rhBMP-2 zur Knochenaugmentation bei

rhBMP-2 zur Knochenaugmentation bei
transgingivaler Implantateinheilung
Von der Medizinischen Fakultät
der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen
zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Medizin
genehmigte Dissertation
vorgelegt von
Dr. med. dent. Ralf Smeets
aus
Aachen
Berichter: Herr Universitätsprofessor
Dr. med. Dr. med. dent. Dr. h. c. H. Spiekermann
Herr Universitätsprofessor
Dr. med. dent. F. Lampert
Tag der mündlichen Prüfung: 20.12.04
Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.
3
Gewidmet den Menschen die ich leider nie kennen lernen konnte,
Maria Smeets und Severin Smeets.
I
Inhaltsverzeichnis
Seite:
1.
Einleitung
1
2.
Theoretischer Hintergrund
3
2.1.
Implantologie – Osseointegration – Augmentation
3
2.2.
Osteogenese - Osteoinduktion – Osteokonduktion
13
2.3.
Osteoinduktive Substanzen
14
2.4.
Bone Morphogenetic Protein „BMP“
16
2.4.1
Historie des BMP
16
2.4.2.
Aufbau der BMP´s
16
2.4.3.
Gewinnung und Herstellung von rhBMP-2
17
2.4.4.
Trägermaterialien (Carrier) der osteoinduktiven Substanzen
18
2.4.5.
Wirkungsmechanismus der BMP´s
22
2.4.6.
BMP‘s als Signalproteine bei der Embryogenese
24
2.4.7.
Knochenregeneration mittels BMP
25
2.4.8.
Aktueller Stand der Forschung über vorklinische und klinische
27
Untersuchungen mit rhBMP-2
2.4.9.
Sicherheit von rhBMP-2
39
2.5.
Gesteuerte Knochenregeneration „GBR“
42
2.6.
Sofortbelastung dentaler Implantate
46
2.7.
Stand der Forschung Sofortbelastung dentaler Implantate
52
2.8.
offene (transgingivale) Implantateinheilung
54
2.8.1.
Stand der Forschung offener (transgingivaler) Implantateinheilung
54
2.8.2.
Vergleich offene (transgingivale) versus geschlossene (subgingivale)
60
Implantateinheilung
2.9.
Der Hund als Versuchsmodell
61
2.9.1.
Morphologie der Zähne
61
2.9.2.
Das Gebiss von Hund und Mensch im Vergleich
65
3.
Fragestellung bzw. Ziel der wissenschaftlichen Studie
69
II
4.
Material und Methode
70
4.1.
Die Versuchstiere
70
4.2.
Präoperative Maßnahmen und Vorbereitungen
71
4.3.
Operationsverfahren
72
4.4.
Postoperative Maßnahmen und begleitende Diagnostik
76
4.5.
Histologische Gewebeaufbereitung und Untersuchung
78
4.6.
Histometrische Untersuchung
79
4.7.
Implantatsysteme der Versuchsanordnung
80
4.8.
Statistische Auswertung
80
5.
Ergebnisse
81
5.1.
Klinische Beobachtungen
81
5.2.
Histologische Ergebnisse
83
5.3.
Ergebnisse der histomorphometrischen Untersuchungen
83
6.
Diskussion
88
6.1.
Implantatintegration
88
6.2.
Histologie
90
6.3.
Histomorphometrie
90
6.4.
Bone Morphogenetic Protein (BMP)
91
6.5.
Transgingivale Implantateinheilung
94
6.6.
Alternative Regenerationsmethoden zu rhBMP-2
96
7.
Zusammenfassung
100
8.
Literaturverzeichnis
102
9.
Anhang
155
9.1.
Darstellung der Meßwerte und Gegenüberstellung der einzelnen
155
Versuchsreihen
9.2.
Tabellarischer Vergleich der Ergebnisse der histomorphometrischen
Untersuchungen
156
III
10.
Danksagung
157
11.
Curriculum vitae
159
1
1.
Einleitung:
Zahnärztliche Implantate zur prothetischen Versorgung von zahnlosen und teilbezahnten
Patienten (14 Millionen Zahnverluste jährlich in der Bundesrepublik Deutschland; KZBV
Jahrbuch 2000), stellen heute ein allgemein anerkanntes Therapiemittel dar (Die Anzahl der
gesetzten Implantate in Deutschland stieg von 200.000 Implantaten im Jahr 2001 auf über
400.000 im Jahr 2003; KZBV Jahrbuch 2003). Die Rekonstruktion des Frontzahngebietes mit
Einzelzahnimplantaten
stellt
jedoch
eine
besondere
chirurgische
und
prothetische
Herausforderung dar, da das ästhetische Ergebnis hauptsächlich vom Vorhandensein bzw.
Fehlen der periimplantären Weichgewebe (rote Ästhetik) abhängt. Ein Zahnverlust führt in
der Regel durch Umbauprozesse des Knochens zum Abbau des Kieferknochens und damit
verbunden zur Schrumpfung der Weichgewebe. Um einen Verlust des Kieferknochens – und
damit der Weichgewebe – nach Zahnentfernung entgegenzuwirken, wird heutzutage das
Einbringen eines Implantats sofort nach Zahnverlust (Sofortimplantat) favorisiert. Denn
würde dieses Implantat 3-6 Monate später inseriert (Spätimplantat), wären aufgrund der
Resorptionsprozesse häufig ausgedehnte Knochen- und Weichgewebsaugmentationen
notwendig. Generell können bei der Sofortimplantation zwei verschiedene Verfahren
unterschieden werden:
I. Das zweizeitige, geschlossene Verfahren: Nachdem das Implantat inseriert ist, wird das
Weichgewebe darüber verschlossen, wodurch das Implantat unter der Schleimhaut einheilt.
Das Implantat wird dann nach einem Einheilungszeitraum von 3-6 Monaten eröffnet und kann
dann prothetisch versorgt werden.
II. Das einzeitige, offene Verfahren: Hier wird das Implantat nach Einbringung nicht primär
verschlossen,
sondern
es
wird
ein
durch
das
Weichgewebe
hindurchragenden
(transgingivaler) Heilungspfosten aufgeschraubt. Somit kann das Implantat „offen“ einheilen
und wird dann ebenfalls nach 3-6 Monaten prothetisch versorgt.
In Studien über zweizeitige Sofortimplantate zeigte sich jedoch, dass durch den Verschluss
der Schleimhaut über dem Implantat, eine partielle Schrumpfung der Weichgewebe eintritt.
Konsequenter müßten daher die einzeitige transgingival einheilende Sofortimplantation durch
die stützende Funktion des transmukosalen Heilungspfosten einem Verlust von Weichgewebe
entgegenwirken. Der entscheidende Vorteil der einzeitigen transgingival einheilenden
Sofortimplantaion ist das für den Patienten relativ atraumatische Verfahren, da
Zahnextraktion, Implantation und Implantateröffnung in einer Sitzung durchgeführt werden.
2
Die Anwendung dieser Methode beim Vorliegen von periimplantären Knochendefekten
scheint jedoch problematisch zu sein, da die Knochenrekonstruktion in Verbindung mit
transgingival
einheilenden
Sofortimplantaten
offen,
d.h.
ohne
primären
Weichgewebeverschluß, abläuft. Das Ziel der vorliegenden Arbeit, war die Wirkung von
rhBMP-2 auf die Rekonstruktion von Knochendehiszenzdefekten bei offen einheilenden
Implantaten zu untersuchen. Mit den Ergebnissen dieser Studie soll die Weiterentwicklung
des transgingival einheilenden Sofortimplantationsverfahrens ermöglicht werden, um
Patienten nach Zahnverlust chirurgisch und prothetisch (mit Zahnersatz) in einer Sitzung
rehabilitieren zu können.
3
2.
2.1.
Theoretischer Hintergrund
Implantologie – Osseointegration – Augmentation
Die dentalen Implantate stellen Retentionselemente für Zahnersatz dar. Sie bestehen aus
einem Verankerungsteil, der intraossär implantiert wird, und einem Verlängerungsstück
(Distanzhülse), das als Halteelement für Prothesen, Brücken und Einzelkronen dient.
In den letzten 40 Jahren hat sich die zahnärztliche Implantologie zu einer anerkannten und
etablierten Behandlungsmethodig zum Ersatz von Einzelzähnen, als Brückenpfeiler und zur
Verankerung von Vollprothesen entwickelt. Zunächst wurden diese dentalen Implantate Ende
der sechziger und Anfang der siebziger Jahre im zahnlosen Kiefer inseriert und dienten zur
Verankerung von Prothesen, um somit eine bessere Prothesenstabilität zu erreichen. Vor
allem BRÅNEMARK, ein schwedischer Orthopäde, der zu dieser Zeit mit ersten
Veröffentlichungen und erfolgreichen Studien über dentale Implantate auf sich aufmerksam
machte, gilt als der Urvater der dentalen Implantologie (BRÅNEMARK et al. 1977). Er war
der erste, der abgeleitet aus der Orthopädie, Titanschrauben, als dentale, enossale Implantate
im Kieferknochen verankerte. Auch heute noch ist diese von BRÅNEMARK entwickelte
Methode der enossalen Integration der Implantate, Prinzip und Ziel der zahnärztlichen
Implantologie (und damit verbunden eine stabile, reizlose Verankerung im Kieferknochen).
Mittlerweile ist jedoch die damalige Indikation der Implantation in der Totalprothetik längst
erweitert worden, und es dienen heute auch dentale Implantate als Einzelzahnersatz oder auch
als Brückenpfeiler. Es gibt aktuell eine Vielzahl von verschiedenen Implantatsystemen und
Anbietern, die im Verlauf noch näher dargestellt werden. Im wesentlichen haben sich
zylinder- und schraubenförmige Implantatsysteme aus Titan mit den unterschiedlichsten
Oberflächenbeschaffenheiten
und
Spezifizierungen
je
nach
Verwendungszweck,
durchgesetzt.
Die heute verwendeten Implantate bestehen aus Metallkörpern und sind u.a. mit
Titanlegierungen beschichtet, die bei der Einheilung eine direkte Verbindung mit dem
Knochen eingehen können (WAGNER und AL NAWAS 2004).
Bei der knöchernen Einheilung, die als Osseointegration bezeichnet wird, kommt es an der
Implantatoberfläche zunächst zu einer Anlagerung von Geflechtknochen, der im Laufe eines
Jahres zu lamellärem Knochen ausreift, während sich an der Durchtrittsstelle des Implantats
ein Gingivalsaum wie bei einem natürlichen Zahn ausbildet.
Osseointegrierte Implantate haben kein Parodontium und sind daher starr mit dem Knochen
verbunden. Es kann aber auch eine fibroossäre Einheilung stattfinden, wobei es nicht zu einer
4
Osseointegration kommt. Solche Fälle werden als Mißerfolge gewertet, weil bindegewebig
eingeheilte Implantate schnell beweglich werden und in kurzer Zeit durch marginale Infektion
verloren gehen.
Indikationen:
Zur Verbesserung des Sitzes herausnehmbarer Prothesen bzw. Teleskopprothesen (bei
bestehender Alveolarkammatrophie), Ersatz von Einzelzähnen und zur Befestigung von
Brückenteilen.
Kontraindikationen:
Absolute oder relative Kontraindikationen für eine Implantatinsertion können u. a. sein:
§
Systemerkrankungen des Knochens: z.B. Morbus Paget, Osteogenesis imperfecta
§
Hämatologische Erkrankungen, Immunsuppression
§
Pathologische Mundschleimhauterkrankungen
§
Schwangerschaft (insbesondere in den ersten 3 Monaten)
§
Nicht abgeschlossenes kraniales Knochenwachstum (relative Kontraindikation)
§
Psychische Erkrankungen
§
Drogenabusus
§
Schlechte Mundhygiene (WATZEK 2000)
Ein erhöhtes Risiko für einen Misserfolg besteht u.a. bei:
§
Zustand vor oder nach Radiatio
§
Therapeutisch unzureichend eingestellter Diabetes mellitus
§
Parafunktion
§
Osteoporose
§
Nikotinabusus
Implantatsysteme:
Verschiedene Implantatformen (Makrostrukturen wie z.B. Extensionen, Gewinde, Stufen,
Zylinder
oder
eine
krestal
konische
Form)
können
unterschieden
werden.
Als
Implantatmaterialien haben sich Metall (Titan/Tantal), Keramik (A1203) oder Kombinationen
von beiden durchgesetzt. Neben den unterschiedlichen Makrostrukturen kann man auch
verschieden
Mikrostrukturen
differenzieren.
Dabei
können
grundsätzlich
additive
Oberflächenstrukturen (z.B. im Plasma-flame-Verfahren werden Titanpartikel aufgebracht)
5
von ablativen Oberflächenstrukturierungen (Abstrahlung und nachfolgende Säurebehandlung
oder galvanische Bearbeitung der Oberfläche) unterschieden werden. Je nachdem welches
Medium zur ablativen Bearbeitung der Implantatoberfläche verwendet wurde (z.B. Titan,
Aluminiumoxid, Kalziumphosphat oder verschiedene Säuren), lassen sich Rückstände auf der
Implantatoberfläche identifizieren(WAGNER und AL NAWAS 2004).
§
Es gibt einteilige Implantate, die mit dem Verlängerungsstück fest verbunden sind und
die offen, d.h.transgingival einheilen.
§
Die zweiteiligen Implantate bestehen aus dem intraossären Verankerungsteil und
einem abnehmbaren Verlängerungsstück, das erst nach subgingivaler Einheilung des
Verankerungsteils nach Eröffnung der Gingiva mit diesem verbunden wird (KOECK
und WAGNER 2004).
Die gebräuchlichsten Implantatsysteme sind:
§
Vollschrauben, Zylinderschrauben und Hohlzylinder (z.B. ITI-Implantate)
§
Zylinderförmige selbstschneidende Schrauben (z.B. Brånemark-Implantate)
§
Stufenzylinder, Stufenschrauben (z.B. Frialit-2-Implantate)
§
Zylinderimplantate, selbstschneidende Zylinderschrauben (z.B. IMZ-Twin-PlusImplantate)
In der heutigen Zeit haben sich vor allem die Schraubsysteme durchgesetzt (KOECK und
WAGNER 2004).
Präoperative Diagnostik:
I. Klinische Symptomatik:
§
Beurteilung und Vermessung der Lücke, vielfach nach Anfertigung eines
Situationsmodells
§
Beurteilung des korrespondierenden Zahnes und der Nachbarzähne
§
Abschätzung der Kieferrelation: Diagnostisches Aufwachsen: Nach prothetisch
gewünschter Aufstellung der Zähne kann eine Folie über die neue Situation
tiefgezogen und mit Kunststoff ausgefüllt werden. Zusätzlich können Titanhülsen oder
Titankugeln eingebracht werden, welche die Implantatachsen repräsentieren.
§
Vergleich der Länge und Breite der klinischen Krone
§
Beurteilung des Gingivalverlaufes und der Gingivadicke
§
Danach kann zur Beurteilung der zu erwartenden Zahnkronenform ein diagnostisches
6
Aufwachsen auf dem Situationsmodell durchgeführt werden (WATZEK 2000).
II. Bildgebende diagnostische Verfahren:
§
Zahnfilm: Bei Einzelzahnimplantaten als zusätzliche Diagnostik (zwecks Beurteilung
der lokalen Knochenverhältnisse und der Wurzelanatomie der Nachbarzähne).
§
Orthopantomogramm: Im Oberkiefer sind die Grenzen der Kieferhöhlen und des
Nasenbodens zu beachten.
Im Unterkiefer ist der Verlauf des Canalis mandibulae und die Lage des Foramen
mentale zu beurteilen.
§
Fernröntgenseitenaufnahme: Beurteilung der Höhe des Alveolarfortsatzes in der
Frontzahnregion
des
Ober-
und
Unterkiefers
(mandibulo-maxilläre
Relationsbestimmung).
§
Spiraltomographie: Liefert Informationen über das labiopalatinale bzw. labiolinguale
Knochenangebot.
§
Computertomographie: Mit Hilfe digitaler Rekonstruktionen ist es möglich, Richtung,
Länge und Durchmesser der Implantate zu ermittelt. Natürlich sind auch hier Fehler
möglich (die Fehlergrenze liegt zwischen 5 und 10 %).
Nach diesen klinischen und radiologischen Voruntersuchungen sollte präimplantologisch
bereits die Länge und der Durchmesser des Implantates feststehen und klar sein, ob
Augmentation des Knochens oder der Weichgewebe notwendig sind (WATZEK 2000).
III. Studienmodelle:
Im Artikulator werden die Modelle situationsgerecht eingestellt, wonach die ideale Position
der Implantate festgelegt und eine Schiene hergestellt werden kann, die während der
Operation als Positionshilfe benutzt wird.
IV. Computerunterstützte Planung der dentalen Implantation (z.B. mit SIM/PLANT und
Computer-Aided Design; LAMBRECHT et al. 2004 oder mit FRIACOM der Firma Friadent;
THIEL und HASSFELD 2001).
7
Grundlagen der Implantationstechniken:
Implantation ohne zusätzliche Maßnahmen:
Laut SPIEKERMANN (1998) gilt als Voraussetzung für eine erfolgreiche Implantation mit
Osseointegration, eine Implantatlänge im knöchernen Bereich von mindestens 10 mm.
Außerdem sollten die Knochenwände um das Implantat mindestens 0,5 - 1mm dick sein
(SPIEKERMANN 1998). Sind diese Knochenstärken nicht vorhanden, so kann eine
Implantation nur in Kombination mit zusätzlichen augmentativen Maßnahmen vorgenommen
werden (s. unten).
Bezüglich des Zeitpunkts der Implantation werden unterschieden:
I. Die Sofortimplantation (SCHULTE 1984, LAZZARA 1989) unmittelbar nach der
Extraktion.
II. Die verzögerte Sofortimplantation (WATZEK et al. 1995, RUDOLPH et al. 1998) wird
vier bis acht Wochen post extractionem durchgeführt.
III. Die Frühimplantation wird 2 bis 3 Monate (im Unterkieferseitenzahngebiet) nach der
Extraktion durchgeführt.
IV. Die Spätimplantation wird nach 6 bis 12 Monaten durchgeführt. Dieser Zeitpunkt ist nicht
besonders günstig, weil die Atrophie hier schon erheblich fortgeschritten sein kann.
Im Augenblick besteht ein eindeutiger Trend hin zur verzögerten Sofortimplantation im
Frontzahngebiet (KOECK und WAGNER 2004).
Bezüglich der Schleimhautsituation nach der Implantation werden unterschieden:
I. Die transgingivale Implantation, bei der einteilige und auch zweiteilige (mit Abutment)
Implantate eingelagert werden, hinterläßt im Bereich der Schleimhaut eine offene
(transgingivale) Duchtrittsstelle.
II. Für die subgingivale Implantation werden zweiteilige Implantate benötigt, die ohne
Verlängerungsteil implantiert werden. Nach 3 bis 6 Monaten werden die Implantatköpfe in
einem Zweiteingriff freigelegt und durch Distanzhülsen, welche einen Schleimhautdurchtritt
ermöglichen, verlängert.
8
Bezüglich zusätzlicher Maßnahmen bei der Implantation werden unterschieden:
I. Implantation mit Augmentation und gesteuerter Knochenregeneration. Voraussetzung für
eine simultane Durchführung von Implantation und Augmentation ist eine stabile Fixation der
Implantate.
II. Ersatz der fehlenden Knochensubstanz mit körpereigenem Knochen oder durch
Einlagerung eines Knochenersatzmaterials und Abdeckung mit einer resorbierbaren Membran
(gesteuerte Knochenregeneration „GBR“, s. 2.5.).Reicht der vorhandene Knochen für eine
stabile Fixation der Implantate nicht aus, so ist ein zweiphasiges Vorgehen erforderlich.Dann
wird in der ersten Phase nur die Augmentation vorgenommen. Nach 3 - 4 Monaten wird die
Implantationinsertion durchgeführt.
III. Transposition des N. alveolaris inferior:
Wenn im Seitenzahnbereich des Unterkiefers bei Atrophien des Knochens über dem N.
alveolaris inferior das Knochenangebot für die Aufnahme von Implantaten nicht ausreicht,
kann eine Transposition des Nervs vorgenommen werden wonach entsprechend längere
Implantate eingelagert werden können. Nach Entfernung eines Knochendeckels wird der Nerv
freigelegt und aus dem Kanal luxiert. Danach erfolgt die Implantation, wobei die Implantate
jetzt über den Nervenkanal hinaus nach kaudal reichen können. Nach der Implantation wird
der Nerv (falls möglich) zurückverlagert und mit dem Knochendeckel abgedeckt. Hierbei
kann es zu Sensibilitätsstörungen kommen (KRÜGER 2001).
IV. Implantation mit Alveolarkammaufbau durch körpereigenen Knochen:
Das Indikationsgebiet für diese Operation stellt der Ober- und Unterkiefer dar. Der erste
Schritt ist die Entnahme eines Beckenkammtransplantats oder intraoraler Transplantate (z.b.
Spongiosagewinnung bei Weisheitszahnentfernng; Tuber maxillae, J-Graft von der Linea
obliqua; Block- oder Trepantransplantate vom Kinn). Dann folgt das Anpassen des
Transplantats an den Unterkieferbogen, gegebenenfalls ist eine Teilung in zwei Hälften
erforderlich. Die Fixation des Transplantats erfolgt mittels Osteosyntheseschrauben, seltener
mit Schraubenimplantaten, die genügend weit in den ortsständigen Knochen eingreifen
müssen. Im Oberkiefer kann dieses Verfahren nur angewandt werden, wenn noch genügend
ortsständiger Knochen vorhanden ist, was in der Regel jedoch nicht der Fall ist
(TERHEYDEN und SADER 2004).
9
V. Kieferersatz durch Knochentransplantat mit Implantaten:
Nach Segmentresektion (z.B. durch Tumoren oder Traumata) im Ober oder Unterkiefer
können
als
knöcherner
Ersatz
in
das
einzulagernde
Beckenkammtransplantat
Dentalimplantate eingelagert werden.
VI. Sinuslift mit perkrestalem Zugang:
Als erstes erfolgt die Anlage von Bohrlöchern für die Implantate ohne Perforation der
Kieferhöhlen-schleimhaut. Dann wird der Knochen oder das Knochenersatzmaterial über die
Bohrlöcher eingebracht, wobei die Kieferhöhlenschleimhaut abgelöst wird. Eine Perforation
sollte vermieden werden. Nach ausreichender Augmentation werden die Implantate
eingebracht.
VII. Sinuslift über ein Knochenfenster (externer Zugang):
Bei diesem Verfahren wird zunächst im Bereich der Fossa canina ein Knochendeckel ohne
Ablösung
und
ohne
Eröffnung
der
Kieferhöhlenschleimhaut
präpariert.
Die
Kieferhöhlenschleimhaut (von den Knochenschnitten aus) wird zusammen mit dem an ihr
verbliebenen Knochendeckel vom Kieferhöhlenboden abgelöst und nach kranial verlagert.
Der Hohlraum zwischen Kieferhöhlenboden und Kieferhöhlenschleimhaut wird mit Knochen,
einem Ersatzmaterial oder einer Mischung aus beidem ausgefüllt. Bei einer Reststärke des
Oberkieferknochens von 4 bis 6 mm können die Implantate simultan eingebracht werden.
Bei geringerer Knochenstärke des Oberkiefers kommt nur ein zweizeitiges Vorgehen in
Frage,
die
nach
Knocheneinlagerung
4
Monate
und
nach
Implantation
eines
Knochenersatzmaterials 8 Monate später erfolgen sollte.
VIII. Sinusbodenelevation (Sinuslift) mit Augmentation und Implantation:
Zunächst wird die Schleimhaut am Boden der Kieferhöhle abgelöst und nach kranial
verlagert.
In
den
Hohlraum
zwischen
knöchernem
Kieferhöhlenboden
und
Kieferhöhlenschleimhaut wird Knochen oder ein Knochenersatzmaterial eingelagert (oder
beides).
Eine simultane Implantation ist nur bei einer Restknochenhöhe des Oberkiefers von
mindestens 6 mm Höhe möglich.
10
Erfolgsaussichten:
Eine erfolgreiche Implantation setzt eine hohe Primärstabilität (Werte in der RFA-Messung
über 6000Hz; Drehmoment über 30 Ncm; Götz 2004) der einzelnen Implantate voraus. Die
Beweglichkeit eines Implantats (Mikrobewegungen) führt unweigerlich zu dessen Verlust
(BRUNSKI et al. 2000). Damit es nicht zu einer marginalen Entzündung kommt, die letztlich
einen zunehmenden Knochenabbau des Implantats zur Folge hat, ist eine sorgfältige
Mundpflege und Parodontalprophylaxe erforderlich. Unter diesen Voraussetzungen sind
Fünf-Jahres-Erfolgsraten von etwa 90% möglich (MARSH and MARTIN 2003).
Aufbauende Alveolarkammplastik:
Es besteht heutzutage die Möglichkeit den Alveolarfortsatz durch körpereigenes oder
Knochenersatzmaterial oder durch vertikale Distraktionsosteogenese zu erhöhen. Der
Alveolarkammaufbau mit autologem Knochen hat sich nicht bewährt, weil es bald zur
kompletten Resorption des implantierten Knochens kommt. In Kombination mit
Dentalimplantaten sind die Erfolgsaussichten jedoch günstiger.
Hingegen zeigen autologe und homologe Rippenknorpeltransplantate nach Implantation
kaum Resorptionserscheinungen. Problematisch ist jedoch, dass Druckstellen der Prothese
Perforationen der dünnen Schleimhautdecke verursachen können. Eine Spontanheilung ist
nach einer Perforation nicht zu erwarten, weil der Knorpel kein Granulationsgewebe
hervorbringen kann. Es kommt daher zu einer Infektion, die in der Regel zu einer Entfernung
des Transplantats führt. Bewährt haben sich die folgenden Methoden:
I. Aufbauende Alveolarkammplastik mit Knochenersatzmaterial:
Hydroxylapatit-Keramik wird heutzutage als Granulat eingesetzt. Die Granulatkörner
werden unter der vom Knochen abgehobenen Schleimhaut-Periost-Decke eingelagert und bei
der Wundheilung von Bindegewebe durchwachsen.
Die Granulatkörner werden mit einer Injektionsspritze eingebracht nachdem die Schleimhaut
untertunnelt wurde. Dabei können natürlich Granulatkörner seitlich in den Mundboden oder
in die Lippen- und Wangenweichteile disloziert werden.
Dieser
Dislokation
von
Knochenersatzmaterial
wurde
durch
Voroperationen
mit
Einpflanzung von Silastik-Implantaten oder durch Verwendung eines Vicryl-Schlauches
versucht entgegenzuwirken.
11
II. Aufbauende Alveolarkammplastik mit vorgeformtem Implantatbett:
Wird hauptsächlich im Unterkiefer angewandt, dessen Alveolarfortsatz dabei 10 bis 15 mm
erhöht werden kann. Aus Silastikmaterial werden 2 Implantate geschnitzt und einem Modell
des Kiefers angepasst. Im Rahmen einer Voroperation wird die Schleimhaut-Periost-Decke
über dem Unterkieferknochen unter Schonung des N. mentalis abgelöst. Die vorbereiteten
Silastikimplantate werden in den zwischen Knochenoberfläche und Schleimhaut-PeriostDecke geschaffenen Hohlraum eingelagert. Nach 2 Wochen werden die Implantate entfernt.
In das vorgeformte Implantatbett wird mit Hilfe einer Insulinspritze, deren Konus
abgeschnitten wurde, Hydroxylapatit-Keramik-Granulat eingefüllt.
III. Aufbauende Alveolarkammplastik mit Hydroxylapatit im Vicryl-Schlauch im Ober- und
unterkiefer:
Bis in die 80‘er Jahre hinein wurden resorbierbare Vicryl-Schläuche mit Durchmessern von
6, 8 und 12 mm zum Aufbau des Alveolarkamms eingesetzt. Nach Untertunnelung der
Schleimhaut-Periost-Decke wird ein Vicryl-Schlauch mit Hydroxylapatit-Granulat gefüllt,
an beiden Enden zugebunden und zwischen Schleimhaut und Kieferknochen eingelagert. Im
Unterkiefer wurden zur Vertiefung des Vestibulums und des Mundbodensulkus zusätzlich
perimandibuläre Haltenähte angelegt. Aufgrund der hohen Komplikationsrate (Exposition
des Knochenersatzmaterials) wird diese Technik heute nicht mehr im eingesetzt (HÄRLE et
al. 1991; KRÜGER 2001).
Alveolarkammplastik durch Verlagerung eines Alveolarfortsatzfragments.
I. Sandwich-Plastik im Unterkiefer:
Nach beidseitiger Tieferlegung des N. mentalis wird oberhalb des N. alveolaris inferior eine
horizontale Osteotomie des anterioren Unterkiefers von der Region 36 bis 46 vorgenommen.
Dabei wird ein an den Mundbodenweichteilen gestieltes Alveolarfortsatzfragment vom
Unterkieferkörper abgetrennt und nach oben verlagert. Zwischen Unterkieferkörper und dem
nach oben verlagerten Alveolarfortsatzfragment wird ein Knochentransplantat oder
Knochenersatzmaterial eingelagert, um dessen Höhe der Alveolarfortsatz verlängert wird.
Die Fixation erfolgt durch Miniplattenosteosynthese.
Nach Einheilung können Vestibulumplastik und Mundbodensenkung sowie die Implantation
von Dentalimplantaten erforderlich werden. Hufeisenosteotomie des Oberkiefers mit
Interposition eines Knochentransplantats:
12
Bei dieser Operation wird eine horizontale Osteotomie des Alveolarfortsatzbereiches mit
Kaudalverlagerung
vorgenommen.
Zwischen
Oberkieferbasis
und
verlagertem
Alveolarfortsatzfragment wird Knochen oder Knochenersatzmaterial eingelagert. Die
Hufeisenosteotomie des Oberkiefers wird nach Entwicklung der Sinus-lift-Operation heute
kaum noch vorgenommen.
II. Aufbauende Alveolarkammplastik durch Kallusdistraktion:
Nach den Erfahrungen mit der transversalen Kallusdistraktion des Unter- und Oberkiefers
gibt es inzwischen auch eine vertikale Kallusdistraktion zur Augmentation des atrophischen
oder nach Tumorresektion reduzierten Alveolarfortsatzes. Nach horizontaler Osteotomie im
Bereich des Kieferkamms wird ein an der lingualen oder palatinalen Schleimhaut
gefäßgestieltes Knochensegment mobilisiert, das in Richtung Alveolarfortsatz verschoben
werden soll.
Zur Fixation des mobilisierten Fragments gibt es ein implantatgestütztes Distraktionssystem.
Die Distraktoren werden nach entsprechender Vorbohrung in dem beweglichen Fragment
und im Kieferknochen verankert. Alternativ werden auch Distraktoren mit Miniplatten zur
Fixation eines Distraktors verwandt. Nach einer Latenzzeit von 4 Tagen wird mit der
Distraktion begonnen. Täglich wird der Spaltraum zwischen den Fragmenten um 1 mm
vergrößert. In dieser Weise läßt sich eine vertikale Augmentation von 8 bis 10 mm erreichen.
Nach 4 Wochen kann im Distraktionsspalt die neue Knochenbildung nachgewiesen werden.
Nach etwa 3 Monaten können dentale Implantate implantiert werden (ILIZAROW 1988 und
1989; HIDDING et al. 1998 und 1999; GAGGL et al. 2000, 2002, 2005; KRÜGER 2001;
HAUSAMEN und SCHLIEPHAKE 2002; NEUKAM und SCHULTZE-MOSGAU 2004;
KOECK und WAGNER 2004).
13
2.2.
Osteogenese - Osteoinduktion – Osteokonduktion
Um den Prozeß der Osteogenese zu verstehen, muß man sich gewisse knochenphysiologische
Prozesse vor Augen führen. Das Knochengewebe geht aus dem embryonalen Bindegewebe,
dem Mesenchym hervor. Dabei sind vor allem die Osteoblasten, die sich aus relativ
undifferenzierten Mesenchymzellen, den Osteoprogenitorzellen differenzieren, für die
Knochenneubildung von Bedeutung (YOUNG 1962). Sie synthetisieren und sekretieren die
organische Matrix und leiten zu einem gewissen Grad auch die Kalzifikation des Knochen
ein.
Ferner schütten sie Mediatoren aus, die eventuell die Resorption des Knochens fördern
(BONUCCI
1990).
