Knochenmanagement

Knochenwachstum, Proteine, bone morphogenetic proteins

Knochenmorphologische Proteine in der dentalen Implantologie


In den letzten zwei Dekaden stieg die Nachfrage von Patientenseite bezüglich der Versorgung durch festsitzenden Zahnersatz. Bedingt durch den demographischen Wandel hat sich der Anteil der älteren Patienten mit dem Wunsch nach einer festen Zahnversorgung stark vergrößert. Da es bei älteren Menschen altersbedingt zur Knochenatrophie im Ober-und Unterkiefer kommt und diese Tatsache den Behandler vor allem im implantologischen Bereich vor eine große Herausforderung stellt, wurden neue Therapiemöglichkeiten erforscht, die positiv auf Knochenneubildungen wirken sollen. In diesem Artikel werden die sogenannten Bone Morphogenetic Proteins sowie ein Case Report vorgestellt, bei dem diese Proteine intraoperativ appliziert wurden.

Bone Morphogenetic Proteins sind Zytokine. Die zur Gruppe der Wachstumsfaktoren (Transforming Growth Factors) Proteine wirken osseoinduktiv. Sie regen pluripotente Mesenchymzellen im Weichgewebe sowie der Markhöhle an, worauf diese sich teilen und zu Osteoprogenitorzellen differenzieren. Die Zellreifung verläuft weitere Stadien durch. Über Bildung von Präosteoblasten und sekretorische Osteoblasten, bis hin zur Differenzierung zum Osteozyt. Es sind 40 verschiedene BMPs bekannt, wovon sieben osseoinduzierend wirken. Für die implantologische Anwendung sind rh-BMP-2-7 sowie rh-BMP-9 von Bedeutung. In Studien wurde gezeigt, dass rh-BMP-2 einen stimulierenden Effekt auf Knochenneubildung hat und therapeutsich anwendbar ist [1]. Derzeit wird in den USA im orthopädischen Bereich vor allem rhBMP-2 (Recombinant Human BMP-2) angewandt. Durch die Applikation des Proteins auf ein Trägermaterial, z. B. Kollagenvlies, in den betroffenen Knochendefekt erfolgt über Osteoblasten eine Osteoneogenese [2, 3].

Vor allem im implantologischen Fachbereich ist der knochenbildende Effekt von großem Nutzen. In mehreren zum Teil hier aufgeführten Studien wurde gezeigt, dass die Anlagerung vom BMP-2 auf der Oberfläche von Titanimplantaten die periimplantäre Knochenbildung steigern kann. In einer weiteren Studie [4] nach Schliephake (2005) wurde an Hunden die Wirkung von rh-BMP-2 auf die periimplantäre Knochenneubildung getestet. Bei jedem Tier wurden drei verschiedene Typen von Implantatoberflächen getestet:

  1. Implantate mit einer maschinell gedrehten Oberfläche
  2. Implantate mit einer Kollagenbeschichtung
  3. Implantate mit einer Kollagen-Chondroitinsulphat-BMP-2-Beschichtung.

Nach einem Monat und drei Monaten wurde bei je 5 Hunden die periimplantäre Knochenregeneration mittels Histomorphometrie bestimmt. Gemessen wurde der BIC (Bone-Implant-Contact) sowie das Dichtevolumen des neu gebildeten periimplantären Knochens (BVD). Nach einem Monat fand man keine signifikanten Steigerung der BIC-Werte, aber die Volumendichte des neu gebildeten periimplantären Knochens war in den zwei Gruppen mit den beschichteten Implantaten signifikant höher.

Zwischen der Beschichtung mit Kollagen und rh- BMP-2 fand man keine signifikanten Unterschiede. Nach drei Monaten war der BIC bei beiden Implantaten mit einer Beschichtung signifikant höher als bei den maschinell gedrehten Implantaten. Auch der periimplantäre BVD war bei den beschichteten Implantaten deutlich höher als bei den unbeschichteten Implantaten. Man schloss daraus, dass die Beschichtung von schraubenförmigen Titanimplantaten mit Kollagen den Knochen-Implantat-Kontakt und die periimplantäre Knochenneubildung steigern kann. Bei dieser Versuchsanordnung stimulierte der Zusatz von rh-BMP-2 die periimplantäre Knochenbildung nicht.

