Knochenwachstum

9.6 Parodontale Anwendungen bioaktiver Gläser

Die Strukturen, die die Zähne stützen, sind komplex. Sie umfassen Hartgewebe in Form von trabekulärem und kortikalem Knochen und auch Weichgewebe wie Knochenmark und das parodontale Ligament (Abbasi et al., 2015). Wie wir gesehen haben, betrifft die Parodontalerkrankung alle diese Gewebe, und die Behandlung umfasst eine Vielzahl von Ansätzen, von denen sich die Verwendung von bioaktivem Glasgranulat als besonders wirksam erwiesen hat.

Der Verlust von Knochen im Alveolarbereich gilt als das entscheidende Ergebnis der Parodontalerkrankung und ist das Ergebnis des Fortschreitens der Parodontalerkrankung aufgrund einer bakteriellen Infektion. Auch andere Gewebe des Zahnhalteapparats werden in Mitleidenschaft gezogen, aber die Zerstörung des Knochens ist am schwerwiegendsten. Denn es ist der Knochenverlust, der letztlich zur Lockerung und zum Verlust der Zähne führt (Papapanou und Tonetti, 2000).

Das Ausmaß des Knochenverlustes wird in der Regel klinisch mit Hilfe von Röntgenaufnahmen beurteilt. Das Ergebnis einer solchen Beurteilung dient als Hilfe bei der Diagnose der Erkrankung und bei der Behandlungsplanung, die darauf abzielt, den durch die Krankheit verursachten Schaden zu beheben (Papapanou und Tonetti, 2000). Die Knochenaugmentation mit bioaktivem Glas ist weit verbreitet, da dieses Material in der Lage ist, spezifische Reaktionen in den verbleibenden gesunden Zellen des Zahnhalteapparats auszulösen. Insbesondere fördert es die Osteogenese und regt damit die rasche Bildung von neuem Knochen an (Lovelace et al., 1998). Es kann auch als Barriere für Epithelzellen wirken, indem es sie am Wachstum nach unten hindert und so das Gewebewachstum in die richtige biologische Richtung lenkt. Der hohe pH-Wert, den es in den es umgebenden Flüssigkeiten erzeugt, sorgt für ein antimikrobielles Umfeld, das in vivo nachgewiesen wurde (Allan et al., 2001).

Bioaktive Glaspartikel stimulieren die vollständige Entwicklung des Knochens und nicht nur die Ablagerung der Mineralphase. Die Verwendung von porösen Partikeln aus bioaktivem Glas bietet einen Raum, in dem die Vaskularisierung in optimalem Umfang stattfinden kann. Diese Partikel sind auch unter klinischen Bedingungen leicht zu handhaben und haben eine hämostatische Wirkung, d. h. sie stoppen die Blutung. Dadurch bleibt der Arbeitsbereich für den Kliniker übersichtlich und die Anwendung wird erleichtert (Schepers et al., 1998).

Bioaktives Glas hat sich bei der Behandlung von durch Parodontalerkrankungen verursachten Schäden als sehr erfolgreich erwiesen. Für eine wirksame Behandlung dieser Krankheit werden drei klinische Ergebnisse angestrebt, nämlich die Verringerung der Taschentiefen, die Verbesserung des klinischen Attachments des Zahnfleischgewebes am Stützknochen und die Verbesserung der Quantität und Qualität des an die Zahnhöhle angrenzenden Alveolarknochens. Es wurde nachgewiesen, dass bioaktives Glas alle drei Aspekte erfüllt (Lovelace et al., 1998; Froum et al., 1998; Ong et al., 1998).