Ursprünglich
entwickelt
sich
der
Osteobalst
aus
einer
Knochenmarksstammzelle, die sich dann zu einer Osteoprogenitorzelle entwickelt.
Nach FRIEDENSTEIN (1973) gibt es zwei Typen osteogener Stammzellen:
a) die induzierbaren Osteoprogenitorzellen
und
b) die determinierten Osteoprogenitorzellen.
Bei der Osteokonduktion werden bereits vorhandene derterminierte Osteoprogenitorzellen
stimuliert. Die sich dann laut FRIEDENSTEIN (1973) in Osteoblasten differenzieren und die
Osteogenese dann auslösen. Dieser Vorgang ist bei unkomplizierten Frakturen oder
Osteotomien und bei der Osseointegration von Implantaten zu beobachten.
Wird autogener Knochen transplantiert werden ebenfalls Osteoprogenitorzellen transferiert.
Man beobachtet die Osteokonduktion auch bei der Osteogenese in Hydroxylapatitkeramiken.
Die Hydroxylkeramik besitzt hier die Funktion einer Leitstruktur (HOLMES 1979).
Fehlen diese determinierten Osteoprogenitorzellen, w.z.B. heterotoper Implantation, wird
durch Hydroxylapatitkeramiken keine Osteogenese hervorgerufen (FEIFEL 1994).
Bei der Osteoinduktion differenzieren sich pluripotente, perivaskuläre , mesenchymale Zellen
zunächst in induzierbare Osteoprogenitorzellen. Dieser Vorgang läuft nur unter der Wirkung
eines osteoinduktiven Faktors (z.B. osteoinduktiver Proteine) ab.
Die induzierbaren Osteoprogenitorzellen besitzen die Fähigkeit der Replikation und
differenzieren sich zu Osteoblasten und Chondroblasten.
14
2.3. Osteoinduktive Substanzen
Bei der Bildung von neuem Knochen spielt ein komplexer Mechanismus mit einer Kaskade
von Faktoren (z.B. Hormone, systhemische und lokale Wachstumsfaktoren) die entscheidene
Rolle (CANALIS 1985).
Auf diesen komplizierten Mechanismus soll im weiteren nur themenbezogen eingegangen
werden.
Bereits 1887 implantierte SENN nach Vorversuchen an Hunden erstmals demineralisierten
Knochen in den kriegsbedingten Knochendefekt eines Mannes. Das mit SublimatAlkohollösung vorbehandelte Transplantat heilte problemlos ein. Daraus folgerte SENN in
einer ersten Hypothese, dass demineralisierter Knochen ein Wachstumsmedium für
regeneratives Gewebe darstelle.
Unter vielen Theorien etablierten sich zu Beginn des Jahrhunderts zwei Theorien in bezug auf
die Knochenregeneration. Von AXHAUSEN (1908, 1909) und LEXER (1911) wurde
postuliert, dass alle Knochenneubildungen auf präexistente Osteoblasten des Periosts oder
Endosts zurückzuführen seinen. PHEMISTER (1914) nahm an, dass die Osteogenese durch
überlebende Zellen des Knochentransplantats verursacht würde, wobei nekrotische
Knochenanteile innerhalb von 3 Monaten bis maximal einem Jahr substituiert würden. In der
von LERICHE und POLICARD (1926), sowie LEVANDER (1938) aufgestellten
metaplastischen Theorie, findet auf Stimulation des transplantierten Knochens hin eine
Umwandlung des Lagerbindegewebes zu Knochengewebe statt. Es wurde davon ausgegangen
dass dieser Vorgang durch Freisetzung einer hypothetischen Substanz ausgelöst wurde
(GALLIE und ROBERTSON 1920).
Seit den 30`er Jahren kamen verschiedene Substanzen bzw. devitalisierte Gewebe, zum Teil
auch an heterotoper Stelle zum Einsatz, um die Induktion von Knorpel und Knochen zu
bewirken: Nieren-, Ureter- und Blasenmukosa (HUGGINS 1929-30), alkoholische
Knochenextrakte (LEVANDER 1938, 1945), Extrakte aus konserviertem Knochen (ROTH
1950), Frakturkallus, Knorpel, Periost sowie Anteile von Muskulatur, Ileum, Leber, Uterus
und Haut (BRIDGES und PRITCHARD 1958).
Die mittels Demineralisation durch Säuren hergestellte devitalisierte und zellfreie Matrix aus
Knochen rückte seit den 60`er Jahren in den Mittelpunkt des Interesses (URIST 1965, REDDI
und HUGGINS 1972, VOLPON et al. 1982, WITTBJER et al. 1982 a, 1982 b).
Urist et al. gelang 1979 die Isolation eines Glykoproteins, das Bone Morphogenetic Protein
(BMP) genannt wurde. Dieses konnte zunächst bei der Ratte, später auch aus der
15
Knochenmatrix des Rindes (MIZUTANI und URIST 1982) und 1983 (URIST et al. 1983)
dann auch aus humanem Knochen isoliert werden.
Es konnte in verschiedenen Studien gezeigt werden , dass BMP in Dentinmatrix (BUTLER et
al. 1977, CONOVER und URIST 1979, KAWAI und URIST 1989), in Knochenmatrix
(SAMPATH und REDDI 1983, MUTHUKUMARAN et al. 1985) und in der Wunde nach
einer Zahnextraktion (BESSHO et al. 1990) existiert.
LUYTEN et al. (1989) und SAMPATH et al. (1987) isolierten ein 22-kDa schweres Protein
namens Osteogenin. Von BENTZ et al. (1989) wurde ein 22-28-kDa- Protein isoliert und
osteo-inductiv-factotor (OIF) genannt.
URIST
und
Mitarbeiter
fanden
in
letzter
Zeit
weitere
osteoinduktiv
wirksame
Knochenmatrixproteine (BMP-1 bis 7, Osteoinductive Factor) isoliert und charakterisiert
werden (KÜBLER et al. 1992). Die meisten dieser Matrixproteine lösen die heterotope
Knochenneubildung nur in Kombination mit extrahierter, demineralisierter kollagener
Knochenmatrix aus. Sie sind entlang der Kollagenfasern im Knochen, in Zellen des Periosts
und in mesenchymalen Knochenmarkszellen lokalisiert (LIANJIA und YAN 1990).
Die Arbeitsgruppen SWOBODA et al. (1992), SEN et al. (1987) und REDDI et al. (1989)
haben ebenfalls osteoinduktive Proteine gefunden und experimentell untersucht.
16
2.4.
Bone Morphogenetic Protein „BMP“
2.4.1. Historie der „bone morphogenetic proteins“
An der University of California forschte URIST (1965) seit Mitte der 60`er Jahre an
Prozessen der Knochenneubildung. Er entdeckte, dass die Implantation von demineralisiertem
Knochen in Muskelgewebe zu einer Knochenneubildung führt. URIST gelang es einige Jahre
später, aus Knochengewebe einen Proteinextrakt zu isolieren, das ebenfalls knochenbildende
Eigenschaften im Weichteillager besitzt und daher „bone morphogenetic protein“ genannt
wurde. Bereits Ende der 80er Jahre konnten die ersten bone morphogenetic proteins (BMP-1
bis 4) kloniert werden. Wissenschaftliche Berechnungen zu diesen Fragestellungen ergaben,
dass 1 µg dieser Proteine pro Kilogramm Knochengewebe vorhanden ist. Die BMP’s 5 bis 7
konnten in weiteren Forschungsprojekten kloniert werden. Es konnten mittlerweile mehr als
40 BMP's aus verschiedenen Gewebearten isoliert werden und kloniert worden. Die Proteine
BMP-1 bis 7 sind im menschlichen Knochengewebe präsent, wobei BMP-2 bis 7
osteoinduktive Eigenschaften aufweisen.
2.4.2. Aufbau der BMP´s
Die in der Literatur erwähnten BMP´s stellen biochemisch gesehen Proteine dar, die aus je
zwei identischen Polypeptidsträngen bestehen. Wenn diese Proteine ihre jeweilige
Propedtidsequenz abspalten entsteht das aktive Protein.
Protein
"aktives" Protein
Propeptidsequenz
Die BMP´s besitzen alle (bis auf BMP-1) sieben konservierte Cysteinreste, weshalb sie auch
zur Familie des Wachstumsfaktors "transforming growth factor b (TGF-b)" gezählt werden.
BMP-7 wird, historisch bedingt, auch als osteogenic protein 1 (OP-1) bezeichnet.
Von den bisher in der Literatur erwähnten BMP´s (über 12) sind alle Mitglieder der TGF-ß
Superfamilie. Die BMP’s induzieren die Neubildung und Reparatur von Knochen im
erwachsenen Organismus. Ferner sind sie im gesamten Tierbereich an wichtigen Schritten der
17
Embryonalentwicklung, in der Induktion von Mesoderm, beim Skelett-Patterning, bei der
Zahnentwicklung und der Gliedmaßenmorphogenese beteiligt.
Diese Prozesse werden durch die Bindung von BMP an die spezifischen Rezeptoren auf der
Zelloberfläche ausgelöst (s.a. 1.5.5.). Bei den Rezeptoren für BMP erkennt man eine starke
Homologie zu den TGF-ß-Rezeptoren. In der Literatur postuliert man bisher drei humane
Rezeptoren für BMP, BMPRIa und BMPRIb, BMPRII.
2.4.3. Gewinnung und Herstellung von rhBMP-2
URIST (1982) war es erstmals gelungen, die Proteine von der demineralisierten
Knochenmatrix zu isolieren. Dieser Isolierungsprozeß ist jedoch mit einem extrem hohen
Aufwand verbunden, damit man eine gewisse Konzentration und Reinheit dieser Proteine
erreicht. Bis zu 300.000 Reinigungsvorgängen sind notwendig um ein effizientes
Proteinmolekül zu erhalten (WANG et al. 1988). Um entsprechendes effizientes BMP-2 zu
erhalten stellt sich ein weiteres Problem: aus einem Kilogramm Knochen kann z.B. nur
0,1µmg BMP-2 gewonnen werden. Es werden also erhebliche Mengen an Knochen benötigt
um ausreichend BMP herzustellen.
Als WOZNEY den genetische Code von BMP-2 entdeckt hatte, konnte die synthetische
Herstellung durch Rekombination erfolgen. Heutzutage ist es zum Glück möglich,
menschliches
BMP-2
für
experimentelle
Zwecke
und
Untersuchungen,
mittels
Genmanipulation, in größeren Mengen herzustellen.
Dazu wird die Gesamt- oder messenger- RNA für BMP-2 aus Knochenzellen als Einzelstrang
isoliert. Mittels reverser Transkription (RT) oder polymerase Kettenreaktion (PCR) entsteht
ein komplementärer Doppelstrang (cDNA). Durch die Inkorporation dieser cDNA in ein
Plasmid, gelangt dieses in eine Stammzelle. Dadurch entsteht ein Selektionsvorteil bei den
folgenden Zellteilungen. Durch die natürlichen Zellteilungen entstehen nun viele Zellreihen,
die in der Lage sind, dieses Protein zu exprimieren. Eierstockzellen des chinesischen
Hamsters haben sich als Stammzellen bewährt. Aufgrund ihrer Möglichkeit der genetisch
manipulierten Produktion von rhBMP-2 wurden in den letzten Jahren die Eierstockzellen
speziell untersucht und es zeigten sich verschiedene Vorteile als Stammzelle gegenüber
Bakterien- oder Insektenzellen (ISRAEL et al. 1992). Als Zellen von Säugern sind sie in der
Lage,
voll
ausgereiftes
menschliches
BMP-2
inklusive
der
posttranslatorischen
Modifikationen der Kettenstruktur und ihrem Sekretionsmodus aus der Zelle zu produzieren.
18
Dieser
Vorgang
erlaubt
es,
das
produzierte
BMP-2
durch
Filtration
und
Säulenchromotographie von dem Zellmedium zu trennen. Bakterienzellen hingegen
exprimieren das Protein als Monomer (obwohl das Plasmid mit der cDNA inkorperiert wurde)
und nicht als Dimer wie es in seiner ursprünglich aktiven Form beim Menschen in der
Knochenmatrix vorkommt. Hier ist dann ein erneuter enormer Kosten- und Zeitaufwand
nötig, um es durch verschiedene Modifikationen in die aktive Form zu überführen. Als letztes
wird das so gewonnene BMP-2 vor der Verwendung sterilisiert und gefriergetrocknet.
Heutzutage werden zur Produktion von rhBMP-2 die Zellkulturen in speziellen Nährmedien
und unter ständiger Selektionskontrolle gezüchtet, die es ermöglichen, quantitativ und
qualitativ effizientes menschliches BMP-2 durch Genmanipulation herzustellen. Mittlerweile
wird durch die erwähnten Trennverfahren rhBMP-2 mit einer Reinheit von 98% isoliert
(WOZNEY 1998).
2.4.4. Trägermaterialien (Carrier) der osteoinduktiven Substanzen
Die Notwendigkeit eines Carriers für die BMP-Applikation wird in der Literatur kontrovers
diskutiert. Autoren wie LINDHOLM u. GAO (1993), sowie BODEN 1999 sind der Meinung,
dass Wachstumsfktoren ihre biologische Aktivität nur in Verbindung mit einem Carrier
optimal entfalten können. Andere Autoren wiederum vertreten den Standpunkt, dass ein
Carier keine biologische Notwendigkeit für den Einsatz eines Wachstumsfaktors darstellt
(WOZNEY u. ROSEN 1998). Der Einsatz eines Trägermaterials scheint jedoch die
Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu verbessern und die Knocheninduktion zu steigern
(SAKOU 1998). Ihre osteoinduktiven Fähigkeiten haben BMP’s sowohl mit organischen als
auch mit anorganischen Carriern bewiesen (KAWAMURA u. URIST 1988; GAO et al. 1993;
LEE et al. 1999; WINN et al. 1999; BOUXSEIN et al. 2001).
Ein osteokonduktives Trägermaterial gibt BMP in das umgebende Weichgewebe ab. Dort
differenzieren sich pluripotente Stammzellen in osteogene Zellen, die entlang eines
Konzentrationsgradienten in den Defekt einwandern. Diese teilen sich, besiedeln
osteokonduktive Oberflächen und beginnen mit der Hartsubstanzbildung. Obwohl die
Prozesse der Spontanheilung weiter ablaufen, werden sie quantitativ von den neu induzierten
Knochenzellen überlagert. Dadurch wird die Heilung unabhängig von der Nähe zum
angrenzenden Knochen.
19
Die Matrix übernimmt neben der wichtigen Funktion als Träger- oder Applikationssystem
weitere sehr wichtige biologische und physikalische Aufgaben im Rahmen des Tissue
Engineering.
Die Anforderungen an einen synthetischen Carrier sind in der folgenden Übersicht
zusammengefaßt (KAWAMURA u. URIST 1988; GAO et al. 1993; KIRKER-HEAD 1995;
BOSTROM et al 1998; HOLLINGER et al. 1998; ITOH et al. 1998; KUBOKI et al. 1998;
SCHWARTZ et al. 1998; WINN et al. 1998; BOYAN et al. 1999; WINN et al. 1999;
FRIEDLANDER et al. 2001):
§
Reversible Bindung von Wachstumsfaktoren
§
Langsame, kontinuierliche Freisetzung von Wachstumsfaktoren
§
Osteoinduktive Fähigkeit
§
Minimierung der Wachstumsfaktorenkonzentration
§
Resorbierbarkeit
§
keine immunologische Wirkung/ kein antigenes Potential
§
Verhinderung von Weichgewebevorfall
§
Freie Verfügbarkeit einfache Handhabung
§
Mechanische Stabilität,
§
Gerüst für das Einwandern und die Besiedelung durch Zellen
§
Platzhalter
§
Barriere
Ein ideales Trägermaterial sollte das aktive Protein binden und vor unspezifischer Proteolyse
schützen können. Es sollte biokompatibel, nicht-immunogen und biodegradierbar sein und
nicht
mit
dem
Wundheilungsprozess
interferieren.
Auch
sollte
es
eine
rasche
Vaskularisierung begünstigen, so dass ein Kontakt zwischen Zellen und Protein hergestellt
werden kann. Die Auswahl geeigneter Biomaterialien erfolgt in der Regel zunächst in der
Zellkultur mit den in Hinblick auf die gewünschte klinische Anwendung relevanten Zelltypen
(ACIL et al. 2000) und danach in präklinischen experimentellen Studien.
Im Augenblick werden Hydroxylapatite (HORISAKA et al. 1991), demineralisierte
Knochenmatrix (BOLANDER et al. 1986), hochmolekulare Verbindungen (HOLLINGER et
al. 1986) und Kollagen (BESSHO et al. 1991, TOKAOKA et al. 1991) als Carrier für
Knocheninduktion mittels BMP verwendet.
20
Bei den Carriern der rhBMP wird nach der Effektdauer, also die Zeit in der rhBMP in der zu
regenerierenden Knochenfläche freigesetzt werden soll, klassifiziert (BOYNE and URIST
1991).
Carrier der rhBMP die man für eine kurze Periode (zwei bis vier Wochen) einsetzen kann
sind Collagen Sponge und diverse Degradierungen alloplastischer Materialien (Polylactic
Acid PLA, Polyglycolic Acid).
In den Untersuchungen von MIYAMOTO et al. (1993) wurde ein neues biodegradierbares
Polymer (Polylactic acid- Polyethylen Glykol, PLA-PEG) auf seine Effektivität als Carrier für
BMP untersucht. MIYAMOTO implantierte die BMP und die Polylactidsäuren- Polyethylen
Glykol unter die Faszie der dorsalen Muskel einer Maus. Die Polylactidsäuren besitzt ein
Molekulargewicht von 650 d und das Polyethylen Glykol 200 d. Die Polylactic acidPolyethylen Glykol 650-200/BMP war komplett absorbiert und es konnte eine
Knocheninduktion festgestellt werden.
Hieraus folgerte HOLLINGER et al. (1986), dass das Molekulargewicht einen Einfluß auf
den Charakter, die Biokompabilität und die Biogradierung der PLA-PEG hat.
Besitzen die Polylactic-acid-homopolymere Molekulargewichte von 105000, 21000, 3300
oder 160 zeigte sich kein neu induziertes Knochenwachstum bei simultaner Implantation mit
BMP. Es zeigte sich in den Versuchen, dass es sogar zu Fremdkörperreaktionen und
chronische Entzündungen kommen kann (MIYAMOTO et al. 1992).
In den Untersuchungen von NEVINS et al. (1996) wurde die Wirksamkeit, Sicherheit und die
technische
Durchführbarkeit
der
Anwendung
eines
absorbierbaren
Kollagenschwammimplantats (ACS) in Kombination mit dem Protein rhBMP-2 als mögliche
Alternative zu den vorhandenen Knochentransplantaten bei einem Tiermodell untersucht. Es
zeigte sich, dass bei Zugabe von rhBMP-2 zu ACS-Implantaten es zu einer erheblichen
Neubildung von Knochen im Sinus maxillaris kam. Der Knochen zeigte ein rapides
Wachstum und war frei von Knorpelbildung.
Die Arbeit von MYRON et al. (1996) zeigte ebenfalls eine Neubildung von menschlichem
Knochen
nach
Implantation
eines
mit
rhBMP-2
imprägnierten
absorbierbaren
Kollagenschwammes ähnliche Ergebnisse.
Von der Arbeitsgruppe um DEATHERAGE et al. (1987) wurde erstmals Kollagen als
Wirkstoffdepot für BMP bei der induzierten ektopen Osteogenese eingesetzt. Es wurden
scheibenförmige Implantate aus Typ-1-Kollagen aus der humanen Plazenta als „Delivery
system“ für die induzierte Knochenneubildung verwendet.
21
In den Untersuchungen von JEPSEN und TERHEYDEN (1997, 2000) über Trägermaterialien
für rekombinantes humanes BMP konnte festgestellt werden, dass die Menge und Struktur
des neugebildeten Knochens und der zeitliche Verlauf der Knocheninduktion in signifikanter
Weise vom verwendeten Träger abhängig waren. Dabei könnten unter anderem
materialspezifische Unterschiede in der Freisetzungskinetik des BMP für die beobachteten
Ergebnisse verantwortlich sein (JEPSEN et al. 1999). Auch in anderen Untersuchungen
konnte gezeigt werden, dass diese Trägersubstanzen in der Lage sind die Wirkungsweise der
BMP’s zu beeinflussen (AABOE et al. 1995, COCHRAN et al. 1997, TERHEYDEN et al.
1997).
22
2.4.5.
Funktion und Wirkungsmechanismus der BMP´s
Es sind zwei wesentliche Wirkungen der Bone Morphogenetic Proteins im Muskel- und
Skelettsystem bekannt (REDDI 1994; BOSTROM u. ASNIS 1998; BARNES et al. 1999):
•
Gewebedifferenzierung im Rahmen der embryonalen Entwicklung
•
Differenzierung
der
mesenchymalen
Stammzellen
zu
Chondroblasten
und
Osteoblasten
Es ist bekannt, dass der entscheidene Mechanismus für die knochenbildenden Eigenschaften
der BMP´s, die Differenzierung der mesenchymalen, pluripotenten, perivaskulär lokalisierten
Zellen in knochen- und knorpelbildende Vorläuferzellen ist (URIST 1982).
Diese Zellen, die in ihrer Differenzierung noch nicht determiniert sind, befinden sich als
mesenchymale Zielzellen der BMP´s im Weichgewebe (subkutanes Weichgewebe,
Muskulatur, Periost) sowie als Stammzellen im Knochenmark.
Die BMP´s binden zunächst an Oberflächenrezeptoren dieser Mesenchymzellen. Zunächst
binden die Mitglieder der TGF-ß Superfamilie übertragen ihr Signal über eine Ligandinduzierte Hetero-Oligomerisierung (s.a. Abb. 1) von membrangebundenen Serin/Threonin
Kinasen: Typ I und Typ II Rezeptoren (ATTISANO und WRANA 1996). Typ I Rezeptoren
transduzieren das Signal nachdem sie durch Typ II Rezeptoren phosphoryliert wurden
(KAWABATA et al. 1998). Sie geben die Phosphorylierung an Smad Proteine weiter, welche
als Signalmediatoren der TGF-ß Superfamilie fungieren (GRAFF et al. 1996). Smads sind
verwandt zu dem Drosophila Protein Mad (mother against decapentaplegic) und zu den
Nematoden Genen Sma2, Sma3 und Sma4 (ATTISANO und WRANA 1998). In Drosophila
Mutationsstudien konnte das Gen Mad als Ziel des TGF-ß Signalweges identifiziert werden
(SEKELSKY et al. 1995). Mad ist essentiell für Zellen, um auf DPP (decapentaplegic, BMP
Homolog) durch intrazelluläre Signaltransduktion zu reagieren. Die Bezeichnung Sma und
Mad wurden zur Vereinheitlichung der Nomenklatur fusioniert. Es gibt acht bekannte
Mitglieder der Smad Familie, welche phosphoryliert als Mediatoren der BMP und TGF
Familie fungieren (KAWABATA und MIYAZONO 1999). Smads werden phosphoryliert und
bilden ebenfalls heteromere Komplexe, welche nach Transport in den Nukleus Zielgene
transkriptionell regulieren (ZEHENTNER 2000).
Intrazellulär wird das Signal also durch Second-messenger-Proteine, die sogenannte Smads,
weitergeleitet, die in Zellkern eine Gentranskription auslösen (s.o.). In der Literatur wird im
Augenblick postuliert, dass die Bindung von BMP-Molekülen an nur zwei bis drei
23
Rezeptoren pro pluripotenter Zielzelle ausreichen soll, damit diese zum Ort der Implantation
wandern.
Durch die lokal erhöhte BMP-Konzentration, und der damit verbundenen erhöhten Anzahl an
Rezeptorbindungen, kommt es zu einer Proliferation der Mesenchymzellen und zu deren
Differenzierung in knorpel- beziehungsweise knochenbildene Vorläuferzellen.
Nachdem die Aktivierung durch BMP stattgefunden hat, erfolgt dann die Zelldifferenzierung
und die irreversible Knochenentwicklung.
Auf die verschiedenen Zytokine im Knochen antwortet der Metabolismus mit einer
Entlassung der Zellen aus der Kontakthemmung und einer Aktivierung der Lymphoiden und
der Immunsysteme. Es ist jedoch bemerkenswert das BMP weder in vivo noch in vitro die
lokomotorische Kontakthemmung verringert. Vielmehr bilden die perivaskulären Zellen von
mesenchymalen Typ Kondensationszentren und differenzieren sich dann zu Knochen und
Knorpel. Jedoch in vitro, unter avaskulären Bedingungen, leitet eine geringe Menge BMP die
Differenzierung zu Knorpel in die Wege. Zusammenfassend kann man sagen das die BMP’s
die folgenden Schritte in der sequentiellen Kaskade (REDDI, HUGGINS 1992, REDDI 1981)
der Knochenmorphogenese regulieren: Chemotaxis, Mitose und Differenzierung von Knorpel
und Knochen (s.a. Tab. 1).
Tab. 1: Wirkungskaskade der Knocheninduktion durch BMP (nach CUNNINGHAM, REDDI 1992)
1. Chemotaxis vonVorläuferzellen
2. Mitose mesenchymaler Zellen
3. Differenzierung von Chondroblasten
4. Hypertrophie und Kalzifikation der Knorpelmatrix
5. Angionese und Gefäßinvasion
6. Differenzierung von Knochen
7. Synthese und Mineralisation der extrazellulären Matrix
8. Knochenumbau
9. Differenzieung von blutbildenden Knochenmark
10. Funktionelle Adaption des Knochens
24
Ligand Dimer
Typ II
Receptor
Typ I
Receptor
Zellmembran
P
P
Kernmembran
SMADs
Transkription
Abb. 1: Die Signaltransduktion der TGF-ß (BMP) Proteinfamilie
2.4.6.
BMP's als Signalproteine bei der Embryogenese
Sowohl bei den Tieren als auch beim Menschen spielen die BMP's, während der embryonalen
Differenzierung von Geweben und Organen, eine sehr wichtige, vielleicht sogar die
entscheidende Rolle. Dieser Standpunkt wird dadurch unterstützt, dass die entsprechenden
Gene im Rahmen der 600 Millionen Jahre alten Evolution fast unverändert blieben. Es konnte
nachgewiesen werden, dass BMP-2, 3, 4, 6 und 7 an der embryonalen Skelettentwicklung
25
beteiligt sind. Die verschiedenen BMP’s werden dabei zum Teil zu unterschiedlichen
Zeitpunkten in den verschiedenen Skelettabschnitten während der Embryogenese exprimiert.
Die Skelettentwicklung höher entwickelter Tiere scheint aus einem Zusammenspiel der
Aktivitäten verschiedener BMP’s beziehungsweise BMP-ähnlicher Proteine zu resultiert. Die
Morphologie und auch die Anzahl einzelner skelettaler Elemente scheinen von der Aktivität
spezifischer BMP’s während der Organogenese abhängig zu sein. Es konnte gezeigt werden,
dass die verschiedenen BMP’s auch an der Entwicklung unterschiedlicher parenchymatöser
Organe (zum Beispiel Lunge, Niere, Leber) und verschiedener Gewebearten (zum Beispiel
ZNS) beteiligt sind.
2.4.7. Knochenregeneration mittels BMP’s
Die intramuskuläre Implantation (heterotope) eines der osteoinduktiven BMP’s (BMP-2 bis 7)
zeigt zum Beispiel in Mäusen nach drei Wochen eine reproduzierbare Ossikelbildung
(KÜBLER et al. 1999). Es sich handelt dabei um einen kaskadenförmigen Prozess der
enchondralen Knochenbildung: In den ersten vier Tage kommt es zunächst zu einer Migration
pluripotenter, mesenchymaler BMP-Zielzellen, die in geringer Konzentration upiquitär im
skelettnahen Weichgewebe sowie im Stützgewebe vorhanden sind, an den Ort der BMPImplantation. Dieser Prozeß der durch das BMP hervorgerufen wird, bezeichnet man als
Chemotaxis. Gegen Ende der ersten Woche kommt es zur Proliferation dieser pluripotenten
Zellen, gefolgt von deren Differenzierung in Chondrozyten. Dieses neu gebildete
Knorpelgewebe zeigt bereits in der zweiten Woche nach BMP-Implantation eine
Kalzifikation des Chondroids, die von einer Kapillareinsprossung begleitet ist. Durch die
stattfindende enchondralen Ossifikation kommt es zur Ausbildung von Geflechtknochen.
Umbauprozesse führen in der dritten Woche zur Ausbildung eines sphärisch, kugeligen
Ossikels mit zentral blutbildenden Knochenmarksanteilen. In ihrer äußeren Kortikalis sind
diese Ossikel aus mehreren Schichten von laminär angeordnetem Knochengewebe aufgebaut.
Um diese induktiven Vorgänge zu initiieren genügen einige wenige Mikrogramm der
jeweiligen BMP’s. Ähnliche Prozesse der Knochenneubildung, die sich jedoch auf ein
längeres Zeitintervall und entsprechend höhere BMP-Konzentrationen beziehen, können auch
bei allen höher entwickelten Säugetieren und beim Menschen beobachtet werden. Von der
Menge des jeweils eingesetzten BMP hängt die Geschwindigkeit und die Dimension der
26
Knochenneubildung direkt ab. In Bezug auf das induktive Potential besitzen die Proteine
BMP-2 und BMP-7 die stärksten Eigenschaften (BLZK und GlobalDent 1999).
In verschiedenen Tiermodellen konnte die therapeutische Wirksamkeit der BMP’s und die
Notwendigkeit der Proteinkopplung an geeignete Trägermaterialien (da letztere in erster Linie
für die lokale Aufrechterhaltung einer wirksamen BMP-Konzentration verantwortlich sind)
gezeigt werden.
Für die BMP’s existiert jedoch zur Zeit noch kein optimales Trägermaterial, das sowohl
resorbierbar als auch formstabil sein sollte. KÜBLER (1999) untersuchte in Studien an Ratten
die Kontinuitätsdefekte des Femurs mit einer Länge von 8 mm aufwiesen. Durch die
Kombination
von
Trägermaterialien
BMP-2
(Kollagene,
mit
verschiedenen
Hydroxylapatite,
organischen
und
anorganischen
Trikalziumphosphat,
Glaskeramik,
Laktid/Polyglycolid/Polydioxanon) kam es zur erfolgreichen Knochenregeneration.
Bei Schafen konnten 2,5 cm lange, segmentale Diaphysendefekten durch die Implantation
von BMP-2 mit Kollagen regeneriert werden. Wirbelkörperfusionen konnten bei Hunden
durch BMP-2 in Kombination mit einem resorbierbaren Polylaktid erzielt werden.
Segmentale Röhrenknochendefekte in Kaninchen, Hunden und Affen konnten durch die
Implantation von BMP-7 in Kombination mit verschiedenen Trägermaterialien rekonstruiert
sowie Wirbelkörperfusion in Hunden erfolgreich durchgeführt werden (BLZK 1999).
Da BMP wachstumshormonabhängig ist (im Gegensatz zu Mitogenen), braucht BMP um eine
optimale Aktivität zu erreichen fetales Kälberserum (15 %). BMP besitzt als einziges lokales
Hormon eine Knorpel- oder Knochenmorphogenetische Aktivität. Als Endprodukt der BMPinduzierten Entwicklung steht immer Knochen und Knochenmark.
Das Passieren des BMP durch das Gewebe und durch Zellmembranen wird durch Liposomen
erleichtert. Das sogenannte BMP-Liposom stellt ein lipidartiges Partikel dar, dass im Gewebe
in Form eines leichten, mikroskopischen unsichtbaren Fettes als emulgiert gehalten wird.
Durch Implantation in athymische Ratten oder athymische Mäuse kann die Immunantwort auf
allogenes oder xenogenes BMP gemildert werden.
Einen experimentellen Beweis einer durch BMP induzierten Knochenentwicklung konnte auf
einem großen Forschungsgebiet, in kurzer Zeit aus Beobachtungen an chirurgischen
Implantaten (bestehend aus Zähnen und Knochen) und aus nativem und rekombinantem BMP
bestanden, erbracht werden.
In einer noch nicht publizierten Multicenterstudie mit BMP-7 wurden Patienten mit
Pseudarthrosebildungen nach Tibiafraktur mit BMP-7 behandelt, wobei bei den meisten
27
Patienten eine knöcherne Konsolidierung der Defekte beobachtet wurde. Ähnliche günstige
Ergebnisse konnten auch bei der Behandlung von osteotomiebedingten Fibuladefekten erzielt
werden. Erwähnenswert ist, dass bei allen bisher mit rekombinanten BMP’s behandelten
Patienten keine signifikanten Nebenwirkungen auftraten (MANHOURI 2001).
