Komplexe implantologische Rehabilitation mittels eines dreidimensionalen CAD/CAMTitangitters, autologem Fibrinkonzentrat (PRF) und xenogenem Knochenersatzmaterial

Vielfältige Untersuchungen in den letzten Jahrzenten konnten zeigen, dass sich Implantate als verlässliche Methode zur oralen Rehabilitation bewährt haben. Mit Ihrer Hilfe ist es möglich eine langzeitstabile und zuverlässige Wiederherstellung der Funktion und Ästhetik zu erreichen [1, 2].

Neben technischen Anforderungen konnte gezeigt werden, dass im Bereich des Implantatbettes eine suffiziente Qualität und Quantität an Knochen- und Weichgewebe sowohl für die initiale Osseointegration eines Implantats als auch die langfristige Implantatbelastung nötig ist [3]. Insbesondere bei komplexen Patienten, beispielsweise nach ausgedehnten Tumorresektionen, bei starken Atrophien oder systemischen Medikationen, welche den Knochenstoffwechsel beeinflussen, stößt die Implantologie an ihre Grenzen. In solchen Fällen sind häufig umfangreiche Augmentationen mit körpereigenen Knochenspenden nötig, um ein suffizientes Implantatlager zu schaffen [4]. Diese gehen jedoch einher mit einer nicht zu verachtenden Belastung für den Patienten [5].

Gerade bei oben genanntem Patientenkollektiv muss im Sinne des Patienten eine Abwägung von Nutzen und Risiko der Behandlung getroffen werden.

Man unterschiedet bei der Augmentation horizontale, vertikale und kombiniert horizontal-vertikale Knochenaufbauten. Eine weitere Einteilung kann in „einzeitige“ (Augmentation simultan mit der Implantation) und „zweizeitige“ (Augmentation und Implantation in zeitlich getrennten operativen Eingriffen) Augmentation oder nach Augmentation mit Knochenersatzmaterialien oder Eigenknochen getroffen werden [6].

Die Guided bone regeneration (GBR) beschreibt die Augmentation von Knochenersatzmaterialien oder intraoperativ gewonnenem Eigenknochen in Verbindung mit einer Kollagenmembran, welche als Barriere für das Einwachsen von Weichgewebe in das Augmentationsgebiet dient. Diese in der Regel simultan mit der Implantation durchgeführte Technik hat sich seit seiner Einführung als verlässliche Methode erwiesen, bei in der Regel horizontalen Knochendefekten das Knochenangebot im Implantationsgebiet zu verbreitern oder horizontale Dehiszenzdefekte im Bereich von Implantaten knöchern zu regenerieren [7]. Limitationen der GBR stellen dabei die vertikale Augmentation sowie ausgedehnte horizontale Defekte dar.

Zur Regeneration ausgedehnter horizontaler, als auch vertikaler Defekte haben sich körpereigene Knochenblockaugmentationen bewährt [8]. Bei extremer Atrophie nach langjähriger Zahnlosigkeit, beispielsweise im Unterkieferseitenzahnbereich, aber auch nach ausgedehnter knöcherner Resektion nach Tumorresektion, Osteomyelitis oder Bisphosphonatnekrosen kommen Knochenersatzmaterialien aufgrund des Fehlens von osteoinduktiven Eigenschaften an ihre Grenzen. Stattdessen stellt die Augmentation mit körpereigenem Knochen, entnommen von enoralen (Kinn- oder Retromolarregion) oder extraoralen (Becken) Spenderregionen häufig die einzige Möglichkeit dar, ein suffizientes Implantationsbett zu schaffen. Nachteile, die mit der Augmentation körpereigenen Knochens einhergehen, sind die erhöhte Belastung des Patienten durch eine zweite Operationsstelle, die erhöhte Morbiditätsgefahr sowie eine nicht zu verachtende Resorption [9]. Neben körpereigenen Knochenspenden in Block-Form gibt es auch zahlreiche Knochenersatzmaterialien in Block- Form, sowohl xenogen, als auch allogen oder synthetisch. Jedoch verfügen all diese Materialien aufgrund ihrer Prozessierung in der Regel über rein osteokonduktive Fähigkeiten [10].

Knochenersatzmaterialien

Die Untersuchung verschiedener Knochenersatzmaterialien konnte zeigen, dass sie in Abhängigkeit ihrer Herstellungsmethoden und Ursprungsgewebe eine in der Regel gewebefreundliche Reaktion im Augmentationsgebiet hervorrufen und dabei zur Regeneration verloren gegangenen Knochens durch ihre osteokonduktiven Fähigkeiten beitragen [11-14].