Eine weitere Studie [5] testete die Effektivität der Knochenneubildung durch BMP-2 nach einem Sinuslift bei Hasen. Der Versuchsgruppe wurde nach einem Sinuslift unter Applikation von Knochenersatzmaterial zusätzlich 0,5mg BMPb/BMP-2 hinzugegeben. Der Kontrollgruppe wurde lediglich das Knochenersatzmaterial appliziert. Nach 8 Wochen wurde unter einem Lichtmikroskop kontrolliert. Bei Versuchsgruppe mit rh-BMP-2 kam es zu einer 33,34 % stärkeren Knochenneubildung als in der Kontrollgruppe. Allerdings stieg parallel die Resorption des Knochenersatzmaterials. Das Ergebnis der Studie zeigt, dass zwar durch rh-BMP-2 Knochenneubildung induziert wird, gleichzeitig jedoch keine suffiziente Knochenmodulation erreicht wird.

In einer anderen Studie [6] wurde die Wirkung von rh-BMP-2 auf die Knochenbildung nach einer lateralen Augmentation in der Mandibula und Maxilla untersucht. Neben rh-BMP-2 wurde ein Kollagenschwamm appliziert. Nach einer 7-monatigen Einheilphase erreichte der Kieferkamm eine Breite von 6 bis 9 mm. Die Breite vor der Augmentation lag lediglich bei 1 bis 2 mm. Signifikant an dieser Studie ist vor allem, dass auf den Gebrauch von Knochenersatzmaterial verzichtet wurde und trotzdem eine erfolgreiche laterale Augmentation durchführbar war.

Die verschiedenen Ergebnisse der vorgestellten Studien zeigen auf, dass horizontale und vertikale Augmentationen sowie die periimplantäre Knochenneubildung unter Applikation von rekombinantem Bone Morphogenetic Protein erfolgreich durchführbar sind.

Der nachfolgend vorgestellte Fall wurde im so genannten Splitmouth-Design behandelt. Bei dieser Methode werden bei jedem Probanden zwei oder mehrere Behandlungen in Teilabschnitten (meist quadrantenweise) vorgenommen. Dieses Design ermöglicht den Vergleich verschiedener Behandlungsmethoden an einem Individuum. Der Vorteil ist, dass keine individuumabhängigen Unterschiede vorhanden sind, sodass das Risiko von Irrtümern im Vergleich zu Studienmodellen mit verschiedenen Versuchspersonen minimiert wird. Die Versuchsanordnung beim Studiendesign ist meist kontralateral, allerdings gibt es den Nachteil, dass hier nur zwei Behandlungsmethoden untersucht werden können.

Fallbeschreibung

Die 75-jährige Patientin war viele Jahre als niedergelassene Orthopädin tätig und in einem hervorragenden gesundheitlichen Zustand. Vor einigen Jahren erhielt sie eine Unterkiefer-Teleskop-Prothese, mit der sie wegen des „unerträglichen Sublingualbügels“ von Anfang an sehr unzufrieden war (Abb. 1 und 2). Ihr behandelnder Zahnarzt hatte ihr versichert, dass ein festsitzender, implantatgetragener Zahnersatz aufgrund des extrem stark geschrumpften Unterkiefer-Alveolarfortsatzes auf beiden Freiendseiten nicht möglich gewesen sei (Abb. 3). Nun habe sie aber von neuen Knochenaufbaumethoden erfahren, denen sie aufgeschlossen gegenüberstehe. Eine Knochenentnahme aus dem Beckenkamm lehnte sie rigoros ab. Stattdessen sollte der Knochenaufbau mit Hilfe von BMPs erfolgen, die bereits in den USA seit einigen Jahren erfolgreich eingesetzt würden (dies bestätigte uns der Leiter der pathologischen Abteilung der UCLA Los Angeles, Kalifornien, Prof. Dr. Peter Moy im Rahmen unserer Ausbildung „Mastership of Oral Implantology“). Im Rahmen dieser Ausbildung hatte ich die Möglichkeit, klinische und theoretische Kenntnisse im Gebrauch von BMPs zu sammeln. Auch konnte ich dort von der Firma Medtronic INFUSE® bone grafts erwerben. In rechtlicher Hinsicht erklärte sich die Patientin mit dem gesamten Prozedere nach umfangreicher Aufklärung einverstanden.

