Allogene Knochenersatzmaterialien werden von verschiedenen Herstellern angeboten, die jeweils unterschiedliche Aufbereitungsverfahren anwenden. Seit Kurzem stehen auch 3-D-Knochen­blöcke dieser Ersatzmaterialien zur Verfügung. Diese werden mithilfe eines Computertomogramms (DVT) geplant und mit einer CNC-Fräse hergestellt. Der vorliegende Fallbericht von Autor Dr. Daniel Engler-Hamm für die Implantologie 3/18 beschreibt die implantologisch und prothetisch komplexe Rehabilitation eines Bruxismuspatienten mit geringem Restzahn­bestand und atrophischen Kieferkämmen. Hierbei wird eine Variante der dreidimensionalen Kieferkammaugmentation mittels CAD/CAM-Knochenblöcken beschrieben sowie das Resorptionsverhalten des Augmentats gemessen und ausgewertet.

In keiner anderen Disziplin der Zahnmedizin schreitet die Entwicklung so schnell voran wie in der Implantologie. Ziel der Zeitschrift ist es, dem Fortbildungsangebot im Bereich der Implantologie durch die Veröffentlichung praxisbezogener und wissenschaftlich untermauerter Beiträge neue und interessante Impulse zu geben und die Zusammenarbeit von Klinikern, Praktikern und Zahntechnikern zu fördern. Mehr Infos zur Zeitschrift, zum Abo und zum Bestellen eines kostenlosen Probehefts finden Sie im Quintessenz-Shop.

Einleitung

Der Einsatz von Fremdmaterialien (zum Beispiel Kürbisse, Edelmetalle oder Kokosnüsse) im menschlichen Schädel lässt sich zurückverfolgen bis in die Zeit verschiedener historischer Hochkulturen wie die der Inkas¹. Der Anspruch an solche Ersatzmaterialien wuchs mit der Zeit und wurde in der modernen Medizin wie folgt beschrieben: Das Material sollte einfach zu benutzen, biokompatibel und formbar sein, wenig kosten, in ausreichender Menge zur Verfügung stehen und sich natürlich osseointegrierbar verhalten². Aus diesem Anspruch entwickelten sich zahlreiche synthetische sowie aufbereitete allogene und xenogene Knochenersatzmaterialien^2–4.

Allogene Knochenersatzmaterialien werden heute von verschiedenen Herstellern angeboten, welche jeweils unterschiedliche Aufbereitungsverfahren anwenden^5,6. Seit Kurzem stehen auch 3-D-Knochenblöcke ­dieser Ersatzmaterialien zur Verfügung, die mithilfe eines Computertomogramms (DVT) geplant und mittels einer CNC-Fräse hergestellt werden. Die Hauptindikation dieser allogenen Knochenblöcke ist der stark atrophische Kiefer.

Alternativ bietet sich beispielsweise autologer Hüftknochen an^7,8. Autologe Transplantate können extra- und intraoral entnommen werden und sind entweder kortikal, spongiös oder kortikospongiös. Da autologer Knochen vitale, osteoinduktive Zellen enthält, keinerlei Antigenität hat und nicht karzinogen sein kann, wird er oft als „Goldstandard“ bezeichnet⁹. Tetè et al. zeigten in einer Studie, die Calvaria-, Ramus- und ein heterologes Transplantat miteinander verglich, eine hohe Ausschüttung von Bone Sialoprotein (BSP) und einen vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (vascular endothelial growth factor, VEGF)¹⁰. Sie unterstützen damit die These einer guten Osteoproliferation von autologen, insbesondere Calvaria­transplantaten¹⁰. Die Unterschiede innerhalb der autologen Gruppe können mit den als wichtig beurteilten geome­trischen, mechanischen, chemischen und biochemischen Eigenschaften erklärt werden⁹. So wird beispielsweise eine offene Porosität von 50 Volumenprozent und eine Porengröße von 200 bis 800 μm als optimal angesehen^9,11. Dies könnte ein wesentlicher Faktor im unterschiedlichen Integrationsverhalten verschiedener Spendergruppen (autolog, allogen, heterolog etc.) sein. Ein Nachteil der autologen Transplantate bleibt die erhöhte Donormorbidität, die sicherlich auch abhängig von der Spenderregion (Calvaria, Hüfte, Ramus) sehr unterschiedlich zu bewerten ist. In einer Untersuchung wurde eine geringere Komplikationsrate von Ramus- im Vergleich zu Symphysenblöcken aufgezeigt¹². Im Vergleich dazu offerieren allogene Transplantate, die ausschließlich Komplikationen in der Empfängerregion zeigen (zum Beispiel Wunddehiszenz und Blockverlust), eine Alternative¹¹.