Eigene Untersuchungen konnten zeigen, dass vor allem die Vaskularisation und die Präsenz von mehrkernigen Riesenzellen im Augmentationsbett wesentlichen Einfluss auf die Gewebereaktion im Augmentationsbett und damit auf die Knochenneubildung haben. Für beide Parameter konnte gezeigt werden, dass sie im Wesentlichen vom Ursprung des Knochenersatzmaterials und der Prozessierung des Ursprungsmaterials abhängig sind [10-11].

So induzierten synthetische Knochenersatzmaterialien sowohl in-vivo als auch klinisch im Vergleich zu bovinen Knochenersatzmaterialien eine erhöhte Migration von mehrkernigen Riesenzellen im Augmentationsgebiet, was mit einer erhöhten Vaskularisation einhergeht.

Auch zwischen Knochenersatzmaterialien gleichen Ursprungs (xenogen-bovin) konnten unterschiedliche Gewebereaktionen aufgezeigt werden, welche am ehesten durch unterschiedliche Prozessierung zu erklären sind [12- 13].

Knochenersatzmaterialien im Allgemeinen verfügen über osteokonduktive Fähigkeiten, die das Einwachsen von Knochen in das Augmentationsgebiet fördern. Je nach Indikationsgebiet können Knochenersatzmaterialien die körpereigene Knochenspende ersetzen und somit die Belastung des Patienten reduzieren. Jedoch ist der Einsatz von Knochenersatzmaterialien durch das Fehlen von osteoinduktiven Fähigkeiten limitiert. Bis dato konnte vor allem in anspruchsvollen, ausgedehnten Augmentationen kein Ersatz des körpereigenen Knochens gefunden werden.

Platelet-Rich-Fibrin (PRF)

Platelet-Rich-Fibrin (PRF) ist ein Konzentrat aus autologem peripher-venösem Blut, das seinen Einsatz in der Förderung und Akzeleration der Wundheilung und Geweberegeneration findet. Bereits seit mehreren Jahren wurde intensiv an der Entwicklung von Methoden geforscht, um körpereigene Blutprodukte klinisch effizient und sicher anwendbar zu machen. Dabei waren erste Ansätze wie beispielsweise das Platelet-Rich-Plasma (PRP) noch durch die Zugabe von Substanzen wie beispielsweise bovinem Serum und Antikoagulantien limitiert [15].

Eine Weiterentwicklung des Prinzips, wundheilungsfördernde Bestandteile des körpereigenen Blutes zu komprimieren, stellt das PRF nach Choukroun dar. Ohne die Zugabe von Substanzen ist es möglich, zelluläre Blutbestandteile wie B- und T-Lymphozyten, Monozyten, Stammzellen neutrophile Granulozyten und Wachstumsfaktoren, die bei der Prozessierung des Blutes durch Zentrifugation in einem weißen „Clot“ aus Fibrin zusammengefasst werden [16, 17]. Eine Besonderheit dieses Systems ist neben der sehr einfachen klinischen Anwendung und der effizienten Ausbeute von geweberegenerationsfördernden Zellen die Möglichkeit, die Darreichung des PRF je nach Zentrifugationseinstellung zu verändern. So konnte in einer Vorarbeit unserer Arbeitsgruppe gezeigt werden, dass es möglich ist, durch Variation der Zentrifugationsdauer und -stärke die zellulären Bestandteile des PRF sowohl in fester (A-PRF+) als auch in injezierbarer (i-PRF) Form zu erhalten [18]. Diese Möglichkeit erweitert das Indikationsspektrum des PRF enorm, da neben der Applikation fester A-PRF+ Membrane bei Augmentation oder Weichgewebschirurgie nun auch die Möglichkeit besteht, I-PRF in das Weichgewebe und parodontale Taschen zu injizieren, oder es noch leichter mit verschiedenen Biomaterialien zu mischen, um diese zu „biologisieren“.