2.4.8. Aktueller Stand der Forschung über vorklinische und klinische Untersuchungen
mit rhBMP-2
Durch die, bereits unter 2.4.3. erwähnte, Herstellung von rhBMP-2 wurde eine erhöhte
Verfügbarkeit dieser Substanz erreicht. Dadurch konnte nicht, nur die biologische und
biochemische Charakterisierung in vitro erfolgen, sondern es war auch der Beginn einer
Vielzahl von vorklinischen und klinischen Studien in unterschiedlichen Fachgebieten der
Medizin.
Neben einer Reihe anderer Faktoren, ist die Art und Weise der Applikation dieses löslichen
Proteins von entscheidener Bedeutung für die erfolgreiche Anwendung von rhBMP-2.
Grundsätzlich bedient man sich eines Carriers, um es zu applizieren. Der Carrier übt die
Funktion eines Platzhalters aus, der Kontakt mit den mesenchymalen und pluripotenten
Stammzellen ermöglicht und die Ortsständigkeit gewährleistet werden. Bis dato ist es das Ziel
vieler Fachgebiete (Orthopädie, Unfallchirurgie, MKG-Chirurgie, Zahnmedizin), einen
optimalen und für die jeweilige Indikation geeigneten Carrier zu finden.
Dieser sogenannte „optimale Carrier“ sollte nach Möglichkeit einfach zu manipulieren sein,
er sollte keine immunologischen Reaktionen hervorrufen und nach Möglichkeit resorbierbar
sein. Ferner sollte er die gewünschte Platzhalterfunktion ausüben, die Zellinfiltration und
Differenzierung
sowie eine gute Vaskularisation ermöglichen (WOZNEY 1998). In der
Vergangenheit wurden dazu die verschiedensten allogenen, xenogen und alloplastischen
Materialien getestet.
Als zweiter wichtiger Kernpunkt bei der Erforschung und Untersuchung von rhBMP-2 stellt
sich die Frage nach der geeigneten Konzentration bzw. der Dosierung. Es bedarf großer
Testverfahren um die geeigneten Konzentrationen an rhBMP-2 - je nach Verwendungszweck
und Fachgebiet – zu bestimmen die die gewünschten Ergebnisse liefern. Diese beiden
Kernfragen stellen die Grundlage dar, um eine sichere und breite klinische Anwendung mit
vorhersagbaren Resultaten, abschätzbarem biologischem Potential, Wirksamkeit und
Sicherheit in den verschiedenen Fachgebieten zu ermöglichen.
28
Ende der achtziger und zu Beginn der neunziger Jahre begannen die vorklinischen
Untersuchungen in der Orthopädie und der Zahn-, Mund- Kieferheilkunde an Ratten,
Kaninchen, Affen, Schafen und Hunden. Gründe dafür sind die guten Voraussetzungen der
Defektmanipulation und die Möglichkeit der radiologischen, histometrischen und
biomechanischen Nachuntersuchung des neu gebildeten und regenerierten Gewebes zu jedem
beliebigen
Zeitpunkt
der
Heilungsphase.
Zusätzlich
bieten
die
Erforschung
und
Untersuchungen an standardisierten Modellen bessere Vergleichsmöglichkeiten zwischen den
einzelnen Studien. Die vergleichbare anatomischen Gegebenheiten gewährleisten eine
gewisse Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen. Ein Problem der Vergleichbarkeit
dieser Tierstudien ist jedoch die Tatsache, dass bei vielen Tierarten ein größeres
Regenerations – und Heilungspotential besteht als beim Menschen.
Vorklinische Studien mit rhBMP-2:
Im
Bereich
der
Orthopädie
und
Unfallchirurgie
ergeben
sich
unterschiedlichste
Einsatzmöglichkeiten. Man erwartet entscheidende Fortschritte in der Therapie und
Rekonstruktion von komplizierten Trümmer- und Längsfrakturen der langen Röhrenknochen,
die verbesserte Osseointegration von künstlichen Gelenken (z.B. Hüftgelenke), neue
Therapiemöglichkeiten bei der Behandlung von nekrotischen Knochenarealen (z.B. bedingt
durch Osteoporose) und bei der Therapie von Wirbelsäulenerkrankungen.
Die Arbeitsgruppe um YASKO et al. (1992) untersuchte segmentale Femurdefekte bei Ratten.
Als Carrier wurde demineralisierte Knochenmatrix, PLGA-Micropartikel und autologes Blut
eingesetzt. Dabei wurden jeweils verschiedene Konzentrationen an rhBMP-2 verwendet. Die
radiologischen, histologischen und biomechanischen Untersuchungen ergaben, dass es durch
rhBMP-2 in Verbindung mit den verwendeten Carriern zur völligen Defektrekonstruktion
durch neu gebildeten Knochen kam.
KENLEY et al. (1993) benutzten bei einer Studie mit segmentalen Ulnardefekten bei
Kaninchen die gleichen Carrier. Auch hier wurden die Defekte durch neu gebildeten Knochen
aufgefüllt. Bei beiden Experimenten war jedoch eine überschüssige Knochenregeneration
über den Defektbereich hinaus bei höheren Konzentrationen von rhBMP-2 zu verzeichnen.
In der Arbeitsgruppe um SCIADINI et al. (1995) wurden segmentale Radiusdefekte bei
Hunden mit einem absorbierbaren Kollagenschwamm (ACS, Typ I Rindercollagen) als
Carrier untersucht. Als Kontrolle diente autologer Knochen ohne rhBMP-2. Auch in dieser
Studie wurden verschiedene Konzentrationen (von 0 bis zu 0.8 mg/ml rhBMP-2; die Angabe
von mg/ml entspricht der Konzentration von rhBMP-2 pro ml Implantatvolumen). Die
29
radiologischen Auswertungen ergaben, dass das rhBMP-2/ACS-Implant nach zwölf Wochen
eingeheilt war. Bezüglich der biomechanischen Eigenschaften des neu gebildeten Knochens
hatte die Seite mit dem Implantat gleichwertige, z.T. sogar bessere Ergebnisse vorzuweisen
als die Kontrollseite. Die niedrigste Konzentration von 0,05 mg/ml lieferte hier die besten
Ergebnisse
hinsichtlich
der
Knochenremodellation
und
biomechanischen
Knocheneigenschaften .
WOZNEY
et
al.
(1997)
verwendete
ebenfalls
ein
rhBMP-2/ACS-Implantat
zur
Defektauffüllung von 3,5 cm großen Radiusdefekten bei Primaten (derartig große Defekte,
bei denen keine selbständige, funktionsfähige Regeneration zu erwarten ist, nennt man
„critical-size defect“ (Definition von critical-size defect: Selbständige Rgeneration bis
maximal
25%
des
Ausgangsdefekts
ohne
zusätzliche
Knochenersatz-
oder
Knocheninduktionsmittel). Hier wurden Konzentrationen von 0,43mg/ml bis 1,5mg/ml
appliziert. Wiederum zeigte schon die geringste Konzentration eine suffiziente und
funktionsfähige Regeneration des Radius. Nach acht Wochen war radiologisch Knochen zu
erkennen, und nach sechzehn Wochen war kein Unterschied zum ortsständigen, benachbarten
Knochen auf dem Röngtenbild zu sehen.
In diversen tierexperimentellen Anordnungen mit Kaninchen ist es zudem gelungen, durch
die Implantation von rhBMP-2/ACS-Implantaten eine Wirbelsäulenversteifung zu erzielen
(SCHIMANDLE et al., 1995; SANDHU et al.,1997; HELM et al., 1997).
In der Zahnheilkunde wie in der Mund- Kiefer- und Gesichtschirurgie bieten sich neben der
Therapie von Unterkieferfrakturen und größeren Knochendefekten (traumatisch, tumorös oder
durch Zysten bedingt) klinische Einsatzmöglichkeiten von rhBMP-2 in der Therapie von
Lippen- Kiefer- Gaumen- Spalten, in der Parodontologie und in der Implantologie.
Die Arbeitsgruppe um TORIUMI et al. (1994) erforschten in einer Untersuchung bei
segmentale
Mandibuladefekte
bei
Hunden
(3cm
groß,
beidseitig
angelegt)
die
Knocheninduktion von rhBMP-2-Implantaten. Als Carrier wurde allogene, demineralisierte
Knochenmatrix, absorbierbarer Kollagenschwamm (ACS), Poly (D, L-Laktid-Co-Glykolid) Mikropartikel (PLGA) und autologe Knochenmatrix getestet. Die Unterkieferdefekte wurden
mit Stahlplatten fixiert, so dass die rhBMP-2/Carrier-Implantate einfach in den Defekt
appliziert werden konnten. Die kontralaterale Seite diente jeweils als Kontrollseite und wurde
nur mit autologer Knochenmatrix ohne rhBMP-2 versehen. Es folgten radiologische
Untersuchungen nach 3 und 6 Monaten. Bereits nach 2,5 Monaten konnten die Metallplatten
auf der mit rhBMP-2/Carrier-Implantat versorgten Seite entfernt werden. Hier erfolgte eine
funktionsstabile Defektrekonstrukion durch neu gebildeten Knochen. Auf der Kontrollseite
30
war eine Plattenentferung nicht möglich, da hier röntgenologisch nur eine geringe
Knochenbildung zu erkennen war. Die Auswertungen der Histologien ergaben, dass bei den
mit rhBMP-2 versehenen Defekten, neue mineralisierte Knochenmatrix gebildet wurde. Auf
der Kontrollseite fand sich mineralisiertes, fibröses Narbengewebe. TORIUMI konnte durch
diese Studie die Möglichkeiten zur Unterkieferrekonstruktion mittles rhBMP-2 nachweisen.
Auch LI et al. (1996) untersuchten diesen segmentalen Mandibuladefekt (3cm „critical-sized
defect“) wiederum bei Hunden. Jedoch mit verschiedenen Konzentrationen an rhBMP-2 bei
stets gleichem Carrier (ACS). Untersuchungen der Histologien nach 3, 5, 10, 14, 21, und 28
Tagen zeigten, dass bereits ab dem 5. Tag mineralisierende Knochenmatrix sichtbar war.
Sowohl der enchondrale als auch der intramembranöse Ossifikationsweg konnte
nachgewiesen werden. Bei höheren Konzentrationen von rhBMP-2 erkennbar war sogar eine
Tendenz zur intramembranösen Knochenbildung, also direkte Knochenbildung ohne
knorpelige Vorstufe erkennbar.
Die Arbeitsgruppe um BOYNE (1996) untersuchte die Abhängigkeit der Konzentration an
rhBMP-2 auf die Qualität des neu gebildeten Knochens bei Unterkieferdefekten des Affens
(segmentale Defekte von 2,2 cm, die auch mit Stahlplatten fixiert wurden). Sie verwendeten
dabei rhBMP-2/ACS-Implantate mit Konzentrationen von 0.2 bis 0.8 mg/ml. Bei allen
verwendeten Konzentrationen waren nach fünfmonatiger Einheilungsphase spongiöser und
kortikaler Knochen erkennbar. In der histomorphometrische Analyse ergaben sich keine
signifikanten
Unterschiede
in
der
mineralisierten
Knochenmatrix
(zwischen
den
unterschiedlichen Konzentrationen von rhBMP-2).
MAYER et al. (1996) arbeitete an einem Modell mit rhBMP-2/PLGA/autologem Blut
(rhBMP-2 0.2 mg/ml), PLGA/ autologem Blut und autologem Knochentransplantat zur
Defektdeckung an Kieferspalten bei Hunden. Nach vier Monaten wurden künstliche Defekte
anlgelegt und die Tiere erhielten rhBMP-2-Implantate mit einer Konzentration von 0.2
mg/ml. Es wurde jeweils ein Defekt als Kontrollseite angelegt, der unbehandelt blieb. Die
Einheilungsphase betrug zwei und vier Monate. Nach zwei Monaten war eine größere
Knochenbildung beim autologen Knochen festzustellen als bei den anderen Implantaten.
Nach vier Monaten jedoch waren keine Unterschiede zwischen dem autologen Transplantat
und dem rhBMP-2/PLGA/autologem Blut-Implantat mehr nachweisbar. Lediglich das
PLGA/autologe Blut-Implantat verzeichnete deutlich weniger Knochenbildung. MAYER
(1996) kam, aufgrund der guten Regeneration der unbehandelten Kontrollseiten, zu dem
Schluß, dass jenes Hundemodell zur Evaluation der Behandlungsmöglichkeiten von
31
Gaumenspalten eher ungeeignet ist. Untersuchungen an ähnlichen Modellen bei Affen
könnten hier bessere Rückschlüsse erlauben.
Die Arbeitsgruppe um BOYNE et al. (1998) befaßte sich mit dem gleichen Defektmodell
beim Rhesusaffen. BOYNE et al. (1998) versorgte die künstlich angelegten Defekte nach drei
Monaten mit rhBMP-2/ACS (rhBMP-2 0.4mg/ml) und verglich diese mit autogenem
spongiösem Knochen bzw. einem mit Kontrollösung (Buffer) und dem absorbierbaren
Kollagenschwamm (ACS) versehenem Implantat. Drei Monate später war bei den mit
rhBMP-2 versorgten Defektseiten deutlich mehr mineralsierte Knochenmatrix vorhanden als
bei den Defektseiten, die mit spongiösem Knochen bzw. mit ACS-Kollagenschwamm und
Buffer versehen wurden. Die geringste Knochenbildung zeigte der Kollagenschwamm mit
Buffer. BOYNE konnte in dieser Studie darlegen, dass rhBMP-2 mit dem Kollagenschwamm
als Carrier eine Alternative zu autologem, spongiösem Knochen bei der Deckung von
Gaumenspalten darstellt.
BARBOZA et al. (1999) untersuchten die Möglichkeit den Alveolarkamm bei Hunden zu
augmentieren, um somit die Voraussetzungen für eine mögliche enossale Implantatinsertion
zu schaffen. Nach der Extraktion der ersten vier Prämolaren in beiden Unterkieferhälften
reduzierte er den Alveolarkamm. Anschließend versorgte er diese Defekte alternierend mit
rhBMP-2/ACS
und
rhBMP-2/ACS/Hydroxylapatit
(HA-Implantaten,
OsteoGraf/LD)
(rhBMP-2 0.2mg/ml). Er verwendete also zusätzlich einen weiteren Carrier (HA), um so die
beiden Implantate direkt vergleichen zu können. Drei Monate nach der Implantation erfolgte
die histologische und histometrische Auswertung der augmentierten Alveolarkämme. Das
Ergebnis zeigte, dass der Augmentationserfolg mit rhBMP-2/ACS-Implantaten sehr gering
war (0.6 ± 0.7mm). An den Unterkieferhälften, bei denen mit rhBMP-2/ACS/HA augmentiert
wurde, war ein erheblich größerer Substanzgewinn zu verzeichnen (5.5 ± 1.6mm). Die
anschließende histomorphologische Betrachtung zeigte jedoch, dass die Hydrxylapatitpartikel
von narbigem Bindegewebe und Knochentrabekel umgeben waren und somit keine
ausreichende und geeignete Knochenqualität für die Verankerung enossaler Implantate
geschaffen wurde. Hier wurde erneut die bereits erwähnte Problematik der Hydroxylapatite
bestätigt. Des weiteren resümierte BARBOZA, dass ein rhBMP-2/ACS-Implantat zur
Alveolarkammaugmentation nicht geeignet bzw. nicht ausreichend ist.
NEVINS et al. (1996) befasste sich mit der Möglichkeit der Sinusbodenaugmentation bei
Ziegen mittels rhBMP-2/ACS-Implantaten (rhBMP-2 0.43ml/mg). Auch in diesem Modell
diente jeweils ein Sinus Maxillaris als Kontrollseite, in den ein Kollagenschwamm (ACS)
ohne rhBMP-2 (d.h. nur mit Buffer getränkt) implantiert wurde. Es folgte die
32
röngtenologische, computertomographische und histologische Untersuchung nach 1, 2, und 3
Monaten. Schon nach 1 Monat war in den Regionen, in denen rhBMP-2/ACS implantiert
wurde, neuer spongiöser Knochen vorhanden. In dem Kontrollsinus waren erst nach 2
Monaten
kleinere
Knocheninseln
erkennbar.
Im
wesentlichen
erfolgte
hier
eine
bindegewebige Einscheidung des Kontrollimplantats. Nach 3 Monaten war in den mit
rhBMP-2/ACS
augmentierten Sinusen dichterer spongiöser Knochen mit zahlreichen
Osteoblasten nachweisbar, was auf eine kontinuierliche Knochenneubildung hinweist. Durch
diese Studie konnte NEVINS darlegen, dass rhBMP-2/ACS-Implantate eine durchaus
akzeptable Alternative zu den herkömmlichen Knochentransplantaten für eine Augmentation
des Kieferhöhlenbodens darstellen.
HANISCH et al. (1997) testete an Affen die Möglichkeit der Sinusbodenaugmentation mittels
rhBMP-2. Durch die anschließende Insertion von enossalen Implantaten in den augmentierten
Bereichen erhofften sie sich, zusätzliche Informationen über die Implantatlagerfunktion des
neu induzierten Knochens zu erlangen. Hier wurden auch wieder Test- und Kontrollsinus
gebildet, die jeweils mit rhBMP-2/ACS (Konzentration rhBMP-2: 0.43 mg/ml) bzw.
ACS/Buffer versorgt wurden. Drei Monate nach Augmentation war in den Testsinusen
röngtenologisch ein deutlicher Knochenzuwachs gegenüber den Kontrollsinusen erkennbar.
Die histologische Auswertung nach 6 Monaten ergab einen deutlichen Knochenzuwachs in
den
Testsinusen
verglichen
mit
den
Kontrollsinusen
(6.0mm
gegenüber
2.6mm
Knochengewinn). Bezüglich der Knochendichte und Osseointegration (d.h. direkter Kontakt
zwischen Implantatoberfläche und Knochen) der Implantate waren zwischen dem neu
gebildetem Knochen und dem ortsständigen Knochen keine signifikanten Unterschiede
feststellbar. Somit konnte HANISCH in dieser Studie verdeutlichen, dass man mit rhBMP2/ACS-Implantaten zur Sinusbodenaugmentation einen deutlichen Knochengewinn erzielen
kann, der auch von ausreichender Qualität ist, um die erfolgreiche enossale Verankerung
enossaler Implantate zu ermöglichen.
ISHIKAWA et al. (1994) untersuchte die parodontale Regeneration an künstlich angelegten
dreiwandigen Knochentaschen bei Hunden mit rhBMP-2 (2mg/ml) und PGLA-Partikeln als
Carrier. Einen Monat nach der Implanation erfolgte die histologische Auswertung. Gegenüber
den Kontrolldefekten, welche gänzlich unbehandelt blieben und nur mit Mukoperiostlappen
wieder verschlossen wurden, war bei den mit rhBMP-2/PGLA behandelten Knochentaschen
deutlich mehr Knochen – und Zementregeneration sowie Neubildung von bindegewebartigem
Attachment zu beobachten als bei den Kontrolltaschen. ISHIKAWA konnte somit in seiner
33
Studie belegen, dass rhBMP-2 nicht nur die Knochenregeneration fördert sondern auch die
Regeneration von parodontalem Gewebe vebessern kann.
Im folgenden wird ein Defektmodell beschrieben, welches die Basis für die nächsten zitierten
Studien darstellt. WIKESJÖ et al. (1994) entwickelte ein supralveoläres Defektmodell, dass
als Grundlage zur Untersuchung der parodontalen Regeneration an Zähnen diente. Dabei wird
der Alveolarknochen im Bereich der Zähne ca. 5-6 mm apikal der ursprünglichen SchmelzZementgrenze chirurgisch entfernt. Es wird also ein kontinuiert horizontaler, vertikaler
Knochendefekt geschaffen. Die Zähne werden bis auf 1mm koronal der ursprünglichen
Schmelz-Zement-Grenze dekaptiert und vital amputiert. Dieses Modell bietet gute
Voraussetzungen zur klinischen Beobachtung von Knochen- und Zementregeneration, da es
ohne Behandlung und Manipulation dieser Defekte zu keiner restitutio ad integrum in den
Ursprungszustand nach Wundverschluß kommt („critical-size-defect“).
Dieses ursprünglich für die parodontale Regeneration vorgesehene Modell, wurde zum
supraalveolären- periimplantären Defektmodell weiter entwickelt. Nach der Extraktion der
Zähne (in der Regel die vier Prämolaren des Hundes in jeder Unterkieferhälfte) wird der
Alveolarkamm um 5-6mm reduziert. Direkt im Anschluß erfolgt die Insertion der Implantate
(in der Regel 10mm Implantate) in die Extraktionsalveolen. Die Implantate werden so gesetzt,
dass sie ca. 5mm im ortsständigen Knochen stehen (eine ausführliche Beschreibung des
Modells sowie der genauen Vorgehensweise erfolgt später unter 4.3.). Anhand dieses Modells
kann nun die Knochenregeneration mittels rhBMP-2 bei gleichzeitiger Implantation von
enossalen Implantaten untersucht werden.
Von SIGURDSSON et al. (1995) wurden die positiven Einflüsse auf die parodontale
Regeneration mit rhBMP-2 bei Untersuchungen am „critical-size supraalveolar periodontol
defect model“ bei Beaglehunden bestätigt. SIGURDSSON verwendete PLGA-Partikel und
autologes Blut als rhBMP-2-Carrier bei einer Konzentration von 0.2 mg/ml. Die
Kontrolldefekte wurden nur mit den Carriern, also ohne rhBMP-2 versorgt. Nach 2 Monaten
beobachtete er, neben der deutlich verbesserten Regeneration von Knochen, Zement und
bindegewebigem Attachment, eine verminderte Wurzelresorption bei den mit rhBMP-2
behandelten Defekten. Histologische Analysen des neuen Zements und Knochens ergaben
qualitative Unterschiede zum ortsständigen Gewebe, welche ihn veranlaßten, weitere Carrier
zu testen, um so die Ergebnisse zu verbessern.
Eine weitere Studie von SIGURDSSON et al. (1996) untersuchte am gleichen Modell die
parodontale Regeneration mittels verschiedener rhBMP-2 Carrier. Als Carrier benutzten sie
dieses Mal entmineralisierte Knochenmatrix (DBM), anorganische kristalline Knochenmatrix
34
vom Rind (BIO-OSS), einen absorbierbaren Kollageschwamm (ACS) vom Typ I
(Rinderkollagen), PLGA – Partikel sowie Polylaktin – Säuregranula bei einer rhBMP-2
Konzentration von 0.2mg/ml. Nach zwei Monaten erfolgte die histologische Untersuchung
der Defekte. Generell wurde auch hier bei allen rhBMP-2-Implantaten eine substantielle
Knochenregeneration
beobachtet.
Verschiedene
Parameter
der
Parodontalheilung,
einschließlich der Zementregeneration und Ankylose, zeigten jedoch erhebliche Unterschiede.
Unter diesem Gesichtspunkt ergaben DBM und BIO-OSS gute Ergebnisse als Carrier für
die rhBMP-2 gesteuerte Parodontalregeneration. Diese Studie zeigte, dass die Qualität des
Trägersystems
und
seine
Fähigkeit
der
Raumerhaltung,
die
Regeneration
von
Defektmodell
die
Alveolarknochen und parodontalem Attachment beeinflussen können.
SIGURDSSON
et
al.
(1997)
erforschten
am
periimplantären
Knochenregeneration und Osseointegration bei enossalen Implantaten. Dabei sei nochmals
darauf hingewiesen werden, dass man anhand dieses Modells Rückschlüsse über ein
essentielles Problem der modernen Implantologie gewinnen kann. Es gilt zu klären, ob es
möglich ist, bei unzureichendem Knochenangebot mit nur einem Eingriff den atrophierten
Kiefer erfolgreich und vorhersehbar mit rhBMP-2 zu augmentieren und gleichzeitig die
Insertion der enossalen Implantate durchzuführen. Diese Implantate sollten, nach einer
Einheilungsphase, so in den neu gebildeten Knochen osseointegriert werden, dass sie eine
erfolgreiche Grundlage für die später folgende prothetische Versorgung bilden.
Bei dieser Untersuchung wurden der bereits beschriebene Kollagenschwamm (ACS) bei einer
Konzentration von 0.43mg/ml rhBMP-2 als Carrier verwendet. Es wurden wieder Kontroll –
(nur ACS ohne rhBMP-2) und Testdefekte untersucht. Nach einer Einheilungsperiode von 4
Monaten kam es zur histometrischen Auswertung der Defekte. Die Höhe der
Knochenregeneration betrug 4.2 ± 1.0mm mit rhBMP-2 /ACS gegenüber 0.5 ± 0.3mm ohne
rhBMP-2 (ursprüngliche Defekthöhe jeweils ca. 5mm). Die regenerierte Knochenfläche lag
bei 6.1 ± 6.3mm bei rhBMP-2/ACS und bei 0.2 ± 0.2mm bei dem Kollagenschwamm. Die
Osseointegration der Implantate (Brånemark- Implantate) war im neu gebildeten Knochen in
der rhBMP-2/ACS- Gruppe mit
29.1 ± 9.8%
deutlich niedriger
als im nur mit dem
Kollagenschwamm augmentierten Knochen bzw. im ortständigen Knochen. Hier erreichten
die Implantate eine Osseointegration von 65.3 ± 15.3% und 68.1 ± 3.6%. Diese beiden
Osseointegrationswerte sollen jedoch nicht darüber hinweg täuschen, dass die Quantität der
Knochenregeneration in den Kontrolldefekten völlig unzureichend war. Vielmehr konnte
SIGURDSSON in dieser Studie verdeutlichen, welche Probleme und Fragen es bei der mit
rhBMP-2 gesteuerten periimplantären Knochenregeneration und Osseointegration von
35
Implantaten noch zu lösen gilt. Die Ergebnisse bestätigten die zuvor schon in verschiedenen
Experimenten erwähnte Feststellung, dass der verwendete Carrier einen erheblichen Einfluß
auf die Qualität (Osseointegration) des neu gebildeten Knochen hat. Diese Problematik soll
später noch einmal aufgegriffen werden, da hier einer der Hauptansatzpunkte und Ziele des
vorliegenden Experimentes liegt.
Bei einer weiteren Studie von SIGURDSSON et al. (1999) legte er bei Hunden beidseitig im
Unterkiefer supraalveoläre Defekte an (5mm „critical-size defect“), die anschließend mit
rhBMP-2/DBM/autologem Blut (rhBMP-2 0.2mg/ml) augmentiert wurden. Er verwendete
dafür einen Carrier aus demineralisierten, gefriergetrocknetem Knochen (DBM) und
autologem Blut. Nach 8 bzw. 16 Wochen wurden die enossalen Implantate in den
augmentierten Alveolarkamm eingebracht. Nach 6 Monaten erfolgte die histologische
Auswertung.
Die
Osseointegration
der
Implantate
erreichte
bei
beiden
Implantationszeitpunkten, ähnliche Werte von ca. 55%. Hinsichtlich der Knochendichte
bestanden keine signifikanten Unterschiede zwischen ortsständigem und neuem Knochen. Mit
dieser Studie zeigte SIGURDSSON, dass sein untersuchtes Carriersystem aus DBM und
autologem Blut mit rhBMP-2 geeignet ist, atrophierte Alveolarkämme zu augmentieren und
zusätzlich eine frühzeitige Implantation zulässt.
HANISCH
et
al.
(1997)
beschäftigte
sich
mit
der
Knochenregeneration
und
Reosseointegration von enossalen Implantaten bei periimplantären Defekten an Affen, die
durch eine Periimplantitis hervorgerufen wurden. Nach der Einheilung von Hydroxylapatit
beschichteten Implantaten (10mm Bio Vent, Fa. Dentsply, USA) legte er einen Monat und
nach Implantateröffnung Fäden um die Heilungsabutments. Es kam zur ungehinderten
Plaqueakkumulation für 11 Monate, mit dem Ergebnis, dass periimplantäre Defekte mit
deutlichem Knochenverlust
entstanden. Die so entstandenen Defekte wurden nun mit
rhBMP-2/ACS (rhBMP-2 0.43mg/ml) bzw. nur dem Kollagenschwamm (ACS) versorgt.
Nach weiteren 4 Monaten erfolgte die histologische Auswertung. Hier war die
Knochenregeneration bei den mit rhBMP-2 behandelten Defekten dreimal größer als bei den
Kontrolldefekten. Die Reosseointegration war mit 40.0 ± 11% deutlich höher als bei den
Kontrolldefekten, die Werte von 8.9 ± 7.8% erreichten. Dennoch lagen sie auch hier deutlich
unter den Werten, die im noch ungeschädigten ortsständigen Knochen erzielt wurden (69.5 ±
8.0%). In diesem eindrucksvollem Experiment ist es HANISCH anhand eines Affenmodells
gelungen, das Potential von rhBMP-2 zur Knochenregeneration und Reosseointegration bei
Periimplantitis-Defekten zu verdeutlichen und damit den Erhalt der Implantate zu
ermöglichen.
36
Die Idee rhBMP-2 in Kombination mit GBR einzusetzen führte COCHRAN et al. (1999) an.
COCHRAN et al. legten vier mm tiefe periimplantäre Defekte um enossale Implantate
beidseitig im Unterkiefer von Foxhounds an. Die Defekte wurden mit rhBMP-2/ACS
(rhBMP-2 0.2mg/ml) bzw. Buffer/ACS (Kontrolle) versorgt. Zusätzlich wurden pro
Behandlungsseite je eine Defekt mit einer ePTFE Membran (WL Gore & Associates, USA)
abgedeckt. So waren also die Voraussetzungen geschaffen, jeden der Defekte einmal mit
GBR und einmal ohne GBR im direkten Vergleich zu beobachten. Nach 4 bzw. 12 Wochen
zeigten die histologischen Ergebnisse eine deutlich verbesserte Knochenregeneration (47%
gegenüber 34%) und eine bessere Osseointegration der Implantate im neu entstandenen
Knochen (32% gegenüber 16%) bei den mit rhBMP-2 behandelten Defekten. COCHRAN
konnte
keine
signifikanten
Unterschiede
bezüglich
der
Knochenregeneration
und
Osseontegration zwischen den Defekten feststellen, die mit ePTFE-Membran bzw. ohne
Membran regenerierten. Es wurde auch hier wieder deutlich, dass zwar mit ACS als Carrier
eine erhebliche Knochenregeneration erzielt werden konnte, der Knochen jedoch nicht wieder
zu 100% sondern lediglich zu 47% regenerierte.
Die Arbeitsgruppe um JOVANOVIC et al. (1999) verglichen die Augmentation von
Alveolarkammdefekten mit rhBMP-2 jeweils mit GBR und ohne ePTFE-Membran. Es
wurden ebenfalls bei Hunden Alveolarkammdefekte von 15×10mm angelegt. Danach wurden
die Defekte wahlweise mit rhBMP-2/ACS und GBR, rhBMP-2/ACS, ACS/ Buffer und GBR
und ACS/Buffer augmentiert und nach 12 Wochen erfolgte die histologische Auswertung
(rhBMP-2 0.2mg/ml). In 44% der Fälle, in denen eine Membran verwendet wurde, kam es zur
Membranexposition, was zur Folge hatte, dass diese Fälle keine meßbaren Ergebnisse
hervorbrachten. Es waren keine Unterschiede in der Knochenregeneration, bei den mit
rhBMP-2/ACS behandelten Defekten, mit und ohne GBR zu erkennen. In beiden Fällen
wurden im Durchschnitt 101% Knochenregeneration (bezüglich der Defekthöhe) beobachtet
und 92% bei den Kontrolldefekten mit GBR, die keine Membranexposition hatten
(Kontrolldefekte ohne GBR 60%). Die Knochendichte betreffend waren ebenfalls keine
signifikanten Unterschiede zwischen rhBMP-2/ACS mit GBR und ohne GBR zu verzeichnen.
Die Ergebnisse zeigen, dass das rhBMP-2/ACS eine effektive Behandlungsmöglichkeit zur
Alveolarkammaugmentation ohne die Gefahr der Membranexposition bietet.
In beiden Studien konnte gezeigt werden, dass die Kombination von rhBMP-2/ACS mit GBR
keinerlei Vorteile mit sich bringt. Es kann sogar behauptet werden, dass die Gefahr der
Membranexposition nur ein unnötiges zusätzliches Risiko darstellt, welches den Erfolg der
Therapie gefährden kann.
