diese NanoTite™-Behandlung erfolgt auf zuvor geätzten Osseotite®-Oberflächen. Nach der Auflagerung der Kalziumphosphateinzelkristalle sind etwa 50% der Oberfläche bedeckt (Abb. 4). Der gesamte Kalziumphosphatanteil einer NanoTite™-Oberfläche beträgt daher bei einem 13-mm-Implantat schätzungsweise 3,9–14,5µg. Untersuchungen, die sich mit der Auflösung dieser Kalziumphosphatkris­talle und der Haftkraft an der Oberfläche beschäftigten, zeigten positive ­Ergebnisse. Im Vergleich zu Beschichtungen mit Hydroxylapatit fand bei NanoTite™-Implantaten bei unterschiedlichen pH-Werten nur eine sehr langsame Resorption statt. Erste Untersuchungen zur Haftkraft der Kris­talle auf der Titanoberfläche zeigten Werte, die ein Abscheren der Kristalle währende der Insertion weitestgehend unmöglich machen sollten. In Tierversuchen konnte inital gezeigt werden, dass die Knochenanlagerung und das sogenannte Bone-Bonding im Falle dieser Oberfläche sehr vorteilhaft zu sein scheint (Mendes et al. 2007). Untersuchungen, die sich mit der Osseointegration der NanoTite™-Implantate beschäftigten, zeigten deutlich verbesserte und schnellere Knochenanlagerung als bei herkömmlichen Osseotite®-Implantaten (Goene et al. 2007; Orsini et al. 2007). Die NanoTite™-Oberfläche bietet daher möglicherweise vor allem in augmentierten Bereichen oder auch im Rahmen der Sofortimplantation und der möglichen Sofortbelastung ein höheres Osseointegrationspotenzial. Erste klinische Ergebnisse können dies bisher bestätigen (Valentin 2007). Allerdings stehen Langzeitergebnisse kontrollierter Studien noch aus.

Klinische Untersuchungen


Die in den letzten Jahren publizierten Untersuchungen zeigen insgesamt sehr gute Langzeiterfolge, die mit dem 3i-Implantatsystem realisiert werden können. Betrachtet man die mit der bekannten Osseotite®-Oberfläche – der doppelt geätzten Implantatoberfläche – versehenen Implantate, so lassen sich in der internationalen Literatur nach einem Beobachtungszeitraum von zwei bis sechs Jahren Erfolgsraten von 95% bis annähernd 100% finden (Davarpanah et al. 2001; Gaucher et al. 2001; Sullivan et al. 2001; Testori et al. 2001; Mayer et al. 2002; Testori et al. 2002; Garlini et al. 2003). Dies dokumentiert eindrucksvoll den ge­sicherten klinischen Einsatz der mit Osseotite®-Implantaten langfristig erzielt werden kann. Bei der Auswahl der oben genannten Untersuchungen waren zumeist zahnlose Kieferkammabschnitte oder zahnlose Kiefer implantatprothetisch rehabilitiert und nachuntersucht worden. Da jedoch gerade der Einzelzahnersatz mittlerweile ein großes Indikationsgebiet für dentale Implantate geworden ist, ist es von großem Interesse, wie sich Implantate auch in diesem oft sehr anspruchsvollen Bereich langfristig verhalten. Obwohl in umfangreichen Untersuchungen die unterschiedlichen Indikationsgebiete oftmals nicht gesondert aufgeschlüsselt werden, lassen sich jedoch aufgrund der vorliegenden Daten auch für den Einzelzahnersatz hervorragende Langzeitprognosen, die mit Osseotite®-Implantaten realisierbar sind, feststellen (Davarpanah et al. 2001; Sullivan et al. 2001; Testori et al. 2002). Untersuchungen, die sich speziell mit dem ­Ersatz einzelner Zähne beschäftigen, bestätigen dies (Mayer et al. 2002; Drago und Lazzara 2004).

Aufgrund des histologisch nachgewiesenen hervorragenden Einheilverhaltens der Osseotite®-Oberfläche vor allem im als schwierig eingestuften spongiösen Knochen des Oberkieferseitenzahnbereichs, wurde eine Reduktion der Einheilzeiten als möglich angesehen (Lazzara et al. 1999; Vernino et al. 2002; Degidi et al. 2003). Verkürzt man die Einheilzeit der Osseotite®-Implantate ausgehend vom klassischen Protokoll von drei bzw. sechs Monaten auf lediglich zwei Monate, so konnte in einer Multicenteruntersuchung nachgewiesen werden, dass die Erfolgsrate nach drei Jahren bei 97,7% lag. Im Oberkiefer wurde nach drei Jahren eine kumulative Erfolgsquote von 98,4% im Unterkiefer von 97,4% beobachtet (Testori et al. 2002). Weitere Untersuchung an 429 Implantaten zeigten über ein Jahr eine Erfolgsrate von 98,5%, wenn die Implantate nach zweimonatiger Einheilzeit belastet wurden (Lazzara et al. 1998).

Aus umfangreichen Untersuchungen ist bekannt, dass die etablierte Spätimplantation zwar ein wissenschaftlich fundiertes und sicheres Therapiekonzept darstellt, aber im Gegenzug durchaus mit Nachteilen behaftet ist. So kommt es infolge der bekannten Atrophievorgänge nach Extraktion zu Verlust an Hart- und Weichgewebe, welches zu einem späteren Zeitpunkt oft aufwendig rekonstruiert werden muss. Auch die daraus resultierenden langen Behandlungszeiten stellen bisweilen hohe Anforderungen an die Mitarbeit unserer Patienten. Um diese Nachteile auszugleichen, wurde unter bestimmten Voraussetzungen – Entzündungsfreiheit, keine periapikalen Befunde – die sofortige Implantation in die nach Extraktion bestehende Alveole eingeführt.