Dreidimensionale Titangitter zur Augmentation

Komplexe und ausgedehnte knöcherne Defekte, beispielsweise bei starker Atrophie oder nach resektiven Eingriffen, bedürfen bei ihrer Regeneration neben der bereits beschriebenen Osteoinduktivität und Osteokonduktivität vor allem Formstabilität, die es erlaubt, die verloren gegangene Geometrie wiederherzustellen. Zu diesem Zweck werden in der Traumatologie des Mittelgesichts in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie routinehaft Titan-Meshs eingesetzt, um beispielsweise Orbitabodenfrakturen zu therapieren.

Individuell gefertigte Titangitter haben sich in der jüngeren Vergangenheit aber ebenfalls als verlässliche Hilfsmittel zur präimplantologischen Augmentation erwiesen. So ist es möglich, anhand eines präoperativ gefertigten CTs oder DVTs das Augmentationsergebnis vorhersagbar zu simulieren und entsprechend dieser Geometrie ein Titangitter zu fertigen, das eine Art „Käfig“ für das jeweilige Augmentationsmaterial bildet. Mit Hilfe des CAD/CAM-Verfahrens lässt sich die Passung und die Geometrie des Titangitters optimal einstellen, was die intraoperative Anpassung überflüssig macht und so im Gegenzug die Operationsdauer, aber auch das Risiko iatrogener Nervschädigungen, reduziert. Das Titangitter dient dem Augmentationsmaterial, das in den Hohlraum zwischen Titangitter und dem ortständigen Knochen eingebracht wird, als Volumenstütze. Es führt zur absoluten Ruhe im Augmentationsgebiet und sichert die Lagestabilität des Augmentats. Durch den Einsatz des Titangitters scheint es nach ersten klinischen Erfahrungen möglich zu sein, komplexe horizontale und/ oder vertikale Defekte formgenau zu rekonstruieren.

Patientenfall

Nachfolgend wird ein Patientenfall vorgestellt, bei dem 16 Monate nach Resektion eines Plattenepithelkarzinoms (pT2N0M0) im Bereich der Unterkieferfront sowie beidseitiger neck dissection bei einer weiblichen Patientin (61 Jahre) eine Rekonstruktion nach Unterkieferkastenresektion durchgeführt wurde, um die nachfolgende implantatprothetische Rehabilitation zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wurde präoperativ anhand einer dreidimensionalen Computertomographie-Aufnahme (CT) ein Titangitter mittels CAD/CAM-Verfahren gefertigt (Yxoss CBR®, Re- Oss, Filderstadt). Dieses wurde anschließend intraoperativ mit einer Mischung aus einem xenogenen Knochenersatzmaterial (Bio-Oss®, Geistlich Biomaterials) und der autologen Platelet-Rich-Fibrin-Kombination (A-PRF+ + i-PRF nach Choukroun®) befüllt und im Defektbereich befestigt. Es folgte die Abdeckung des Augmentats mit einer xenogenen Kollagenmatrix sowie weiterer A-PRF+-Membrane.

Mit Hilfe des präfabrizierten Titanmeshs war es im vorliegenden Fall möglich, eine komplexe und ausgedehnte knöcherne Resektion im Bereich der Unterkieferfront zu rekonstruieren und dabei die ursprüngliche Anatomie des Unterkiefers wiederherzustellen. Durch die präoperative Planung und Anpassung war es möglich, die Operationsdauer wesentlich zu verkürzen und eine optimale Passung zu erreichen. Wichtige anatomische Strukturen, wie die Austrittspunkte der Nervi mental, konnten zudem sicher geschont werden. Die Kombination eines xenogenen Knochenersatzmaterials und einer aus peripher-venösem Blut gewonnenen autologen Fibrinmatrix erlaubte im vorliegenden Fall, bei einem relativ ausgedehnten knöchernen Defekt, auf die Augmentation mit autologem Knochen zu verzichten. Des Weiteren bietet das xenogene Knochenersatzmaterial eine hervorragende osteokonduktive Leitstruktur und das autologe PRF dient als „Natural Drug Delivery System“ für die Bereitstellung wesentlicher zellulärer Mediatoren der Gewebereaktion und Wundheilung. Die Mischung eines hervorragend biokompatiblen Knochenersatzmaterials und der Kombination aus A-PRF+ und i-PRF stellt folglich eine hervorragende Möglichkeit dar, Knochenersatzmaterialien zu „biologisieren“ und so deren regenerative Kapazität zu steigern.

