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Phykogenes Knochenersatzmaterial

Phykogenes Knochenersatzmaterial ist ein aus Meeresalgen gewonnenes Knochenersatzmaterial, dessen poröses Calciumcarbonat-Skelett durch eine hydrothermale Behandlung in (Fluor-)Hydroxylapatit überführt wird. Der Begriff geht auf das griechische Wort phykos für „Alge“ zurück. Ausgangsmaterial sind kalkbildende Rotalgen, deren natürlich gewachsenes, fein durchzogenes Kalkgerüst nach der Umwandlung ein knochenähnliches Mineral mit interkonnektierender Porosität bildet. Innerhalb der Knochenersatzmaterialien zählt es zu den natürlichen, marinen Ersatzstoffen und wird üblicherweise gemeinsam mit dem korallinen Material besprochen, das nach demselben Grundprinzip aus dem Kalkgerüst von Korallen hergestellt wird.

Phykogene und koralline Materialien werden dem übergeordneten Feld der xenogenen Knochenersatzmaterialien zugeordnet, weil sie aus dem Gewebe nicht-menschlicher Organismen stammen. Die taxonomische Einordnung ist dabei allerdings nicht einheitlich: Algen sind keine Tiere, Korallen dagegen schon. Dieser Unterschied ist mehr als eine begriffliche Feinheit und wird in diesem Eintrag ausführlich aufgeschlüsselt, weil er die Herkunft, die Bewertung des Übertragungsrisikos und die Einordnung im Materialsystem betrifft.

Herkunft und taxonomische Einordnung

Phykogenes Material stammt aus kalkbildenden Rotalgen, wie sie an felsigen Küsten wachsen. Diese Algen lagern in ihrer Zellwand Calciumcarbonat ein und bilden dadurch ein festes, natürlich durchzogenes Kalkgerüst. Rotalgen gehören biologisch zu den Algen und damit zu einer eigenen, von den Tieren getrennten Organismengruppe. Aus dieser Zuordnung folgt der zentrale Punkt: Auch wenn phykogenes Material aus einem nicht-menschlichen Lebewesen gewonnen und deshalb dem marinen Zweig der xenogenen Ersatzmaterialien zugeschlagen wird, ist es streng genommen nicht xenogen im engeren, zoologischen Sinn – denn dieser Begriff zielt auf tierisches Gewebe ab.

Anders liegt der Fall beim korallinen Material. Korallen sind Nesseltiere und damit eindeutig Tiere; ihr aragonitisches Kalkskelett ist tierischen Ursprungs. Korallines Knochenersatzmaterial ist deshalb im engeren Sinn xenogen, während phykogenes Material diese Einordnung taxonomisch nicht sauber erfüllt. Beide werden dennoch gemeinsam als marine, natürliche Alternativen zu den klassischen tierischen Xenografts geführt, weil sie sich in Ausgangsstruktur und Aufbereitung ähneln. Von den echten tierischen Xenografts – dem bovinen, porcinen und equinen Knochenersatzmaterial – unterscheiden sie sich schon im Ausgangsgewebe: Dort ist es echter Wirbeltierknochen, hier ein mariner Kalkkörper.

Wichtig ist dabei, dass der Ausgangskörper der marinen Materialien anders als beim tierischen Knochen keine gewachsene Kollagenmatrix mitbringt: Er besteht vor der Umwandlung im Wesentlichen aus mineralischem Calciumcarbonat. Die spätere Ähnlichkeit zum Knochen entsteht erst durch die Aufbereitung, während sie beim tierischen Ausgangsgewebe von vornherein in Form der knöchernen Grundstruktur angelegt ist. Diese Unterscheidung hilft, phykogenes und korallines Material nicht mit den kollagenhaltigen tierischen Präparaten zu verwechseln, auch wenn alle vier Gruppen am Ende demselben Zweck dienen.

Herstellung

Das Ausgangsgerüst aus Algen oder Korallen besteht chemisch aus Calciumcarbonat. Dieses ist als solches für den dauerhaften Knochenaufbau wenig geeignet, weil es im Körper vergleichsweise rasch abgebaut wird. In einem hydrothermalen Verfahren – also unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in wässriger Phosphatlösung – wird das Calciumcarbonat deshalb schrittweise in Hydroxylapatit überführt. Dabei bleibt die feine, dreidimensionale Gerüststruktur des marinen Ausgangsmaterials erhalten, während sich die mineralische Zusammensetzung zu jener Kristallform verschiebt, die auch die harte Substanz des menschlichen Knochens prägt.