Studien, die sich mit dem langfristigen Erfolg der Sofortimplantation beschäftigen, zeigen auch in diesem Bereich für Osseotite®-Implantate sehr gute Erfolgsprognosen (Calvo Guirado et al. 2002). Grunder et al. konnten in einer umfangreichen Mulicenterstudie zeigen, dass auch nach Sofortimplantation und verzögerter Sofortimplantation Erfolgsraten von bis zu 94,7% nach drei Jahren möglich sind (Grunder et al. 1999). Dies ist durchaus vergleichbar mit den Werten, die mit der Spätimplantation erreicht werden.

Aktuell ist vor allem die sogenannte Sofortbelastung oder auch Sofortversorgung von Implantaten im Inte­resse der klinisch tätigen Zahnärzte. Die sofortige Eingliederung einer provisorischen oder definitiven prothetischen Versorgung hat zahlreiche Vorteile: Die oft komplizierte, meist unkomfortable und nicht immer kostengünstige provisorische Versorgung der Patienten während der Einheilzeit kann umgangen werden. Die Behandlungsdauer kann dadurch verkürzt und im Rahmen des Weichgewebsmanagements können positive Effekte genutzt werden (Abb. 5 und 6). Allerdings ist der Langzeiterfolg dieses Vorgehens ein in der Literatur sehr kontrovers diskutiertes Thema.

Im zahnlosen Kiefer ist dieses Vorgehen bereits seit Langem bekannt (Henry undRosenberg 1994; Tarnow et al. 1997). Die sofortige Eingliederung von implantatgetragenen Rekonstruktionen auf vier oder mehr Implantaten zeigt in zahlreichen Untersuchungen gute bis sehr gute Erfolge (Gallucci et al. 2004; Lazzara et al. 2004). Testori et al. konnten in mehreren Studien zeigen, dass die Erfolgsraten, die mit Osseotite®-Implantaten im zahnlosen Kiefer erzielt werden können, über einen Zeitraum von bis zu fünf Jahren ebenfalls in einem Bereich bis zu 99,4% liegen (Testori et al. 2003; Testori et al. 2004). Die möglichen Langzeiterfolge, die bei der sofortigen Eingliederung von Einzelzahnrestaurationen zu erwarten sind (Abb. 5 und 6), werden dagegen heute noch sehr kontrovers diskutiert. Zwar liegen mittlerweile auch hier Untersuchungen zum 3i Osseotite®-Implantat vor, die eine gute Prognose erwarten lassen (Calvo Guirado et al. 2002; Drago und Lazzara 2004; Nuzzolese 2005), jedoch sind die Nachuntersuchungs­zeiträume noch zu kurz, um eine endgültige Aussage treffen zu können. Hier werden langfristig angelegte Studien zeigen müssen, ob diese vielversprechenden Daten über einen längeren Zeitraum Bestand haben.

Zum NanoTite™ Certain® und NanoTite™ Prevail™ sind derzeit nur erste klinischer Ergebnisse über einen relativ kurzen Zeitraum verfügbar (Valentin 2007). Allerdings zeigen diese bisher Erfolg versprechende Daten im ­Rahmen eines Sofortversorgungsprotokolls. Langfristig angelegte kontrollierte Studien in unterschiedlichsten Indikationsbereichen müssen zeigen, ob die Eigenschaften der nanostrukturierten NanoTite™-Oberfläche tatsächlich Verbesserungen der Osseointegration bringen und die Langzeiterfolge dentaler Implantate signifikant positiv beeinflussen können.

Zusammenfassung


Das 3i Implantatsystem deckt mit den beiden Oberflächenmodifikationen – Osseotite® und NanoTite™ – einen breiten Indikationsbereich der modernen Implantologie ab. Gerade die umfangreichen wissenschaftlichen Untersuchungen, die dem System größtenteils auf internationaler Ebene über einen mittlerweile doch beträchtlichen Zeitraum sehr gute Erfolgs- und Langzeitprognosen bescheinigen, geben sicherlich ein gewisses Maß an Therapiesicherheit. Ein wesentlicher Pfeiler ist sicherlich die doppelt geätzte Osseotite®-Oberfläche und möglicherweise auch die neuartige NanoTite™-Oberfläche, die vor allem in schwierigen Situationen, bei schlechter Knochenqualität oder in augmentierten Bereichen großes Potenzial zu haben scheint. Auch aktuelle Entwicklungen und Trends der Implantologie – wie beispielsweise Sofortimplantationen, Sofortversorgungskonzepte, Sofortbelastungskonzepte – können mit dieser Oberfläche realisiert werden. Allerdings sollte man sich bei der Anwendung neuer Materialien stets bewusst sein, dass noch keine verlässlichen Langzeitdaten verfügbar sind und somit immer mit einem Komplikationsrisiko zu rechen ist.

Eine Literaturliste kann in der Redaktion angefordert werden.

Ein besonderer Dank geht an die Firma Biomet 3i, Karlsruhe, für die Überlassung der rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen.

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