Zusammenfassung und Ausblick

Der vorliegende Patientenfall zeigt die Anwendung eines individuell gefertigten dreidimensionalen Titangitters zur Rekonstruktion eines ausgedehnten Unterkieferdefekts nach Tumorresektion in diesem Bereich mit einer Mischung aus einem xenogenen Knochenersatzmaterial mit einer autologen Fibrinmatrix-Kombination (A-PRF+ und i-PRF nach Choukroun®).

In einer Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie gehören Rekonstruktionen von knöchernen Defekten nach Tumorresektionen leider zur klinischen Routine. In der Regel werden Defekte dieser Größenordnung mit freien autologen Knochentransplantaten behandelt, um nachfolgend mit Hilfe von Implantaten die orale Funktion wiederherzustellen. Im vorliegenden Fall wurde auf die Entnahme von körpereigenem Knochen aus der Beckenregion auf Patientenwunsch verzichtet.

Mit Hilfe des PRF konnte im vorliegenden Fall das verwendete Knochenersatzmaterial „biologisiert“, das heißt seine regenerative Kapazität erhöht werden. Durch die Zugabe von konzentrierten Blutbestandteilen ist es möglich, die Migration von Osteoprogenitorzellen in das Augmentationsbett zu fördern und so das Einwachsen von Knochen in die Leitstruktur des osteokonduktiven Knochenersatzmaterials zu fördern und zu beschleunigen.

In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich eine mononukleare Gewebereaktion, ohne die Ausbildung von mehrkernigen Riesenzellen im Implantationsbett, förderlich auf die Gewebereaktion und so die Knochenneubildung auswirkt [11-14]. Bei Materialien mit einer mononukleären Gewebereaktion, also mit einer physiologischen und damit milden Gewebereaktion, dient die hier benutzte PRF-Kombination aus A-PRF+ und i-PRF der besseren Biologisierung des Implantatbettes.

Aufgrund der fehlenden Formstabilität eines Knochenersatzmaterials wurde im vorliegenden Patientenfall das individuell gefertigte Titangitter zur Stabilisierung des Augmentationsmaterials und zur Wiederherstellung der ursprünglichen Form des Unterkiefers genutzt. Die Applikation und die Passform des Titangitters ermöglichten ein geringstmöglich invasives Vorgehen unter Schonung der Nervi mentali beidseits sowie die Vermeidung von Über- oder Unterkonturierung.

Zusammenfassend ist zu sagen, dass sich die beschriebene Behandlungsmethode, die Mischung eines xenogenen Knochenersatzmaterials mit der autologen PRF-Matrix A-PRF+ und i-PRF in Kombination mit dem individuell gefertigten Titangitter, zur komplexen knöchernen Rekonstruktion geeignet haben. Mit Hilfe der „Biologisierung“ des Knochenersatzmaterials und der Formstabilität des Titangitters konnte auf die Entnahme von körpereigenem Knochen aus der Beckenregion, mit allen damit einhergehenden Nachteilen und Risiken, verzichtet werden.

Jedoch sollte der vorliegende Patientenfall nicht dazu ermutigen, komplexe Regenerationen zu verharmlosen oder die Notwendigkeit körpereigener Knochenspenden in Frage zu stellen. In diesem Zusammenhang sollte auch die Erfahrung des Behandlers betont werden. Ausgedehnte Augmentationen haben ihre Schwierigkeit meist in der weichgewebigen Deckung des Augmentats. Auch bei individuell präformierten Titangittern stellt diese Deckung häufig die entscheidende Schwierigkeit dar, die über Erfolg und Misserfolg der Augmentation entscheidet. Aus diesen Gründen ist es für den Behandlungserfolg essentiell, die jeweilige Augmentationsmaßnahme bei jedem Patienten individuell zu prüfen und mit Vorund Nachteilen der möglichen Behandlungsalternativen und individuellen Gegebenheiten abzuwägen.

