Knochenersatzmaterialien: "künstlicher Knochen"

Knochenersatzmaterialien erweitern schon seit langem das Spektrum der Möglichkeiten, fehlendes Knochenvolumen z.B. für eine Implantatbehandlung zu regenerieren.
Wenn auch die Verwendung von Eigenknochen, das aus entsprechenden Regionen des Kiefers oder sogar des Hüftknochens gewonnen werden kann, als Goldstandard für einen Knochenaufbau gilt, sind Aufwand und Möglichkeiten bei der Gewinnung mitunter nicht immer in einem idealen Verhältnis, so dass  ein solcher Ersatzknochen häufig zum Einsatz kommt. Das Konzept hierbei ist, durch die in die Defekte eingebrachten Knochenaufbaumaterialien dem Knochen eine stabile Leitstruktur ( ) zu liefern, welche nach und nach durch den neugebildeten Knochen durchbaut bzw. ersetzt wird, oder sogar die Knochenbildung anzuregen ( ). Man kann dabei die Einbringung von Knochenersatzmaterial mit einer speziellen Form die Hohlraumtechnik vergleichen Ob der Defekt

Man unterscheidet bei den Knochenersatzmaterialien nach Herkunft

• allogen (homolog), Knochen von einem menschlichen Spender
• xenogen (heterolog), aus tierischem oder pflanzlichem Gewebe gewonnen oder
• synthetisch (alloplastisch), künstlich hergestellt

und nach Material/Struktur

• aufbereiteter Fremdknochen (FDBA, DFDBA)
• Hydroxylapatit (synthetisch oder xenogen)
  
• Trikalziumphosphat (zurzeit nur in Kombination mit Hydroxylapatit)
• Kalziumsulfat (in Zellulosematrix)
• Glaskeramik 
• Polymere
   

Allogen: Fremdknochen

Zur Anwendung kommen demineralisierter gefriergetrockneter Knochen (DFDBA, Demineralized Freeze-Dried Bone Allograft, neuerdings auch DBM für Demineralized Bone Matrix gennannt) oder auch die nicht demineralisiert Form (FDBA), die aus Leichenspenderknochen gewonnen werden. In den USA erfüllt DFDB seit langem die strengen Zulassungskriterien der FDA (vergleichbar dem Bundesministerium f. Gesundheit, BMG) und wird dort routinemäßig insbesondere in der Orthopädie eingesetzt. Ein Restrisiko, der in kontrollierten Organbanken in den USA gewonnenen Materialien, besteht in der Übertragung von Erkrankungen (sehr geringes Risiko, z.B. HIV niedriger als 1:1 Million) oder durch mögliche Immunreaktionen. Tatsächliche Fälle von Übertragungen in den letzten Jahren sind allerdings nicht bekannt. In Deutschland gibt es zur Zeit nur einen Hersteller/Vertrieb.

Der Vorteil von allogenem Knochen besteht in der idealen Leitstruktur des Materials für das Einwachsen des eigenen Knochens (Osteokonduktion). Durch noch vorhandene Proteine (BMP´s) wirkt DBFB sogar (Knochenbildung-anregend). Ein weiterer Vorteil besteht in der sicheren Volumenstabilität bei Verwendung von Knochenblöcken. Negativmeldung hat es kaum gegeben und sind  seit Verwendung neuester Aufbereitungs- und Testmethoden nicht mehr dokumentiert worden.

Vorteile

• Osteoinduktiv (regt die Knochenneubildung an)
• Osteokonduktiv (Leitschiene für Knochenneubildung)
• Volumenstabil (Knochenblock)
• Auch für größere Defekte einsetzbar
• Schnellere Knochenbildung als bei den synthetischen oder xenogenen Esatzmaterialien

Nachteile

• geringes Restrisiko für Krankheitsübertragungen oder Immunreaktionen nicht auszuschliessen
• höhere Kosten
   
  

Xenogene Materialien

Vorteile

• Verlässlichkeit sehr gut dokumentiert
• hohe Osteokonduktivität
  

Nachteile

• als Fremdmaterial aufklärungspflichtig
  
  