37
Klinische Studien mit rhBMP-2:
Auf der Grundlage der Ergebnisse zahlreicher vorklinischer Studien, die die Möglichkeiten,
Eigenschaften
und
das
Potential
von
rhBMP-2
in
den
unterschiedlichsten
Anwendungsgebieten getestet hatten, galt es in den vorliegenden klinischen Studien die
Sicherheit von rhBMP-2 und die allgemeine klinische Durchführbarkeit zu überprüfen.
Weiterhin war das Ziel, die bestmögliche und dem Einsatzgebiet entsprechende
Applikationstechnik zu evaluieren.
Von BOYNE et al. (1997) wurde die Sinusbodenaugmentation mit rhBMP/ACS an 12
Patienten (rhBMP-2 0.4mg/ml) untersucht. Ziel war es, die Sicherheit und die
Durchführbarkeit der Sinusbodenaugmentation mittels rhBMP-2/ACS zu überprüfen. Alle
Patienten wurden auf Antikörper gegen rhBMP-2, bovines sowie humanes Kollagen getestet.
Da bei traten keinerlei Abwehrreaktionen auf, und es wurden weder Antikörper gegen
rhBMP-2 noch gegen menschliches Kollagen nachgewiesen. Lediglich bei einem Patienten
wurde ein erniedrigter Titer von Antikörpern gegen bovines Kollagen festgestellt. Nach vier
Monaten war bei allen Patienten radiologisch eine Knochenbildung zu erkennen. Zusätzlich
wurden nach der viermonatigen Einheilperiode zu verschiedenen Zeitpunkten enossale
Implantate inseriert. Somit verfügte man auch über mehrere Probebiopsien des neu gebildeten
Knochens zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Diese zeigten neu gebildete Knochenbalken in
den mit rhBMP-2/ACS augmentierten Bereichen. Bei genauerer Betrachtung mit
polarisiertem Licht, konnte man Gebiete der aktiven Knochenremodellation (durch aktive
Osteoblasten und Markräume) sowie Geflecht – und Lamellenknochen nachweisen.
Probebiopsien, die zu einem späteren Zeitpunkt entnommen wurden, waren durch
kompakteren Lamellenknochen charakterisiert. Keine der entnommenen Proben zeigte im
neuen Knochen verbliebenes Material des als Carrier benutzten Kollagenschwamms.
HOWELL et al. (1997) untersuchten die Alveolarkammaugmentation bzw. die mögliche
Vermeidung einer Atrophie nach Zahnextraktion. Hier galt es neben der Sicherheit und
Durchführbarkeit auch verschiedene Konzentrationen von rhBMP-2 zu testen. Insgesamt
nahmen 12 Patienten an dieser Studie teil. Bei jeweils 6 Personen wurden die
Extraktionsalveolen mit rhBMP-2/ACS (rhBMP-2 0.4 ml/mg) gefüllt, um so einer
Knochenatrophie entgegen zu wirken und eine schnellere Knochenregeneration zu
ermöglichen. Bei weiteren 6 Patienten wurden Alveolarkämme mit rhBM-2/ACS
augmentiert. Es wurde zwar jeweils die gleiche Konzentration an rhBMP-2 verwendet, doch
aufgrund der unterschiedlichen Defektgröße bei den einzelnen Patienten, wurden auch
verschiedenartig dimensionierte rhBMP-2-Implantate appliziert. Dies hatte zur Folge, dass die
38
verabreichte Gesamtdosis von rhBMP-2 variierte. Der Autor sah hier einen Zusammenhang
zwischen der Knochenhöhe bei der Alveolarkammaugmentation und der Gesamtdosis an
rhBMP-2. Ein weiteres Problem war in der Auswertung dieses Versuchs zu sehen, da die
Computertomographie die einzige Möglichkeit bot, den neu gebildeten Knochen bezüglich
exakter Knochenhöhe, – breite, und - dichte zu erfassen. Dennoch stellten die Autoren heraus,
dass das rhBMP-2/ACS-Implantat eine technisch durchführbare und sichere Möglichkeit ist,
Alveolarkämme zu augmentieren und es einen positiven Einfluß auf die Knochenregeneration
in Extraktionsalveolen hat. Letzteres gilt besonders hervorzuheben, da so bessere
Voraussetzungen für die Insertion von enossalen Implantaten erhalten und geschaffen werden
können.
Zum Abschluss sollen noch zwei Studien aus der Orthopädie vorgestellt werden, da auch in
diesem Fachgebiet mehrere klinische Tests durchgeführt wurden.
Die Arbeitsgruppe von SWIONTKOWSKI et al. (1997) befasste sich mit den
Heilungsmöglichkeiten von rhBMP-2/ACS bei offenen Tibiadiaphysenfrakturen, die eine
chirurgische Behandlung erforderten. Trotz der, in diesen Fällen notwendigen externen oder
intramedullären Fixation der Frakturen ist in den meisten Fällen noch zusätzlich ein
Knochentransplantat erforderlich, um eine Frakturheilung zu ermöglichen. In dieser Studie
wurde rhBMP-2/ACS (rhBMP-2 0.43ml/mg) anstelle eines Knochentransplantats eingesetzt.
Es stand auch hier der Sicherheitsaspekt von rhBMP-2 und die Durchführbarkeit im
Vordergrund dieser Studie. Serologische Untersuchungen über einen Zeitraum von 9
Monaten, zeigten lediglich bei zwei Patienten einen geringen Antikörpertiter gegen rhBMP-2,
der jedoch nicht mit irgendeinem klinischen Syndrom korrelierte. Nach vier Monaten zeigten
die Auswertungen keine Unterschiede in Kallusgröße und Knochenreifung zwischen den
Testpatienten und den Kontrollpatienten (autologes Knochentransplantat).
In der Arbeit von KARBOWSKI et al. (1997) wurde die Behandlung von nekrotischen
Hüftköpfen, die durch eine AVN (avaskuläre Nekrose) geschädigt waren, untersucht. Dabei
wurde rhBMP-2 und autologes Blut (rhBMP-2 0.1mg/ml) bei 41 Patienten verwendet. Mit
dieser Studie sollte gezeigt werden, dass bei einer Kombination von rhBMP-2/autologem
Blut in Symbiose mit der Markraumdekompression die Nekrose gestoppt sowie die
Gefäßneubildung gefördert wird und somit eine Hüftprothese vermieden werden kann.
SWIONTKOWSKI geht sogar noch einen Schritt weiter, indem er es für möglich erachtet,
dass nekrotischer Knochen durch neuen ersetzt wird. Bei der Markraumdekrompession wird
eine Bohrung in den nekrotischen Knochen vorgenommem. Dadurch erhofft man sich, eine
Revaskularisierung der geschädigten Knochenareale zu erzielen und so das Fortschreiten der
39
Erkrankung zu verhindern und zu verzögern. Das autologe Blut mit rhBMP-2 (10ml) wurde
nach der Markraumdekrompession ins Bohrloch appliziert. Magnetresonanztomographische
Untersuchungen nach vier Monaten zeigten, dass die nekrotischen Areale bei den mit rhBMP2 behandelten Patienten durchschnittlich um 34% abnahmen. In der Kontrollgruppe
(Markraumdekrompession ohne rhBMP-2) war dagegen eine Zunahme des nekrotischen
Knochens von 28% zu beobachten. Das bei einem Patienten auftretende, unerwünschte
heterotope Knochenwachstum (ausgehend von der Bohrung, an der das rhBMP-2 appliziert
wurde) führt der Autor auf den verwendeten Carrier zurück. Er kommt zu der
Schlußfolgerung, dass rhBMP-2 durchaus Alternativen zur Markraumdekompression bei der
Behandlung von AVN bietet, es jedoch dabei eines anderen Carriers und einer anderen
Markraumdekompressionstechnik (Wozney 1999).
2.4.9. Sicherheit von rhBMP-2:
Mit dem augenblicklichen Wissensstand fungiert rhBMP-2 eher als Differenzierungsfaktor
denn als Wachstumsfaktor. Damit stellen sich einige Fragen bezüglich der Sicherheit von
rhBMP-2 und dessen Anwendung. Da im Augenblick rhBMP-2 in vielen Fällen in
Kombination mit dem absorbierbaren Kollagenschwamm vom Typ I eingesetzt wird, wurden
beide Komponenten gemeinsam auf Ihre Sicherheit und Durchführbarkeit untersucht. Ferner
wurde rhBMP-2 isoliert (ohne jeden Carrier) erforscht. Die Fragestellungen waren hier ob es
außer dem ektopischen Knochenwachstum andere, evt. neoplastische Veränderungen
induziert oder teratogene und toxikologischen Auswirkungen auf den Organismus gibt.
Im Hinblick auf diese Fragestellungen wurden unterschiedliche Konzentrationen, die zum
Teil ein vielfaches über dem der medizinisch verabreichten Dosis lagen, in den verschiedenen
vorklinischen Studien bei Ratten und Hunden untersucht. Es wurden Konzentrationen von
0.016 bis 0.16 mg/Kg (Kg für Körpergewicht) als Tagesdosierungen über einen Zeitraum von
28 Tagen intravenös verabreicht. Alternativ wurden Konzentrationen von bis zu 5.3mg/Kg als
Einmaldosis ebenfalls intravenös appliziert. In allen Fällen war nur das bekannte Phänomen
der ektopischen Knocheninduktion an der Implantationsstelle zu beobachten. Die
serologischen Untersuchungen, Urinproben, Blutdruckmessungen sowie die Überprüfungen
des Gewichts der Tiere ergaben keinerlei Auffälligkeiten, die auf rhBMP-2 zurück zu führen
waren. Ebenfalls zeigten diese Versuche keine Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit und
embryonale Entwicklung der Tiere (WOZNEY, 1998).
40
In
den
oben
aufgeführten
vorklinischen
Untersuchungen
traten
ebenfalls
keine
Komplikationen (z.B. ektopisches Knochenwachstum an anderen Stellen im Körper) auf, die
als Folgen der Behandlung mit rhBMP-2 anzusehen waren. Auch für Studien, die sich über
einen längeren Beobachtungszeitraum erstreckten zeigten sich diese Ergebnisse.
Ferner sollte evaluiert werden, welche Auswirkungen rhBMP-2 auf Tumorzellen und
verschiedene Osteosarkome hat.
Die Gruppe um SODA et al. (1998) untersuchte diese Auswirkungen an mehreren Zellreihen
und Tumorzellen von Osteosarkomen auf speziellen Nährböden in vitro. Es zeigte sich, dass
in all ihren Versuchen weder substantiellen Zellmutationen, bzw. auffällige Zunahmen der
Zellproliferation und –größe noch ein beschleunigtes oder gehemmtes Tumorwachstum zu
verzeichnen war. Sie bekräftigten mit ihren Resultaten die schon hinlänglich bekannte These,
dass rhBMP-2 eher ein Differenzierungsfaktor ist und weniger das Wachstum von Zellen und
Tumoren beeinflußt.
In pharmakologischen Studien wurde die Resorption, der Metabolismus und die möglichen
toxikologischen Auswirkungen auf den Organismus untersucht. Die Gruppe um WOZNEY
(1998) berichtet in ihren Untersuchungen, dass es über die Leber und dem
retikuloendothelialem System zum raschen Abbau von rhBMP-2 kommt. Die Halbwertzeit
von rhBMP-2 beträgt hierbei nur 7 Minuten. Natürlich ist immer zu bedenken, dass der
Abbau von rhBMP-2 (laut WOZNEY) bei Implantation mit einem ACS- Kollagenschwamm
auch von einer Reihe anderer Faktoren, wie z. B. der Implantatgröße und der Durchblutung
des Gebiets abhängig ist. In den bisherigen orthotopen und ektopischen Implantatstudien bei
Ratten und Kaninchen mit rhBMP-2/ACS konnte durchschnittlich eine Verweildauer für
rhBMP-2 von 3 - 7 Tagen im Carrier nachgewiesen werden. Dies zeigt, dass es zu einer
relativ langsamen Freisetzung von rhBMP-2 aus dem ACS- Kollagenschwamm und einem
raschen Abbau nach Freisetzung über die Leber und dem retikuloendothelialem System
kommt. Diese beiden entscheidenen Punkte, zum einen die lange Verweildauer im Implantat
einerseits und dem sofortigen Abbau andererseits, führen dazu, dass es zu einer sehr geringen
systemischen Konzentration von rhBMP-2 kommt. Er sieht diese systemische Konzentration
bei maximal 0,1% der insgesamt implantierten Dosis.
Bei den klinischen Tests standen mehr der Sicherheitsaspekt und die allgemeine
Durchführbarkeit im Vordergrund, schließlich waren die knocheninduktiven Eigenschaften
von rhBMP-2 und dessen Wirkungsprinzip schon als weitgehend erforscht galten und in der
Vergangenheit in zahlreichen vorklinischen Experimenten Gegenstand der Untersuchung
waren. Dennoch zeigten sich in einigen erwähnten klinischen Studien Auffälligkeiten und
41
Probleme, die um ein gewisses Mass an Sicherheit von rhBMP-2 beim Menschen zu
gewährleisten, weiter untersucht bzw. beobachtet werden sollten. Bei zwei Patienten wurden
z. B. Antikörper gegen rhBMP-2 (SWIONTKOWSKI et al., 1997) sowie gegen den
verwendeten Carrier, dem ACS-Kollagenschwamm (BOYNE et al., 1997), bei serologischen
Untersuchungen festgestellt. Die Arbeitsgruppe um HOWELL et al. (1997) beobachteten in
ihrem klinischen Versuch zwar keine serologischen Auffälligkeiten, jedoch wiesen sie auf das
bis dahin aus mehreren Tierversuchen bekannte Phänomen der Konzentrationsabhängigkeit
von rhBMP-2 hin. HOWELL et al. (1997) sah einen Zusammenhang zwischen der
augmentierten
Knochenhöhe
und
der
verabreichten
Gesamtmenge
von
rhBMP-2.
KARBOWSKI et al. (1997) führten das bei einem Patienten aufgetretene, unerwünschte
Knochenwachstum bei der Therapie der Markraumdekompression mit rhBMP-2 auf den
Carrier (autologes Blut) zurück. Sie sahen hier keinen Zusammenhang zwischen der
verabreichten Dosis und dem unerwünschten Knochenwachstum.
Mit dem augenblicklichem Wissensstand in den unterschiedlichen Anwendungsgebieten muss
eindeutig gesagt werden, dass weitere klinische Tests notwendig sind, um einen breiten
klinischen Einsatz von rhBMP-2 mit ausreichender Sicherheit für den Patienten zu
ermöglichen. Die dabei hauptsächlich zu klärenden Fragen sind weiterhin die Applikation und
den damit verbundenen bestmöglichen Carrier, sowie die geeignete Konzentration von
rhBMP-2 unter Berücksichtigung vom jeweiligem Einsatzgebiet.
42
2.5. Gesteuerte Knochenregeneration „GBR“:
Nachdem mit dem Behandlungskonzept der gesteuerten Geweberegeneration in der
Parodontologie erste voraussagbare Erfolge erzielt worden waren, zeigten die Arbeitsgruppen
um DAHLIN und NYMAN in tierexperimentellen Studien die Gültigkeit dieses biologischen
Prinzips auch für die Lenkung der Regeneration in isolierten Knochendefekten (DAHLIN et
al. 1988, 1990; NYMAN 1991; NYMAN et al. 1992). Für die membrangeschützte knöcherne
Regeneration hat sich im Sprachgebrauch der Literatur der Begriff „gesteuerte
Knochenregeneration“ („Guided Bone Regeneration“; GBR-Technik) durchgesetzt. Diese
Begriffsbezeichnung beschreibt die Ziele der Membrananwendung, im Besonderen im
Rahmen
der
enossalen
Implantologie,
präziser
als
der
Begriff
„gesteuerte
Geweberegeneration“, der für die Belange der Parodontologie vorbehalten sein sollte
(BUSER et al. 1993).
SPIEKERMANN (1995) definiert die gesteuerte Knochenregeneration als „knöchernregenerative
(Wieder-)Auffüllung
von
Knochendefekten
unter
Verwendung
von
Wiederaufbau
des
Membranen“.
Ziel
der
gesteuerten
Knochenregeneration
ist
der
knöcherne
Alveolarkammes bei defizitärem Knochenangebot oder zur knöchernen Heilung von
lokalisierten Defekten vor oder in Verbindung mit einer enossalen Implantation
(NEUENDORF 2000). Schließlich ist ein ausreichendes Volumen gesunder Knochensubstanz
eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Langzeitprognose eines enossalen,
osteointegrierten Implantates. In den letzten Jahren wurden hierzu Techniken entwickelt, die
bei mangelndem Knochenangebot mittels Membranapplikation und/oder Einbringung von
verschiedenen Knochenersatzmaterialien eine zusätzliche Knochenbildung ermöglichen
(GBR). Aufbauend auf den Erfahrungen mit der „guided tissue regeneration (GTR)“ zur
Regeneration des Zahnhalteapparates bei fortgeschrittener Parodontitis marginalis, wurden
Ende der 80’er beziehungsweise Anfang der 90’er Jahre auch experimentelle Studien zur
Regeneration von Knochendefekten durchgeführt (BUSER et al. 1990, DAHLIN et al. 1988,
1991, 1992, FLORES-DE-JACOBY et al. 1992, JOVANOVIC et al. 1992, SCHALLHORN
et al. 1998). Eine bioinerte Membran wird dabei als physikalische Barriere so appliziert, dass
die Membran einen Hohlraum zum Knochen bildet und im Randbereich des Knochendefektes
einen direkten Kontakt zur Knochenoberfläche aufweist. Dadurch werden schnell wachsende
Zellen des bedeckenden Weichgewebes an der Proliferation in den Defekt hinein gehindert,
und nur die sich langsam vermehrenden gefäß- und knochenbildenden Zellen erhalten
43
Zugang. Voraussetzung für diese GBR („guided bone regeneration“) ist die Applikation
einer Membran und die Schaffung eines Hohlraumes, der durch den Knochen aufgefüllt
werden soll. Die klinische Anwendung der GBR konzentriert sich hauptsächlich auf die
präimplantologische
Rekonstruktion
von
Knochendefekten
oder
Vergrößerung
des
Knochenlagers bei zu geringem Knochenangebot.
Es stellt sich dann öfters die Frage ob eine resorbierbare oder eine nichtresorbierbare
Membranen zum Einsatz kommen soll. Inzwischen hat man sehr gute Erfahrungen vor allem
mit resorbierbaren Membranen gemacht. Im Vergleich zu den nichtresorbierbaren
Membranen besitzen sie den Vorteil, dass zum einen ein zweiter operativer Eingriff mit zum
Teil großflächiger Eröffnung des Defektes (Membranentfernung) vermieden werden kann,
was ansonsten bei dem nicht voll ausgebildetem Neoosseoid mit reaktiven Verlusten
einhergehen kann. Zum anderen kann es bei partieller Exposition nichtresorbierbarer
Membranen zu bakteriellen Kriechinfektionen kommen.
Grundsätzlich unterscheidet man zwei Typen von resorbierbaren Membranen. Zum einen sind
das die synthetischen Polymere wie Polyglykolide, Polylactide und Polydioxanon (zum
Beispiel Membranen wie Vicryl, Ethicon; Gore Resolut XT, Gore & Associates; PDS,
Ethicon), zum anderen die xenogenen Kollagene (zum Beispiel Bioguide, Geistlich). Der
Abbau der Membranen in kleine Fragmente, die dem Stoffwechsel zugeführt werden, erfolgt
im ersten Fall durch Hydrolyse (Abbauprodukte sind in der Regel Milch- und Glykolsäure;
bzw. über den Citratzyklus dann der weitere Abbau zu Kohlendioxid und Wasser) und im
zweiten Fall durch Proteasen und Kollagenasen (Aminosäuren als Abbauprodukt)
(WILTFANG et al. 1997). Allgemein ist es wichtig, dass bei den resorbierbaren Membranen
die Abbauprodukte nicht toxisch sind. Weiterhin sollte keine immunologische Reaktion
auftreten, was gerade für die xenogenen Materialien zu beachten ist, und die Resorptionszeit
sollte bei zirka sechs Monaten liegen, um eine entsprechend lange Regenerationszeit des
Knochengewebes zu ermöglichen. Oft kann es notwendig werden, die Membran mittels
spezieller Fixationsschrauben oder -nägel in situ zu befestigen. Auch hier gibt es wieder
nichtresorbierbare, hauptsächlich aus Reintitan bestehende Systeme (zum Beispiel Memfix,
Straumann; Frios-Pins, Friatec) und resorbierbare Systeme (ResorPin, Geistlich; LeadFix,
Calcitek). In der Regel werden im Knochen an der gewünschten Lokalisation Vorbohrungen
angebracht, in die dann die Schrauben beziehungsweise Nägel eingebracht werden. Speziell
beim Memfix-System gibt es noch Distanzschrauben, mit denen die Membran wie ein Zelt
von der Defektoberfläche abgehalten werden kann, um einen genügend großen Hohlraum für
die Knochenregeneration zu schaffen.
44
Prognostischen Einfluss auf den Erfolg einer GBR haben auf jeden Fall die Lokalisation und
die Größe des Defektes. SCHLEGEL hat hierzu eine Einteilung durchgeführt, die sich an die
in
der
Parodontologie
definierten
Klassen
(ein-,
zwei-,
drei-
und
vierwandige
Knochendefekte, I bis IV. anlehnt und die um vier weitere Implantatspezifische Klassen
erweitert wurde: Klasse V: einseitiges Freiliegen des Implantates durch schmalen,
spitzgiebligen Kieferkamm; Klasse Va: einseitiges Freiliegen von mehr als 50% der
Implantatlänge infolge eines spitzgiebligen Kieferkammes; Klasse VI: Freiliegen des
Implantates im apikalen Bereich, wobei zervikal eine Knochenbrücke vorhanden ist; Klasse
VII: zirkuläres Freiliegen des Implantates im gesamten zervikalen Bereich. Außerdem
unterscheidet
man
zwischen
raumbereitstellenden
Defekten,
bei
denen
nach
der
Membranapplikation ein Einsinken aufgrund der vorhandenen Knochenwandmorphologie
primär vermieden wird, und nicht raumbereitstellenden Defekten, bei denen eine alleinige
Membraninsertion nicht zu einer Hohlraumschaffung führt. Bei den Klassen I bis IV kann
man davon ausgehen, dass die Situation prognostisch den günstigsten Einfluss hat und eine
Angiogenese mit darauffolgender Osseoneogenese von mehreren Seiten in den Defekt
erfolgen kann. Bei den Klassen V bis VII ist eine Regenerationsmöglichkeit nur noch
höchstens von zwei Seiten möglich und, da es sich primär um nicht raumbereitstellende
Defekte handelt, ist der zusätzliche Einsatz eines Platzhalters (Spacers) notwendig
(SCHLEGEL et al. 2000).
Von entscheidener Bedeutung ist hier die Frage ob man ein ein- oder zweizeitiges Vorgehen
wählt. Damit verbunden ist auch die Frage, ob man die einzeitige Vorgehensweise
(Implantatinsertion und GBR gleichzeitig) oder die zweizeitige Vorgehensweise (zuerst GBR
und nach Ausheilung Implantatinsertion) wählen soll. Da mit dem Implantat auch eine
Barriere in den Defekt eingebracht wird, die die mögliche aktive Knochenoberfläche zur
Regeneration verringert, ist in den Klassen V bis VII eher ein zweizeitiges Vorgehen sinnvoll,
während in den Klassen I bis IV ein einzeitiges Vorgehen keine negative Beeinflussung
darstellt. Insgesamt ist es jedoch wichtig darauf hinzuweisen, dass sowohl für die
raumbereitstellenden als auch für die nicht raumbereitstellenden Defekte bei der einzeitigen
Vorgehensweise eine ausreichende Primärstabilität des Implantates im Knochen unabdingbare
Voraussetzung ist. Die Erfolgsprognose bei der GBR hängt außerdem von einem möglichst
dichten Weichteilverschluss post operationem ab, da Penetrationsstellen potentielle
Eintrittspforten für Keime mit entsprechenden Entzündungsreaktionen darstellen können.
Auch bei der Verwendung transgingivaler Systeme (zum Beispiel ITI, Straumann) ist daran
45
zu denken, dass eine Öffnung zur Mundhöhle hin gegeben ist. In diesen Fällen ist manchmal,
abweichend vom Standardprotokoll, eine subgingivale Plazierung des Implantates zu
favorisieren. Ähnliche Probleme treten auch bei der Behandlung der Periimplantitis auf. Hier
ist es oftmals möglich, durch Entfernung der Suprastruktur ein geschlossenes Kompartiment
zu schaffen, das ungestört von den Keimen in der Mundhöhle ausheilen kann.
Die Auffüllung des Hohlraumes bei nicht raumbereitstellenden Defekten kann mit
unterschiedlichen Knochenersatzmaterialien erfolgen. Bewährt hat sich hauptsächlich die
Verwendung von autologem Knochen, da er die größte osteogenetische Potenz besitzt. Bei
kleinen Defekten können lokal in der Nähe des Defektes Knochenchips beziehungsweise späne entnommen oder bei der Bohrung des Implantatloches die Knochenspäne gesammelt
werden. Bei größerem Materialbedarf bieten sich die Regio interforaminalis (Kinn), der
retromolare Bereich und unter Umständen auch der Tuberbereich des Oberkiefers an. Bei der
Verwendung von autogenem Knochen als Spacer sollte eine präoperative Antibiose obligat
sein, da nach Entnahme des Knochens eine Diffusion erst nach erneuter Gefäßversorgung,
beziehungsweise Substitution des Transferknochens erfolgt.
Bei den augmentativen Verfahren ist die Phase der Einheilung sehr stark von den
individuellen
Begebenheiten
wie
Ausgangssituation,
patientenspezifischer
Trophik,
Geschlecht, Alter und so weiter abhängig. Als Richtlinie wird ein Zeitraum von sechs
Monaten genannt. Die Aufgabe zukünftiger Forschungen wird sein, die Resorptionszeiten der
Membranen exakter einzustellen und die Membran mit einer zusätzlichen osteoinduktiven
Kapazität zu versehen, um die Erfolgsquoten der GBR noch weiter zu verbessern. Auf die
Frage nach der besten Zeit für die Membranresorption konnte bisher keine Antwort gegeben
werden (ASLAN et al. 2004; NISHIMURA et al. 2004).
MINABE (1991) postuliert, dass die kritische Periode für die Aufrechterhaltung der
Membranstruktur in vivo 3-4 Wochen ist.
46
2.6.
Sofotbelastung (immediate loading) dentaler Implantate
Da es bei transgingival-einheilenden Implantaten durch Zungenbewegungen, Nahrungsreste
und Muskelbewegungen (z.B. Bukinatortasche im Seitenzahnbereich) zu Mikrobewegungen
des Implantaes kommen kann, muß in dieser Studie auf das Phänomen der Sofortbelastung
eingegangen werden (LORENZONI et al. 2003). Auch die Tatsache das auf den Abutments
der Implantate okklusal Impressionen der Antagonisten, Nahrungsbestandteile oder Stöcke
beim Spielen zu erkennen waren, unterstützt die These das es zu Sofortbelastungen bei
transgingivalen Implantaten kommt bzw. kommen kann.
Von einer Sofortbelastung dentaler Implantate kann gesprochen werden, wenn innerhalb von
24 Stunden nach Implantatinsertion eine provisorische Krone, Brücke oder abnehmbarer
Zahnersatz mit Verbindungselementen (z. B. Steg) auf den Implantaten prothetisch verankert
wird. Heutzutage sind im Hinblick auf eine direkte knöcherne Adaptation weitere Aspekte
wie die Kontrolle der Mikrobewegung (so genannte Mikromotion, s. o.) für eine
Sofortbelastung von entscheidender Bedeutung (BRUNSKI et al. 2000, PILLIAR 1991,
1995). Diverse Studien beschäftigten sich damit wieviel Mikrobeweglichkeit toleriert werden
kann, bevor es zu einem fibrösen Inerface statt eines knöchernen kommt (CAMERON et al.
1973, PILIAR et al. 1995, SOBALLE et al. 1992, SOBALLE et al. 1993). BRUNSKI et al.
(2000) sah eine Toleranzschwelle von ca. 100 µm, die bei der Implantation nicht überschritten
werden durfte.
BRÅNEMARKS chirurgisches Protokoll schrieb ein zweizeitiges Vorgehen vor: primär die
geschlossene chirurgische Einheilung (drei bis sechs Monate), nach Freilegungsoperation und
Ausheilung der Weichgewebe (vier bis sechs Wochen) erfolgt dann die prothetische
Abdrucknahme und die Eingliederung des entsprechenden prothetischen Ersatzes. Dabei
waren Behandlungszeiten von vier bis acht Monaten notwendig (BRÅNEMARK 1977).
Die heutige Implantologie befindet sich in dieser Hinsicht in einem deutlichen Wandel. Das
praktizierte individuelle Konzept sieht wie folgt aus:
•
Bei zahnlosen Kiefern fertigt der Prothetiker im Vorfeld eine Totalprothese nach
zentrischen Gesichtspunkten an. Ein Duplikat der Prothese dient als OP-Schablone.
•
In der OP werden die Implantate in prothetisch optimaler Position eingebracht.
•
Die Totalprothese wird dann als festsitzendes Provisorium (6 bis 8 Std.) oder als
definitive Brücke mit Goldgerüst (ca. 18 Std.) umgearbeitet und sofort eingegliedert.
47
Risiken und forensische Aspekte:
Die Folgen einer fehlerhaften Implantatbehandlung können neben fibröser Einheilung der
Implantate
und
damit
ungünstige
Implantatprognose
bzw.
Implantatverlust
auch
osteomyelitische Abbauprozesse sein. Die Sofortrestauration in der Implantologie stellt für
die tägliche allgemeinzahnärztliche Praxis eine noch nicht anerkannte Behandlungsmethode
dar. Zurückhaltung ist geboten. Neben den oben angeführten Risiken und medizinischen
Konsequenzen ist daher eine umfangreiche implantat-chirurgische Spezialausbildung, strikte
Indikationsstellung, prothetische Präzision, spezielle forensische Dokumentation und die
chirurgische Beherrschung eventueller Komplikationen absolute Grundvoraussetzung.
Indikation und Kontraindikation:
Sowohl klinische (DRAGO et al. 2004, DEGIDI et al. 2003 und 2004, CASTELLON et al.
2004, DA CUNHA et al. 2004, LAZZARA et al. 2004, TESTORI et al. 2004, NIKELLIS et
al. 2004, LORENZONI et al. 2004, COLANDRIELLO et al. 2004, BUCHS et al. 2004,
ERRICSSON et al. 2003, SCHROEDER et al. 1983, LEDERMANN et al. 2000,
BABBUSCH et al. 1986, SCHNITMAN et al. 1990, DIETRICH et al. 1993,
SPIEKERMANN et al. 1991, BALSHI et al. 1997, CHIAPASCO et al. 1997, SCHNITMAN
et al. 1997, TARNOW et al. 1997, RANDOW et al. 1999) als auch experimentelle Studien
(YUKNA et al. 2003, LUM et al. 1991, PIATTELLI et al. 1997 und 1998). demonstrierten,
dass eine Sofortrestauration auf Implantaten praktisch durchführbar ist und auch zur
knöchernen Integration führt. LEDERMANN zeigte bereits 1986 die erfolgreiche
Implantation mit vier interforaminären Implantaten und stegverankerten Prothesen innerhalb
von 24 Stunden. Andererseits warnten andere Autoren (ALBREKTSSON et al. 2000, LUM et
al. 1991, BRUNSKI et al. 1979, AKAGAWA et al. 1993, SAGARA et al. 1990) vor einer
Sofort- bzw. frühzeitigen Belastung; dies würde zur fibrösen Einscheidung der Implantate und
damit zu einer ungünstigen Implantatprognose führen (HANISCH et al. 2000).
Die Studien von LEDERMANN et al. (2000), SCHNITMAN et al. (1990), TARNOW et al.
(1997), BALSHI et al. (1997), RANDOW et al. (1999), CHIAPASCO et al. (1997),
PIATTELLI et al. (1997 und 1998), SALAMA et al. (1998), LEVINE et al. (1998), HENRY
et al. (1993 und 1997) und LINKOW et al. (1996 und 1998) erfolgten an zahnlosen bzw.
teilbezahnten Kiefern, d. h. mit direkter prothetischer Verblockung (Stabilisierung) mehrerer
Implantate durch Stege bzw. Brücken (polygonale Versteifung).