LITERATUR

1. Nevins M, Langer B. (1993): The successful application of osseointegrated implants to the posterior jaw: a long-term retrospective study. In: Int J Oral Maxillofac Implants 8 (4), S. 428–432.
2. Henry PJ, Laney WR, Jemt T, Harris D, Krogh PH, Polizzi G. et al. (1996): Osseointegrated implants for single-tooth replacement: a prospective 5-year multicenter study. In: Int J Oral Maxillofac Implants 11 (4), S. 450–455.
3. Jensen SS, Terheyden H. (2009): Bone augmentation procedures in localized defects in the alveolar ridge: clinical results with different bone grafts and bone-substitute materials. In: Int J Oral Maxillofac Implants 24(Suppl):218–236.
4. Herford A, Nguyen S. (2015): Complex bone augmentation in alveolar ridge defects. In: Oral Maxillofac Surg Clin North Am 27(2):227-44
5. Cordaro L, Torsello F, Miuccio MT, di Torresanto VM, Eliopoulos D. (2011): Mandibular bone harvesting for alveolar reconstruction and implant placement: subjective and objective cross-sectional evaluation of donor and recipient site up to 4 years. In: Clinical Oral Impl Res 22:1320–1326.
6. Draenert F, Huetzen D, Neff A, Mueller W. (2014): Vertical bone augmentation procedures: basics and techniques in dental implantology. In: J Biomed Mater Res A 102(5):1605-13
7. Gottlow J, Nyman S, Karring T, Lindhe J. (1984): New attachment formation as the result of controlled tissue regeneration. In: J. Clin. Periodontol 11 (8), S. 494–503.
8. Rabelo G, de Paula P, Rocha F, Jordão Silva C, Zanetta-Barbosa D. (2010): Retrospective study of bone grafting procedures before implant placement. In: Implant Dent. 19(4):342-50
9. Younger EM, Chapman MW. (1989): Morbidity at bone graft donor sites. In: J Orthop Trauma 3 (3), S. 192–195.
10. Damien CJ, Parsons JR. (1991): Bone graft and bone graft substitutes: a review of current technology and applications. In: J Appl Biomater 2(3):187–208.
11. Lorenz J, Kubesch A, Korzinskas T, Barbeck M, Landes C, Sader R, Kirkpatrick CJ, Ghanaati S. (2014): TRAP-positive multinucleated giant cells are foreign body giant cells rather than osteoclasts: Results from a splitmouth study in humans. In: J Oral Implantol Dec 9. [Epub ahead of print]
12. Ghanaati S, Barbeck M, Lorenz J, Stuebinger S, Seitz O, Landes C, et al. (2013): Synthetic bone substitute material comparable with xenogeneic material for bone tissue regeneration in oral cancer patients: First and preliminary histological, histomorphometrical and clinical results. In: Ann Maxillofac Surg 3 (2), S. 126–138.
13. Barbeck M, Udeabor S, Lorenz J, Schlee M, Grosse Holthaus M, Raetscho N, Choukroun J, Sader R, Kirkpatrick C, Ghanaati S. (2014): Hightemperature sintering of xenogeneic bone substitutes leads to increased multinucleated giant cell formation: In vivo and preliminary clinical results; In: Journal of Oral Implantology Aug 8; Epub ahead of print
14. Barbeck M, Udeabor S, Lorenz J, Kubesch A, Choukroun J, Sader R, Kirkpatrick C, Ghanaati S. (2014): Induction of multinucleated giant cells in response to small sized bovine bone substitute (Bio-Oss TM) results in an enhanced early implantation bed vascularization; In: Annals of Maxillofacial Surgery Volume 4, Issue 2 [p. 150-157]
15. Dohan Ehrenfest DM, Rasmusson L, Albrektsson T. (2009): Classification of platelet concentrates: from pure platelet-rich plasma (P-PRP) to leucocyte-and platelet-rich fibrin (L-PRF). In: Trends Biotechnol 27:158–167.
16. Kawazoe T, Kim HH. (2012): Tissue augmentation by white blood cellcontaining platelet-rich plasma. In: Cell Transplant 21:601–607.
17. Perut F, Filardo G, Mariani E, et al. (2013): Preparation method and growth factor content of platelet concentrate influence the osteogenic differentiation of bone marrow stromal cells. In: Cytotherapy 15:830–839.
18. Ghanaati S, Booms P, Orlowska A, Kubesch A, Lorenz J, Rutkowski J, Landes C, Sader R, Kirkpatrick C, Choukroun J. (2014): Advanced Platelet- Rich Fibrin (A-PRF) - A new concept for cell-based tissue engineering by means of inflammatory cells. In: Journal of Oral Implantology 40(6):679-89.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Jonas Lorenz - Prof. Dr. Dr. Dr. Robert Sader - Prof. Dr. Dr. Dr. Shahram Ghanaati - Dr. Maximilian Blume

Bilder soweit nicht anders deklariert: Dr. Jonas Lorenz , Prof. Dr. Dr. Dr. Robert Sader , Prof. Dr. Dr. Dr. Shahram Ghanaati , Dr. Maximilian Blume