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Implantologie 11.11.2011

Knochenaufbau und -regeneration mit ­einem synthetischen Hydroxylapatit

Knochenaufbau und -regeneration mit ­einem synthetischen Hydroxylapatit

Zurzeit stehen unterschiedliche Knochenersatzmaterialien (KEM) zum Knochenaufbau und zur Knochenregeneration oder autologer Knochen zur Verfügung. Grundsätzlich ist dabei bei den KEM zwischen synthetischen und xenogenen bovinen Materialien zu unterscheiden. Ziel der Studie war es, die Vor- und Nachteile der Defektauffüllung mit neuartigem synthetischen Hydroxylapatit klinisch zu untersuchen.

Hydroxylapatite werden seit mehreren Jahrzehnten als Knochenersatzmaterial im gesamten Skelettsystem eingesetzt. Prinzipiell unterscheidet man zwischen Hydroxylapatiten, die aus den Mineralstoffen Kalzium und Phosphat synthetisiert wurden, und Hydroxylapatiten allogenen oder xenogenen Ursprungs. Bei den Materialien biologischen Ursprungs erfolgt eine aufwendige Behandlung mit Laugen und Hitze, um organische Bestandteile zu entfernen. Osbone® (curasan, Kleinostheim) ist ein synthetisches, offenzellig-spongiöses Knochenersatzmaterial für die Füllung von Knochendefekten. Chemisch handelt es sich um ein Hydroxylapatit (chemische Formel Ca5(PO4)3OH bzw. in doppelter Schreibweise Ca10(PO4)6(OH)2) (de Groot et al. 1990). Die synthetische Herkunft und der kera­mische Sinterprozess garantieren Keim- und Pyrogenfreiheit. Die synthetischen Hydroxylapatite früherer ­Generationen zeigten wegen ihrer geringen Porosität und unzureichenden biokompatiblen Eigenschaften nicht immer die klinisch erwünschten Resultate (Mercier et al. 1996).

Wird zur Regeneration von Knochendefekten ein Augmentationsmaterial genutzt, so muss dieses in den einzelnen Phasen der Knochenregeneration unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Neben der Defektgröße und Lokalisation wird die Osseointegration maßgeblich von den Materialeigenschaften Phasenreinheit, Primärkorngröße, Gefüge, Porosität, Oberflächenstruktur und Löslichkeit bestimmt (Draenert et al. 2001, Frauendorf und Sumnig 2007). Erst das ideale Zusammenwirken dieser Eigenschaften führt zu einem optimalen Knochenaufbaumaterial.

Zur Vermeidung zellulärer Abbauprozesse ist ein Knochenaufbaumaterial mit einer Primärkorngröße von mehr als 10 µm optimal. Sie gewährleistet sowohl die mechanische Stabilität des Gefüges als auch die interkonnektierende Mikroporosität (Klein et al. 2010). Eine Partikelgröße von unter 10µm stimuliert die Phagozytose durch Makrophagen (Sun und Ding 2009) und führt zu einem nicht gewollten vorzeitigen Masseverlust des Knochenaufbaumaterials im Defekt, sodass eine vollständige biologische Knochenregeneration unterbleibt. Die interkonnektierende, spongiös-offenzellige Porenstruktur soll die durchgängige Erschließung mit Blutgefäßen gewährleisten. Die Poren vergrößern die Oberfläche und werden bei ausreichendem Durchmesser vaskularisiert. Für das Einwachsen vaskularisierten, mineralisierten Gewebes soll der Porendurchmesser mindestens 100µm betragen, um ein vollständiges Durchbauen zu ermöglichen. Das neue synthetische Hydroxyl­apaptit weist eine Poren­größenverteilung mehrheitlich zwischen 250µm und 450µm auf. In Zellkulturen konnte 28 Tage nach Beginn der Zellkultivierung eine gute Zellproliferation deutlich in der flächigen Ausdehnung und Clusterung der Osteo­blasten auf Osbone® nachgewiesen werden (Bernhardt et al. 2011).

Material und Methodik


Bei Patienten, die sich zur Entfernung von odontogenen Zysten und Zähnen oder zur Augmentation des Kiefers mit einzeitiger oder zweizeitiger Implantatinsertion vorstellten, wurde das synthetische Hydroxyl­apatit ­(Osbone®, Korngröße 1–2mm) eingebracht. In den Fällen mit Zystendefektauffüllung und Socket Preservation wurde ausschließlich Hydroxylapatit ohne autologen Knochen verwendet. Bei der Kieferaugmentation (laterale Kieferaugmentation, Sinusbodenaugmentation) wurde eine Mischung aus synthetischem Hydroxylapatit und autologem Knochen verwendet und zusätzlich PRGF (platelet rich growing factors).