Im Laufe der Jahre wurde eine Reihe von klinischen Studien veröffentlicht, die zeigen, wie bioaktives Glas, typischerweise PerioGlas, alle drei wünschenswerten Ergebnisse liefert (Ioannou et al., 2015). In einer typischen Studie berichteten beispielsweise Nevins et al. (2000) über die Behandlung von intraossären Defekten um fünf mit bioaktivem Glas behandelte Zähne. Sie ermittelten die Reaktion auf die Implantation dieses Materials anhand klinischer Röntgenmessungen. Sechs Monate nach der Behandlung hatte sich die Sondierungstiefe der Parodontaltaschen um durchschnittlich 2,7 mm verringert. Gleichzeitig hatte das Attachment der Gingiva am Alveolarknochen um die Alveole herum um durchschnittlich 2,2 mm zugenommen. Weitere histologische Untersuchungen zeigten, dass sich in einem Fall neues Zement und neues Bindegewebe im Bereich des Implantats gebildet hatte (Nevins et al., 2000). In den anderen vier Fällen handelte es sich bei der Heilung um ein Knochenbonding und die Bildung eines neuen Junktionsepithels. Bei der in dieser Studie untersuchten Art der Reparatur handelte es sich um kleine infraalveoläre Defekte, und bioaktives Glas hat sich als besonders geeignet für die Verwendung bei Läsionen dieser Art erwiesen (Sohrabi et al., 2012).

Diese Art der Verringerung der Taschentiefe innerhalb weniger Monate wurde vielfach bestätigt (Chacko et al., 2014; Zamet et al., 1997; Park et al., 1998; Froum et al., 1998). Gleichzeitig wird in der Regel über eine deutliche Zunahme des klinischen Attachments des Zahnfleischgewebes berichtet. Letztere ist jedoch recht unterschiedlich und kann von minimal, möglicherweise statistisch nicht signifikant (Chacko et al., 2014; Froum et al., 1998) bis hin zu sehr deutlich (Zamet et al., 1997) reichen. Diese Unterschiede können mit dem Ausmaß zusammenhängen, in dem die Krankheit zum Zeitpunkt der Behandlung fortgeschritten war, und in Fällen, in denen die Krankheit weiter fortgeschritten ist und die Zahnfleischablösung größer ist, kann die Reparatur an der Behandlungsstelle schneller voranschreiten als an Stellen mit geringerer Ablösung und einem entsprechend weniger fortgeschrittenen Krankheitszustand (Chacko et al., 2014).

Im Grunde sollte die Parodontaltherapie dazu führen, dass sich der Knochen regeneriert und die beobachteten Defekte mit neuem Knochen gefüllt werden. Dies wurde bei bioaktiven Glasgranulaten wie PerioGlas vielfach beobachtet (Ong et al., 1998; Chacko et al., 2014; Froum et al., 1998).

Es gibt noch weitere Vorteile, PerioGlas auf diese Weise zu verwenden. Das Material wird vom Körper gut vertragen und weist eine außergewöhnliche Biokompatibilität mit dem Knochen des Alveolarkamms auf. Es wurden keine unerwünschten klinischen Wirkungen berichtet (Chacko et al., 2014). Darüber hinaus ist die postoperative Heilung schnell und führt zu sehr zufriedenstellenden klinischen Ergebnissen (Ong et al., 1998; Chacko et al., 2014; Turunen et al., 1997; Karatzas et al., 1999). Systematische Literaturübersichten bestätigen, dass bioaktive Glaspartikel die besten klinischen Ergebnisse bei der Behandlung von Parodontalerkrankungen erzielen (Ioannou et al., 2015; Sohrabi et al, 2012; Rai und Kalantharakath, 2014), und dass sie die Sondierungstiefe von Parodontaltaschen zuverlässig reduzieren und das klinische Attachmentniveau des Zahnfleischgewebes erhöhen.