Bei mehreren phykogenen Präparaten wird während oder nach der Umwandlung Fluorid in das Kristallgitter eingebaut, sodass ein Fluor-Hydroxylapatit entsteht. Der Fluorideinbau verringert die Löslichkeit des Minerals und macht das Material volumenstabiler. Ein wesentlicher Vorteil des marinen Ursprungs ist die von Natur aus vorhandene, interkonnektierende Porosität: Die Poren des Algen- oder Korallengerüsts sind untereinander verbunden, was das Einwachsen von Blutgefäßen und Knochenzellen begünstigt, ohne dass die Poren künstlich erzeugt werden müssen. Bei der Umwandlung werden dem Kristallgitter im Wesentlichen Phosphatanteile zugeführt, während die Carbonatanteile zurückgedrängt werden; das Ergebnis ist ein Mineral, das dem Knochenapatit chemisch nahesteht. Der Grad, bis zu dem das Calciumcarbonat tatsächlich in Hydroxylapatit überführt wird, ist ein wichtiges Merkmal des jeweiligen Präparats und beeinflusst sein späteres Verhalten im Körper.

Struktur, Eigenschaften und Resorption

Nach der Umwandlung liegt ein poröses, sprödes Mineralgerüst vor, dessen Porenweite und Vernetzung von der Ausgangsalge oder -koralle geprägt sind. Diese offene Porosität ist die Grundlage der osteokonduktiven Wirkung: Das Material dient als Leitschiene, entlang derer neuer Knochen vom umgebenden Lagerknochen her einwächst. Eine eigene knochenbildende Aktivität besitzt es dagegen nicht – wie andere Knochenersatzmaterialien ist es osteokonduktiv, nicht osteoinduktiv.

Das Abbauverhalten hängt stark vom Umwandlungsgrad ab. Ein nur teilweise umgewandeltes, noch carbonatreiches Gerüst wird eher rascher resorbiert, während ein vollständig in Hydroxylapatit oder Fluor-Hydroxylapatit überführtes Material langsam abgebaut wird und dadurch länger als Platzhalter erhalten bleibt. Der langsame Abbau eines volumenstabilen Materials kann dort erwünscht sein, wo das aufgebaute Volumen dauerhaft gehalten werden soll, etwa unter einer festen Versorgung. Der Abbau selbst verläuft überwiegend zellvermittelt: Körpereigene, knochenabbauende Zellen tragen das Mineral nach und nach ab, während parallel neuer Knochen gebildet wird, sodass Ersatzmaterial und neu entstehende Hartsubstanz für eine Übergangszeit nebeneinander bestehen. Nach dem Einbau soll die neu gebildete Hartsubstanz das Material umschließen und so die Osseointegration eines späteren Implantats im aufgebauten Bereich unterstützen.

Einordnung im Materialsystem

Das gemeinsame Endprodukt phykogener und koralliner Materialien ist Hydroxylapatit – dieselbe Verbindung, die auch den mineralischen Anteil des natürlichen Knochens bildet. Damit rücken diese marinen Ersatzstoffe in die Nähe der synthetisch hergestellten Hydroxylapatit-Materialien; der Unterschied liegt im Ursprung, nicht in der chemischen Endzusammensetzung. Von den schneller abbaubaren, vollsynthetischen Materialien wie dem Beta-Trikalziumphosphat grenzen sie sich durch ihren tendenziell langsameren Abbau und ihre naturgegebene Porenstruktur ab. Die Einordnung der vier Herkunftsklassen – körpereigen, menschlicher Spender, tierisch bzw. marin sowie vollsynthetisch – wird im übergeordneten Xenograft-Hub im Zusammenhang dargestellt.

Anwendungsgebiete

Phykogene und koralline Materialien werden in der zahnärztlichen und kieferchirurgischen Augmentation als Füll- und Aufbaumaterial eingesetzt. Klassische Einsatzgebiete sind die Sinusbodenelevation (Sinuslift) zur Schaffung eines ausreichenden Knochenangebots im seitlichen Oberkiefer, die gesteuerte Knochenregeneration zur Verbreiterung oder Erhöhung schmaler Kieferabschnitte sowie die Auffüllung umschriebener Knochendefekte. Auch zur Erhaltung des Alveolarknochens nach einer Zahnentfernung kommen sie in Betracht.

Welches Material sich für welchen Eingriff eignet und wie der Ablauf im Einzelfall aussieht, hängt von der Defektform, dem angestrebten Volumen und der geplanten Versorgung ab. Diese Auswahl- und Ablauffragen werden im Ratgeber zum Knochenersatzmaterial ausführlich behandelt; dieser Eintrag beschränkt sich auf die Einordnung der phykogenen und korallinen Materialgruppe.