Das Ziel dieser Fallbeschreibung ist es:

• die Technik zur Augmentation mit CNC-Knochenblöcken vorzustellen,
• die Sicherheit der Blöcke kritisch zu hinterfragen und
• das Resorptionsverhalten der Blöcke nach 6 und 21 Monaten Einheilung auszuwerten.

Abb. 1a Ausgangsbefund Frontal ...

Abb. 1b ... sowie rechter ...

Abb. 1c ... und linker Kiefer.

Patientenfall

Ein 67-jähriger medizinisch vollkommen gesunder Patient stellte sich mit dem Wunsch nach einem festsitzenden und kosmetisch ansprechenden Zahn­ersatz vor. Die Befunderhebung zeigte ein ausgeprägtes Bruxismusverhalten sowie starke Atrophien der zahnlosen Kieferkämme (Abb. 1).

Abb. 2a Präoperativer Ausschnitt des Computertomogramms mit Bariumsulfatschablone, ...

Abb. 2b ... Modell des Knochenblocks ...

Abb. 2c ... und allogener CNC-Knochenblock.

Material und Methoden

Es wurde ein prothetisches Wax-Up hergestellt und in eine Bariumsulfat-Röntgenschablone übertragen. Im Anschluss wurde ein Computertomogramm angefertigt, das als Grundlage für die Herstellung zweier 3-D-Knochenblöcke diente (Abb. 2). Aus den einzelnen Schnittbildern des DICOM-Datensatzes wird in einem ersten Schritt mit einer geeigneten Software (Materialise Mimics V 17, Fa. Materialise, Leuven, Belgien) ein dreidimensionales Modell berechnet. Durch Festlegen der Graustufenschwellenwerte (Thresholding) wurde die knöcherne Oberfläche extrahiert und ein Oberflächenmodell generiert. Das Thresholding ist eine automatisierte Funktion und erfasst auch mögliche Artefakte oder Fremdkörper in der knöchernen Struktur, sodass vor Fertigstellung des Modells manuelle Anpassungen an der Oberfläche durchgeführt wurden, damit die extrahierte Struktur die anatomische Struktur widerspiegelt. Das Oberflächenmodell wurde anschließend in eine CAD-Software zur weiteren Verarbeitung exportiert. Die virtuelle Augmentation erfolgte unter Berücksichtigung der anatomischen Gegebenheiten und angestrebten Implantatpositionen. Die äußere Kontur der Knochenblöcke wurde weitgehend ohne scharfe Kanten und Übergänge gestaltet, um manuelle Korrekturen intraoperativ möglichst zu vermeiden. Die Schnittstelle zwischen Knochenblock und knöchernem Lager wird durch eine mathematische Operation berechnet, sodass im Idealfall von einer ausgezeichneten Passung ausgegangen werden kann. Zuletzt wurden die geplanten Knochen­blöcke als STL-Datei exportiert und auf einer CAD/CAM-Fräse gefräst. Die Fräse befindet sich in kontrollierter Umgebung (Reinraumbedingungen). Das Material, aus dem die individuellen Knochen­blöcke hergestellt werden, ist aufbereitete humane Spongiosa (Puros Allograft Patientenindividueller Block, Zimmer Dental, München). Der humane Spenderknochen wird durch einen mehrstufigen Tutoplast-Prozess gereinigt¹³, wobei die natürliche Kollagen-Knochenmineral-Zusammensetzung des nativen Gewebes erhalten bleibt. Der Erhalt der Matrixzusammensetzung gibt dem Knochenblock eine natürliche Duktilität, wodurch Handling, Formgebung und letztendlich die Fixierung der Blöcke wesentlich erleichtert werden. Das humane Knochenaufbaumaterial ist in Deutschland nach den Vorgaben des Arzneimittelgesetzes (AMG) in verschiedenen Darreichungsformen als Arzneimittel registriert. Das fertige spongiöse Transplantat wird nach dem Fräsen verpackt und gamma-sterilisiert.