Synthetische Materialien

Am häufigsten finden ß-Tricalciumphosphate als künstlicher Knochen Verwendung. Sie werden in verschiedenen Partikelgrössen für verschiedene Indikationen hergestellt: 1-2000 µm für grösser Volumendefekt z.B. den Sinuslift, ca. 500 µm für das Auffüllen kleinerer Defekt in der Implantologie und Parodontologie.
Weitere Materialien sind , Trikalziumphosphat (zurzeit nur in Kombination mit Hydroxylapatit), Kalziumsulfat (in Zellulosematrix), Glaskeramik und polymere Zucker bzw. Milchzucker.
Synthetische Knochenersatzmaterialien sind in der Regel rein , eine ist nicht nachweisbar. Die klinischen Ergebnisse unterscheiden sich bei den verschieden Herstellern nicht signifikant, so dass die Verwendung des einen oder anderen Materials stark von den Vorlieben des Behandlers abhängt

Vorteile

• gut dokumentiert
• gleichbleibende Qualität
  
• synthetisch, riskofrei

Nachteil

• im Vergleich möglicherweise wohl etwas längere Dauer bis zur Durchbauung
   
  

- Bone Engeneering

Hier ist das Ziel, den Knochen an gewünschter Stelle und in gewünschter Menge mittels Substanzen und Moleküle, kontrolliert wachsen zu lassen. Als bekanntester Vertreter der osteoinduktiven Substanzen sind die BMP´s anzusehen.

BMP

Abkürzung von Bone Morphogenetic Proteins (engl.), spezielle Eiweißkörper, die der Körper als örtliche Botenstoffe für und Knochenheilung produziert. Einsatzgebiete von BMP's in der Medizin sind Knochenaufbau bei Defekten und gezielte Beschleunigung von Knochenheilungsvorgängen (Knochenbruchheilung, Implantateinheilung) am Anwendungsort. Verfügbarkeit und Dosierung sind im Augenblick im zahnärztlichen Bereich allerdings noch nicht ganz praxisreif. In Erprobung sind Knochenersatzmaterialien, die mit BMP's beschickt werden, um so eine schnelle Knochengenerierung im gewünschten Bereich zu erzielen. Auch sind Implantate in der Erprobung, deren Oberfläche mit BMP´s überzogen sind, um eine schnellere Einheilung zu erzielen. Die Kosten für eine Behandlung sind zurzeit noch sehr hoch, auch blieb der Nutzen in bisherigen Studien hinter den Erwartungen zurück, so dass von einer breiten Anwendung im Augenblick nicht auszugehen ist.

Tissue Engineering und Stammzellen

Vorteil

• genetisch gesehen: Eigenknochen
• Ersteingriff (Entnahme) gegenüber einem geringer

Nachteil

• teuer
• "Ertrag" zurzeit noch gering
• Struktur des gezüchteten Knochens gegenüber Eigenknochen schwächer
• Gesamtbehandlungsdauer eher verlängert

<-Knochenaufbau, Sinuslift, Distraktion, Knochenblock     weiter im Thema: nach der Implantation ->

Literatur:
Ann Periodontol. 2003 Dec;8(1):328-43.Esposito M, Grusovin MG, Coulthard P, Worthington HV.  Die Wirksamkeit verschiedener Verfahren zur Knochenaugmentation in der dentalen Implantologie, Int J Oral Maxillofac Implants. 2006 Sep-Oct;21(5):696-710
Rocchietta I, Fontana F, Simion M.; Clinical outcomes of vertical bone augmentation to enable dental implant placement: a systematic review.; J Clin Periodontol. 2008 Sep;35(8 Suppl):203-15.
Khoury, F., Augmentive Verfahren in der oralen Implantogie. Quintessenz 2009
Esposito M, Grusovin MG, Felice P, Karatzopoulos G, Worthington HV, Coulthard P.; The efficacy of horizontal and vertical bone augmentation procedures for dental implants - a Cochrane systematic review. Eur J Oral Implantol. 2009 Autumn;2(3):167-84.
Esposito M, Grusovin MG, Rees J, Karasoulos D, Felice P, Alissa R, Worthington H, Coulthard P., Eingriffe zum Ersatz fehlender Zähne: Maßnahmen zum Aufbau des Sinus maxillaris,  Cochrane Database Syst Rev. 2010
Buser, D., Membrangeschützte Knochenregeneration in der Implantologie, Quintessenz, 2012
Ito K, Yamada Y, Nakamura S, Ueda M.: Osteogenic potential of effective bone engineering using dental pulp stem cells, bone marrow stem cells, and periosteal cells for osseointegration of dental implants, Int J Oral Maxillofac Implants. 2011 Sep-Oct;26(5):947-54.