  • Abb. 1: OK-Vollprothese.
  • Abb. 2: UK-Teleskop-Prothese.
  • Abb. 1: OK-Vollprothese.
  • Abb. 2: UK-Teleskop-Prothese.

  • Abb. 3: Transversal extrem atrophierter Alveolarfortsatz im UK-Seitenzahnbereich.
  • Abb. 3: Transversal extrem atrophierter Alveolarfortsatz im UK-Seitenzahnbereich.

Behandlungsplanung

Die vorhandenen Teleskopkronen 32, 33, 43 und 44, alle parodontal gesund, sollten durch Vollkeramik-Kronen ersetzt werden. Aufgrund des Diastemas 31/41 und zur Verbesserung der Ästhetik und parodontalen Stabilisierung sollten die restlichen drei Unterkieferschneidezähne ebenfalls überkront werden.

  • Abb. 4: Stark atrophierter Alveolarfortsatz UK rechts.

  • Abb. 4: Stark atrophierter Alveolarfortsatz UK rechts.
Auf den beiden Unterkieferfreiendseiten waren jeweils zwei Implantate mit dreidimensionalem Knochenaufbau geplant, die mit festsitzenden vollkeramischen Brücken versorgt werden sollten. Auf beiden Freiendseiten entsprach der Knochenverlust der neuen „Kölner Defekt-Klassifi kation K2i“ (Abb. 4 zeigt linke Seite). Es handelt sich auf beiden Seiten also um einen kombiniert horizontalen vertikalen Knochendefekt mit mittelgradigem, vier bis acht mm großen Rekonstruktionsbedarf des Kiefers innerhalb der Kieferkamm-Geometrie.

Die Kölner Defekt-Klassifikation hat die Vereinfachung einer Therapieentscheidung durch Zuordnung anatomischer Zustandsbeschreibungen zu verschiedenen derzeit etablierten Rekonstruktionsverfahren (chirurgischen Therapiekonzepten) zum Ziel. Aufgrund der besonderen Rolle des Weichgewebes und der dimensionalen Dynamik werden Extraktions-Defekte von der Kölner Defekt- Klassifi kation nicht eingeschlossen.

Bei dem beschriebenen, kombinierten Defekt K2i richtet sich die Therapie in der Regel nach der aufwendigeren Komponente. Sie entspricht also im Wesentlichen der Therapie der vertikalen Augmentationen. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass im nicht-ästhetischen Bereich – wie hier vorliegend – auf eine Rekonstruktion kleinerer vertikaler Anteile verzichtet werden kann.

Ausgeprägte horizontale und vertikale Resorptionen ohne Knochenwandbegrenzung (K.2.e, K.3.e) lassen sich in der Regel nur noch mit Eigenknochentransplantation therapieren, da das Augmentatlager für Auflagerungsplastiken zu wenig osteogenes Potenzial bietet (Quelle: Konsensus- Papier Kölner Defekt-Klassifikationen (CCARD) 9. Februar 2013 S. 5-6.)

Bei dem hier vorliegenden Knochenverlust konnte davon ausgegangen werden, dass die Implantate auf der lingualen Seite noch Kontakt zum ortsständigen Knochen fi nden. Auf der bukkalen Seite war davon auszugehen, dass mindestens 5 bis 8 mm Implantatgewindegänge freiliegen würden. In solchen Fällen wären bewährte Operationsverfahren:

  1. Distraktions-Osteogenese,
  2. Transplantation von Knochenblöcken,
  3. 3D-Volumen schaffende Hohlraumbildung mit Knochenersatz oder Eigenknochenspänen (oder BMPs).

Als Arztkollegin willigte die Patientin ein, dass der linke Unterkiefer mit BMPs rekonstruiert werden sollte und die rechte Seite nach klassischer Methode mit Knochenersatzmaterial Bio-Oss und resorbierbarer Membran. Dies ermöglicht ein Ergebnisvergleich beider Methoden beim selben Patienten.