Prä- und postoperative Messungen

Die angefertigte Röntgenschablone diente als Referenz bei der Erstellung von Messpunkten zur Beurteilung der Umbaukinetik der angefertigten Knochenblöcke. Zu insgesamt vier Zeitpunkten wurden die bukko-orale wie auch apiko-koronale Dimension des nicht-augmentierten und augmentierten Kieferabschnitts erfasst:

1. präoperativ, Dimension der Ausgangsituation,
2. Summe der Ausgangssituation und virtuelles Transplantat,
3. 6 Monate postoperativ nach Einheilung der Knochenblöcke auf Basis einer zweiten DVT-Aufnahme und
4. 21 Monate nach Augmentation zur Kontrolle der Knochenblockvolumina.

Zur Vermessung wurde die Software Materialise Mimics V 17 verwendet. Zu jedem Messpunkt wurden Einzelmessungen erfasst.

Abb. 3a Mit Osteosynthese-Schrauben fixierter Block UK rechts.

Abb. 3b Ausgleich mit allogenem Ersatzmaterial.

Abb. 4 Spannungsfreier Nahtverschluss.

Abb. 5a Klinische Situation nach Implantatinsertion ...

Abb. 5b Klinische Situation nach Implantatinsertion ...

Abb. 5c ... und Panoramaaufnahme (OPG).

Abb. 6a Linke und ...

Abb. 6b ... rechte Kieferhälfte nach Versorgung mit Gingivaformern.

Abb. 7 Definitiver Zahnersatz aus monolithischer Zirkonoxidkeramik auf dem Modell.

Abb. 8a Definitiver Zahnersatz in situ.

Abb. 8b Definitiver Zahnersatz in situ.

Abb. 8c Definitiver Zahnersatz in situ.

Therapie

Es wurde ein prothetisches Wax-Up hergestellt und in eine Bariumsulfat-Röntgenschablone übertragen. Im Anschluss wurde ein Computertomogramm angefertigt, das als Grundlage für die Herstellung zweier 3-D-Knochenblöcke diente (s. Abb. 2).

Die Augmentate hatten eine leichte vertikale und eine ausgeprägte laterale Komponente. Die Augmentation erfolgte mittels einer Schnittführung am Übergang von der befestigten zur unbefestigten Mukosa, lateral im Vestibulum. Dabei wurde der distale Anteil der Blockregion tunneliert. Die ­Blöcke wurden mit Osteosynthese-Schrauben fixiert (Abb. 3a) und kleinere Unebenheiten zusätzlich mit partikulärem allogenem Ersatzmaterial ausgeglichen (Zimmer Dental) (Abb. 3b).

Das Augmentat wurde mit einer Kollagenmembran (CopiOs Pericardium Membran, Zimmer Dental) abgedeckt und es erfolgte ein mikroc­hirurgischer spannungsfreier Nahtverschluss (Abb. 4).

Der Patient wurde angewiesen, die ersten drei Wochen keine Prothesen zu tragen. Im Anschluss wurden die Prothesen basal so ausgeschliffen, dass wenig Druck auf die Blockregion zu erwarten war. Der Patient bekam zehn Tage lang Amoxicillin 500 mg (dreimal pro Tag), vier Tage lang Ibuprofen 600 mg (dreimal pro Tag) und spülte über zehn Tage mit Chlorhexamed (0,2 Prozent).

Sechs Monate später wurde mit der gleichen Schablone erneut ein 3-D-Röntgenbild angefertigt und die Implantate geplant. Die Implantation erfolgte ohne erneute Augmentation (Abb. 5 und 6). Nach weiteren drei Monaten wurden die Implantate freigelegt, und der Patient wurde zunächst über ein Mock-Up und ein Langzeitprovisorium prothetisch versorgt.

Das Provisorium wurde dann drei Monate ­später durch den definitiven Zahnersatz ersetzt (Abb. 7 und 8). Aufgrund des ausgeprägten Bruxismusverhaltens des Patienten wurde der Implantat-Zahn­ersatz aus monolithischer CAD/CAM-Zirkonoxid­keramik hergestellt (Labor: Oral Design, München).

Abb. 9a Klinische Situation nach 21 ...

Abb. 9b ... und 23 Monaten.

Abb. 9c ... und 23 Monaten.

Abb. 10a Röntgenologische Auswertung Regio 35 vor Augmenta­tion, ...

Abb. 10b ... mit virtuellem Block ...

Abb. 10c ... sowie 6 ...

Abb. 10d1 ... und 21 Monate nach Augmentation.

Abb. 10d2 ... und 21 Monate nach Augmentation.

Abb. 11 OPG nach 23 Monaten.

Eine klinische Nachkontrolle nach 21 und 23 Monaten zeigte, dass die Implantate im augmentierten Unterkiefer gut osseointegriert waren (Abb. 9 bis 11). Der Patient war zufrieden mit dem Behandlungsergebnis.