48
Das Konzept der Sofortbelastung bei Einzelzahnimplantaten ist dagegen wissenschaftlich
bisher wenig untersucht und daher äußerst kritisch zu bewerten. Ebenso spricht ein
gleichzeitiger Knochenaufbau, Bruxismus und Rauchen gegen eine Sofortbelastung.
Wichtigstes Erfolgskriterium ist, dass die Mikrobewegung innerhalb eines biologisch zu
tolerierenden Bereichs liegen muss, um eine Osseointegration der Implantate zu ermöglichen.
BRUNSKI et al. (2000) legten dabei eine Toleranzschwelle von ca. 100 µm fest, die während
der Einheilungszeit nicht überschritten werden darf. Kommt es doch zu einer
Relativbewegung zwischen Implantat und Knochen führt dies zu bindegewebiger
Einscheidung und damit zum Implantatverlust Klinisch ist daher die dauerhafte
Primärstabilität von Implantaten und deren kritische Einschätzung durch den Chirurgen von
entscheidender Bedeutung (LEDERMANN, HARTMANN 2000, WOLF 2000). Dies gilt
besonders für die Sofortbelastung von Einzelzahnimplantaten, da diese nicht durch eine
Suprakonstruktion- wie bei der Sofortbelastung von multiplen Implantaten- stabilisiert
werden können (HANISCH et al. 2000).
Klinische Faktoren für eine Sofortbelastung:
Analog der modernen Orthopädie spielt die Aufrechterhaltung der Primärstabilität unter
funktioneller Belastung eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Osseointegration. Eine
erhöhte Knochendichte nach drei bis sechs Monaten an sofort belasteten Implantaten im
Vergleich zur unbelasteten Einheilung konnte nachgewiesen werden (PIATTELLI et al. 1997
und 1998, TARNOW et al. 1997).
Über das Prinzip der polygonalen Versteifung kann die Primärstabilität bei entsprechend
präziser Umsetzung des Provisoriums langfristig aufrechterhalten werden. Im Allgemeinen
hängt dies von mehreren Faktoren ab, die vor der Sofortbelastung geklärt werden sollten:
Zum einen die Knochenqualität und Quantität. Studien über sofort (SCHNITMAN et al. 1997,
TARNOW et al. 1997) und verzögert (BAHAT 1993, HENRY et al. 1993) belastete
Implantate zeigten, dass kürzere Implantate (7mm) ein höheres Risiko für einen Misserfolg
aufweisen als längere (10-15 mm). Deshalb sollten bei einer geplanten Sofortbelastung
möglichst lange Implantate inseriert werden (HANISCH et al. 2000).
Weiterhin ist das Implantatdesign und die Beschaffenheit der Implantatoberfläche
(Mikromorphologie), insbesondere während der Einheilphase, von großer Bedeutung.
Angeraute Titanoberflächen führen nicht nur zu einer schnelleren Knochenapposition
(KIRSCH et al. 1984), sondern zeigen auch ein höheres Ausdrehmoment als gedrehte
49
Titanimplantate auf (BUSER et al.1991 und 1999, CARR et al. 1997). Aufgrund dieser
Ergebnisse kann man sagen, dass gerade Titanimplantate mit einer Titan-PlasmaSpritzbeschichtung (TPS) oder mit sandgestrahlten und säuregeätzten Oberflächen (SLA) zur
Sofortimplantation zu empfehlen sind, um eine schnellere und qualitativ höhere Verankerung
im Knochen zu erreichen.
Liegen periimplantäre Knochendefekte vor, so kann dies die Sofortimplantation von
Implantaten erschweren. Zum einen kann beim Vorliegen von Dehiszenz- und/ oder
Fenestrationsdefekten eine ausreichende Primärstabilität nur bedingt erreicht werden, zum
anderen ist die Regeneration dieser Defekttypen bei ungedeckten Implantaten problematisch.
Dies wurde von HENRY et al. (1997) in seiner Studie bestätigt. HENRY et al. (1997)
untersuchte experimentell die Rekonstruktion von Dehiszenzdefekten bei ungedeckten
Implantaten. Die Ergebnisse der Studie lassen die Schlußfolgerung zu, dass Dehiszenz- und/
oder
Fenestrationsdefekte
eine
Kontraindikation
für
die
Sofortbelastung
von
Einzelimplantaten darstellen. Dieser Punkt wurde in der Planung unserer Studie mit auf
gegriffen und durch die bukkal angelegten Defekte eingebaut um beobachtet und analysiert zu
werden.
Die Okklusion gilt als kritischer Faktor für die Erhaltung der Primärstabilität von
sofortbelasteten Einzelzahnimplantaten, da diese im Vergleich zur Sofortbelastung von
multiplen Implantaten nicht durch eine Suprakonstruktion stabilisiert werden können.
(HANISCH et al. 2000). Bisher ging man davon aus, dass auf den provisorischen oder
definitiven Kronen sofortbelasteter Implantate, okklusale Kontakte in IKP und bei Protrusion/Lateralbewegungen beseitigt werden sollten, wenn nicht sogar müssen. Dies führte u.a. zu
der Zielsetzung unserer Arbeit in der gerade okklusale Kontakte beobachtet und analysiert
werden sollen.
Zusammenfassende Wertung:
Sofortbelastung funktioniert, wenn optimale Voraussetzungen vorgefunden werden.
Diese sind:
•
optimale Knochenquantität (nicht in Verbindung mit Augmentationstechniken zur
Defektdeckung)
•
optimale Knochendichte
50
•
optimaler Makroverbund, der weniger durch Mikrointerlocking (Oberfläche) als
vielmehr
durch Makrointerlocking der Implantatform (Zylinder, Schraube,
Gewindegeometrie,
•
Implantatlänge (über 14 mm)) gewährleistet wird
prothetische Behandlungskonzepte mit primärer Verblockung zeitnah zur Implantation
bei herausnehmbaren Zahnersatz und fehlenden antagonistischem Kontakt in Zentrik
und Dynamik bei festsitzenden Zahnersatz
•
erfahrener Implantologe der sicher einzuschätzen vermag, wann die lokalen
Voraussetzungen gegeben sind und mit atraumatischer OP-Technik eine perfekte
Kongruenz zwischen Implantat und Implantatbett sicherstellt
•
hohe Bioqualität (bioreaktiv, bioinert, biotoleriert) und Oberfläche des Implantates
hohe
Knochenstoffwechselaktivität,
die,
wie
später
behandelt
wird,
auch
medikamentös und operativ iatrogen beeinflußt werden kann
•
der kooperative Patient, der zumindest für den extrem kritisch zu beurteilenden
sofortbelasteten festsitzenden Zahnersatz akzeptiert, dass er sich "auf einer höchst
spekulative Ebene bewegt" (HARTMANN 2000) und auch im Fall eines Mißerfolges
ihr Patient bleibt und nicht der Klient des Anwaltes ihrer Gegenpartei wird.
Wie die Frage der Verantwortlichkeit für einen Mißerfolg einer mißglückten Sofortbelastung
von den euphorischen Verfechtern der Sofortbelastung beantwortet wird, ist offen.
Bisher gilt in der Regel, dass Einheilzeiten von der intra operationem vorgefundenen und
dokumentierten Knochenqualität und der Summenlängen der osseointegrierten Implantate
abhängen. Mißerfolge werden eingeteilt in Früh- und Spätmißerfolg. Der Frühmißerfolg ist
der chirurgischen Phase zuzuordnen und kann bei der Freilegung meist erkannt werden.
Die Durchführung einer Sofortrestauration birgt auf Grund momentan noch mangelnder
diagnostischer Beurteilungskriterien ein erhöhtes Risiko in sich und hat daher als
Standardindikation keine Berechtigung.
Unter strikter Einhaltung geeigneter Selektionskriterien und dem erfahrenen Engagement des
prothetisch-chirurgisch-zahntechnischen Teams lassen sich die Behandlungsabfolgen einer
Implantatbehandlung zugunsten des Patientenkomforts bereits heute revolutionieren.
Das traditionelle Implantationsprotokoll sieht ein zweiphasiges Vorgehen mit belastungsfreier
Einheilungsphase als Voraussetzung für einen direkten Knochen-Implantat-Kontakt
(Osseointegration) vor. Dies machte z.B. bei zahnlosen Kieferabschnitten - zumindest
51
anfänglich - eine Prothesenkarenz (bis zu zwei Wochen) oder ein umfangreiches Hohllegen
der Prothesen an den Implantationsstellen erforderlich. Beweglich gelagerte Prothesen und
Provisorien stellen ein erhebliches Risiko dar, da sie Mikrobewegungen auf frisch inserierte
Implantate übertragen. Nicht selten sind Wundheilungsstörungen und Misserfolge
vorprogrammiert. Diese Fehlermöglichkeiten und Risiken gilt es bei der Sofortbelastung
auszuschließen.
52
2.7.
Stand der Forschung der Sofortbelastung dentaler Implantate
Die Sofortimplantaion wurde bereits in verschiedenen experimentellen und klinischen Studien
untersucht (ANDERSEN et al. 2002, ANNEROTH et al. 1985, BARZILAY et al. 1996,
D‘HOEDT et al. 1986, GELB 1993, IBANEZ et al. 2002, JOOS et al. 2003, LAZARRA et al.
1989, WATZEK et al. 1995). In diesen klinischen Studien zeigten sich mittelfristige
Implantaterfolgsraten zwischen 92 und 98%. Die Behandlung von Knochendefekten im
Bereich von Sofortimplantaten wurde bisher nur beim zweizeitigen Implantationsverfahren
evaluiert. Verschiedene Knochenaugmentationstechniken wurden dabei sowohl experimentell
als auch klinisch bewertet (BECKER et al. 1994, BECKER et al. 1994, BECKER et al. 1995,
GHER et al. 1994). Dabei zeigte das Verfahren der gesteuerten Knochenregeneration (GBR)
unter Verwendung von nichtresobierbaren Membranen (mit/ohne Knochenmaterial) die
vorhersagbarsten Ergebnisse. Problematisch erscheint jedoch die Expositionsgefahr dieser
nichtresorbierbaren Membranen (GHER et al. 1994, ZITZMANN et al. 1996). Exponierte,
nichtresorbierbare Membranen resultieren in weniger Knochengewinn als Membranen,
welche bis zur Implantateröffnung gedeckt bleiben (LEKHOLM et al. 1993; SIMION et al.
1994).
Deshalb erscheint die Erfolgswahrscheinlichkeit der GBR bei einzeitigen Sofortimplantaten,
bei denen die Wahrscheinlichkeit zur Membranexposition durch die offene Einheilung erhöht
ist, fragwürdig. Dies wurde in der einzigen bisher veröffentlichen Studie zur
Knochenregeneration bei einzeitigen Sofortimplantaten bestätigt, wobei jedoch aufgrund
hoher Expositionsraten der verwendeten Membranen nur geringe Knochengewinne zu
erzielen waren (HENRY et al. 1997).
Aufgrund
der
beschriebenen
Problematik
mit
den
traditionellen
Knochenrekonstruktionsverfahren favorisieren wir die Verwendung von rekombinantem
Human Bone Morphogenetic Protein-2 (rhBMP-2), welches das endogene Knochenwachstum
stimuliert und damit Membranen überflüssig macht. RhBMP-2 wurde bisher nur beim
zweizeitigen Implantationsverfahren zur Knochenaugmentation angewandt. Die dabei sowohl
experimentel (HANISCH et al. 1997, HANISCH et al. 1997, SIGURDSSON et al. 1997) als
auch klinisch (BOYNE et al. 1997) durchgeführten Studien zeigten gute Resultate hinsichtlich
Knochendefektauffüllung, Aufbau des Alveolarkamms und Osseointegration der Implantate.
Die positiven Ergebnisse von rhBMP-2 beim zweizeitigen, geschlossenen Verfahren
veranlaßten uns, rhBMP-2 zur Knochenregeneration bei einzeitigen Sofortimplantaten im
53
bereits durchgeführten Projekt TV 45 einzusetzen, ohne jedoch den neugebildten Knochen
kaufunktionell zu belasten.
Das Verhalten und die Reaktion von augmentiertem Knochen auf Kaubelastung wird
kontrovers diskutiert. Manche Autoren (BUSER et al. 1996, NEVINS et al. 1998) kommen zu
der Schlußfolgerung, dass augmentierter nicht einen höheren Knochenabbau unterliegt als
ortsständiger, nicht regenerierter Knochen. Andere widerlegen diese These (PALMER et al.
1998). Aus diesem Grunde soll im vorliegenden Projekt augmentierter Knochen sofort und
verzögert kaufunktionell belastet werden.
Neuere klinische Untersuchungen wie die von ANDERSEN et al. (2002) oder die von
IBANEZ et al. (2002) demonstrieren, dass eine Sofortbelastung von dentalen Implantaten
grundsätzlich
möglich
ist.
Jedoch
verweisen
diese
Studien
auf
verblockte
Suprakonstruktionen zur Erreichung einer Sofortbelastung, ohne dass der nähere Grund für
dieses Vorgehen bekannt ist. Keine Studie untersuchte bisher die biologischen Reaktionen des
Knochengewebes an der Grenzfläche von sofortbelasbaren Implantaten auf zellulärultrastruktureller Ebene. Die Ursache für frühzeitige Implantatverluste scheint in der krestalen
Überlastung des Knochens zu liegen, die einen sukzessiven Knochenverlust auch in apikalen
Bereichen zur Folge hat (MEYER et al. 2001). Die Vermeidung krestaler Überlastung scheint
unter den Bedingungen einer Primärkongruenz von entscheidener Bedeutung für eine
dauerhafte dynamische Osseointegration zu sein (SZMUKLER-MONCLER et al. 1998).
Die Arbeitsgruppe um JOOS et al. demonstrieren, dass die Insertion und Sofortbelastung von
speziellen Implantaten ohne Einschränkung der Knochenphysiologie möglich ist. Das
erreichen
von
physiologischen
Stress-
und
Strainbelastungen
an
der
Implantat/
Knochengrenzschicht scheint aus biomechanischer und biologischer Sicht entscheidend dafür
verantwortlich zu sein (JOOS et al. 2003).
54
2.8.
offene (transgingivale) Implantateinheilung
allgemein:
Nach Durchführung einer ausreichenden Betäubung wird zunächst die Schleimhaut durch
einen Schnitt eröffnet und die Knochenregion der Implantation dargestellt. Evtl. vorhandene
prominente Knochenkanten müssen geglättet werden. Es erfolgt dann die Bohrung eines
Implantatbettes,
in
das
das
Implantat
paßgenau
eingebracht
wird.
Je nach Implantattyp (s.a. 2.1.) wird das Zahnfleisch dann wieder über dem Implantat oder
aber um das Implantat herum vernäht (sog. geschlossene/ subgingivale Implantationstechnik
bzw. offene Einheilung/ transgingivale Implantationstechnik).
Bei der geschlossenen (subgingivale) Implantationstechnik wird das Implantat nach einer
ausreichenden Einheilphase von ca. 3 bis 6 Monaten in einem Zweiteingriff freigelegt und
durch Distanzhülsen (sog. Abutments), welche die Schleimhaut durchbrechen, verlängert. Bei
der subgingivale Implantationstechnik werden also zweiteilige Implantate verwendet, die
ohne Verlängerungsteil implantiert werden, also geschlossen einheilen.
Ist
der
geplanten
Implantation
eine
Zahnentfernung
im
entsprechenden
Gebiet
vorausgegangen, so sollte die Implantation im Oberkiefer etwa 5-6 Monate, im Unterkiefer
etwa 3 Monate nach der Zahnentfernung erfolgen.
Bei der offene (transgingivale) Implantationstechnik werden einteilige Implantate inseriert,
sie hinterlassen im Bereich der Schleimhaut eine offene Durchtrittsstelle.
Eine Abwägung und Indikation der jeweiligen Implantationstechnik ist unter 2.8.2. der
Tabelle 2 zu entnehmen.
2.8.1.
Stand der Forschung offener (transgingivaler) Implantateinheilung
2.8.1.1. Erhaltung der Weichgewebsmorphologie bei einzeitigen sofortimplantierten
transgingivalen Einzelzahnimplantaten
allgemein:
Die offene (transgingivale) Implantationstechnik erlaubt eine primäre Adaption der
Weichteile am Implantat. Hingegen muß dies bei der geschlossenen (subgingivale)
Implantationstechnik in einer zweiten Operation erfolgen. Somit ensteht bei zweiteiligen und
zweiphasigen Implantaten am Übergang zwischen Implantat und Sekundärteil ein Mikrospalt
von 50 bis 100 µm (KEITH et al. 1999). Der Mikrospalt hat einen wesentlichen Einfluss auf
55
die Qualität und Form, vor allem die räumliche Anordnung des periimplantären Gewebes, da
die Epithelanheftung in der Regel unterhalb dieser Trennstelle liegt. In experimentellen
Befunden in Studien an konischen Passungen bei Ankylos- und Astra-Implantaten, wurde die
quasi spaltfreie Ankopplung angedeutet. Dies muß jedoch in klinischen Langzeitstudien noch
bestätigt werden (WAGNER und Al NAWAS 2003). Einphasige (einteilige) Implantate
erreichen eine dem Zahn sehr ähnliche Weichteilsituation bzw. biologischer Höhe mit einem
deutlich koronal liegenden Gingivalsaum als bei zweiteiligen Implantaten (HERMANN et al.
2001). Die biologische Höhe und die Höhe des Ginvalsaums sind dabei für die „rote
Ästhetik“ der periimplantären Weichgewebe von zentraler Bedeutung. Zum Beispiel im
Oberkiefer-Frontzahnbereich, da dort oft eine tiefe Positionierung des Metallrandes aus
ästhetischen Gründen erforderlich sein kann.
Bei der Implantatfreilegung besteht durch den Wechsel des Aufbaus ebenfalls die
Möglichkeit der exakten Weichteiladaption, was jedoch nicht als unproblematisch zu sehen
ist. Denn der spürbare Trend zu temporären Aufbauten in der Heilungsphase bewirkt, das der
epitheliale Ansatz tendenziell tiefer am Übergang des Implantats zum Aufbau zu liegen
kommt. Dies wird in der Arbeit von SCHMIDT et al. (2003) bestätigt. SCHMIDT et al.
(2003) sieht ebenfalls den Erhalt des Hart- und Weichgewebes als Grundvoraussetzung für
die Realisierung ästhetischer Versorgung an. Die Problematik besteht darin, den
Implantationszeitpunkt so früh wie möglich zu wählen und die Gingivamanschette sowenig
wie möglich zu traumatisieren. Ferner sollte das Weichgewebe entsprechend dem
„Emergence Profile“ des ursprünglichen Zahnes optimal unterstützt werden. Dazu werden
heutzutage immer öfters zahnwurzelförmige Gingivaformer (EsthetiCap) oder provisorische
Aufbauten (ProTect) eingesetzt. Diese können individualisiert werden, um das periimplantäre Weichgewebe möglichst frühzeitig zu stützen und somit „zu konservieren“ (s. o.;
HANISCH et al. 2000). Das Ziel ist die natürliche Verlaufsform und das Volumen der
Gingiva
zu
erhalten
(TARNOW
et
al.
1992;
ZANDER
et
al.
1963).
Diese
zahnwurzelförmigen Gingivaformer und provisorischen Aufbauten besitzen jedoch den
Nachteil, dass Sie wieder entfernt werden müssen, um die definitive Krone auf den
Implantaten herstellen zu können. Dieses wiederholte Auf- und Abschrauben führt zur
wiederholten Traumatisierung der Gingivamanchette,was oft zu Rezessionen der Gingiva
führt (HANISCH et al. 2000; WÖHRLE et al. 1998). Ein weiterer Nachteil ist, dass das
Implantat immer „perfekt“ positioniert sein muß, da sonst der Gingivaformer bestimmte
Gewebeteile zu sehr und andere zu wenig formt. Oft kann das Gewebe auch nicht bis zum
56
gewünschten
Approximalkontakt
gestützt
werden
(ACKERMANN,
KIRSCH
und
BESCHNIDT 2004).
Aus diesem Grund ist es von großer Bedeutung, dass bei zweiteiligen Implantaten nicht eine
Implantation unter das Knochenniveau erfolgt, damit der physiologisch auftretende ca. 2mm
bindegewebige Kragen am Übergang zum Knochen gleichsam als narbige Manschette um das
Implantat oberhalb des Knochenniveaus abschließen kann. Auch die Konstruktion und Form
des transgingivalen Implantatteils erscheint in einer konisch auslaufenden kelchförmigen
Struktur günstiger zu sein als ein parallelwandig aufsteigendes Teil. Obwohl in der Literatur
inzwischen speziell geformte (Bottle Neck), zahnbezogen unterschiedliche und sogar
individuell hergestellte temporäre Gingivaformer aus Titan und Keramik propagiert, und bei
ästhetisch anspruchsvollen Problemfällen (z.B. Oberkieferfrontzahngebiet) sogar bereits
klinisch angewendet werden. Gerade bei Anwendung der kelchförmigen Aufbauten erhält der
Kliniker eine sehr schöne Adaptierung des Weichteilkragens oder verdrängende Ausformung.
Das ITI-Implantatsystem (transgingival einheilend und zweiteilig) stellt in diesem
Zusammenhang die konzeptionell am konsequentesten umgesetzte Entwicklung dar. Bei
diesem System wird die Trennstelle konsequent oberhalb oder nur 1 mm unterhalb der
Weichteilschicht angestrebt, falls besondere ästhetische Ansprüche ein tieferes Einsenken
erfordern. Es gibt in der Literatur Anregungen, dass selbst zur subgingivalen Einheilung
konzipierte Implantate bei ausreichend hoher Primärstabilität transgingival, mit einem
leichten Überstand über dem Knochenniveau, implantiert werden sollen. Bei der
Sofortimplantation hat sich die primär offene Einheilung ohne Entlastungsschnitte zur
plastischen Deckung mit einer maximalen Erhaltung der physiologischen Gingivastruktur
bewährt (COOPER et al. 2001). In diesem Zusammenhang ist zu bedenken, dass mit der
Vielzahl der unterschiedlichen Implantataufbauteile und Zwischenaufbauten, die der Arzt frei
wählen kann, sparsam umgegangen werden sollte. Durch den Wechsel nach der
Implantatfreilegung kommt es bis zu dieser Trennstelle zum Epitheltiefenwachstum. Die
chirurgischen Anforderungen an den transgingivalen Implantatdurchtritt bei einphasigen
Systemen bzw. an die entsprechenden Aufbauteile bei den mehrteiligen Systemen sind relativ
gering. Die verschiedenen Systeme lösen dies auf unterschiedlichen Art und Weise:
§
leichte Positionierung (Interposition von Weichgewebe)
§
stabile, sichere, aber reversible Verankerung (Dauerstabilität, Austauschbarkeit)
§
Rotationssicherheit bei definitiven Aufbauten gegenüber dem Implantat und den
Prothetikpfosten
57
§
Spaltfreiheit zum Implantat und Vermeidung von Hohlräumen
§
evtl. Kompensation von Durchmesser-/Achsenproblemen
§
konische, ausreichend durchmesserstark dimensionierte Form
§
glatte, nicht plaqueakkumulierende, mechanisch stabile Oberfläche (WAGNER und Al
NAWAS 2003).
Diesem letzten Punkt schenkt BOLLEN et al. (1996) in seiner Arbeit große Beachtung. Er
konnte zeigen das eine höhere Rauigkeit der Implantatoberfläche die Plaqueakkumulation mit
Keiminvasion (es dominieren obligate Anaerobier; MARSH and MARTIN 2003, AUGTHUN
et al. 1997, BECKER et al. 1990) fördert und damit natürlich den Langzeiterfolg der
Implantate über eine Infektion der Weichteile und nachfolgende Läsionen gefährdet. In der
Literatur wird diese Mikroorganismen als „implantatinterne Mikroflora“ bezeichnet. Den
Mundhygienemaßnahmen ist sie unzugänglich und kann deshalb als immanentes Problem
verschraubter Aufbauteile bzw. verschraubter Suprastrukturen angesehen werden. Sie ist für
diverse Implantatsysteme durch in vivo (BESIMO et al. 1996, QUIRYNEN et al. 1993,
WAHL et al. 1992) und in vitro (BESIMO et al. 2000, QUIRYNEN et al. 1994, JANSEN et
al. 1995, ) Untersuchungen nachgewiesen worden. Diese Mikroflora kann durch Mikrospalten
zwischen Implantatoberkante und Aufbauteil bzw. zwischen Aufbauteil und Suprastruktur als
auch über Schraubenkanäle ihren „Infektionsweg“ finden (BEHNEKE et al. 2004). Ohne
Bedeutung sind diese Mikrospalten, wenn sie sich in supramarginaler Lage befinden, wie dies
bei transgingivalen Implantaten mit verlängerter einteiliger Halspartie der Fall ist. Dies stellt
einen nicht unerheblichen Vorteil der trangingivalen Implantate dar.
Laut BOLLEN et al. (1996) kann eine zu glatte Oberfläche der Implantate (an deren
Durchtrittsstelle durch die Gingiva = Implantathals), durch die fehlende Ausbildung von
Hemidesmosomen, den Weichgewebsverschluß verschlechtern (WAGNER und Al NAWAS
2003).
Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass der Gewebeaufbau des Weichgewebeabschlusses
am Implantat und Zahn sich sehr ähnelt, die Morphologie wie auch der Abwehrmechanismus
des perimplantären Gewebes sich jedoch von der den Zahn umgebenden Gingiva (LINDHE et
al. 1998, MÜLLER et al. 1995) unterscheidet. MARSH und MARTIN (2003) sehen ebenfalls
Ähnlichkeiten im Weichgewebeabschlusses von Implantat und Zahn. Nur das Vorhandensein
von Hemidesmosomen (allerdings in geringerer Anzahl als am dentogingivalen Abschluß)
wird beschrieben (INOUE et al. 1997). An natürlichen Zähnen inserieren die kollagenen
Fasern im Zement und weisen eine radiäre Anordnung auf. An Implantaten sind sie
ausschließlich zirkulär andeordnet und weisen deutlich weniger Gefäße auf (BERGLUNDH
58
et al. 1991, COMUT et al. 2001). Das junktionale Epithel an Implantaten bietet im Vergleich
zu dem an Zähnen nur sehr bedingt eine Barriere gegen Penetration von Bestandteilen der
Mundhöhle, so dass sich hier vermehrt Entzündungszellen, insbesondere T-Zellen, finden
(FRIEDRICH et al. 1994, LILJENBERG et al. 1996). Auch HILLMANN et al. (1991) und
DONATH (1993) kamen zu ähnlichen Ergebnissen. LAUER et al. (1997) sieht das
periimplantäre Weichgewebe im Unterschied zum Parodontalgewebe sogar als ein
minderwertiges, schlecht durchblutetes Narbengewebe, dass sich an die hochglanzpolierte
Oberfläche des Implantats oder der Suprakonstruktion anlagert. Dieser Prozess unterstützt
natürlich die Bildung der oben genannten Infektionen und Läsionen und stellt zusätzliche
Probleme im Weichgewebsmanagement von transgingivalen (offenen) Implantaten dar.
In den letzten Jahren wurde die Möglichkeit der Sofortimplantation mehrfach beschrieben (u.
a. SCHULTE et al. 1984, NYMAN et al. 1992, TRITTEN et al. 1994, LAZZARRA 1989)
und auch in histologischen Studien am Tier dokumentiert (LUNDGREN et al. 1992). In
diesen Studien bestand jedoch oft das Problem, dass nach dem Setzen der Implantate ein
Knochendefizit entstand oder die knöcherne und gingivale Ausgangssituation zur Erzielung
einer natürlich wirkenden und für den Patienten akzeptablen Restauration nur selten optimal
ist. Daraufhin wurden verschiedene Techniken zur gesteuerten Geweberegeneration
angewendet (BRÄGGER et al. 1994). Die Problematik ergibt sich aus der Tatsache, dass nach
dem Zahnverlust Knochenremodellierungsprozesse stattfinden, die während der ersten
Monate post extractionem zur Alveolarkammatrophie führen. Aus diesen Gründen hat sich in
den letzten Jahren die Implantationstechnik geändert. Das von BRÅNEMARK et al. (1977)
geforderte Konzept der Spätimplantation (mindestens sechs Monate nach Extraktion) änderte
sich hin zur Sofort- (SCHULTE 1984, LAZZARA 1989) bzw. zur verzögerten
Sofortimplantation (vier bis acht Wochen nach Extraktion; WATZEK et al. 1995, RUDOLPH
et al. 1998). Die Arbeitsgruppe um DENISSEN et al. (1989) konnte diese Ergebnisse in einer
Langzeitstudie wissenschaftlich bestätigen indem er demonstrierte, dass bei Insertion der
Sofortimplantate als „Sleeping implants“ unter Totalprothesen, es zu einem Erhalt des
Alveolarkamms kommt. Für die Rekonstruktion einer Zahnlücke ist neben der
Knochenkontur und der Suprakonstruktion die Weichgewebemorphologie von entscheidener
Bedeutung. Die Höhe der Interdentalpapille wird dabei nicht nur vom interdentalen
Knochenniveau, sondern auch von benachbarten, die Papille stützenden Zahnflächen
bestimmt (ZANDER et al. 1963). Die auftretenden Alveolarkammresorptionen, bedingt durch
den Zahnverlust, sind daher nicht allein für die Schrumpfung der Weichgewebe
59
verantwortlich. Es erscheint daher nachteilig zu sein, wenn nach Zahnextraktion
Sofortimplantate zweizeitig (gedeckt bzw. subgingival), das heißt unter primärem
Wundverschluss, inseriert werden. Dies bedingt, dass zum einen die Interdentalpapillen durch
fehlende stützende „Zahnflächen“ (wie z.B. transgingivale Heilungsdistanzhülsen) partiell
schrumpfen können, und zum anderen die Weichgewebemorphologie durch die Mobilisierung
eines Lappens zur Alveolendeckung negativ verändert wird. Eine einzeitige, ungedeckte
Sofortimplantation würde im Vergleich dazu, durch Einbringen anatomischer transgingivaler
Heilungsdistanzhülsen (die das periimplantären Weichgewebe vom Zeitpunkt der
Implantation stützen) werden, die genannten Probleme vermeiden (HANISCH et al. 2000).
Denn die marginalen Gingivastrukturen wird ja nicht nur vom Knochen, sondern auch von der
Zahnkrone gestützt, ein knöchern eingesetztes Implantat allein, auch bei wurzelanaloger
Implantatgeometrie, kann den Kollaps der periimplatären Weichteile nicht vermeiden
(KORNMANN et al. 2003).
Diese Ergebnisse werden von der Arbeitsgruppe KORNMANN et al. (2003) bestätigt.
KORNMANN et.al. (2003) verwendete ebenfalls individualisierte transgingivale Aufbauten,
die dem Durchtrittsprofil des natürlichen Zahnes entsprachen und damit stützend, anatomisch
korrekt den periimplantären Gingivarand und die Papillen wiedergaben. Damit war die
Weichgewebesituation nach Sofortimplantation identisch ist mit dem Zustand vor der
Extraktion. Die rote Ästhetik blieb somit vollständig erhalten.
SCHULTE et al. (1984) stellte mit der Einführung des Tübinger Sofortimplantats das
Verfahren der transgingivalen Sofortimplantation erstmalig vor. Das Implantatsystem konnte
sich aufgrund des hohen Frakturrisikos des verwendeten Implantatmaterials (Aluminiumoxid)
und der fehlenden prothetischen Variabilität (einzeitiges, einteiliges Implantatsystem ohne
unterschiedlichen Abutmentkonfigurationen) nicht durchsetzen. Andere Arbeitsgruppen
(LANG et al. 1994, BRÄGGER et al. 1996) untersuchten prospektiv die ungedeckte
Sofortimplantation unter Verwendung des für einzeitige Implantation entwickelte ITIImplantatsystem. Aufgrund der beschriebenen Problematik erscheint es sinnvoll, ein
zweizeitiges
Implantatsystem
(prothetisch
variabler)
und
resorbierbare
Membranen
(geringeres Expositionsrisiko als nicht resorbierbare Membranen (ZITZMANN 1997)) zur
ungedeckten Sofortimplantation zu verwenden (HANISCH et al. 2000).
Die Resultate der Gruppe um HANISCH et al. (2000) demonstrierten, dass bei transgingivaler
Sofortimplantation von Einzelzähnen nicht nur die Interdentalpapille erhalten werden kann,
sondern
auch
trotz
ungedeckter
Wundverhältnisse
eine
Rekonstruktion
Inkongruenzdefekte mit Hilfe der gesteuerten Knochenregeneration möglich ist.
der
60
2.8.2.