Vorgehensweise

Die Firma Medtronic liefert INFUSE® bone graft in drei verschiedenen Kit-Größen. Das bei uns verwendete Small-Kit enthält 1,4 cc in zwei Vials mit rh bmp-2 (1,05 mg). Die in klarer Flüssigkeit befi ndlichen BMPs werden mit steriler Einwegspritze auf das mitgelieferte Kollagenvlies 2,5 x 5 cm aufgeträufelt, dabei schrumpft das Kollagenvlies membranartig zusammen (Abb. 8). Auf diesen vliesartigen Membranen können dann noch Knochenersatzpartikel aufgetragen und eingerollt werden. Dies wird in den USA als sogenannte „Sushi-Rollentechnik“ bezeichnet.

  • Abb. 5: Regio 44: Implantat 8 mm ohne Knochenbedeckung, regio 46: Implantat 5,5 mm ohne Knochenbedeckung.
  • Abb. 6: „Knochenauffrischung“ mit Rosenbohrer.
  • Abb. 5: Regio 44: Implantat 8 mm ohne Knochenbedeckung, regio 46: Implantat 5,5 mm ohne Knochenbedeckung.
  • Abb. 6: „Knochenauffrischung“ mit Rosenbohrer.

  • Abb. 7: Unterkiefer rechts: Bioresorb® auf freiliegende Implantatwindungen aufgetragen.
  • Abb. 8: BMPs aufgeträufelt auf mitgeliefertem Kollagenvlies.
  • Abb. 7: Unterkiefer rechts: Bioresorb® auf freiliegende Implantatwindungen aufgetragen.
  • Abb. 8: BMPs aufgeträufelt auf mitgeliefertem Kollagenvlies.

Die Idee ist, dass beim Einfüllen die BMPs die osteoinduktiven und osteokonduktiven Eigenschaften des Knochenersatzmaterials potenzieren und die Knochenneubildung erleichtern. Zunächst wurden auf beiden Seiten jeweils zwei RePlant® Implantate der Firma Implant Direct gesetzt, mit der Länge 13 und 11,5 mm auf der linken Seite und 2 x 10 mm auf der rechten Seite in den atrophierten ortsständigen Knochen.

Lingual schlossen die Implantate mit dem krestalen Alveolarfortsatz Knochen nahezu ab (Abb. 5). Mesial, bukkal und distal standen sie 5 bis 8 mm außerhalb des ortsständigen Knochens. Es war also eine 3D-Kiefer-Augmentation erforderlich, um die Implantate vollständig mit Knochen zu bedecken. Die mit BMPs getränkten Kollagenschwämme wurden von bukkal so auf den Kieferkamm aufgelegt, dass sie die Implantate bis zu den Verschlussschrauben vollständig bedeckten (Abb. 9). Über diese schwammartigen Matten wurde dann mit Hilfe von Titan-Nägeln ein Titan-Mesh mit der Stärke von 40 µm (Trinon, Karlsruhe) aufgewölbt (Abb. 10). Oberhalb dieses Titan-Meshs wurde dann eine mit NaCl befeuchtete Reguard™-Membran der Firma Implant Direct adaptiert (Abb. 11). Diese Membran lässt sich aufgrund der selbsthaftenden Eigenschaften auch ohne Befestigungsmittel über den Defekt anschmiegen. Auf diese Weise wurde ein dreidimensionaler Hohlraum geschaffen, in dem sich außer dem BMP-getränkten Vlies kein Eigenknochen befand. Lediglich am distalen Ende des Titan-Meshs wurden zur Schaffung eines glatteren Übergangs einige BioResorb® (Implant Direct, Zürich) außerhalb der transplantierten Region aufgetragen, die ebenfalls von der weit nach distal reichenden Reguard™ abgedeckt wurden (Abb. 11). Nach tiefliegender bukkaler Periostschlitzung konnte der Mukoperiost-Lappen speicheldicht vernäht werden. Nach vier Monaten konnte das Titan-Mesh mitsamt Titan-Nägeln durch Kieferkammschnitt entfernt werden Es zeigte sich neugebildeter Knochen unterhalb des Titan-Meshs, welcher die gesetzten Implantate vollständig überwucherte (Abb. 12). Die freigelegten Implantate konnten mit Gingivaformern im Durchmesser 4,3 mm versorgt werden (Abb. 13).

  • Abb. 8a und b: In getränktem Kollagenvlies eingerolltes Knochenersatzmaterial.
  • Abb. 9: Mit BMPs getränkte Vliese aufgetragen.
  • Abb. 8a und b: In getränktem Kollagenvlies eingerolltes Knochenersatzmaterial.
  • Abb. 9: Mit BMPs getränkte Vliese aufgetragen.

