Implantologie, 02/2002

Eine neue Möglichkeit der Herstellung von Implantaten aus körpereigenen Bestandteilen eröffnet das so genannte "Tissue Engineering". Die Grundidee des Tissue Engineering besteht darin, den Zellen ein dreidimensionales Gerüst zur Verfügung zu stellen, das die extrazelluläre Matrix (ECM) des humanen Organismus zum Vorbild hat. Diese so genannten "Scaffolds" werden aus biologisch abbaubaren Biomaterialien natürlicher und synthetischer Herkunft hergestellt. Nachdem das hochporöse Grundgerüst komplett mit Zellen und extrazellulärer Matrix gefüllt ist und dem zu züchtenden Gewebe auf diese Weise zunehmende Struktur und Stabilität verleiht, wird der dreidimensionale Zellträger schrittweise abgebaut. Somit wird gewährleistet, dass nach vollständiger Resorption der Matrix nur das mittels Tissue Engineering generierte Gewebe zurückbleibt. Mit dieser modernen biotechnologischen Methode lassen sich somit räumlich definierte Hart- und Weichgewebe sowie organoide Strukturen für die Transplantation aufbauen. Wissenschaftliche Arbeitsgruppen, deren Schwerpunktforschungsbereich das Tissue Engineering ist, sind interdisziplinär ausgerichtet. Biologen, Materialwissenschaftler, Polymerchemiker, Biomediziner, Biochemiker, Bioingenieure und Chirurgen arbeiten in einem Team. Wirtschaftsprognosen sagen voraus, dass bereits in den nächsten zehn Jahren das Tissue Engineering eine vergleichbare kommerzielle Bedeutung wie die heutige Gentechnologie erreichen wird. Am weitesten fortgeschritten ist zum heutigen Zeitpunkt die Herstellung und der routinemäßige klinische Einsatz von vitalem Hautersatz, der mittels Tissue-Engineering-Verfahren hergestellt wird. Zahlreiche Arbeitsgruppen beschäftigen sich neben der Kultur vieler anderer Gewebe, wie Knorpel, Gefäße, Herzklappen etc., mit der labortechnischen Herstellung von Geweben, die in der Implantologie als Transplantat ihren Platz haben. Ziel dieses Beitrags ist es, die Grundlagen sowie aktuelle Forschungsprojekte zum Thema "Tissue Engineering von Mundschleimhaut und Knochen" darzustellen.Ü Keywords: Tissue Engineering, Zell- und Gewebeträger, Scaffolds, Mundschleimhaut, Hartgewebe

Das Tissue Engineering autologer Mundschleimhaut stellt eine neue Alternative in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie dar. Haupterfahrungsgebiet ist die präprothetische Chirurgie, insbesondere auch die periimplantäre Anwendung. Für die Herstellung von Gewebeverbänden bis zu einer Größe von 15 cm2 ist eine Schleimhautbiopsie von 4 bis 8 mm3 und die Bereitstellung von autologem Patientenserum (40 ml) erforderlich. Die mittels Tissue Engineering hergestellte Mundschleimhaut wird auf die Wunddefekte, z. B. nach offener Vestibulumplastik, übertragen und heilt komplikationslos ein. In klinischen Langzeitkontrollen zeigt sich eine Wundschrumpfung, aber morphologisch zellbiologisch bildet sich ein differenziertes Epithel aus. In der plastisch-rekonstruktiven Chirurgie sind die Prälaminierung von fasziokutanen Lappen oder interdisziplinär mit der Urologie die Rekonstruktion der Harnröhre weitere Einsatzgebiete von gezüchteter Mundschleimhaut. Es lassen sich hierdurch große Zweiteingriffe zur Transplantatgewinnung vermeiden; damit wird die Morbidität reduziert und die Lebensqualität der betroffenen Patienten erhöht. Keywords: Tissue Engineering, Mundschleimhaut, präprothetische Chirurgie, periimplantäre Chirurgie