Vergleich offene (transgingivale) versus geschlossene (subgingivale)
Implantateinheilung
Tab. 2:
Übersicht über Vor- und Nachteile der transgingivalen Implantation gegenüber der operativen
Freilegung (Koeck und Wagner 2004)
Eröffnung:
Vorteile:
Nachteile:
Wertung:
Transgingivale
Geringes Operations-
Keine Übersicht
Bei breiter fixierter
Präparation (nach
trauma (Blutungs-/
(optimales Knochen-
Mukosa und
Stichinzision oder
Infektionsgefahr,
angebot,
ausreichendem
Stanze der
geringere
pathologische
Knochenangebot
Durchtrittsstelle
Patientenbelastung,
Prozesse)
möglich;
keine
keine Zusatztherapie
möglicherweise
Periostablösung)
(Vestibulumplastik,
Indikationsausweitug
geringerer Aufwand
gesteuerte Gewebe-
durch CT-gestützte
kurze Dauer
reaktion (GTR])
Implantatnavigation
Nahtmaterial
Gewebeverlagerung
(Epithel, Bindegewebe)
Aufklappung
und Übersicht (optimales Großes
Knochendarstellung
Operions- Immer notwendig bei
Knochenangebot,
trauma
Grenzindikationen
pathologische
(Patientenbelastung,
und
Knochenprozesse,
Periostablösung
Perforationen
Reposition, Infektion/ Kammaugmentation
mit Zusatztherapie
[vestibulär]) Schleim- Blutungsgefahr) hohe
hautanpassung
Operationsdauer hohe
(Ausdünnung,
Kosten
Vestibulumplastik,
Transpositionsplastiken)
augmentative
Maßnahmen
(GBR
o.ä.) Kombination
möglicher
zur
61
2.9.
Der Hund als Versuchsmodell
allgemein:
Aus anatomischer Sicht, vor allem aber aus versuchstechnischen Gründen wird der Hund als
Tiermodell relativ häufig in der Zahnmedizin, hier insbesondere in der Implantologie und
Parodontologie, eingesetzt. Gründe die für den Hund als Versuchstier sprechen sind außerdem
die Größe sowie, seine gute Umgänglichkeit und Konditionierbarkeit. Ferner ist eine
Gewöhnung an mundhygienische Maßnahmen in der Regel problemlos möglich. Der Hund
besitzt eine Tendenz zur Plaqueakkumulation und Zahnsteinbildung. Er ist empfänglich für
parodontale Erkrankungen und neigt im Alter zu Parodontopathien. Die ätiologischen
Faktoren der Gingivitis und Parodontitis sind vergleichbar mit denen des Menschen, auch die
Pathogenese ist ähnlich (GAD 1968, LEVY et al. 1979, MADDEN and CATON 1994,
WEINBERG and BRAL 1999). Je nach Fragestellung der Versuchsanordnung können Hunde
mit bereits vorliegender oder experimentell induzierter Parodontitis verwendet werden
(GIANNOBILE et al. 1994; PAGE 1994).
Die Kiefergröße, das heterodonte Gebiss mit verschiedenen Zahnarten (Schneide-, Eck-und
Backenzähne), der Zahnaufbau (Schmelz, Dentin und Zement), die Zahnform (brachyodont:
schmelzöckerige Wurzelzähne mit abgeschlossenem Wachstum) sowie das einem
Zahnwechsel unterliegende Gebiss (BIENIEK und BIENIEK 1993, NICKEL et al. 1992)
machen den Hund aus anatomischer Sicht zu einem dem menschlichen stomatognathen
System vergleichbaren Tiermodell. Die orale Mikroflora bei parodontal erkrankten, wie auch
gesunden Tieren ähnelt dem des Menschen (GIANNOBILE et al. 1994, RAYAN et al. 1991).
Als weiterer Vorteil des Hundes als Versuchsmodell in der Zahnheilkunde ist die weite
Fangöffnung des Hundes zu nennen (maximale Fangöffnung beim Hund: 60-70º;
VOLLMERHAUS et al. 1996). Dadurch ist die Mundhöhle für den Operateur gut zugänglich.
2.9.1.
Morphologie der Zähne
Bei Reptilien und Amphibien besteht noch Isodontie, also eine einheitliche Zahnform. Im
Zuge der Phylogenese entwickelte sich bei Säugetieren ein heterodontes Gebiss mit
spezifischen Zahnformen (SCHUMACHER 1997): Schneide- (Dentes incisivI., Eck- (Dentes
caninI. und Backenzähne (Dentes praemolares et molares).
Als Grundform des Zahnes ist eine kegel- (Eckzähne) oder schaufelförmige Krone
(Schneidezähne) mit anschließenden Zahnhals und einer Wurzel (NICKEL et al. 1987). Von
62
diesen Grundformen können sich Abweichungen entwickeln (SCHUMACHER 1997).
Besonders bei den Säugetieren kann es, angepasst an die funktionellen Erfordernisse, zu
Abweichungen kommen.
Die Zähne werden mit folgenden Fachbegriffen bezeichnet: Incisivus (Schneidezahn),
Caninus (Eckzahn), Prämolaren (vordere Backenzähne) und Molaren (hintere Backenzähne).
Der Reisszahn ist der mächtigste Backenzahn. Im Oberkiefer ist es der vierte Prämolar (P4),
im Unterkiefer der erste Molar (M1). Der Zahn wird unterteilt in Krone, Hals und Wurzel.
Die äusserste Schicht der Krone besteht aus Schmelz. Schmelz ist die härteste Substanz des
Körpers. Die Aussenseite der Wurzel wird von Zement bedeckt. Zement sieht ähnlich aus wie
Knochen, ist aber weicher. Im Zement sind Stützfasern (parodontales Ligament) eingebaut,
welche den Zahn zusammen mit dem Zement im Zahnfach (Alveole) befestigen. Der
Hauptanteil des Zahnes besteht aus dem Zahnbein (Dentin). Dentin ist im Gegensatz zu
Schmelz schmerzempfindlich. Dentin kann zeitlebens durch die sogenannten Odontoblasten
repariert werden, während Schmelzschäden wegen dem Fehlen von produzierenden Zellen
nicht repariert werden können. Im Zahninnern befindet sich der lebende Anteil des Zahnes,
die Pulpa. Sie enthält Bindegewebe, Blut- und Lymphgefässe, Nerven und Zellen. Der
Hohlraum ist besonders bei jugendlichen Hunden gross. Er wird durch Dentin-Anlagerung
von innern zeitlebens etwas verkleinert.
Der Begriff Parodontium umfasst alle Stützgewebe um die Zähne, nämlich die den Zahn
anliegende Schleimhaut (die Gingiva), das parodontale Ligament und den Kieferknochen
(Alveole). Die Gingiva umgibt den Zahn. Sie ist gegen die übrige Mundschleimhaut meist
farblich deutlich abgesetzt und nicht verschieblich. Gegen den Schmelz wird durch die freie
Gingiva die Zahnfleischtasche (Sulcus gingivalis) gebildet. Sie ist bei gesunden jungen
Hunden 2-3 Millimeter tief und endet noch auf Schmelzhöhe. Bei älter werdenden Hunden
verschiebt sich diese Anheftung in Richtung Zement. Jede parodontale Erkrankung beginnt in
dieser Zahnfleischtasche. Als Okklusion bezeichnet man die korrekte Stellung von Ober- und
Unterkiefer sowie dessen Zähne. Die wichtigsten Punkte zur Ueberprüfung sind (1) das
Scherengebiss (Oberkieferincisivi stehen vor UnterkieferincisivI., (2) Interdigitation der
Canini
(Unterkiefercaninus
passt
genau
zwischen
letzten
Oberkieferincisivus
und
Oberkiefercaninus), (3) alternierende Prämolarenabfolge (die Spitzen der Prämolaren passen
genau in den gegenüberliegenden Zwischenzahnraum) und (4) Oberkiefer ist breiter als
Unterkiefer (Oberkiefermolaren gleiten auf der Innenseite an den Unterkiefermolaren aussen
vorbei (KOCH 2001).
63
Die Entwicklung der Zähne beginnt im Foetus mit der Anlage der Milchzähne. Die Welpen
werden ohne Zähne geboren. Die ersten Milchzähne stossen im Alter von 2-4 Wochen durch.
Nach rund 2 Monaten ist der Durchbruch abgeschlossen. In dieser Zeit werden auch die
bleibenden Zähne im Kieferknochen angelegt. Diese lösen beim Nachstossen die Wurzeln der
ihren Platz einnehmenden Milchzähne langsam auf und verdrängen sie. Von den Milchzähnen
bleiben dann nur noch die Krone und Teile der Wurzel, bis sie dann ausfallen. Der Wechsel
der Zähne ist mit rund 7 Monaten abgeschlossen. Nicht alle Zähne haben zwei Generationen.
Molaren haben keine Milchzähne, sondern stossen direkt als bleibende Zähne durch. Eine
Besonderheit ist der erste Prämolar, der ebenfalls nicht gewechselt wird. Fachleute streiten
sich, ob es sich um einen Milch- oder um einen bleibenden Zahn handelt.
Hunde haben bei voll entwickeltem Gebiss 26 Milchzähne und 40 bleibende Zähne. Bei
kurzschädligen Hunden können einzelne Prämolaren fehlen. Sie haben im kürzer gewordenen
Kiefer keinen Platz mehr oder sind quer- statt längsgestellt (KOCH 2001).
Tab. 3: Durchbruch und Wechselzeiten der Hundezähne
Zahn
Bezeichnung
Durchbruch des
Durchbruch der
Milchzahns
bleibenden Zähne
Incisivus
I1, I2, I3
4 - 6 Wochen
3 - 5 Monate
Caninus
C
3 - 5 Wochen
5 - 7 Monate
Prämolaren
P1
P2, P3, P4
Molaren
M1, M2, M3
5-6 Wochen
4-5 Monate
5 - 6 Monate
4 - 7 Monate
Die Schneidezähne des Hundes (I1, I2, I3) sind hakenförmig, die I3 des Oberkiefers
zusätzlich nach lateral gebogen (HABERMEHL 1975). Die Schneidezähne des Oberkiefers
sind kräftiger als die des Unterkiefers und nehmen in beiden Kiefern von mesial nach distal
an Größe zu. Die oberen I1 und I2 besitzen mit einem Haupt- und zwei Nebenlappen die
typische Lilienform, der I3 ist spitz-kegelförmig. Die Schneidezähne des Unterkiefers sind
zweilappig (EISENMENGER und ZETNER 1982, HABERMEHL 1975, KOCH und v.
FOREEST 2001, LAWSON et al. 1960, NICKEL et al. 1987). Die Schneidezähne des
Menschen haben eine einfache meißelförmige Krone, die oberen sind ebenfalls kräftiger als
64
die unteren. Der obere I1 ist deutlich größer und physiologisch wichtiger als der I2. Im
Unterkiefer ist der I2 dagegen größer.
Die Eckzähne von Mensch und Hund sind einwurzelig (NICKEL et al. 1987, ROHEN 1977,
SCHUMACHER 1997).
Beim Hund sind die Eck-/ Fang- oder Hkenzähne sehr kräftig, wobei die oberen größer als die
unteren sind. Die Kronen sind spitz-kegelförmig und oral konvex gebogen. Die mächtigen
Wurzeln ragen bis unter die Alveolen der ersten zwei Prämolaren (FAHRENKRUG 1988,
HABERMEHL 1975, LAWSON et al. 1960, NICKEL et al. 1987). Die unteren Eckzähne
stehen vor den oberen und greifen in die Zahnlücke zwischen I3 und C des Oberkiefers, die
oberen Hakenzähne greifen in das Diastema des Unterkiefers zwischen C und P1 (LAWSON
et al. 1960, MOHR 1961, NICKEL et al. 1987).
Die Eckzähne des Menschen sind ebenfalls sehr kräftig und besitzen mächtige Wuzeln. Sie
stehen als Eckpfeiler im Zahnbogen zwischen den Incisivi und Prämolaren in Höhe des
Mundwinkels. Im Gegensatz zu den Schneidezähnen besitzen die meißelförmigen Kronen
eine Kauspitze, wodurch die Kaukante in eine mesiale und eine distale unterteilt wird
(ROHEN 1977, SCHUMACHER 1997).
Die Molaren des Menschen und der Fleischfresser sind schmelzhöckerig, die Kronen sind von
einer Schmelzkappe überzogen. Ihre Zähne sind brachyodont, mit abgeschlossenem
Wachstum (NICKEL et al. 1987).
Die Backenzähne des Hundes sind tuberkulosesektorial und haben schneidenden Charakter
(HABERMEHL 1975, MEYER 1983, NICKEL et al. 1987). An den Prämolaren erkennt man
deutlich die Gliederung in Krone, Zahnhals bzw. Schmelzwulst und Wurzel. Die P1 beider
Kiefer sind stumpf-kegelförmig, klein und einwurzelig. Die distal sich anschließenden P2 und
P3 und der untere P4 besitzen zwei Wurzeln, ihre Kaufläche weist drei spitze Höcker auf. Der
untere P4, der sog. Reißzahn (Des sectorius), ist der kräftigste Zahn des Kiefers. Er besitzt
drei Wurzeln, seine Krone analog drei Höcker, zwei laterale, bukkale und einen
mesiolingualen. Sein Antagonist ist der Reißzahn des Unterkiefers, der M1, der jedoch nur
zwei Wurzeln und ebenfalls eine Krone mit mehreren spitzen Höckern aufweist
(HABERMEHL 1975, LAWSON et al. 1960, NICKEL et al. 1987). Beide Reißzähne stehen
in Höhe des Mundwinkels. Die Oberkiefermolaren besitzen drei Wurzeln. Die kräftigen M1
und die des kleineren M2 sind jedoch flachhöckerig, wodurch sie eine gewisse
Quetschfunktion erhalten. Der zweiwurzelige M2 des Unterkiefers ist relativ klein. Durch
65
seine ebenfalls flachenhöckerige Kaufläche erhält er, wie auch der noch kleinere,
einwurzelige, stumpf-kegelförmige M3, Quetschfunktion ((EISENMENGER und ZETNER
1982, HABERMEHL 1975, LAWSON et al. 1960, NICKEL et al. 1987). Bei
dolichozephalen
Rassen
besten
Zwischenräume
zwischen
den
Prämolaren,
bei
brachyzephalen Hunden sind diese dagegen zusammengedrängt und häufig auch fehlgestellt
(GAD 1968, LAWSON et al. 1960).
Die Molaren des Menschen sind der Mahlfunktion beim Kauen angepasst, bunodont, besitzen
flachhöckerige Kauflächen, die beim Kauen gegeneinander reiben und dadurch die Nahrung
zerkleinern. Die Prämolaren haben eine zylindrische Krone mit einem kleineren lingualen
bzw. palatinalen und einem größeren bukkalen Kauhöcker (Tubertculum dentale), der
mandibulare P1 und P2 kann auch drei Höcker aufweisen, zwei linguale und einen bukkalen.
Die Wurzeln der Prämolaren sind, mit Aussnahme des oberen P1, der zwei besitzt, fast immer
einfach und unverzweigt (BENNINGHOFF 1985, ROHEN 1977, SCHUMACHER 1997).
Die Mahlzähne, Dentes molares, sind die eigentlichen Kauzähne und die größten Zähne im
menschlichen Gebiss. Die Kaufläche der oberen Molaren besitzt meist vier , die der unteren
vier bis fünf Kauhöcker. Der M1 ist im Ober- wie Unterkiefer der größte Zahn; der obere und
untere M3, der sog. Weisheitszahn, ist sehr klein und bricht nicht immer durch. Die
Oberkiefermolaren besitzen in der Regel drei Wurzeln, die unteren dagegen nur zwei
(BENNINGHOFF 1985, ROHEN 1977, SCHUMACHER 1997).
2.9.2. Das Gebiss von Hund und Mensch im Vergleich
Das Gebiss von Hund und Mensch ist diphydont. Sie werden beide zahnlos geboren. Der
Welpe zeigt zwei bis vier Wochen post partum die ersten Milchzähne. Nach ca. zwei Monaten
ist der Durchbruch der Milchzähne abgeschlossen (KOCH und v. FOREEST 2001). Die
lakteale Dentition entwickelt sich beim Menschen in der Zeit vom sechsten Lebensmonat bis
etwa zum zweiten Lebensjahr (ASH 1993, ROHEN 1994). Das Milchgebiss enthält weniger
Zähne als das permanente und ist so dem noch im Wachstum befindlichen, kleineren Kiefer
angepasst. Die Incisivi, die Canini sowie die Prämolaren unterliegen dem Zahnwechsel. Beim
Hund wird der P1 nicht gewechselt, er hat im Milchzahngebiss keinen Vorläufer und zählt
damit wie die Molaren zu den Zuwachszähnen. Bis zum Durchbruch des ersten permanenten
Zahnes erstreckt sich die Milchgebissperiode (NICKEL et al. 1987, SCHUMACHER 1997).
Der Zahnwechsel läuft schrittweise ab, indem der unter dem Milchzahnvorgänger im
Alveolarknochen sitzende permanente Zahn sich ständig vergrößert und nach oben drängt.
66
Dadurch drückt er zunehmend auf die Milchzahnwurzel, die nekrotisch und resorbiert wird.
Dadurch wird das Parodont des Milchzahns aufgelöst, und der Zahnrest fällt heraus
(FAHRENKRUG 1988, KOCH und v. FOREEST 2001, SCHUMACHER 1997). Beim Hund
vollzieht sich der Zahnwechsel zwischen dem fünften und sechsten Lebensmonat, beim
Menschen zwischen dem sechsten und zwölften Lebensjahr (Tabelle 3). Bis jedoch alle Zähne
durchgebrochen sind, dauert es beim Menschen noch länger. Der dritte Molar erscheint erst
zum 16.-18. Lebensjahr (SCHUMACHER 1997).
Die Zahnformel und Zahnzahl unterscheiden sich beim Hund und Menschen wie folgt:
Zahnformel des Menschen (ASH 1993):
Zahnformel Milchgebiß:
i 2/2, c 1/1, p 2/2
= 20 Milchzähne
Zahnformel permanentes Gebiß: I 2/2, C 1/1, P 2/2, M 3/3
= 36 bleibende Zähne
Zahnformel des Hund (HABERMEHL 1975):
Zahnformel Milchgebiß:
i 3/3, c 1/1, p 3/3
= 28 Milchzähne
Zahnformel permanentes Gebiß: I 3/3, C 1/1, P 4/4, M 2/3
= 42 bleibende Zähne
Tab. 4: Zeittafel für Durchbruch und Wechsel der Zähne (nach BIENIEK und BIENIEK 1993)
Zahn
Lakteal
Permanent
Mensch
Mensch
I1
6-9 Monate
6-9 Jahre
3-6 Wochen
3-6 Monate
I2
8-12 Monate
7-10 Jahre
3-6 Wochen
63-6 Monate
3-6 Wochen
3-6 Monate
3-5 Wochen
5-7 Monate
I3
C
15-20 Monate
9-14 Jahre
P1
12-16 Monate
9-13 Jahre
P2
20-30 Monate
10-14 Jahre
Lakteal Hund Permanent
Hund
4,5-6 Monate
5-6 Wochen
5-6 Monate
P3
5-6 Wochen
5-6 Monate
P4
5-6 Wochen
5-6 Monate
M1
5-8 Jahre
4-5 Monate
M2
10-14 Jahre
5-6 Monate
M3
16-40 Jahre
6-7 Monate
67
Obwohl weitgehende Omnivorie besteht, ist der Wolf als Stammvater des Hundes ein
Beutejäger. Der Hund besitzt deshalb ein Gebiss, mit dem er seine Beute ergreifen und töten
kann, um sie dann hinunterzuschlingen. Beim Hund besteht Anisognathie, der untere
Zahnbogen ist enger als der obere. Beim Kieferschluß greifen die Zähne des Oberkiefers mit
ihrer lingualen Fläche an der labialen bzw. bukkalen Fläche der mandibulären Zähne vorbei,
wodurch sie wie eine Schere wirken. Dies wird auch als Scherengebiss bezeichnet. Durch die
Ausbildung spitzhöckeriger Kronen an den Backenzähnen ist das Gebiss des Hundes
sekodont. Als Ausnahme sind hier die bunodonten Kauflächen der beiden distalen Molaren,
die Flächenkontakt haben (EISENMENGER und ZETNER 1982, HABERMEHL 1975,
LAWSON et al. 1960, NICKEL et al. 1987) zu nennen.
Die Eckzähne dienen zusammen mit den Schneidezähnen dem Erfassen und der Aufnahme
der Nahrung, sie beißen oder reißen, teilweise unter Zuhilfenahme der Vorderpfoten, Stücke
von der Nahrung ab und bewirken so eine grobe Zerkleinerung der Nahrung (GÜRTLER
1980, HILL 1976,MEYER 1983). Das eigentliche Beißen erfolgt dagegen selten mit den
Incisvi, sondern hauptsächlich bei seitlich gedrehtem Kopf mit den langen, kräftigen
Eckzähnen. Mit den Schneidezähnen wird auch Fellpflege betrieben und Knochen
„abgeknabbert“ bzw. „genagt“ (MOHR 1961). Die Eckzähne sind beim Hund sehr kräftig und
größer als beim Menschen. Sie sollen die Beute festhalten und zerreißen. Die unteren
Eckzähne stehen dabei vor den oberen (MOHR 1961, NICKEL et al. 1987).
Die Prämolaren und der untere M1 mit ihren sekodonten Kronen dienen dem Zertrennen,
Zerschneiden und Festhalten der Nahrung. Dabei greifen sie nicht direkt aufeinander, sondern
alternieren in ihrer Stellung. Ein Zahn des einen Kiefers greift zwischen zwei Zähne des
Gegenkiefers, wodurch die Schneidefunktion bewerkstelligt wird (HABERMEHL 1975). Der
Oberkieferreißzahn gleitet an seinen Antagonisten, dem M1, mit seiner lingualen Fläche an
dessen bukkaler Fläche vorbei. Der distale Teil des mandibulären ersten Molaren kontaktiert
auch den oberen ersten Molaren, wodurch er eine gewisse Quetschfunktion erhält. Durch die
bunodonten distalen Molaren des Ober- und Unterkiefers kann das Futter im hinteren
Backenzahnbereich zu einem gewissen Grad zerquetscht bzw. gekaut werden (LAWSON et
al. 1960).
Beim Menschen ordnen sich die Zähne innerhalb des Kiefers lückenlos zum Zahnbogen an.
Im Oberkiefer besitzt er eine elipsenförmige Gestalt, im Unterkiefer die einer Parabel. Der
obere Zahnbogen ist weiter als der untere, bei Okklusion reift die obere Kaukante der
Vorderzähne vor die untere. Beim Menschen liegt also ebenfalls ein Scherengebiss
(BENNINGHOFF 1985, MOHR 1961, SCHUMACHER 1997). Bei den Molaren verdeckt
68
der äußere Rand der Oberkieferzähne die entsprechende mandibulare Höckerreihe. Der innere
Kaurand bzw. die inneren palatinalen Höcker der Oberkieferzähne greifen in die Kaufurchen
der Unterkieferzähne. Jeder Zahn tritt dabei mit zwei Antagonisten, einem Haupt- und einem
Nebenantagonist in Kontakt. Der obere I3 und der M3 besitzen jeweils nur einen Kontaktzahn
(BENNINGHOFF 1985, ROHEN 1994). Der Normbiss bei wohlgeformten Kieferbogen und
Zahnkronen ist im Gegensatz zum Hund eu- bzw. isognath (BENNINGHOFF 1985). Der
Mensch besitzt im Gegensatz zum Hund nur vier Schneidezähne die, zusammen mit den
Eckzähnen, die Nahrung ergreifen und zertrennen bzw. Nahrungsstücke abbeißen. Der
typische Kauprozess findet im Molarenbereich statt.
69
3. Fragestellung und Ziel der wissenschaftlichen Studie
Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Wirkung von rhBMP-2 auf die Knochenrekonstruktion
von Knochendehiszenzdefekten bei transgingival (offenen) einheilenden Implantaten zu
untersuchen. Mit den Ergebnissen dieser Studie soll die Weiterentwicklung des
transgingivalen Sofortimplantationverfahrens ermöglicht werden, um Patienten nach
Zahnverlust
chirurgisch
in
einer
Sitzung
zu
rehabilitieren.
Daher
wurde
die
Knochenrekonstruktion mit rhBMP-2 bei transgingivalen Sofortimplantaten im Hundemodell
untersucht, wobei Zahnextraktion, Implantation, Knochenaugmentation, Implantateröffnung
und Versorgung mit Zahnersatz in ein und derselben Sitzung durchgeführt wurden.
70
4.
Material und Methode:
4.1.
Die Versuchstiere
In der vorliegenden Studie wurden sechs ausgewachsene, männliche Labrador-GoldenRetriever Mischlinge (Gewicht 25-30 kg) im Alter zwischen dreizehn und zwanzig Monaten
eingesetzt. Aufgrund ihrer Kiefergröße, Zahnzahl sowie Mundflora stellen ausgewachsene,
männliche Hunde ein dem menschlichen stomatognathen System ähnelndes Tiermodell dar.
Aus diesen Gründen ist es heute bei präklinischen Untersuchungen üblich, sich solchen
Hundemodellen zu bedienen. Außerdem besitzen Hunde ein gutes Heilungspotential (der
Hund heilt doppelt so schnell wie der Mensch) was bei der Planung eines Studienmodells von
Bedeutung sein kann. Alternativ wären Studien an Affen (der Affe heilt eineinhalb mal so
schnell wie der Mensch) denkbar, da Sie entwicklungsgeschichtlich dem Menschen näher
stehen als der Hund.
Die in der Studie eingesetzten Hunde besaßen alle eine intakte und vollzählige Dentition
sowie eine physiologische Mundflora, die keinerlei pathologische Auffälligkeiten zeigte.
In der Literatur finden sich zahlreiche experimentelle Untersuchungen und Studien an Hunden
dieser Spezies im Zusammenhang mit rhBMP-2 (z.B. SIGURDSON et al.1994, 1995, 1996,
ISHIKAWA et al. 1994, HANISCH et al. 1997). In diesen Studien wurden zum einen die
Knochenaugmentation bei einzeitiger und zweizeitiger Implantation sowie Osseointegration
und Knochenaugmentation bei periimplantären Defekten, als auch die Auswirkungen und
Einflüsse von rhBMP-2 auf die parodontale Regeneration untersucht.
So untersuchte z.B. SIGURDSON (1994, 1995, 1996, 1997) die Knochen- und
Zementregeneration, Knochenaugmentation und Osseointegration in verschiedenen Studien
an Beaglehunden.
Die Auswahl dieser Versuchstiere läßt Vergleiche mit anderen Studien zu und reduziert
möglicherweise zusätzlich notwendige Untersuchungen.
Ferner sollt noch angeführt werden dass speziell Labrador und Golden-Redriever Hunde als
besonders zutraulich und unkompliziert im Umgang mit dem Menschen gelten.
71
4.2.
Präoperative Maßnahmen und Vorbereitungen
Zwei bis drei Monate vor dem operativen Eingriff wurden die Tiere an die Abteilung für
Versuchstierkunde im Aachener Klinikum unter der Leitung von Prof. Dr. Küpper geliefert.
Hier erfolgte auch die tiermedizinische Betreuung und Versorgung der Hunde während des
gesamten Untersuchungszeitraumes. Alle Tiere der vorliegenden Studie wurden nach
Anlieferung einer eingehend Untersuchung unterzogen (inklusive Blutbild und Stuhlprobe).
Sowohl eine Wurmkur als auch die notwendigen Impfungen wurden durchgeführt. Die Tiere
wurden in Standardkäfigen für Versuchshunde gehalten und wurden während der gesamten
Untersuchungsdauer mit weichem Diätfutter und Wasser ernährt.
Die zuständigen Tierpfleger der Abteilung für Versuchstierkunde und die Doktoranden
führten die Hunde zwei bis drei Mal pro Woche aus. Ferner wurden die Tiere täglich ein bis
zwei Stunden in größeren Räumen zum Spielen zusammengebracht. Die Hunde sollten so oft
es ginge ihrem natürlichem Bewegungs- und Freiheitsdrang nachgehen können, um eventuell
auftretenden Komplikationen vorzubeugen und die daraus resultierenden Erkrankungen zu
vermeiden.
Zwei Wochen vor dem operativen Eingriff erfolgte die Entfernung von Zahnstein und
weichen Belägen, um präoperativ möglichst gesunde parodontale Verhältnisse zu
gewährleisten.
72
4.3.
Chirurgische Eingriffe
Der chirurgische Eingriff an den sechs Hunden wurde in Intubationsnarkose mittels eines
Sauerstoff- (24%), Halothan- (75%) und
Isoflurangemisches (1%) bei Spontanatmung
durchgeführt (Narcoren 0,2 ml/kg, Wirkstoff: Pentobarbital-Natrium, Firma Rhone Merieux
GmbH D-7958 Laupheim)). Polamivet (0,2 ml/kg, Wirkstoff: Levomethadonhydrochlorid,
Firma Hoechst Roussel Vet GmbH D-85716 Unterschleißheim) wurde zur Narkoseeinleitung
intravenös
verabreicht.
Zusätzlich
gab
man
subcutan
vor
Operationsbeginn
ein
Breitbandantibiotikum, Baytril (2,5 mg/kg Wirkstoff Enrofloxacin, Firma Bayer Vital GmbH
& Co.KG D-51368 Leverkusen) sowie ein Analgetikum, Rimadyl (Wirkstoff: Carprofen,
Firma Pfizer Animal Health, ). Zusätzlich wurden Leitungs- und Infiltrationsanästhesien im
Bereich des Operationsgebiets (Xylocain 2% mit 1: 50000 Adrenalin, Firma Astra Zeneca,
Switzerland) gesetzt. Während der Operation erhielten die Hunde außerdem Ringerlösung.
Der eigentliche operative Eingriff begann im Unterkiefer mit einer intrasulkulärer
Schnittführung von der Eckzahnregion bis zum zweiten Molaren, Dann erfolgte im rechten
und linken Seitenzahngebiet des Unterkiefers die Bildung von bukkalen und lingualen
Mukoperiostlappen und beidseitig wurden alle vier Unterkiefermolaren extrahiert (s.a. Abb. 2
und 3). Danach wurden die Mukoperiostlappen primär verschlossen. Nach weiteren drei
Monaten
wird
nach
„Randomisierung“
in
je
einem
Unterkieferquadranten
ein
Kieferkammschnitt mit vertikalen bukkalen Entlastungsschnitten angelegt. Nach Präparation
von Mukoperiostlappen werden die Bohrungen für je zwei Brånemark-Implantate (3,3 x 10
mm, Firma Nobel Biocare AB, Göteborg, Schweden) entsprechend dem Herstellerprotokoll
durchgeführt. Vor Einbringung der Implantate werden bei zwei Implantatbohrungen (35, 36
bzw. 45, 46) standardisierte (3x6 mm) bukkale Knochendehiszenzdefekte angelegt (s.a. Abb.
4 und 5). Nach Einbringung von transmukosalen Heilungsdistanzhülsen und der
Keramikabutments werden die Mukoperiostlappen um die Distanzhülsen adaptiert und mit
Hilfe von horizontalen Matratzen- und Einzelknopfnähten fixiert (Gore-Tex Suture
CV5,WL.Gore&Associates Inc.Flagstaff, AZ, USA) (s.a. Abb. 7). Auf die Implantate in
Regio 35 und 45 wurden direkt nach der Implantation Keramikabutments und auf Implantate
in Regio 36 und 46 Heilungsdistanzhülsen gesetzt um eine transgingivale Einheilung des
Implantats zu gewährleisten. Insgesamt wurden also 24 Implantate inseriert, von denen 12
durch Aufschrauben eines Keramikabutments sofortbelastet wurden und 12 durch
Aufschrauben einer Heilungsdistanzhülse (Titan bzw. Keramik) transgingival ohne
Sofortbelastung einheilten. In jeweils einer Kieferhälfte eines jeden Tieres wurde das
Calciumphosphat mit dem Wachstumsfaktor rhBMP-2 (Eppendorf Qualicups mit jeweils 150
73
µl BMP-2 Lösung im physiologischen Puffer mit der Konzentration von 2 µg/ml Carrier)
vermischt und damit die bukkalen Knochendehiszenzdefekte aufgefüllt (s.a. Abb. 6). Auf der
kontralateralen Seite wurden die Defekte nur mit Calciumphosphat, d.h. ohne rhBMP-2
(Kontrollseite) aufgefüllt. Folglich wurden bei sechs Tieren der Wachstumsfaktor
randomisiert eingebracht.