Ergebnisse

Postoperativ war die Heilung normal und es trat keine Wunddehiszenz auf. Tabelle 1 zeigt die Messergebnisse vor und nach Knochenaugmen­tation. Es wurden zu drei Zeitpunkten die bukko-orale wie auch apiko-koronale Dimension des nicht-augmentierten und augmentierten Kiefer­abschnitts erfasst: (I) präoperativ, Dimension der Ausgangsituation, (II) Summe der Ausgangssituation und virtuelles Transplantat, (III) 6 Monate postoperativ, nach Einheilung der Knochenblöcke auf Basis einer zweiten DVT-Aufnahme, und (IV) 21 Monate nach Augmentation zur Kontrolle der Knochenblockvolumina. Die Spalte (V) zeigt, wie viel des augmentierten Knochens 21 Monaten postoperativ noch vorhanden war und wie viel Resorption in den 21 Monaten zu beobachten war. Dabei muss erwähnt werden, dass bei der Augmentation zum Ausgleich von Unebenheiten auch partikulärer Knochen verwendet wurde. Dieser war nicht Teil der virtuellen Augmentation (II). Das erklärt möglicherweise die differierenden Resorptionsraten von –24 % bis +22 % (V).

Diskussion

Nach Etablierung der ersten kommerziellen Gewebebank (US Navy Tissue Bank) fanden allogene Transplantate, insbesondere Knochentransplantate, weite Verbreitung in verschiedenen medizinischen Fachrichtungen^14–18. Die heute erhältlichen Knochentransplantate werden von speziellen Einrichtungen (Gewebebanken, Knochenbanken) bereitgestellt, die nach nationalen^19–23 bzw. länderübergreifenden Standards arbeiten, um qualitativ hochwertige und sichere Produkte bereitzustellen. Die Verfahren zur Aufbereitung der Transplantate sind von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich, sodass eine objektive Bewertung der Sicherheit nur auf Basis historischer Daten und bereits verwendeter Transplantate sowie gemeldeter bzw. nicht-gemeldeter Kontaminationen möglich ist. Entsprechend den offiziellen Firmenangaben des in diesem Fallbericht verwendeten Materials gibt es bei mehr als 5 Millionen allogenen Knochentransplantaten keinen Fall einer nachgewiesenen Infektionsübertragung⁵. Ein Übersichtsartikel, der sich mit der Sterilisation von allogenen Knochenblöcken beschäftigt, kommt zu dem Schluss, dass Gammastrahlung, die ebenfalls bei dem Sterilisationsprozess der hier verwendeten Blöcke zum Einsatz kommt, je nach Dosis die beste beziehungsweise sicherste Methode ist, um eine Infektionsübertragung auszuschließen²⁴. Dennoch ist eine hundertprozentige Sicherheit allein mit diesem Verfahren nicht erreichbar. Aus diesem Grund wird das autologe Transplantat weiterhin von vielen Chirurgen als Goldstandard beschrieben^7,25.

Die unterschiedlichen Aufbereitungs- bzw. Sterilisationsverfahren ergeben Knochenprodukte ganz unterschiedlicher Zusammensetzung, die wie folgt klassifiziert werden können:

1. „Fresh frozen Bone“ (FFB), gefrierkonservierter Knochen ohne Extraktion von Fett-, Blut- und Zellbestandteilen, gegebenenfalls mit terminaler Gamma-Sterilisation.
2. Mineralisierter Knochen, einschließlich Extrak­tionsschritten zur Entfernung/Minimierung von Fett-, Blut- und Zellbestandteilen, gegebenenfalls mit terminalen Sterilisationsschritten.
3. „Demineralized Freezed Dried Bone Allograft“ (bekannt als DFDBA), einschließlich Extraktionsschritten zur Entfernung/Minimierung von Fett-, Blut- und Zellbestandteilen sowie Entfernung des mineralischen Anteils, gegebenenfalls mit terminalen Sterilisationsschritten.

Wenn man sämtliche antigene Proteine von allogenen Transplantaten entfernt, zerstört man die gewünschte positive Aktivität des Bone Morphogenetic Proteins (BMP). Die Aufbereitung geht demnach einen Kompromiss ein und belässt einen Rest an antigenen Proteinen, wodurch die allogenen Transplantate immunogen bleiben.