Alle Patienten erhielten eine postoperative Antibiotika­prophylaxe. Zusätzlich kamen, wenn nötig, Membranen zur Stützfunktion bei der gesteuerten Geweberegeneration (GTR) zum Einsatz. Ein direkter Kontakt von Osbone® mit dem blutenden ­vitalen Knochen ist notwendig. Deshalb wurde eine gründliche Anfrischung des Knochens vor dem Einbringen obligat vorgenommen. Ebenso wurde bei alleiniger Verwendung des Hydroxylapatits immer auf eine vollständige Benetzung bzw. Mischung des Materials mit Blut aus der Wunde oder wenn nötig aus venös gewonnenem Eigenblut geachtet. Durch die visköse Konsistenz des koagulierenden Eigenbluts lässt sich das KEM leicht in den Defekt applizieren. Die Knochendefekte wurden stets vollständig gefüllt, wobei aber eine Überfüllung vermieden wurde, um ­einen spannungsfreien Verschluss zu erzielen. Auch wurde keine Verdichtung des Materials vorgenommen.

Ergebnisse


Anhand von ausgewählten typischen Patientenfällen sollen die klinische Vorgehensweise und die Ergebnisse dargestellt werden: Nach Zahnentfernung und Anfrischung der Alveole durch Exkochleation der Alveole wird ein Gemisch von Eigenblut und synthetischem Hydroxylapatit (Osbone® – Large, Korngröße 1–2mm) in die Alveole locker eingefüllt. Dabei verkleben die Partikel sehr gut durch das Blutkoagulum und durch die zusätzliche Mischung mit der gewonnenen PRGF-Fraktion. Anschließend kann der krestale Schleimhautdefekt mittels PRGF-Membran abgedeckt werden. Hierdurch wird eine alternative Lappenpräparation aus dem Gaumen mit zusätzlichem Defekt vermieden und eine gute Weichteilabdeckung erzielt. Alternativ wären allogene (bovine oder porcine) Membranen auch geeignet, allerdings muss hierfür der Limbus alveolaris präpariert werden, um so die Membran darunter zu schieben. Dies ist bei der PRGF-Membran nicht nötig. Im Vergleich der Röntgenbilder sechs Monate postoperativ kann eine gute Knochenregeneration nachgewiesen werden bei noch nachweisbaren Hydroxylapatitpartikeln (Abb. 1a bis 1e).

In der Kategorie der Augmentation bei der Implantat­insertion ist ein Gemisch von autologem Knochen und synthetischem Hydroxylapatit zum Einsatz gekommen. Durch die Anwendung von CT- oder DVT-Daten und Aufbereitung mittels Software (z.B. ExpertEase®) kann exakt bestimmt werden, ob und wieviel augmentiert werden muss und dass die Implantate in der prothetisch exakten Position stehen, insbesondere bei Wiederherstellung von mehreren Zähnen in einer Reihe. Das Hydroxylapatit-Knochengemisch kann leicht über den typischen lateralen Zugang zur Kieferhöhle eingelagert und die Implantate einzeitig ­inseriert werden. Voraussetzung für ein einzeitiges Vorgehen ist die primäre Implantatstabilität und auch die Eigenknochenhöhe von >4mm. Auch eine parallele laterale Augmen­tation kann vorgenommen werden. Allerdings ist hierfür eine Stabilisierung durch eine Membran notwendig. Hierfür   erscheint   durch seine Stabilität eine PDLLA-Membran (ResorbX®) als vorteilhaft, insbesondere durch das leichte Befestigen mittels ­SonicWeld-Technik (Ludwig 2009). Eine zusätzliche Ab­deckung krestal mittels einer „weichen“ Membran (z.B. PRGF-Membran) ist wichtig, um einen Verlust des Materials vor­zubeugen, eine nur bindegewebige Einheilung zu verhindern und gleichzeitig auch eine gute Weichteilsituation krestal zu erzeugen. Sechs Monate postoperativ können die Implantate nach Sinuslift und Augmentation freigelegt und prothetisch belastet werden bei nachweisbarem knöchernen Ein- und Umbau des Augmentates und ­Osseointegration der Implantate (Abb. 2a bis 2e).

Wegen seiner hohen Porosität und moderner Herstellungsverfahren ist anscheinend eine gute Biokompatibiliät vorhanden und ermöglicht eine schnelle Osseointegration und damit ein stabiles Implantatlager. Die exakte Weichteildeckung ist ein wichtiger Faktor für die primäre Abheilung und Knochenregeneration. Bei Zahn- und Zystenentfernung mit erheblichen Knochendefekten und Verlust von Wandanteilen müssen die Zystenanteile zunächst vollständig exkochleiert und dann das KEM eingebracht werden, sodass alle Wandanteile wieder hergestellt sind. Eine leichte Überkonturierung ist sinnvoll, da mit einer geringen Sinterung zu rechnen ist, insbesondere wenn der Patient während der Einheilungsphase einen herausnehmbaren Zahnersatz trägt, der das Augmentat belastet. Trotzdem kann ein zusätzlicher lateraler und vertikaler Knochenaufbau noch nötig sein, insbesondere wenn bereits vorher ein vertikaler Knochenverlust eingetreten war. Auch wird erst oft nach Planung der Implantate offensichtlich wie viel Knochen vertikal noch aufzubauen ist. Während der primären Sanierungsphase steht in ­erster Linie der Erhalt der Situation im Vordergrund, um überhaupt später Implantate setzen zu können. Bedingt durch die oft fehlende Weichteildeckung nach Zahn­entfernung wäre die Gefahr des zusätzlichen vertikalen Knochenaufbaus risikoreich und könnte den Verlust des Augmentates zur Folge haben (Abb. 3a bis 3e). Nach sechs Monaten postoperativ können die Implantate inseriert und prothetisch belastet werden bei nachweisbarem knöchernen Ein- und Umbau des Augmentates und Osseointegration der Implantate. Im CT sind die Partikel des KEM nicht mehr eindeutig vom normalen Knochen anhand der Hounsfield-Einheiten zu differenzieren.

