Effect of a highly bioactive calcium alkali orthophosphate-based bone grafting material as compared to a tricalcium phosphate bone substitute on osteogenesis after sinus floor augmentation in patients

In den letzten 25 Jahren hat sich die Verwendung von Zahnimplantaten zum Ersatz fehlender Zähne zu einer Standardbehandlung in der modernen Zahnmedizin entwickelt. Die Implantattherapie kann jedoch bei Patienten mit unzureichendem Knochenvolumen eine Herausforderung darstellen. Präimplantologisches Verfahren zur Alveolarkammaugmentation dienen bei diesen Patienten als Grundlage für die Schaffung einer ausreichenden Knochenmenge und -qualität für die orale Rehabilitation. Die Sinusboden-Augmentation ist ein anerkanntes Verfahren zur Augmentation atrophischer Kieferkämme des hinteren Oberkiefers. Obwohl autologe Knochentransplantate den Goldstandard darstellen, sind diese mit den Nachteilen des zusätzlich erforderlichen chirurgischen Zweiteingriffes, dem Risiko der Morbidität in der Spenderregion und der Notwendigkeit einer Vollnarkose zur Gewinnung von Beckenkammtransplantaten behaftet, welches eine zunehmende Suche nach Alternativen bedingt hat. Dies hat zu intensiver Forschung zur Entwicklung geeigneter synthetischer Knochenersatzmaterialien geführt. Ideale Knochenersatzmaterialien sollten als Leitschiene dienen, an deren Oberfläche die Knochenbildung induziert wird. Durch Migration von Osteoprogenitorzellen zur Materialoberfläche, die zu Osteoblasten differenzieren und Knochenmatrix sezernieren, entsteht dabei mineralisierte Knochenmatrix. Darüber hinaus sollte das Knochentransplantat relativ schnell resorbierbar sein, um bei rascher Knochenbildung im neugebildeten Knochen zu resorbieren. Dies sollte zu einem vollständigen Ersatz durch das neue, funktionsfähige Knochengewebe führen. Dies ist bei der Kieferkammaugmentation für die Insertion des Implantats in die augmentierten Areale von großer Bedeutung, da eine Osseointegration nur zwischen Implantatoberfläche und Knochengewebe erfolgen kann. Die Verwendung von β-Tricalciumphosphaten (β-TCP), welche osteokonduktiv sind, als Knochenersatzmaterial für die Kieferkammaugmentation ist ein etabliertes Verfahren geworden. Die Resorptionsrate von β-TCP liegt zwischen 1-2 Jahren beim Menschen. Ein neuer Typ von Calciumphosphat-Keramik sind glasig-kristalline Siliziumdioxid enthaltene Calcium-Alkali-Orthophosphate mit der kristallinen Hauptphase Ca2KNa(PO4)2, welche entwickelt wurden, um eine höhere chemische Löslichkeit und Abbaubarkeit zu erreichen. Vorausgegangene in vitro- und in vivo-Studien haben gezeigt, dass diese Materialien eine stärker stimulierende Wirkung auf die osteoblastische Zellfunktion, die Knochenbildung und die Osteogenese ausübten als Tricalciumphosphate. In der vorliegenden klinischen Studie wurde die Wirkung des Siliciumdioxid-haltigen Calcium-Alkali-Orthophosphates (Si-CAOP, Osseolive™) auf die Osteogenese und die osteogene Markerexpression im Vergleich zu βTricalciumphosphat (β-TCP, Cerasorb™ M) in Bioptaten, die 6 Monaten nach Sinusbodenaugmentation gewonnen wurden, bei 24 Patienten untersucht. Zylindrisch Biopsien wurden für immunhistochemische Untersuchungen an Hartgewebsschnitten unter Verwendung der osteogenen Marker Osteocalcin, Kollagen Typ I, Bonesialoprotein und alkalische Phosphatase aufbereitet. An einigen Osseolive™ Proben wurden auch der immunhistochemische Nachweis des angiogenen Markers (von Willebrand-Faktor) zur Untersuchung der Blutgefäßbildung etabliert. Die histomorphometrische Analyse der histologischen Schnitte wurde in zwei Bereichen von Interesse durchgeführt: zentral und apikal nahe der Schneider'schen Membran. Die Flächenanteile des Knochens und der Partikel wurde in beiden Bereichen histomorphometrisch gemessen. Weiterhin wurde eine semiquantitative Auswertung der osteogenen Markerexpression in Osteoblasten, Osteozyten, mesenchymalen Zellen, fibröser Matrix, Osteoid und Knochenmatrix durchgeführt. Darüber hinaus wurde eine Tartrat-resistente saure Phosphatasefärbung zum Nachweis der Osteoklastenaktivität verwendet. Unsere histologischen Auswertungen zeigten, dass beide Materialien eine Knochenmatrixablagerung innerhalb der Partikel, Knocheneinwachsen und eine zunehmende Knochenbildung, die 6 Monaten nach Implantation noch aktiv in apikale Richtung voranschreitete, bewirkten. Dies war von einer zunehmenden Resorption des Knochenersatzmaterials begleitet. Dieser Prozess war bei Osseolive 6 Monate nach Sinusbodenaugmantation weiter vorangeschritten als bei β-TCP. Bei beiden Materialien waren dabei bei keinen Patienten irgendwelche Komplikationen wie unerwünschte entzündliche Gewebereaktionen oder Implantatverlust zu verzeichnen. Im zentralen Bereich der Proben variierten Knochenbildung und -abbau zwischen den beiden Materialien, diese Unterschiede waren jedoch nicht statistisch signifikant, während im apikalen Bereich der mit Si-CAOP augmentierten Bioptate eine höhere Knochenbildung und ein signifikant (p≤0.05) größerer Partikelabbau vorlag als in Bioptaten nach Augmentation mit β-TCP. Bei Si-CAOP war dies mit einer höheren Expression osteogener Marker im Osteoid, den Osteocyten und der Knochenmatrix assoziiert. Die Si-CAOP Partikel zeigten in ersten Untersuchungen zur angiogenen Markerexpression eine Förderung des Einwachsens von Gefäßen während der Knochenbildung. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass beide Testmaterialien eine knöcherne Regeneration resorbierter Alveolarkämme mittels Sinusbodenaugementation im menschlichen hinteren Oberkiefer ermöglichten, wobei sich für Si-CAOP im Vergleich zum β-TCP-Material eine höhere biologische Abbaubarkeit und eine stärkere Knochenbildung zeigte. Diese Arbeit bestätigte die höhere stimulierende Wirkung von Si-CAOP mit einer Porosität von 75 % auf die Osteogenese bei 12 Patienten, indem umfassende histologische, immunhistochemische und histomorphometrische Daten für eine evidenzbasierte Anwendung dieses vielversprechenden bioaktiven Materials generiert werden konnten. Eine weiterführende Studie wird eine größere Patientenzahl, ein Split-Mouth-Design, die Bestimmung des Knochen-Partikel-Kontakt, weiterführende Untersuchungen zur Angiogenese sowie Untersuchungen zur Volumenstabilität des Augmentats durch die Auswertung von Cone-Beam-CT-Daten einschließen, um die Datenbasis zur evidenzbasierten Anwendung des siliziumhaltigen Calcium-Alkali-Orthophosphates Osseolive zu erweitern.