Eine alternative Darreichungsform von bioaktivem Glas für die Parodontalbehandlung ist ein Putty (Grover et al., 2013). Der Handelsname dieses Materials ist NovaBone Putty (siehe Abb. 9.1) und es besteht aus bioaktivem Glasgranulat, das mit einem Bindemittel aus Polyethylenglykol und Glycerin vorgemischt ist. Diese Mischung muss nicht aufbereitet werden, bevor sie direkt an der Stelle des Knochenverlustes eingesetzt wird. Es durchläuft keinen Aushärtungsprozess, obwohl das Bindemittel resorbiert werden kann und die bioaktiven Glaspartikel zurückbleiben. Dieses Material wurde 2006 in den USA und 2007 in Europa für den klinischen Einsatz zugelassen und hat viele Vorteile gegenüber der Verwendung von ungemischtem Glasgranulat.

Das Ziel des Einsatzes von bioaktivem Glasputty ist dasselbe wie bei der Verwendung von Glaspartikeln, nämlich die Wiederherstellung der durch die Erkrankung verlorenen parodontalen Strukturen (Villar und Cochran, 2010), entweder zur Augmentation des Alveolarkamms für die Aufnahme von Implantaten oder zur Behandlung von Defekten, die durch die Parodontalerkrankung verursacht wurden. Es hat gegenüber partikulärem bioaktivem Glas den Vorteil, dass es sich leichter eindrücken lässt und aufgrund der Viskosität des Bindemittels eher an seinem Platz verbleibt.

Das Auftreten von parodontitisbefallenen Furkationen in mehrwurzeligen Zähnen und deren Behandlung ist ein sehr wichtiges Problem in der klinischen Parodontologie (Muller und Eger, 1999; Karring und Cortinelli, 1999). Wie wir gesehen haben, entstehen Defekte im Bereich dieser Furkationen als Folge einer Infektion, gefolgt von einer Entzündung, die zur Knochenresorption führt. Solche Defekte führen wahrscheinlich zum Verlust des Zahns, und klinische Befunde haben gezeigt, dass ein solcher Zahnverlust bei Zähnen mit Furkationsdefekten häufiger auftritt als bei ähnlichen Zähnen ohne Furkationsdefekte und damit verbundenen Knochenverlust (El-Haddad et al., 2014).

Klinisch zielt die Behandlung dieser Furkationsdefekte auf die Regeneration von Gewebe an diesen Stellen ab. Eine solche Regeneration kann durch eine Vielzahl von Methoden erreicht werden, darunter Knochentransplantate und die Verwendung bioaktiver Gläser im Rahmen eines umfassenderen Tissue-Engineering-Ansatzes (Anderegg et al., 1999). Die Verwendung bioaktiver Gläser ergibt sich aus ihrer Fähigkeit, die Osteogenese und Zementogenese zu fördern, sowie aus ihrem Potenzial, die Bildung eines funktionellen parodontalen Ligaments zu stimulieren (Nasr et al., 1999).

Studien haben gezeigt, dass bioaktives Glas einfach zu platzieren ist und im Furkationsdefekt selbst bei Absaugung neben der Stelle an Ort und Stelle bleibt (El-Haddad et al., 2014). Dies ist auf seine Fähigkeit zurückzuführen, mit Kochsalzlösung oder sogar Blut eine kohäsive Masse zu bilden. Diese Masse fließt nicht, auch nicht während der Zeit, in der die Blutung anhält. Da bioaktives Glas hämostatisch ist, bildet es an der Stelle des Furkationsdefekts rasch ein Blutgerinnsel, und von dort geht der gesamte Heilungsprozess aus (El-Haddad et al., 2014).

In einer Studie zur Behandlung von Furkationsdefekten mit bioaktiven Glaspartikeln zeigten Nachuntersuchungen zehn Tage nach dem Eingriff, dass die Glaspartikel an ihrem Platz geblieben waren (El-Haddad et al., 2014). Bei den meisten Patienten waren die darüber liegenden Mukoperiostlappen gesund und die gesamte Stelle hatte gut zu heilen begonnen. Die Erfolgsquote lag bei 94 %, und die relativ seltenen Misserfolge waren alle mit Infektionen und Entzündungen verbunden. Diese Ergebnisse wurden auf eine schlechte Mundhygiene der betroffenen Patienten zurückgeführt, verbunden mit dem Versäumnis, angemessene Heilungsbedingungen zu schaffen (El-Haddad et al., 2014). Dies zeigt, dass der Erfolg dieser Verfahren mit bioaktivem Glas in hohem Maße von der Compliance der Patienten abhängt, was bei der Auswahl der Patienten für diese spezielle Behandlung berücksichtigt werden muss.