  • Abb. 10: Titan-Mesh vorgeformt und mit Titanpins fixiert.
  • Abb. 11: Reguarde™ Kollagenmembran über Titan-Mesh.
  • Abb. 10: Titan-Mesh vorgeformt und mit Titanpins fixiert.
  • Abb. 11: Reguarde™ Kollagenmembran über Titan-Mesh.

  • Abb. 12: Entfernung des Titan-Meshs, Replace Implantate vom Knochen etwas „überwuchert“.
  • Abb. 13: Implantate freigelegt – Gingivaformer (RePlant® System) platziert; UK rechts durch BMPs neugebildeter Knochen.
  • Abb. 12: Entfernung des Titan-Meshs, Replace Implantate vom Knochen etwas „überwuchert“.
  • Abb. 13: Implantate freigelegt – Gingivaformer (RePlant® System) platziert; UK rechts durch BMPs neugebildeter Knochen.

Die Innenteleskope waren zuvor auf beiden Seiten entfernt worden und der gesamte anteriore Restbestand im Unterkiefer zur Aufnahme von Vollkeramikkronen präpariert. Auf der rechten Seite wurde der Knochenaufbau nach bekannter Technik mithilfe von Bioresorb® und Kollagenmembran Reguard™ (Implant Direct, Zürich) versorgt (Abb. 7). Auf dem OPG (Abb. 14) unmittelbar vor Freilegung der Implantate ist der neu entstandene Knochen auf beiden Seiten gut zu erkennen.

  • Abb. 14: OPG nach Implantation und Plazierung des Titan-Meshs UK links.
  • Abb. 15 : Zustand nach 18 Monaten.
  • Abb. 14: OPG nach Implantation und Plazierung des Titan-Meshs UK links.
  • Abb. 15 : Zustand nach 18 Monaten.

  • Abb. 16: Zustand nach 18 Monaten.
  • Abb. 16: Zustand nach 18 Monaten.

Fünf Monate nach Implantation und Augmentation konnte die Patientin mit festsitzenden keramischen Brücken im Seitenzahngebiet versorgt werden, sowie mit keramischen Kronen in der Front. Inzwischen befi ndet sich der gesamte festsitzende Zahnersatz seit 18 Monaten in situ (Abb. 15 und 16).

Fazit

Obwohl auf der linken Freiendseite der größere Kieferkammdefekt vorlag, ist es dort mithilfe von BMPs und ausgeformten Titan-Meshs gelungen, ohne Eigenknochen nach vier Monaten ortsständigen Knochen in ausreichender Dimensionierung und von guter Qualität zu erhalten.

Von diesem beschriebenen Patientenbeispiel kann jedoch keine Allgemeingültigkeit abgeleitet werden. Es handelt sich um den klassischen Einzelfall, der mithilfe der beschriebenen Technik die Wirksamkeit von BMPs ohne Eigenknochen belegt.

Entscheidend für den augmentativen Erfolg ist sicherlich auch die Formgebung durch das applizierte Titan-Mesh zu sehen. Aus der Augmentationschirurgie ist bekannt, dass sich Knochen in vorgeformten Hohlräumen nur aus Blut bilden kann, wenn mithilfe geeigneter Barrieren, zum Beispiel Titan-Folien, das Einsprossen von Bindegewebe und Epithelzellen über einen mehrmonatigen Zeitraum verhindert werden kann [7, 8].

So ist der beschriebene Einzelfall als Hinweis zu sehen, dass sich die vielversprechenden Ergebnisse aus der Forschung bezüglich der osteogenen Potenz von BMPs in den oralchirurgisch-implantologischen Praxisalltag in Zukunft integrieren lassen.


VERWENDETE MATERIALIEN

Implantatsystem
RePlant® System (Implant Direct, Zürich)

Knochenersatzmaterial
BioResorb® (Implant Direct, Zürich)

Membran
Reguard™ (Implant Direct, Zürich)

Titan-Mesh
Stärke 40 µm (Trinon, Karlsruhe)

BMP
INFUSE® bone grafts, Medtronic (USA)
In Deutschland nicht zugelassen

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Achim Sieper

Bilder soweit nicht anders deklariert: Dr. Achim Sieper


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