Seit einigen Monaten ist in Europa BMP-7 als erstes gentechnisch hergestelltes humanes Bone morphogenetic protein unter der Bezeichnung "Osteogenes Protein 1, Howmedica International S. de R. L.®" für die Behandlung von Pseudarthrosen am Menschen zugelassen. Die Zulassung von BMP-2 (InFuse™) für die Wirbelkörperfusionierung wird in den USA in den nächsten Monaten erwartet. Durch die Implantation rekombinanter BMPs in Knochendefekte ist es möglich, Knochengewebe ortsständig durch Zelldifferenzierung zu induzieren, sodass in vielen Fällen auf die Verwendung von körpereigenen Knochentransplantaten oder Knochenersatzmaterialien verzichtet werden kann. Bei den BMPs, die zur Proteinfamilie des Wachstumsfaktors TGF-b (Transforming growth factor b) gezählt werden, handelt es sich um Morphogene, die als Signalproteine bei der embryonalen Entwicklung unterschiedlicher Gewebearten und Organe eine entscheidende Rolle spielen. Nach der Geburt führt die Implantation von BMP-2 bis 7 zu einer Differenzierung von mesenchymalen Zellen in knorpel- und knochenbildende Vorläuferzellen. Verantwortlich hierfür ist die Bindung der BMPs an spezielle Rezeptorkomplexe dieser Stammzellen. Im Gegensatz zur spekulativ osteoproliferativen Wirkung von Platelet-rich plasma (PRP) ist die osteoinduktive Wirkung der BMPs durch eine Vielzahl publizierter tierexperimenteller Untersuchungen und prospektiver, randomisierter klinischer Studien belegt. Die von der Pharmaindustrie avisierten zukünftigen Hauptindikationen für den therapeutischen Einsatz der BMPs stellen Versteifungsoperationen an der Wirbelsäule, komplizierte Frakturen, Pseudarthrosen, tumorbedingte Knochendefekte, Knochenaugmentationen in der zahnärztlichen Implantologie sowie der parodontal bedingte Knochenabbau dar. Neben den rekombinanten BMPs existieren noch weitere BMP-haltige Implantate bzw. Präparate mit osteoinduktiven Eigenschaften, die sich zum Teil bereits auf dem Markt (z. B. Grafton®) oder in der Entwicklung befinden. Neueste Forschungen haben zur Entwicklung der zweiten Generation der BMPs geführt, die durch Modifikationen der natürlichen Aminosäuresequenzen gesteigerte knochenbildende Eigenschaften aufweisen. Keywords: Bone morphogenetic proteins, BMPs, Osteoinduktion, Knochenregeneration, PRP

Trotz hoher Popularität in der implantologischen Praxis ist die Anwendung von PRP (Platelet-rich Plasma) derzeit nicht ausreichend mit Daten belegt. In einem experimentellen Modell der seitlichen Unterkieferaugmentation an der Ratte wurde PRP mit rekombinantem Osteogenic Protein-1 (rhOP-1) unter Verwendung von BioOss® und autologem Knochen als Trägermaterial in einem Zeitraum von 50 Tagen verglichen. Zusammen mit BioOss® stimulierte rhOP-1 signifikant die Knochenregeneration im Gegensatz zu PRP, das keinen messbaren Effekt zeigte. Zusammen mit autologem Knochen wurde im Trend für PRP ein positiver Effekt auf die Knochenregeneration beobachtet, der nicht die Signifikanzgrenze erreichte. Bei ektoper Implantation wurde mit PRP im Gegensatz zu rhOP-1 kein osteoinduktiver Effekt registriert. Im zweiten Experiment wurde in einem Modell zur Sinusbodenaugmentation die Interaktion von PRP mit zahnärztlichen Implantaten in einem Sechswochenzeitraum untersucht. Dabei zeigte sich bei Verwendung von 50 % autologer Beckenspongiosa und 50 % BioOss® kein positiver Effekt des PRP auf die Augmentationshöhe und den knöchernen Oberflächenkontakt der Implantate. PRP erzeugte eine signifikant höhere Knochendichte im Vergleich zur Kontrollgruppe. Im Gegensatz zu rhOP-1 war PRP nicht in der Lage, eine suffiziente Osseointegration im Versuchszeitraum zu bewirken. Die vorliegenden Daten gelten für die hier gewählten experimentellen Bedingungen. Aus den Daten lässt sich keine unmittelbare Anwendung von PRP in der klinischen Praxis ableiten. Weitere Studien sind erforderlich. Keywords: Bone morphogenetic proteins, Plättchen, Unterkieferchirurgie, Dentalimplantate, Osseointegration