Diskussion


Entsprechend seiner langsamen Resorptionskinetik und seiner polygonal gebrochenen Form eignet sich Osbone® insbesondere zur Füllung von Defekten bzw. zur Augmentation von Arealen, in denen ein stabiles ­Lager für Implantate erforderlich ist. Um ein optimales Ergebnis zu erreichen, sind zur Vorbereitung des Implantatlagers Knochenfragmente, nekrotisches Gewebe und Bindegewebe sorgfältig zu entfernen. Wie sich auch in anderen experimentellen und klinischen Studien zeigte, ist ein direkter Kontakt von Osbone® mit dem blutenden ­vitalen Knochen notwendig (Holweg und Dorr-Toloui 2010). Eine Mischung mit Eigenblut aus der Defektregion oder PRGF ist optimal. Durch die hohe Porosität und die dadurch erleichterte Osseointegration kann bei eingeschränkter Knochenregenerationsfähigkeit schneller ein stabiles Implantatlager erreicht werden (Beekmans et al. 2008).

Eine Anwendung von Osbone® zusammen mit autologem Knochen erscheint insbesondere zum lateralen Aufbau des Alveolarfortsatzes und beim Sinuslift notwendig. Die multiporöse Struktur des Granulats bildet die Basis für die Erschließung des Materials und die Zellversorgung. Deshalb sollte Osbone® auch nicht zu stark verdichtet werden. Das neue moderne synthetische Hydroxylapatit hat eine hohe Sicherheit für Patient und Anwender, bedingt durch die synthetische Herstellung. Es besteht kein Allergierisiko oder Infektionsrisiko. Im Vergleich zu allogenen Materialien ist die Aufklärung des Patienten vereinfacht. Letztendlich kann der Knochen bei Patienten durch rein synthetische Materialien und körpereigene Substanzen ohne Einsatz von allogenen Substanzen regeneriert werden.

Dadurch, dass das KEM röntgenopak ist, kann es gut im konventionellen Röntgen lokalisiert werden, sodass auch klinisch die Reossifikation beurteilt werden kann. Prinzipiell kann Osbone® im Bereich der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie und Implantologie zur Auffüllung bzw. Rekonstruktion von mehrwandigen Knochendefekten, z. B. Defekte nach Exstirpation von Knochenzysten, Augmentation des atrophierten Kieferkammes, Sinuslift bzw. Sinusbodenelevation mit Augmentation, zur Auffüllung von Alveolardefekten nach Zahnextraktion zur Kieferkammerhaltung (Socket Preservation), Auffüllung von Extraktionsdefekten zur Schaffung eines Implantatbettes und Auffüllung mehrwandiger Knochendefekte der Alveolarfortsätze und des Gesichtsschädels mit Einsatz einer Membran bei der gesteuerten Geweberegeneration (GTR), erfolgreich angewandt werden (Ludwig 2011).

Im Rahmen des physiologischen Remodelings können bei Osbone® Ab- und Umbauvorgänge durch Osteo­klasten und Osteoblasten erfolgen (Peters et al. 2010, Goto et al. 2001). Gleichzeitig werden durch sein homogenes Löslichkeitsverhalten keine Mikropartikel vorzeitig aus dem Gefügeverbund gelöst. Ein frühzeitiger Zerfall in Mikropartikel würde die Aktivität phagozytierender Makrophagen und polymorpher mehrkerniger ­Zellen steigern. Die dadurch verstärkte unspezifische Immunreaktion stört die Regeneration und kann im ­Extremfall zu einer überschießenden Entzündungsreaktion führen.

In den vorliegenden klinischen Verläufen konnten keine materialbedingten Entzündungsreaktionen gesehen werden. Ein speicheldichter spannungsfreier Wundverschluss ist zusätzlich unabdingbar, um Entzündungs­reaktionen zu vermeiden. Insgesamt scheinen sich somit die guten In-vitro-Zellbesiedelungseigenschaften (Bernhardt et al. 2011) auch im klinischen Verlauf zu bestätigen.

Eine ausführliche Literaturiste finden Sie hier.

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