Abb. 2: Hundekiefer vor der Extraktion der vier Unterkiefermolaren
Abb. 3: Hundekiefer nach Extraktion der vier Unterkiefermolaren
74
Abb. 4: Hundekiefer nach Anlage der bukkalen Knochendehiszenzdefekte
Abb. 5: Hundekiefer nach Insertion der dentalen Implantate
75
Abb. 6: Einbringen des Carrier mit bzw. ohne rhBMP-2 in die bukkalen Knochendehiszenzdefekte
Abb. 7: Fixation der Mukoperiostlappen um die Distanzhülsen mit Hilfe von
horizontalen Matratzen- und Einzelknopfnähten (Ansicht von bukkal)
76
4.4.
Postoperative Maßnahmen und begleitende Diagnostik
Zwecks Schmerzstillung und Verminderung des Infektionsrisikos unmittelbar nach dem
Eingriff, erhielten die Tiere postopertiv ein Schmerzmittel und ein Breitbandantibiotikum.
Hierbei handelte es sich um die bereits erwähnten Präparate Rimadyl und Baytril. Um
mögliche Irritationen und ungünstige Mikromotionen im Operationsgebiet durch die
Nahrungsaufnahme zu verhindern, wurde den Tieren weiche Diätkost gefüttert. Um gesunde
Wundverhältnisse zu erhalten, wurde in der ersten Woche postoperativ täglich und ab der
zweiten Woche postoperativ bis zum Einschläfern der Tiere zweimal wöchentlich mit
Frubilurgyl (40 ml 2% Chlorhexidingluconat, Firma Boehringer Ingelheim Pharma KG, DIngelheim am Rhein) gespült. Zudem standen die Hunde unter ständiger Kontrolle und
Beobachtung, ob und wann es zu einer Exposition der Implantate kam und wo
Wundheilunsstörungen auftraten bzw. ob sogar Implantate verloren gingen. Zehn Tage
postoperativ wurden die Nähte entfernt. Im Anschluß an die Operation, acht bzw. sechzehn
Wochen und unmittelbar vor dem Einschläfern der Tiere wurden Röngtenbilder angefertigt.
Aus jeder Testgruppe wurde kurz vor der Tötung bei je einem Hund ein Reentry-Eingriff (s.a.
Abb. 8 und 9) an einem Implantat vorgenommen. Nach 16 Wochen wurden die Tiere in
Narkose durch eine intravenös verabreichte Überdosis Narcoren eingeschläfert.
Abb. 8: Schleimhautverhältnisse vor Bildung des bukkalen und lingualen
Mukoperiostlappen beim Reentry
77
Abb. 9: Knochenverhältnisse nach Bildung des bukkalen und lingualen
Mukoperiostlappen beim Reentry
78
4.5.
Histologische Gewebeaufbereitung
Nach dem die Tiere eingeschläfert waren, wurden die Unterkiefer „en block“ resiziert. Die
untersuchenden Seitenzahnbereiche wurden separiert, so dass man vier Knochenpräparate mit
je einem Implantat und Weichgewebeanteil pro Tier erhielt (entsprechend den Regionen in
denen implantiert und augmentiert wurde, Regio 35 und 36, bzw. 45 und 46).
Die Aufbereitung der Präparate erfolgte entsprechend der Trenn-Dünnschlifftechnik nach
DONATH (1989). Dazu wurden die Präparate für eine Woche in einer Formalinlösung nach
LILLIE (10 %-ig gepuffert, ph-Wert 7,4) fixiert. Danach wurden die Proben 24 Stunden in
Aqua destillata gewaschen und in einer aufsteigenden Alkoholreihe (70, 80, 90, 96 , 100 %iges Ethanol) dehydriert. Danach wurden die Proben in K-Plast Kunststoff (Firma Medim
Histotechnologie, D-35418 Buseck) eingebettet. Zuvor wurden die Präparate für vier Tage in
die
Infiltrationslösung
gegeben,
um
dann
in
Kunststoff,
entsprechend
der
Dosierungsvorschrift, eingebettet zu werden. Der Kunststoff benötigte zum Aushärten ca. eine
Woche (bei Raumtemperatur im Wasserbad). Die Gewebeproben wurden nun mid-axial der
Implantate auf eine Dicke von 200 µm in bukko-lingualer Richtung mittels einer DiamantBandsäge geschnitten. Von jedem Präparat wurden drei Schnitte, im folgenden als Schnitt 1, 2
und 3 bezeichnet hergestellt.
Die Präparate wurden mit dem Exakt-Mikroschleifsystem (Firma Exakt, D-22851 Noderstedt)
auf ihre endgültige Schichtdicke von 20-30 µm geschnitten bzw. poliert. Dies geschah bis zu
einer Dicke von ca. 90 µm zunächst mittels 800-er Schleifpapier, um dann das Präparat mit
1200-er, 2400-er und 4000-er Schleifpapier auf die definitive Schichtdicke zu polieren.
Schließlich erfolgte dann die Anfärbung mit Toluidinblau.
79
4.6.
Histometrische Untersuchung
Die nicht demineralisierten Gewebeschnitte wurden mittels computerunterstützten ImagingProgramm (Image-Pro Plus, Firma Leica) unter dem Lichtmikroskop histrometrisch
untersucht. Als Untersuchungsgegenstand der Studie wurden die unten aufgeführten
Meßparameter (bukkal und lingual) bestimmt:
1. Knochendefekttiefe:
Abstand zwischen reduzierten Alveolarkamm (Defektboden) und Implantatschulter entlang
der Implantatoberfläche.
2. Vertikaler Knochengewinn
Abstand zwischen reduziertem Alveolarkamm (Defektboden) und koronalstem Punkt des
neugebildeten Knochens in mm.
3. Osseointegration im Defektbereich:
koronalste
Knochen-Implantatkontaktfläche
am
Implantatgewinde
im
Bereich
des
neugebildeten Knochens in mm, ausgehend vom Defektboden nach koronal gemessen.
4. Osseointegrationsgrad im regenerierten Knochen:
Knochen-Implantatkontaktfläche im Bereich des neugebildeten Knochens in %.
5. Osseointegrationsgrad im ortsständigen Knochen:
Knochen-Implantatkontaktfläche im Bereich des ortsständigen Knochens in %.
Der zweite in Prozent angegebene Wert, hier als koronaler Knochenanteil in % bezeichnet,
bezieht sich auf die Basis, die im Defektbereich gemessen wurde, d.h. in diesem Fall ist dieser
Wert jeweils lingual und bukkal als 100 Prozent anzusehen.
In den Fällen, in denen kein Wert in der Tabelle notiert ist, war in der gemessenen Höhe im
Defektbereich kein Knochengewinn festzustellen.
80
4.7.
Implantatsysteme der Versuchsanordnung
In der Versuchsreihe wurden je vier Brånemark-Implantate 3,75 x 10 mm (Firma Nobel
Biocare AB,Göteborg, Schweden) im Unterkiefer in Regio 35, 36 bzw. 45, 46 implantiert.
Auf die Implantate wurden direkt nach der Implantation Metall- (Regio 36, 46) bzw.
Keramikabutments (Regio 35, 45) gesetzt.
4.8.
Statistische Auswertung
Die statistische Berechnung erfolgte mit Hilfe des Statistikprogramms SPSS 10.01. Zum
Nachweis der intraindividuellen Unterschiede (Sofortbelastung versus nicht Sofortbelastung)
wurde der t-Test für verbundene Stichproben verwendet. Grundsätzlich wurde für alle Tests
ein Signifikanzniveau von a=0,05 bei zweiseitiger Testung gewählt.
In der weiteren Darstellung werden die Mittelwerte sowie die Standardabweichungen für
jeden Parameter pro Versuchs- bzw. Testgruppe dargestellt. Bei Hund 2001 wurde leider nur
eine Belastungsart evaluiert. Bei den fünf anderen Hunden wurden Messwerte zu beiden
Belastungsarten gefunden und unter 5.3. ausgewertet.
81
5. Ergebnisse
5.1.
Klinische Beobachtung:
Alle Implantate konnten mit einer ausreichenden Primärstabiltät inseriert werden. Die RFAMessungen (RFA= Resonanz-Frequenz-Analyse; s.a. Abb. 10) direkt nach Implantation
ergaben Werte von mindestens 6000 Hz, so dass man von einer guten Primärstabilität
ausgehen konnte (MEREDITH et al. 1997). Allgemein kam es nach Insertion der Implantate
zu postoperativen Schwellungen. Diese waren jedoch unterschiedlich zwischen den einzelnen
Versuchstieren. Bei allen Versuchstieren waren die Schwellungen ca. 3 Tage postoperativen
auf ihrem Höhepunkt. In der ersten Woche war das Gewebe bei Palpation weich und wurde
gegen Ende der zweiten Woche allmählich härter. bzw. wirkte optisch so, als hätte es die
Eigenschaften eines knöchernen Alveolarkamms. Ab Ende der dritten Woche war eine
Abnahme der Schwellung und teilweise eine Rückbildung der Gewebemasse zu beobachten.
Von den ursprünglich 24 Implantaten konnten nach Beendigung der Studie noch 14 (58,3%)
Implantate für die statistischen Berechnungen verwendet werden. Sieben (29,1%) Implantate
waren 3 Monaten nach Implantation intraoral nicht mehr vorhanden. Ein (4,2%) Implantat
war bindegewebig eingeheilt und konnte nicht für die Auswertung verwendet. Zwei (8,3%)
Implantate (Tier 2024, Zahn 45,I und Tier 2027, Zahn 35,I. waren histometrisch nicht
auswertbar, da die zur Messung notwendige Differenzierung zwischen neuem und altem
Knochen nicht möglich war.
Abb. 10: RFA-Messungen (RFA= Resonanz-Frequenz-Analyse) zur Messung der
Primärstabilität der Implantate
82
5.2.
Histologische Beobachtungen:
Sowohl die mit als auch ohne rhBMP-2 behandelten Knochendefekte der transgingival
eingeheilten Sofortimplantate zeigten buccal nur einen sehr geringen histologisch sichtbaren
Knochengewinn. Unterschiede zwischen der Testgruppe und der Kontrollgruppe konnten
visuell nicht festgestellt werden.
Bei allen Präparaten war nach Anfärbung der Dünnschliffpräparrate der Unterschied zwischen
dem ortständigen und dem neu gebildeten Knochen sichtbar. Dieser Unterschied war zum
einen durch die unterschiedlich angefärbten Knochenareale als auch durch die im neu
gebildeten
Knochen
weniger
dichten
Knochentrabekel
deutlich
sichtbar.
Diese
Knochentrabekel waren von osteoblastenartigen Zellen umlagert. In unmittelbarer Umgebung
waren auch Osteoidablagerungen zu erkennen.
Weiterhin fiel auf, dass sowohl bei den mit rhBMP-2 behandelten Knochendefekte als auch
bei den ohne rhBMP-2 behandelten Knochendefekte, eine horizontale (bucco- linguale
Richtung) Knochenregeneration erzielt werden konnte. Dieser erreichte jedoch nicht die Form
und das Ausmaß des ursprünglichen Kieferkamms des Hundes. Es war also nicht nur eine,
wenn auch geringfügige, Regeneration in vertikaler Richtung zu verzeichnen, sondern auch in
bucco- lingualer Richtung konnte eine Knochenregeneration erzielt werden, die in Form und
Ausmaß dem ursprünglichem Alveolarkamm ähnelt, jedoch nicht die Ursprungshöhe erreicht.
83
5.3.
Ergebnisse der histomorphometrischen Untersuchungen
5.3.1.
Knochendefekttiefe:
Hinsichtlich der Knochendefekttiefe zeigten sich zwischen Defekten mit und ohne BMP-2
Applikation keine Unterschiede. Diese Unterschiede sind nicht signifikant (mean-0.55; std
0.36; pvalue 0.1184). Auch mit nonparametrischen statistischen Verfahren ließen sich keine
signifikanten Unterschiede nachweisen(siehe Tabelle 9.2. im Kap.9).
Offensichtlich schließt das 95 % KI (95%KI: -1.446, 0.3457) den hypothetischen Wert von 0
ein. Da das KI jedoch hinreichend eng ist, würde sich bei erhöhter Fallzahl von n=6 (statt n=3
in der Berechung) und gleicher Mittelwertdifferenz sowie Streuung ein 95% KI ergeben,
welches vollständig unterhalb von 0 liegt. Deshalb sei es gestattet, in diesem Fall von einer
tendenziellen niedrigeren Defekttiefe bei den sofortbelasteten Implantaten zu sprechen.
7
Defekttiefe (mm)
6
5
4
3
5,51
5,72
kein BMP-2
BMP-2
2
1
0
Abb.2: Defekttiefe
84
5.3.2.
vertikaler Knochengewinn
Hinsichtlich der Knochendefekttiefe zeigten sich zwischen Defekten mit und ohne BMP-2
Applikation keine Unterschiede. Bei Implantaten mit BMP-2 zeigte sich ein Wachstum von
2,37mm. Im Vergleich zu Implantaten ohne BMP-2, bei denen ein Wachstum von
durchschnittlich 2,25mm zu beobachten war. Diese Unterschiede sind nicht signifikant
(mean-0.67; std 0.45; pvalue 0.1246). Auch mit nonparametrischen statistischen Verfahren
ließen sich keine signifikanten Unterschiede nachweisen (siehe Tabelle 9.2. im Kap.9).
Offensichtlich schließt das 95 % KI (95%KI: -1.787, 0.4535) den hypothetischen Wert von 0
ein. Da das KI jedoch hinreichend eng ist, würde sich bei erhöhter Fallzahl von n=6 (statt n=3
in der Berechung) und gleicher Mittelwertdifferenz sowie Streuung ein 95% KI ergeben,
welches vollständig unterhalb von 0 liegt. Deshalb sei es gestattet, in diesem Fall von einer
tendenziellen niedrigeren vertikalen Knochengewinn bei den sofortbelasteten Implantaten zu
sprechen.
vertikaler Knochengewinn (mm)
3,5
3
2,5
2
1,5
2,25
2,37
kein BMP-2
BMP-2
1
0,5
0
Abb. 3: vertikaler Knochengewinn
85
5.3.3.
vertikale Osseointegration:
Hinsichtlich der Knochendefekttiefe zeigten sich zwischen Defekten mit und ohne BMP-2
Applikation keine Unterschiede. Bei Implantaten mit BMP-2 zeigte sich eine vertikale
Osseointegration von 2,37mm. Im Vergleich zu Implantaten ohne BMP-2, bei denen eine
vertikale Osseointegration von durchschnittlich 2,2mm zu beobachten war. Diese
Unterschiede sind nicht signifikant (mean-0.61; std 0.43; pvalue 0.1286). Auch mit
nonparametrischen statistischen Verfahren ließen sich keine signifikante Unterschiede
nachweisen(siehe Tabelle 9.2. im Kap.9).
Offensichtlich schließt das 95 % KI (95%KI: -1673, 0.4397) den hypothetischen Wert von 0
ein. Da das KI jedoch hinreichend eng ist, würde sich bei erhöhter Fallzahl von n=6 (statt n=3
in der Berechung) und gleicher Mittelwertdifferenz sowie Streuung ein 95% KI ergeben,
welches vollständig unterhalb von 0 liegt. Deshalb sei es gestattet, in diesem Fall von einer
vertikal Osseointegration (mm)
tendenziellen vertikale Osseointegration bei den sofortbelasteten Implantaten zu sprechen.
3,5
3
2,5
2
1,5
2,2
2,37
kein BMP-2
BMP-2
1
0,5
0
Abb.4: vertikale Osseointegration
86
5.3.4.
Osseointegration im regenerierten Knochen:
Hinsichtlich der Knochendefekttiefe zeigten sich zwischen Defekten mit und ohne BMP-2
Applikation keine Unterschiede. Bei Implantaten mit BMP-2 zeigte sich ein Wachstum von
66,5%. Im Vergleich zu Implantaten ohne BMP-2, bei denen ein Wachstum von
durchschnittlich 62,5% zu beobachten war. Diese Unterschiede sind nicht signifikant
signifikant (mean-12.67; std 23.35; pvalue 0.4467). Auch mit nonparametrischen statistischen
Verfahren ließen sich keine signifikanten Unterschiede nachweisen(siehe Tabelle 9.2. im
Osseointegration im reg. Knochen (%)
Kap.9).
100,00%
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
62,50%
66,50%
kein BMP-2
BMP-2
20,00%
10,00%
0,00%
Abb.5: Osseointegration im regenerierten Knochen
87
5.3.5.
Osseointegration im ortsständigen Knochen:
Hinsichtlich der Knochendefekttiefe zeigten sich zwischen Defekten mit und ohne BMP-2
Applikation
keine
Unterschiede.
Bei
Implantaten
mit
BMP-2
zeigte
sich
eine
Osseointegration von 67,2%. Im Vergleich zu Implantaten ohne BMP-2, bei denen ein
Osseointegration von durchschnittlich 70,2% zu beobachten war. Diese Unterschiede waren
nicht
signifikant
signifikant
(mean-5.5;
std
24.39;
pvalue
0.6826).
Auch
mit
nonparametrischen statistischen Verfahren ließen sich keine signifikanten Unterschiede
Osseointegration im orts. Knochen (%)
nachweisen(siehe Tabelle 9.2. im Kap.9).
90,00%
80,00%
70,00%
60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
70,20%
67,17%
kein BMP-2
BMP-2
20,00%
10,00%
0,00%
Abb.6: Osseointegration im ortständigen Knochen
88
6.
Diskussion
6.1.
Implantatintegration
Der Verlust von acht (n=8) von insgesamt 24 transgingival einheilenden Implantaten ergab
eine hohe Verlustrate von 33% in dieser Studie. Sicherlich mag hier die mangelnde
Compliance von Tieren im Vergleich mit dem Menschen Rechnung getragen haben. Wie von
VOLLMERHAUS et al. (1996) berichtet wurde, erfolgt die Nahrungsaufnahme und
Zerkleinerung in zwei Phasen: In der ersten Phase, der sog. Ingestionsphase, wird die
Nahrung von den Incisivi und Canini erfasst und in die Maulhöhle befördert. In dieser Phase
bewegt sich der Kiefer ausschließlich in der Sagittalebene, was auch als „Hackbiss“
bezeichnet wird. Erst in der zweiten Phase, der Mastikationsphase, wird die Nahrung von der
Zunge zwischen die Backenzähne transportiert und dort zerschnitten und zerrieben. Dies wird
auch als „Reibebiss“ bezeichnet. In dieser Phase läuft die Kieferbewegung vertikal und
transversal ab. Die Transversalbewegung läuft jedoch nur eingeschränkt und bei geöffnetem
Maul ab. Der Bissen gerät durch den orthalen Quetschdruck in eine Art Kompressionskammer
und wird durch die transversale Reibung zermalmt. Folglich werden inserierte Implantate
aufgrund ihres Kaumusters, auch mit nicht vertikalen Kräften belastet, die viel schneller zu
einem Verlust des Implantats führen können. Durch Umstellung des Futters der Tiere auf
Weichkost wurde versucht, die Kaubelastung in der Phase der Nahrungsaufnahme zu
minimieren, wie es bei Menschen ebenfalls der Fall ist. Das Argument der falschen Ernährung
kann also nicht geltend gemacht werden. Die Belastung der Implantate, durch Spielen der
Hunde mit Stöcken oder mit dem Gitter im Käfig des Tieres, konnte nie gänzlich vermieden
werden. Diese für den Hund natürlichen Verhaltensmuster, stellen aus implantologischer
Sicht ungünstige Quellen für die oben erwähnten schädlichen Mikrobewegungen dar.
Demgegenüber muß die Tatsache diskutiert werden, dass die Hunde vorzerkleinertes Futter
oder schlingfähige Bissen mit den Schneidezähnen erfassen und ohne gründliches Kauen
hinunterschlingen. Falls es sich um größere Futterstücke oder relativ harte Nahrung (z.B.
Knochen) handelt, werden diese mit den Schneide- und Eckzähnen erfasst und unter
Fixierung mit den Vorderpfoten Teile bzw. Stücke davon abgerissen oder abgebissen
(BREVES et al. 2000, GÜRTLER 1980, MEYER 1983, VOLLMERHAUS et al. 1996). Es
kann also in beiden Fällen nur bedingt von Kaubelastungen gesprochen werden, die denen des
Menschen entsprechen. Folglich muß auch über eine Validität der Vergleichbarkeit zwischen
Mensch und Hund gesprochen werden.
89
An diesem Punkt sollte man auch auf weitere kritische Punkte in Bezug auf den Einsatz von
Hunden in implantologischen Studien eingehen. Der Hund besitzt z. B. einen schnelleren turn
over sowie einen anderen Aufbau, Dichte und Dicke des Alveolarknochens (GIANNOBILE
et al. 1994, WEINBERG and BRAL 1999). Außerdem sind beim Hund die destruktiven
Prozesse am Zahnhalteapparat bei einer Parodontitis progressiver im Vergleich zum
Menschen: der Abbau des Zahnhalteapparats läuft ca. fünfmal schneller ab (GAD 1968).
Auch die Tatsache, daß das Kiefergelenk des Hundes ein reines Scharniergelenk darstellt und
angepaßt an die karnivore Ernährungsweise nur sagittale Bewegungen durchgeführt (KOCH
und v. FOREEST 2001, MOHR 1961, NICKEL et al. 1992, VOLLMERHAUS et al. 1996).
Seine Kauphysiologie ist vollkommen anders als die des Menschen (ANDERSON 1970,
LEVY et al. 1979, WEINBERG and BRAL 1999), was eine Übertragbarkeit auf den
Menschen fragwürdig macht oder zumindest die Aussagekraft der gewonnenen Ergebnisse
(gerade bei Studien mit belasteten dentalen Implantaten) einer sehr kritischen Analyse bedarf.
Auch ist zu bedenken, daß der Speichel bzw. sein pH-Wert, sowie das Sekretionsvolumen
unterschiedlich gegenüber dem Menschen sind (BREVES et al. 2000, GÜRTLER 1980,
LEVY et al. 1979). Die Mundhygiene differiert natürlich auch gegenüber der des Menschen.
Auch wenn Zahnreinigung und Mundpflege in der vorliegenden Studie betrieben wurde (s.a.
2.3.), läßt sich die Mundhygiene des Hundes nicht mit der des Menschen vergleichen. SAXE
et al. (1967) konnten bei ihren Untersuchungen, trotz spezieller Fixiervorrichtungen und
Zahnreinigungsgeräte, die Zahnbeläge zwar gering halten, jedoch nie völlig eliminieren. Trotz
dieser zum Teil kritischen Punkte ist und bleibt der Hund, vor allem unter dem Gesichtspunkt,
dass die Forschung an Affen in der Bundesrepublik Deutschland verboten ist, in der
Implantologie das Versuchstier der Wahl. Viele Faktoren wie z.B. anatomische Ähnlichkeiten
in Kiefer-, Zahn-, Weichgewebe oder ätiologischen Faktoren, der Gingivitis und Parodontitis,
sind vergleichbar mit denen des Menschen, auch die Pathogenese ist ähnlich (GAD 1968,
LEVY et al. 1979, MADDEN and CATON 1994, WEINBERG and BRAL 1999). Ein
weiterer großer Vorteil von Hunden in Versuchsstudien in der Implantologie ist, dass sehr
viele Arbeitskreise mit Hunden bereits gearbeitet haben oder arbeiten und so, je nach
Fragestellung der Versuchsanordnung, große Vergleich und Diskussionsmöglichkeiten mit
bereits vorliegender Studien möglich sind (s.a. 2.9.).
90
6.2.
Histologie
Die Herstellung eines exakt mittig, axial zum Implantat geschnittenen, Dünnschliffpräparates
ist Voraussetzung für eine gute Auswertung der histologischen Dünnschliffpräparate. Ein
nicht exakt mittig axial geschnittenes Implantat ruft Fehler bei der Ausmessung der Werte am
Computer hervor, da die Strecken sich verzerren.
Die verwendete Färbemethode mit Toluidinblau (Subtrate: Na-Tetraborat, Toluidinblau,
Pyronin-G) entspricht dem Standard (DONATH 1989). Trotzdem muß weiter diskutiert
werden, in wie weit alter und neuer Knochen unterschieden werden können. Bei der
histomorhometrische Auswertung traten immer wieder Probleme auf, die exakten
Grenzschichten zwischen altem und neuen Knochen zu finden. In der Literatur werden noch
weitere Färbemethoden wie z.B. Stevenel’s blue, van Gieson picro-fuchsin, Alizarin rot,
Ladewig oder von Goldner diskutiert, mit denen sich vor allem neu gebildeter Knochen
anders farbig als altes Knochengewebe anfärben läßt (MANIATOPOULOS et al. 1996,
ADDISON et al. 1973, MANUEL DEL CERRO et al. 1980).
6.3.
Histomorphometrie
In der vorliegenden Studie zeigten sich keine signifikanten Unterschiede beim
Knochengewinn zwischen den mit und ohne BMP behandelten Defekten. Es ließen sich nur
bei der Defekttiefe, dem vertikalen Knochengewinn und dem vertikalen Osseointegration
statistische Tendenzen finden (s.a. 5.3.). Die gefundenen Unterschiede sind fast alle im
Messfehlerbereich.
91
6.4.
BMP’s
Allgemein:
Das primäre Ziel des Einsatzes von Wachstumsfaktoren und BMP in der Implantologie ist die
Verbesserung
und
Beschleunigung
des
Knochen-Implantat-Kontaktes,
weil
die
Langzeitprognose eines Implantats unter Funktion von seiner knöchernen Integration abhängt
(BRÅNEMARK 1983). Zukünftige Ziele können in der Verbesserung der periimplantären
Knochenqualität und möglicherweise auch in der Reosseointegration nach Periimplantitis
bestehen (HANISCH et al. 1997). Unter Spontanheilungsbedingungen bildet sich bei
Titanimplantaten in Abhängigkeit vom Implantationsort ein relativer Oberflächenkontakt des
Implantats von etwa 40-60 Prozent aus (ARVIDSON et al. 1990), der sich durch mechanische
und
chemische
Oberflächenmodifikationen
(Ätzung,
Sandstrahlung,
Hydroxylapatitbeschichtung und mehr) zu einem gewissen Grad steigern lässt (BUSER et al.
1991, ERICSSON et al. 2000, GODFREDSEN et al. 2000, WEINLAENDER et al. 1992).
Schon relativ früh, noch während der Verwendung von natürlichen BMP‘s, wurde qualitativ
die Beschleunigung und Verbesserung der Implantateinheilung in experimentellen
Untersuchungen und am Patienten demonstriert (RUTHERFORD 1992, WANG 1994,
WANG 1993, YAN et al.). Diese Ergebnisse konnten später auch mit rekombinanten BMP
bestätigt werden (COOK et al. 1995), wobei von unserer Gruppe und anderen reproduzierbar
sehr
hohe
Knochen-Implantat-Kontaktwerte
von
80
Prozent
beobachtet
wurden
(TERHEYDEN et al. 1999). BMP’s induzieren osteogene Zellen, die mit Matrixstrukturen in
ihrer Umgebung in Interaktion treten und dann mit der Hartsubstanzbildung beginnen.
Osteoblasten benötigen eine feste Unterlage, an die sie Hartsubstanz anbauen. Auch
osteokonduktive Titanimplantate und Knochenersatzmaterialien können solche Startpunkte
der Substanzbildung darstellen und auf diesem Wege teilweise oder vollständig mit neuem
Knochen bedeckt werden. Diese Interaktion der induzierten Osteoblasten mit den
Implantatoberflächen findet selbstverständlich nur bei simultaner Insertion der Implantate und
BMP Applikation statt.
Ferner sollte man sich noch Gedanken über zukünftige Indikationen der BMP’s in der
Zahnmedizin und in der MKG-Chirurgie machen. Potentielle Anwendungsgebiete der BMP’s
stellen parodontale Knochendefekte, zystische oder osteotomiebedingte Knochenhöhlen,
Alveolarkammatrophien, periimplantäre Knochendefekte, osteotomiebedingte Spaltbildungen
in der orthopädischen oder kraniofazialen Chirurgie, Kiefer-Gaumen-Spalten, tumor- oder
92
traumabedingte Unterkiefer- beziehungsweise Mittelgesichtsdefekte, Hypoplasien des
Schädelskeletts
und
Pseudoarthrosebildungen
dar.
Durch
die
Beschichtung
von
Dentalimplantaten erscheint zudem eine Verbesserung deren Osseointegration möglich. In
Ratten konnten bereits Kiefer- und Kalottendefekte kritischer Größe (d. h. Defekte die sich
durch Spontanheilung nur unvollständig (bis zu 25 %) regenerieren) durch BMP-2 in
Kombination mit verschiedenen Trägermaterialien erfolgreich behandelt werden. Bei Hunden
gelang es, Unterkieferdefekte mit einer Länge von 3 cm durch die Implantation von BMP2/Kollagenträger knöchern zu rekonstruieren (YASKO et al. 1992). Radiologisch zeigte sich
bei den Tieren bereits nach drei Monaten eine vollständige knöcherne Überbrückung der
Defekte. BMP-2 wurde in Kombination mit resorbierbaren Mikropartikeln, erfolgreich in der
rekonstruktiven
Parodontalchirurgie
verwendet:
Bereits
nach
zweimonatiger
Implantationsdauer kam es bei Hunden zu einer Regeneration von Knochen und Zement.
Ähnliche tierexperimentelle Ergebnisse konnten auch mit BMP-7 in der parodontalen und
kraniofazialen Chirurgie erzielt werden. Durch die Applikation von BMP-7 in
Furkationsdefekte von Zähnen bei Affen soll es sogar neben einer Neubildung von
Wurzelzement auch zur Regeneration der Sharpeyschen Fasern kommen. Im Rahmen erster
klinischer Studien bei der Sinusbodenelevation wurde bereits gezeigt, dass BMP-2 in
Kombination mit einem Kollagenvlies nach vier Monaten zu einem ausreichendem
Knochenaufbau führt (YASKO et al. 1992).
Andererseits sollten die BMP‘s, wie auch die gesamte Gruppe der ß-TGF’s, kritisch auf ihre
Nebenwirkungen betrachtet werden. Schließlich handelt es sich hier um ein hochpotentes,
sogenanntes morphogenetisches, also gestaltbildendes Hormon (s.a. 1.5.9.).
So könnte „BMP-2“, sollte es in die Blutbahn gelangen, auch an anderen Stellen des Körpers
unerwünschte Wachstumsimpulse auslösen oder den Stoffwechsel negativ beeinflussen
(BINGMANN 2002). Es sollte immer bedacht werden, dass das natürliche BMP im Körper
rasch abtransportiert oder abgebaut wird. Durch diesen Abtransport bleiben die gewünschten
Wirkungen wie auch die unerwünschten Nebenwirkungen nicht lokal begrenzt und es kann zu
systemischen Veränderungen kommen.
Abschließend sollte jedoch gesagt werden, daß bis heute, trotz der vielversprechenden
experimentellen Ergebnisse, der klinische Einsatz von BMP’s noch zurückhaltend bewertet
werden sollte. Denn die Wirkungsweise der einzelnen Faktoren auf den Gesamtorganismus ist
bis heute nur unvollständig erforscht (PERRY 1999).
93
Studienbezogen:
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen vermuten, dass der Wachstumsfaktor rhBMP-2
ineffektiv oder zu gering konzentriert war, um das gewünschte Knochenwachstum zu
erreichen. Schließlich zeigen sich beim Knochengewinn keine signifikanten Unterschiede
zwischen rhBMP-2- und Kontrollgruppen.
94
6.5.
Transgingivale Implantateinheilung
Der Kernpunkt der vorliegenden Studie war die Etablierung einer transgingivalen
Implantateinheilung, bei der trotz „offener Wundverhältnisse“ eine Knochenregeneration
möglich ist. Die Ergebnisse der Studie lassen, hinsichtlich der ursprünglichen Fragestellungen
der Arbeit den Schluß zu, daß der Wachstumsfaktor rhBMP-2 ineffektiv oder zu gering
konzentriert war, um das gewünschte Knochenwachstum zu erzielen. Somit konnte eigentlich
nicht die Ausgangsfrage beantwortet werden. Trotzdem sollten weitere Studien klären, ob ein
Knochenaufbau
bei
transgingivaler
Implantateinheilung
möglich
ist,
da
dieses
Implantationsverfahren vorteilhaft für die Weichgewebserhaltung ist.