Aus der Klassifizierung ist abzuleiten, dass die Knochenprodukte abhängig vom gewählten Aufbereitungsverfahren unterschiedliche qualitative und quantitative Zusammensetzungen aufweisen. Auch ergeben sich bei Produkten aus Punkt 2. entsprechend der verwendeten Prozessschritte Subklassifikationen, beispielsweise lyophilisierter oder lösungsmittelgetrockneter Knochen. Es ist ferner bekannt, dass unterschiedliche Aufbereitungsprozesse sowohl die Biokompatibilität²⁶, die mechanischen Eigenschaften^27–29 als auch das Remodelling der Produkte beeinflussen können. So konnten Monje et al. in einer bilateralen Sinusliftstudie zeigen, dass bei Verwendung eines lösungsmittelgetrockneten partikulären Allografts die Knochenneubildung höher und die verbleibenden avitalen Restpartikel signifikant niedriger im Vergleich zu lyophilisiertem Allograft waren³⁰. Auch zeigen Studien, dass entfettete Knochenpräparate besser integrieren als nicht entfettete Präparate^31–34 und gleichzeitig eine geringere Immunantwort hervorrufen³⁵. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Dynamik des Allograft-Remodellings. Bereits in ersten klinischen Studien über Allograftknochen wurde festgestellt, dass allogener Knochen langsamer integriert als autologer Knochen sowohl bei orthopädischen^36,37 als auch kranio­fazialen Indikationen³⁸ und Blockaugmentationen^39–41. Eine Studie von Acocella et al. demonstriert eine Abnahme der devitalen Blockbestandteile mit längerer Einheilzeit. Aus dem Grund der tendenziell langsameren Einheilung im Vergleich zum autologen Knochen wird bei der Verwendung allogener Knochenblöcke eine Einheilzeit von 5 bis 8 Monaten empfohlen^42–44. Eine aktuelle Studie von Artzi et al., die nach 3 Monaten Einheilzeit überlegene Resultate von autologen Knochen im Vergleich zu allogenen Knochen zeigte, könnte in dem Kontext kritisch bewertet werden⁴⁵. Neben der kurzen Einheilzeit ist auch das Studiendesign so gewählt, dass die Verwendung eines allogenen Knochens am Tier aus Sicht des Tieres definitionsgemäß ein Xenograft darstellt. Bei adäquaten Einheilzeiten zeigen histo­logische Studien mit mineralisierten, entfetteten Knochenblöcken (Einheilzeit 6 Monate)⁴⁶ als auch FFB-Allografts (Einheilzeit 9 Monate)⁴⁷ keine Unterschiede zu autologen Knochenblöcken. Spin-Neto et al.⁴⁸ zeigten nach 6 Monaten Einheilzeit von FFB-Blöcken signifikant mehr vitalen Knochen in der autologen Gruppe. Erstaunlicherweise zeigen sich in der gleichen Studie keine Unterschiede im Knochen-Implantat-Kontakt trepanierter Miniimplantate. Auch konnte eine kürzlich veröffentlichte Studie keine ästhetischen Unterschiede nach Blockaugmentation mit mineralisiertem Allograft oder autologen Knochen zeigen⁴⁹. Das klinische Verhalten von FFB und mineralisiertem Allograft ist, wie bereits dargestellt, unterschiedlich, keinesfalls sollten Studien verallgemeinert und gemischt werden.

Beim Vergleich von allogenen mit autologen Blöcken ergibt sich Folgendes: Bei der Implantatüberlebensrate scheint es bislang keinen Unterschied zu geben^7,42,50–52. Auch die Komplikationsrate scheint beim Empfängerbett bei beiden Techniken ähnlich zu sein⁷. Die autologen Blöcke haben den Nachteil einer geringen, aber dennoch vorhandenen Komplikationsrate in der Spenderregion^7,25. Bei einer guten histologischen Integration und einem hohen Anteil an vitalem Knochen wurde in zwei Studien mit allogenen Blöcken ein geringer Anteil von Bindegewebe, leere Osteo­zytenlakunen und eine geringe Osteoblastenaktivität festgestellt^7,11. Sofern sich dies bestätigt, könnte ein solcher Block rein hypothetisch als suboptimale Leitstruktur angesehen werden, da eine periimplantäre bakterielle Besiedlung bei unzureichender Revaskularisation möglicherweise eine Knochenresorption bzw. den Fortschritt einer Periimplantitis mangels ausreichender Abwehrmechanismen begünstigen könnte. Allerdings kann diese Hypothese basierend auf der aktuellen Studienlage nich