Wissenschaftliche Datenlage

Die klinische Literatur zu marinen Knochenersatzmaterialien ist deutlich schmaler und stärker auf einzelne Präparate konzentriert als jene zu den bovinen Materialien. Für das phykogene Fluor-Hydroxylapatit liegen vor allem Arbeiten zur Sinusbodenelevation vor, darunter histologische Untersuchungen, klinische Verlaufsbeobachtungen über mehrere Jahre und eine randomisierte Vergleichsstudie. Sie belegen, dass sich im aufgebauten Bereich neuer Knochen bildet und dieser das Material umbaut. Zum korallinen Material stammt ein Teil der grundlegenden Arbeiten aus der Knochenchirurgie außerhalb der Zahnmedizin und ist älteren Datums. Als Produktbeispiele stehen für das phykogene Material Algipore und AlgOss, für das koralline Material Biocoral und Pro Osteon; ein erheblicher Teil der zitierten Untersuchungen bezieht sich auf einzelne dieser Präparate und lässt sich nicht ohne Weiteres auf die gesamte Materialgruppe übertragen.

Vergleichende Untersuchungen, die phykogenes Material direkt gegen bewährte tierische Xenografts stellen, existieren, sind aber zahlenmäßig begrenzt. Insgesamt gilt die Materialgruppe als etablierter, aber weniger breit dokumentierter Baustein im Spektrum der Ersatzmaterialien. Konkrete Erfolgs- oder Umbauraten hängen von Präparat, Indikation und Nachbeobachtungszeit ab und lassen sich nicht auf eine allgemeine Zahl verdichten.

Sicherheit und Regulatorik

Ein häufig genanntes Argument für marine Materialien ist ihr Ursprung außerhalb der Säugetiere. Da phykogenes Material aus Algen und korallines Material aus Nesseltieren gewonnen wird, entfällt das für tierische Xenografts vom Rind, Schwein oder Pferd diskutierte theoretische Restrisiko einer Übertragung von Krankheitserregern wie Prionen. Voraussetzung bleibt eine kontrollierte Gewinnung und Aufbereitung. Wie andere Knochenersatzmaterialien werden phykogene und koralline Präparate als Medizinprodukte geführt und unterliegen den entsprechenden Zulassungs- und Überwachungsvorgaben.

Vergleich der Materialgruppen

Kosten und Kassenleistung

Für phykogenes oder korallines Knochenersatzmaterial gibt es keine eigene Gebührenziffer. Das Material selbst wird als Auslage berechnet, der zugehörige chirurgische Eingriff nach den üblichen Regeln der zahnärztlichen Gebührenordnung. In der Regel handelt es sich um eine Privatleistung; eine gesetzliche Kostenübernahme des Aufbaumaterials ist die Ausnahme und an enge Voraussetzungen gebunden. Eine belastbare Kostenschätzung ist nur für den konkreten Einzelfall möglich, weil sie von Materialmenge, Defektgröße und Aufwand des Eingriffs abhängt. Die kostenbezogenen Details werden im Ratgeber zum Knochenersatzmaterial und in den zugehörigen Kostenübersichten geführt.

Literatur

Quellen und weiterführende Literatur

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• Schopper C, Moser D, Sabbas A, Lagogiannis G, Spassova E, König F, Donath K, Ewers R (2003): The fluorohydroxyapatite (FHA) FRIOS Algipore is a suitable biomaterial for the reconstruction of the alveolar bone. Clinical Oral Implants Research. doi:10.1046/j..2003.00959.x
• Rapone B, Inchingolo AD, Trasarti S, Ferrara E, Qorri E, Mancini A, Montemurro N, Scarano A, Inchingolo AM, Dipalma G, Inchingolo F (2022): Long-Term Outcomes of Implants Placed in Maxillary Sinus Floor Augmentation with Porous Fluorohydroxyapatite (Algipore FRIOS) in Comparison with Anorganic Bovine Bone (Bio-Oss) and Platelet Rich Plasma (PRP): A Retrospective Study. Journal of Clinical Medicine. doi:10.3390/jcm11092491
• Tadic D, Epple M (2004): A thorough physicochemical characterisation of 14 calcium phosphate-based bone substitution materials in comparison to natural bone. Biomaterials. doi:10.1016/s0142-9612(03)00621-5
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• Sokolowski A, Theisen K, Arefnia B, Payer M, Lorenzoni M, Sokolowski A (2024): A randomized clinical trial of phycogenic materials for sinus grafting with hydroxyapatite versus biphasic calcium phosphate: 2 years clinical outcomes. Clinical Oral Implants Research. doi:10.1111/clr.14209
• Gopal RK, Ganesh PS, Raj PP (2025): Dental bone grafting biomaterials from marine seaweeds – a three-decade history. Oral and Maxillofacial Surgery. doi:10.1007/s10006-025-01453-0

Aktualisiert am: 3. September 2026

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