Dies wurde von HANISCH et al. (2000) bestätigt, der ein zweizeitiges Implantatsystem mit
transmukosalen, zahnanalogen Heilungsabutments (auch anatomische Heilungsdistanzhülsen
genannt) verwendet. Durch diese Anordnung wurden die periimplantären Weichgewebe
optimal abgestützt und einer Schrumpfung der Interdentalpapillen entgegengewirkt. Wie
bereits unter 2.8. erwähnt, sind die marginalen Gingivastrukturen nicht nur vom Knochen,
sondern auch von der Zahnfläche abhängig (KORNMANN et al. 2003).
Die Studie von HANISCH et al. (2000) konnte das Verfahren zur Papillenerhaltung bestätigen
und macht chirurgische Techniken zur Papillenrekonstruktion überflüssig (BEALE et al.
1992, PALACCI et al. 1995, HÜRZELER et al. 1999). Auch BRÄGGER et al. (1994)
kommen zu ähnlichen Ergebnissen. BRÄGGER et al. (1994) konnte bei einem 80jährigen
Patienten
mittels
Membrantechnik
und
durch
das
Setzen
eines
transgingivalen
Direktimplantates (ITI-Hohlzylinder) die Problematik des Knochenverlustes vermeiden.
Die Arbeitsgruppe um KORNMANN et al. (2003) kommt zu ähnlichen Ergebnissen.
KORNMANN et.al. (2003) verwendete ebenfalls individualisierte transgingivale Aufbauten,
die dem Durchtrittsprofil des natürlichen Zahnes entsprachen und damit stützend, anatomisch
korrekt den periimplantären Gingivarand und die Papillen wiedergaben. Damit war die
Weichgewebesituation, nach Sofortimplantation, identisch mit dem Zustand vor der
Extraktion. Die rote Ästhetik blieb somit vollständig erhalten.
Ein ganz entscheidener Vorteil für den Patienten besteht natürlich in dem Wegfall einer
Zweitoperation zur Implantatfreilegung (s.a. 2.8.). Außerdem kommt es im Vergleich zur
gedeckten Sofortimplantation durch die fehlende Lappenmobilisation, zu keiner Veränderung
der mukogingivalen Verhältnisse. Folglich müßte, bei korrekter Durchführung dieser
Methode, ein für den Patienten und auch den Behandler vereinfachter Eingriff resultieren.
95
Weiterhin ist zu diskutieren, dass für diese Methode der transgingivalen Einheilung möglichst
optimale parodontale und gingivale Verhältnisse vorliegen sollten. Bei Extraktionen aufgrund
von apikalen oder marginalen Parodontitiden ist diese Methode kontraindiziert (HANISCH et
al. (2000). Dies gilt genauso bei Vorliegen von Dehiszenz- und/oder Fenestrationsdefekten im
Alveolarbereich, da hier bei ungedecktem Heilungsverlauf die Regeneration dieser Defekte
sich als problematisch darstellt (HENRY et al. 1997).
Auch aus prothetischer Sicht vereinfacht die transgingivale Sofortimplantation (vor allem im
sichtbaren
Bereich)
den
Behandlungsablauf.
Die
Anwendung
von
zahnanalogen
Heilungsdistanzhülsen unterstützt den Erhalt der subgingivalen Weichgewebekontur nach
Zahnextraktion
und
kann
nach
Implantateinheilung
mit
Hilfe
korrespondierender
Abdruckpfosten optimal auf das Meistermodell zur Herstellung der definitiven Restauration
übertragen werden. Ferner müssen beim zwei zeitigen Implantationsverfahren vor der
Herstellung der endgültigen Suprastruktur Provisorien angefertigt werden, um nach der
Implantateröffnung eine adäquate Konditionierung der periimplantären Weichgewebe
erreichen zu können. Daraus ergibt sich eine komplexere und auch eine bei weitem längere
Behandlung (HANISCH et al. 2000).
96
6.6.
Alternative Regenerationsmethoden zu rhBMP-2
Unter Tissue engineering werden mehrere Methoden zusammengefaßt die alle das Ziel der
Regeneration
von
Gewebedefekten
verfolgen.
Neben
Wachstums-
und
Differenzierungsfaktoren werden auch adulte mesenchymale Stammzellen verwendet, die
nach Entnahme aus dem Körper (z.B. aus dem Beckenkamm) in vitro differenziert und
kultiviert werden (KOTOBUKI et al. 2005; GAMRADT et al. 2004; LIVINGSTON et al.
2003; AKITA et al. 2004; RINGE et al. 2003; FLAUTRE et al. 1999; YAMADA et al. 2004;
XIAO et al. 2003; HEDRICK et al. 2003; CANCEDDA et al. 2003; TORENSMA et al.
2003). Durch die Modifizierungen der in-vitro Zellgewinnung, konnte der Zeitraum bis zum
Erreichen einer adäquaten Zellzahl von Osteoblasten deutlich verkürzt werden. Einiger
Grundlagenforschung bedarf es sicher, bevor autologe Knochenzellen endgültig zur
klinischen Anwendung zugelassen werden. Die unterschiedlichen Gewinnungsmethoden
zeigten in der immunhistochemischen Färbung keine Differenzen (WILTFANG et al. 2000;
YILDIRIM 2003).
Alternativ
sind
hier
sicherlich
die
Möglichkeiten
der
Defektdeckung
mittels
Knochenersatzmaterialien (=KEM) wie z.B. Cerasorb (synthetisches, biokompatibles
Knochenaufbaumaterial
aus
phasenreinen
ß-Tricalciumphosphat),
Algipore
(Korallenstrukturen), BIO-OSS (deproteiniertes bovines Knochen-Mineral) oder DBM
(=decalcified bone matrix) zu diskutieren (EWERS et al. 2004; KOEPP et al. 2004; MERTEN
et al. 2000 und 2001; TRASATTI et al. 2004; TERHEYDEN et al. 1999; TURHANI et al.
2003; LILJENSTEN et al. 1998; MADDEN et al. 1994; MISCH et al.1993; Levy et al. 1979;
YILDIRIM 2000, 2001, 2003). In diesem Kontext kommt jedoch die Frage auf, welchen
Einfluss Knochenersatzmaterialien grundsätzlich auf menschliche Osteoblasten besitzen.
Die Arbeitsgruppen um NEUGEBAUER et al. (2003) und KUEBLER et al. (2004)
untersuchten diese Wechselwirkung an Zellkulturen, indem sie den Einfluss der
Ersatzmaterialien auf die Zellaktivität und die Differenzierungskapazität der Osteoblasten
erfassten (NEUGEBAUER et al. 2003; KÜBLER et al. 2004). Sie wählten fünf
Knochenersatzmaterialien für ihre Studie aus: Algipore, BioBase, Bio-Oss, Osteograf/N
sowie PepGen P-15. Diesen Materialien setzen die Forscher Osteoblastenkulturen zu und
ermittelten nach neun Tagen die Proliferationsrate (WST-1-Test). Nach 21 Tagen
begutachteten sie die Proben unter dem Rasterelektronenmikroskop (SEM). Als Kontrolle
dienten Osteoblastenkulturen, denen keine Knochenersatzmaterialien zugesetzt wurden. Die
97
höchste Proliferationsrate erzielte das Material PepGen P-15, ein bei hoher Temperatur
hergestelltes bovines Hydroxylapatit mit einem zusätzlichen synthetischen Peptid. Hier lag
die Proliferationsrate sogar leicht über der Rate der Kontrollgruppe (2,58 vs. 2,47). Die
anderen Materialien Algipore, BioBase und Osteograf/N erzielten signifikant geringere
Werte, die niedrigsten Werte erreichte Bio-Oss (0,17). PepGen P-15 zeigte auch bei der SEMKontrolle das dichteste Zellwachstumsverhalten. Insgesamt bewerten die Autoren die
gemessenen Werte für die Materialien Algipore, BioBase und Osteograf/N als "hoch", die für
PepGen P-15 als "sehr hoch". Ursache für die gesteigerte Zellproliferation durch PepGen P-15
seien die Typ-I-Bindungsstellen der P-15-Peptide (NEUGEBAUER et al. 2003).
Auch der Einsatz von PRP (plated rich plasma) zwecks Unterstützung der Defektheilung
wäre in diesem Rahmen zu nennen. Platelet-Rich-Plasma ist die englische Abkürzung für
patienteneigenes plättchen- oder thrombozytenreiches Plasma; d.h. ein Konzentrat von
Thrombozyten in einem kleinen Restvolumen Plasma, das durch Zentrifugation von
Patientenblut hergestellt werden kann. Die in den alpha-Granula der Thrombozyten
enthaltenen Wachstumsfaktoren sind jedoch die eigentlich wirksamen Bestandteile des PRP‘s,
die bei der Aktivierung der Thrombozyten freigesetzt werden. Zu ihnen gehören PDGF
(platelet-derived growth factor), TGF-ß 1+2 (transforming growth factor ß 1+2), IGF (insulinlike growth factor), bFGF (basic fibroblast growth factor), EGF (epidermal growth factor) und
VEGF (vascular endothelial growth factor). Bereits seit den 70er Jahren ist bekannt, das das
Blut Bestandteile enthält, die die Regenerationsfähigkeit von Knochen und Gewebe
unterstützen (schnellere Reifung und bessere Qualität des gebildeten Knochens). Dieses
Plasma wird meist in Blutbanken im Rahmen der Transfusionsmedizin aus Spenderblut
gewonnen (mittels Vollblutzentrifugation oder maschineller Pherese); es ist neuerdings
mittels neuer Apparate auch in einer (zahn-) ärztlichen Praxis aus dem Eigenblut des
Patienten gewinnbar. Um das regenerative Potential des PRP‘s voll ausschöpfen zu können,
wird dem Augmentat zumindest in geringen Mengen autologer Knochen zugesetzt; welches
Knochenersatzmaterial in Verbindung mit PRP die beste Regeneration zeigt, ist noch nicht
geklärt. Darüber hinaus wurde auch über einen geringeren Schmerzmittelverbrauch durch den
Einsatz von PRP berichtet. In der Parodontologie konnte durch eine Kombination von
synthetischem PDGF und IGF, die beide im PRP enthalten sind, eine signifikante Förderung
der Knochenregeneration nachgewiesen werden. In jüngster Zeit wurde der Einsatz von
aktiviertem Plättchen-Gel (AGP, ähnlich der Fibrinmembran aus Platelet-Poor-Plasma) als
autologer Fibrinkleber und für den Wundverschluss entdeckt; es lassen sich für die Zukunft
vielleicht neben der Knochenregeneration eine Vielzahl neuer Indikationen für den PRP-
98
Einsatz erwarten. Allerdings darf PRP - wie in publikumswirksamen Laienmedien häufig
geschehen - nicht als "Wundermittel" angesehen werden. Der Zeitraum bis zum Beginn der
Knochenbildung wird nicht verkürzt, sondern die Knochenreifung vom Geflechtknochen zum
Lamellenknochen beschleunigt und dabei sowohl Knochendichte als auch Knochenqualität
deutlich verbessert. Dadurch besteht die Möglichkeit, früher zu implantieren oder Implantate
früher zu belasten, keinesfalls aber diese durch PRP-Techniken sofort voll zu belasten.
Obwohl die Anwendung von PRP zunehmend auch von anerkannten Wissenschaftlern als
sinnvoll angesehen wird (KASSOLIS et al. 2000, LOZADA et al. 2001, MARX et al. 1998),
bestehen seitens des Arbeitskreises Blut (AK Blut) Bestrebungen, dem implantologisch
tätigen Zahnarzt oder Oralchirurgen diese Option zur Optimierung der Knochenregeneration
wieder zu entziehen. Weiter wird leider auch die Frage aufgeworfen, ob ein Zahnarzt
überhaupt berechtigt ist, seinen Patienten Blut abzunehmen. Außerdem wird die Anwendung
des Transfusionsgesetzes (TFG) und die daraus resultierenden Folgen diskutiert.
Abschließend muß man sagen das zur Zeit auf die Frage ob PRP möglicherweise eine
Verbesserung
der
knöcherenen
Implantatintegration,
eine
Spontanheilung
von
Knochendefekten oder eine Reduktion von autogenem Knochentransplantaten bewirken kann,
keine durch experimentell Daten belegte Antwort gegeben werden kann. Experimentell gibt
es bisher keinen gesicherten Nachweis einer Wirkung des PRP. Im Augenblick kann man eher
davon sprechen das sich die Forschung eher in einem empirischen Stadium befindet, in dem
nur sehr vorsichtige Aussagen über die Wirksamkeit von PRP-Präparaten gemacht werden
können. Allererste klinische Daten (Case-reports) erscheinen vielversprechend und berichten
übereinstimmend von einer unter PRP-Einsatz verbesserten und beschleunigten Wundheilung
bis zum Zeitpunkt der Nahtentfernung (KASSOLIS et al. 2000; LOZADA et al. 2001;
TERHEYDEN und SADER 2002).
Die, im Kapitel 2.9.1. „Erhaltung der Weichgewebsmorphologie bei einzeitigen
sofortimplantierten transgingivalen Einzelzahnimplantaten“ vorgestellte, Bedeutung der
Implantatform und der Form der transgingivalen Elemente (Anatomische Schulter) müssen
sehr genau betrachtet werden und können als Kritikpunkt der vorliegenden Studie angesehen
werden. Denn in der vorliegenden Studie wurden keine individuellen transgingivalen
Elemente oder sogenannte anatomische Schultern verwendet. Es wurden einfache
glattflächige runde Abutments eingesetzt. Dies ist laut BOLLEN et al. (1996) ein wichtiger
Kritikpunkt. Implantate mit einer höheren Rauigkeit der Oberfläche, fördern die
Plaqueakkumulation mit Keiminvasion und gefährden damit natürlich den Langzeiterfolg der
99
Implantate über eine Infektion der Weichteile und nachfolgende Läsionen (s.a. 2.8.1.).
Genauso kann eine zu glatte Oberfläche der Implantate (an deren Durchtrittsstelle durch die
Gingiva = Implantathals), durch die fehlende Ausbildung von Hemidesmosomen, den
Weichgewebsverschluß an den Implantaten verschlechtern (BOLLEN et al. 1996, WAGNER
und Al NAWAS 2003). Schließlich ist laut LAUER et al. (1997) das periimplantäre
Weichgewebe im Unterschied zum Parodontalgewebe ein minderwertiges, schlecht
durchblutetes Narbengewebe, welches sich an die hochglanzpolierte Oberfläche des
Implantats oder der Suprakonstruktion anlagert. Dieser Prozess unterstützt natürlich die
Bildung der oben genannten Infektionen und Läsionen. Es ist also von größter Wichtigkeit,
nicht nur in ästhetischer Hinsicht für den Erhalt des Weichgewebe, sondern auch durch die
oben beschriebenen Infektionen der Weichteile und nachfolgende Läsionen, individuell
gestaltete transgingivale Elemente (=Abutments; b.z.w. Anatomische Schultern) einzusetzen,
um dieser Problematik vorzubeugen. Dies wird in der Studie von HANISCH et al. (2000)
bestätigt.
SCHMIDT et al. (2003) deutet in diesem Kontext an, dass die von HANISCH et al. (2000)
und HAESSLER et al. (2001) beschriebenen Rezessionen im labialen Bereich der
periimplantären Gingiva, nach Fertigstellung der prothetischen Versorgung, durch das
wiederholte Auf- und Abschrauben von Abdruckpfosten, Gingivaformer oder individuellen
Kunststoffabutments (bei der weiteren prothetischen Versorgung) enstehen. Dieses
wiederholte Entfernen führt jedes Mal zu sichtbaren Verletzungen (Blutungen aus dem
implantären Sulkus) des periimplantären Weichgewebes. Die führt natürlich zu den oben
erwähnten narbigen Schrumpfungen, so dass Rezessionen im labialen Bereich entstehen.
100
7. Zusammenfassung
Fragestellung: Ziel der vorliegenden Arbeit war die Wirkung von rhBMP-2 auf die
Knochenrekonstruktion
von
Dehiszenzdefekten
bei
dentalen
Implantaten
im
Tierversuchsmodell zu untersuchen. Mit den Ergebnissen dieser Studie soll die
Weiterentwicklung des einzeitigen transgingivalen Sofortimplantationverfahrens ermöglicht
werden, um Patienten nach Zahnverlust nicht nur chirurgisch, sondern auch prothetisch (mit
Zahnersatz) in einer Sitzung zu rehabilitieren. Daher soll die Knochenrekonstruktion mit
rhBMP-2 bei transgingivalen Sofortimplantaten im Hundemodell untersucht werden, wobei
Zahnextraktion, Implantation, Knochenaugmentation, Implantateröffnung und Versorgung
mit Zahnersatz in ein und derselben Sitzung durchgeführt wurden.
Material und Methode: Insgesamt wurden bei sechs Hunden 24 Implantate implantiert, die
durch Aufschrauben eines keramischen Abutments, bzw. einer Metall-Heilungsdistanzhülse,
transgingival einheilten. In jeweils einer Kieferhälfte eines jeden Tieres in einer Testgruppe
wurde das Calciumphosphat mit dem Wachstumsfaktor rhBMP-2 (Testgruppe) vermischt und
damit die bukkalen Knochendehiszenzdefekte aufgefüllt. Auf der kontralateralen Seite
wurden die Defekte nur mit Calciumphosphat, d.h. ohne rhBMP-2 (Kontrollseite) aufgefüllt.
Ergebnisse: Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede in den mit rhBMP-2
behandelten
Knochendefekten
im
Vergleich
zu
den
ohne
rhBMP-2 behandelten
Knochendefekten. Von den ursprünglich 24 Implantaten konnten nach Beendigung der Studie
noch 14 (58,3%) Implantate für die statistischen Berechnungen verwendet werden. Sieben
(29,1%) Implantate waren 3 Monaten nach Implantation intraoral nicht mehr vorhanden. Ein
(4,2%) Implantat war bindegewebig eingeheilt und daher nicht für die Studie verwertbar.
Zwei (8,3%) Implantate
waren histometrisch nicht auswertbar, da die zur Messung
notwendige Differenzierung zwischen neuem und altem Knochen nicht möglich war. Die
histomorphometrische Auswertung ergab in der mit rhBMP-2 behandelten Testgruppe eine
Defekttiefe von 5,72 (SD: 0,48) mm, einen Knochengewinn von 2,37 (SD: 0,66) mm, eine
vertikale Osseointegration von 2,37 (SD: 0,63) mm, eine Osseointegration im regenerierten
Knochen von 66,5 (SD: 20,91) % und eine Osseointegration im ortständigem Knochen von
67,17 (SD: 7,17) %. In der Kontrollgruppe waren die Werte respektive 5,51 (SD: 0,84) mm;
2,25 (SD: 0,67) mm; 2,2 (SD: 0,64) mm; 62,5 (SD: 12,05) % und 70,2 (SD: 40,95) %.
Statistisch signifikante Unterschiede konnten bei keinem Parameter festgestellt werden.
101
Schlußfolgerung: Die Knochenrekonstruktion mittels rhBMP-2 bei transgingivalen
Sofortimplantaten führte in der vorliegenden Studie zu einer unvollständigen Regeneration
der Knochendefekte. Die Ergebnisse dieser Studie werfen Fragen hinsichtlich der
verwendeten Konzentration und Aktivität des Differenzierungsfaktors, als auch hinsichtlich
der Methode der transgingival einheilenden Sofortimplantation von dentalen Implantaten auf.
102
8.
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Maxillary sinus augmentation using xenogenic bone substitute material Bio-Oss in
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Yildirim M.
Habilitationsschrift:
Berücksichtigung
Präimplantologische
der
Verwendung
Knochenregeneration
von
unter
besonderer
Knochenersatzmaterialien:
Ergebnisse
experimenteller und klinischer Untersuchungen; RWTH Aachen (2003).
Young, R. W.
Cell proliferation and specilalization during endochondral osteogenesis in young rats.
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Yukna RA, Castellon P, Saenz-Nasr AM, Owens K, Simmons J, Thunthy KH, Mayer ET.
Evaluation
of
hard
tissue
replacement
composite
graft
material
as
a
ridge
preservation/augmentation material in conjunction with immediate hydroxyapatite-coated
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local application.
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155
9. Anhang
9.1.
Darstellung der Meßwerte und Gegenüberstellung der einzelnen Versuchsreihen
Tier-Nr.: re li Zahn
2001
·
45
Präparat
I
Kontroll- BMP- Metall- Keramik-Abu.
seite
seite
Abu.
2001
·
45
II
·
·
2007
·
35
I
·
2007
·
36
II
·
2007
·
45
I
2007
·
46
II
36
I
2008
·
Defekttiefe
Knochengewinn
Vertikale OI
2,1
OI im reg.
Knochen
52%
OI im orts.
Knochen
60%
6
2,1
5,4
1,8
1,8
76%
66%
·
5,9
2,9
2,9
57%
71%
·
6
2,8
2,7
60%
57%
·
4,8
1,3
1,3
79%
71%
·
6
0
0
0%
63%
6,3
2,2
2,1
76%
88%
·
6
0
0
0%
77%
·
·
·
·
·
·
2008
·
45
I
2008
·
46
I
·
·
6
0
0
0%
69%
35
I
·
·
5,6
2,7
2,7
40%
56%
45
II
4,6
2,5
2,4
44%
88%
36
I
5,9
2,8
2,8
40%
67%
2010
2010
·
·
2010
·
·
·
·
·
2010
·
46
II
·
·
6
2,8
2,7
60%
57%
2024
·
45
I
·
·
X
X
X
X
48%
2024
·
46
III
·
·
3,9
0,9
0,9
75%
89%
35
I
·
·
X
X
X
X
78%
46
I
·
bindeg.
Eingeheilt
2027
2027
·
·
·
Bindeg.
Eingeheilt
bindegew. Eingeheilt
re = rechts; li = links; Metall-Abu. = Metallabutment; OI= Osseointegration; reg. = regenerierter; orts. = ortsständiger
(Bei Wert 0 war kein Wachstum von neuem Knochen zu messen; bei X war die histologische Unterscheidung zwischen neuem und altem Knochen
nicht möglich)
156
9.2.
Tabellarischer Vergleich der Ergebnisse der histomorphometrischen
Untersuchungen
BMP 2
Defekttiefe
Mittelwert
Standardab Standardfehler des
weichung
Mittelwertes
kein BMP-2
5,51
0,84
0,30
BMP-2
Knochen- kein BMP-2
gewinn
BMP-2
vertikale kein BMP-2
OI
BMP-2
OI im reg. kein BMP-2
Knochen
BMP-2
OI im orts. kein BMP-2
Knochen
BMP-2
5,72
2,25
0,48
0,67
0,19
0,24
2,37
2,2
0,66
0,64
0,27
0,23
2,37
62,50%
0,63
12,05%
0,26
4,26%
66,50%
70,20%
20,91%
14,95%
8,54%
4,73%
67,17%
7,17%
2,93%
OI= Osseointegration; reg. = regenerierter; orts. = ortsständiger
157
10.
Danksagung
An dieser Stelle sei es mir gestattet, meinem verehrten Doktorvater Herrn Univ.-Prof. Dr. Dr.
Dr. h.c. H. Spiekermann, Leiter der Klinik für zahnärztliche Prothetik und WerkstoffkundeAachen, für die Überlassung des Themas und die Erlaubnis, uneingeschränkt in seiner Klinik
arbeiten zu dürfen, herzlich zu danken. Zudem war es immer möglich, bei aufkommenden
Problemen ein aufmerksames und gutmütiges Gehör seitens Herrn Univ.-Prof. Dr. Dr. Dr. h.c.
H. Spiekermann zu finden. Auch in meinem beruflichen Werdegang konnte Herrn Univ.-Prof.
Dr. Dr. Dr. h.c. H. Spiekermann mir sehr wertvolle und äußerst hilfreiche Ratschläge und
Anregungen geben.
Weiterhin gilt mein großer Dank Herrn Dr. med. dent. O. Hanisch M. Sc., ehemaliger
Assistent der Klinik für zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde der RWTH – Aachen,
für seine uneingeschränkte und großzügige Beratung und Unterstützung während meiner
Doktorandenzeit und darüber hinaus.
Allen Damen und Herren Professoren, sowie Oberärzten, Assistenten und Schwestern und
Helferinnen der Institute und Kliniken der RWTH – Aachen, vorallem in der Klinik für
zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde der RWTH – Aachen, danke ich für das bei
Ihnen Erlernte. Besonderer Dank gilt Dr. C. Hamächer und Dr. K. Haselhuhn.
Den Ärzten und Pflegern der Abteilung für Versuchstierkunde danke ich sehr für ihre
Unterstützung. Besonderer Dank gilt Tadeusz Stopinski. Er war mir eine sehr große Stütze.
Frau Roeder danke ich sehr für die tatkräftige Unterstützung bei der Herstellung der
histologischen Präparate.
Dem IZKF „BIOMAT.“ danke ich für die Nutzung der zentralen Laborfläche. Insbesondere
Herrn Univ.-Prof. Dr. Jahnen-Dechent danke ich für sein aufmerksames und gutmütiges
Gehör bei aufkommenden Problemen.
Dr. A. Bozkurt danke ich sehr für seine Hilfsbereitschaft und seine moralisch Unterstützung.
158
Herrn Juniorprofessor Dr. C. Apel danke ich für seine kritischen Anregungen bei der
Erstellung der Arbeit.
Herrn Wilms danke ich für die Unterstützung bei den fotographischen Arbeiten.
Besonders möchte ich meinem Freund Priv. Doz. Dr. D. Ulrich für seine Unterstützung
danken.
Meinen IZKF „BIOMAT.“-Kollegen Dr. rer. nat. C. Schäfer und C. Cordes danke ich für die
EDV-Hilfe bei Erstellung dieser Dissertation.
Dr. Dr. M. Erbe danke ich sehr für seine Hilfe in den letzten Jahren und das bei ihm Erlernte.
Danken möchte ich auch meiner geliebten Frau Susanne Smeets-Zippe, die diesen Streß nun
schon zum zweiten Mal ertragen mußte und mir stets eine Stütze war.
Besonderer Dank gilt meinen geliebten Eltern Mathilde-Albertine Smeets, Karl-Josef Smeets
und meinem Bruder Thomas Smeets. Ohne ihre stetige Unterstützung wäre diese Ausbildung
niemals möglich gewesen. Danke für alles. Das werde ich niemals vergessen.
Alles was ich bin verdanke ich Euch.
Qui proficit in litteris et deficit in moribus plus deficit quam proficit.
159
11.
Curriculum vitae
Name:
Geburtsdatum:
Geburtsort:
Familienstand:
Nationalität:
Dr. med. dent. Ralf Smeets
28. September 1969
Aachen
verheiratet
niederländisch
Schulausbildung:
7.1977 – 6.1981
katholische Grundschule Reumontstraße /Aachen
8.1981 – 5.1990
Couven - Gymnasium Aachen
Berufsausbildung:
WS 1990/91-SS 1995
Studium der Chemie an der RWTH Aachen
Schwerpunktfach im Hauptstudium: Makromolekulare Chemie
WS 1994/95-SS 2000
Studium der Zahnmedizin an der RWTH Aachen
WS 2000/01-WS 02/03
Studium der Humanmedizin an der RWTH Aachen
Prüfungen und Abschlüsse:
8/1993
Vordiplom Chemie
3/1997
Physikum der Human- und Zahnmedizin
7-12/2000
Staatsexamen der Zahnmedizin
19/12/2000
Approbation als Zahnarzt
8/2002
1. Staatsexamen der Humanmedizin
3/2003
2. Staatsexamen der Humanmedizin
4/2003
Beginn des Praktischen Jahres der Humanmedizin
1.Tertial: Abteilung für Viszeral –und Unfallchirurgie des
akademischen Lehrkrankenhaus Luisenhospital Aachen
Leiter: CA Prof. Dr. med. G. Müller
Rotation in die Abteilung für Plastische Chirurgie und
Handchirurgie (6 Wo)
Leiter: CA Dr. Grandel
160
2.Tertial: Abteilung für Zahn-, Mund-, Kiefer- und plastische
Gesichtschirurgie (Plastische Operationen) der RWTH Aachen
Leiter: Univ.-Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Riediger
3. Tertial: Abteilung für Innere Medizin des akademischen
Lehrkrankenhaus Luisenhospital Aachen
Leiter: CA Prof. Dr. med. Berges
6/12/2003
Promotion zum Dr. med. dent. in der Klinik für Plastische
Chirurgie, Hand- und Verbrennungschirurgie der RWTH
Aachen (Prof. Pallua); magna cum laude
5/2004
3. Staatsexamen der Humanmedizin
Seit 1.6.2004
AiP in der Abteilung für Zahn-, Mund-, Kiefer- und plastische
Gesichtschirurgie (Plastische Operationen) der RWTH Aachen
Leiter: Univ.-Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Riediger
Seit 1.7.2004
Forschungsrotation ins IZKF „BIOMAT.“ (Prof. JahnenDechent)
Studienaufenthalte:
Harvard Medical School/ Boston (USA), UCLA Los Angeles/
Kalifornien (USA), Universitätsspital Zürich (Schweiz),
Privatuniversität/ St. Johanns Spital Salzburg (Österreich)
Forschungsaufenthalte:
Kingston University of London (England), Universität
Innsbruck (Österreich), Universitätsklinik Würzburg
Wiss. Tätigkeiten im UK Aachen:
WS 1996/97
Mitarbeit in der Forschungsgruppe um PD Dr. von Heimburg
Klinik
für
Plastische
Chirurgie,
Handund
Verbrennungschirurgie der RWTH Aachen (Prof. Pallua),
Tissue Engineering von Fettzellen
11/2000-6/2001
Wissenschaftliche Hilfskraft im IZKF „BIOMAT.“ (Prof.
Jahnen-Dechent) im Rahmen der Tierexperimentelle
Dissertation (Dr.med.) in der Klinik für zahnärztliche Prothetik
(Prof. Spiekermann) der RWTH Aachen; „rh–BMP-2 zur
Knochenaugmentation
bei
transgingivalen
Implantateinheilung“; TV 45
Seit 1.6.2002
Wissenschaftliche Hilfskraft im IZKF „BIOMAT.“ (Prof.
Jahnen-Dechent) für die Medizinische Klinik II/ klinische
Immunologie (Prof. Floege); „Extraosseous mRNA expression
of bone associated proteins in uremic mice lacking
Ahsg/Fetuin-A“; TV 1110
161
seit 8/2003
Mitarbeit in der Forschungsgruppe um Dr. Wöltje, Dr.
Denecke und Prof. Jahnen-Dechent im IZKF „BIOMAT.“:
„Analyse der Einflüsse textiler Zellträgerstrukturen auf
humane adulte Stammzellen“
7/2004
START-Antrag zur Forschungsförderung: „Einsatz von
humanen adulten Stammzellen auf textilen Zellträgerstrukturen
zur Rekonstruktion von Knochendefekten im Mund-, Kieferund Gesichtsbereich“
seit 1/7/2004
Forschungsrotation ins IZKF „BIOMAT.“ (Prof. JahnenDechent)
seit 6/2004
Forschungsprojekt: Expression von Oberflächenproteinen
isolierter
humaner
Pulpazellen
im
Vergleich
zu
Knochenmarkstammzellen (Kooperation mit Juniorprofessor
Dr. C. Apel Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und
präventive Zahnheilkunde)
seit 11/2004
Drittmittelprojekt mit der Firma Heraeus Kulzer: Der Einsatz
von Ostim® auf textilen Zellträgerstrukturen zur
Rekonstruktion von Knochendefekten in der Mund-, Kieferund plastischen Gesichtschirurgie. (46.000 Euro).
1/2005
START-Antrag zur Forschungsförderung: Schleimhautersatz
in der Mundhöhle durch autologe Keratinozytenkulturen auf
Hyaluronsäureestermembranen,
Kollagenmembranen,
CalFormaTM und textilen Zellträgerstrukturen (PVDF, BAK,
PGA und PLLA)
1/2005
START-Antrag zur Forschungsförderung: Der Einsatz von
humanen adulten Stammzellen auf einem resorbierbaren,
osteoinduktiven, pH-neutralen Verbundwerkstoff aus Poly
(D,L)- Laktid/Calciumphosphat und resorbierbaren textilen
Zellträgerstrukturen (BAK, PGA und PLLA) zur
Rekonstruktion von Knochendefekten in der Mund-, Kieferund plastischen Gesichtschirurgie.