Das Ziel dieser Studie bestand darin, die Osseointegration verschiedener Implantatoberflächen nach Entfernung von Endotoxin durch verschiedene Detoxifikationsmethoden anhand eines Tiermodells zu untersuchen. Dazu wurden jeweils 24 Implantate mit einer Titanoxidoberfläche, einer Titanplasmabeschichtung und einer Hydroxylapatitbeschichtung in sechs Behandlungsgruppen (Gruppe A bis F) eingeteilt. Es wurden IMZ®-Implantate mit einem Durchmesser von 3,3 mm und einer Länge von 8 mm verwendet. Vier Gruppen (Gruppe C bis F) wurden mit einer Lipopolysaccharid(LPS)-Lösung von Porphyromonas gingivalis in einer Konzentration von 1 mg LPS/ml Lösung toxifiziert und einer anschließenden Detoxifikation (destilliertes Wasser, gesättigte Zitronensäure, 0,12%iges Chlorhexidindiglukonat, Pulver-Wasserstrahl-Gerät) unterzogen. Eine Kontrollgruppe (Gruppe A) wurde nicht behandelt, eine weitere Kontrollgruppe (Gruppe B) wurde toxifiziert, es erfolgte aber keine Detoxifikation. Alle Implantate wurden in zufälliger Reihenfolge in die Tibia von insgesamt acht männlichen Macaca-mulatta-Affen inseriert. Nach einer Liegedauer von sechs Monaten wurden die Tiere geopfert und histologische Schnitte nach der von Donath und Breuner 1982 beschriebenen Methode hergestellt. Die histomorphometrische Auswertung der Präparate fand nach der Methode von Gottfredsen et al. statt. Hierbei wurde zwischen direkter Knochenapposition, Fettmarkgewebe und Bindegewebeapposition unterschieden, wobei für die statistische Auswertung nur der Knochen-Implantat-Kontakt relevant war. Die statistische Auswertung innerhalb und zwischen den Gruppen wurde mittels der Varianzanalyse (ANOVA) und dem Scheffé-Test durchgeführt. Der statistische Vergleich zwischen den Gruppen ergab bei der Titanoxidoberfläche und der Titanplasmabeschichtung keine Signifikanz. Bei den hydroxylapatitbeschichteten Implantaten konnte eine Signifikanz (P = 0,058) zwischen den Gruppen festgestellt werden. Bei der toxifizierten Kontrollgruppe bestand ein mittlerer Knochen-Implantat-Kontakt von 37,8 %. Die Behandlung mit gesättigter Zitronensäure ergab 58,3 %, die mit dem Pulver-Wasserstrahl-Gerät 66,7 %. Signifikante Unterschiede (P = 0,05) innerhalb einer Behandlungsgruppe konnten bei der nichtbehandelten Kontrollgruppe und den behandelten Gruppen mit gesättigter Zitronensäure und dem Pulver-Wasserstrahl-Gerät festgestellt werden. Die Implantate der nichtbehandelten Gruppe zeigten einen mittleren Knochen-Implantat-Kontakt von 31,7 % bei der Titanoxidoberfläche, 43,6 % bei Titanplasmabeschichtung und 63,8 % bei Hydroxylapatitbeschichtung. Bei der mit gesättigter Zitronensäure behandelten Gruppe ergab die Messung 32,5 % bei der Titanoxidoberfläche, 31,3 % bei Titanplasmabeschichtung und 58,3 % bei Hydroxylapatitbeschichtung. Mit dem Pulver-Wasserstrahl-Gerät wurden 30,6 % bei der Titanoxidoberfläche, 27,2 % bei Titanplasmabeschichtung und 66,7 % bei Hydroxylapatitbeschichtung gemessen. Für die Detoxifikation mit Zitronensäure und dem Pulver-Wasserstrahl-Gerät scheint - mit Ausnahme der titanplasmabeschichteten Implantate - eine klinische Erprobung in der Periimplantitistherapie sinnvoll und erfolgversprechend zu sein. Keywords: Osseointegration, endotoxinbehandelte Implantate, Detoxifikationsmethoden