In den meisten Fällen war die Verwendung von bioaktivem Glas erfolgreich, und die Ergebnisse zeigten, dass das darüber liegende Zahnfleischgewebe das Vorhandensein der Glaspartikel gut vertragen konnte. Das Weichgewebe heilte im Allgemeinen gut ab und führte zu stabilen Wunden und einer ausgezeichneten Regeneration der lokalen parodontalen Strukturen (El-Haddad et al., 2014).

Eine weitere wichtige Anwendung von bioaktivem Glas ist die Beschichtung von Implantaten in der Zahnmedizin (Lopez-Estebana et al., 2003). Implantate werden in der Regel aus der Legierung Ti-6Al-4V hergestellt und dienen als Träger von Keramikkronen oder einer Gruppe von hauptsächlich keramischen Prothesenzähnen. Bei dieser Art der zahnärztlichen Behandlung ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Patienten einen hohen Standard der Mundhygiene haben und Nichtraucher sind. Die Patienten müssen die klinischen Anweisungen nach dem Einsetzen solcher Implantate sorgfältig befolgen, da die Einheilzeit bis zur vollständigen Integration des Implantats lang ist. Diese liegen typischerweise zwischen 3 und 6 Monaten sowohl für den Ober- als auch für den Unterkiefer (Wennerberg et al., 2013).

Ein wichtiger aktueller Trend in der dentalen Implantologie ist die Modifizierung der Oberflächen von Titanlegierungen mit dem Ziel, deren Osseointegration zu verbessern. Dazu gehören Methoden zur Vergrößerung der Gesamtoberfläche des Implantats durch Verfahren wie Sandstrahlen und Säureätzen sowie die Beschichtung der Oberfläche mit einem bioaktiven Material.

Für solche Beschichtungen wurde synthetisches Hydroxylapatit verwendet, aber die Erfolgsquoten damit waren geringer als erwartet (Xuereb et al., 2015; Ong und Chan, 2000). Misserfolge bei Hydroxylapatit werden mit der Bildung von Lücken in der Grenzfläche zwischen dem Implantat und dem natürlichen Knochen in Verbindung gebracht (Albrektsson, 1998). Dieser Spalt entsteht durch den Knochenverlust, der durch den Verlust der Integrität der Beschichtungen im Laufe der Zeit entsteht, was zu lokalen Konzentrationen von mineralisierenden Ionen führt, die für die Knochenreparatur nicht förderlich sind. Folglich entsteht der Spalt zwischen dem Implantat und dem gesunden Knochen.

Bioaktives Glas wurde auf diese Weise auch zur Beschichtung metallischer Zahnimplantate verwendet (Moritz et al., 2004). Es hat die biologischen Vorteile, die wir bereits erörtert haben, nämlich eine hohe Bioaktivität, die zur Bildung einer starken chemischen Bindung an lebenden Knochen führt (Xuereb et al., 2015). Seine Bioaktivität bewirkt, dass der Knochen im Grenzflächenbereich schneller wächst als bei Hydroxylapatit, ohne dass es zu Problemen mit der Knochenresorption kommt. Das Ergebnis ist, dass das Implantat schnell stabilisiert wird und der gebildete Knochen fest mit der Oberfläche des Metallimplantats verwachsen ist.

Es gibt Probleme im Zusammenhang mit der glasartigen Beschaffenheit von bioaktivem Glas, insbesondere, dass an der Grenzfläche zwischen Beschichtung und Implantat aufgrund von Unterschieden in den thermischen Eigenschaften des Glases und des Substrats aus Titanlegierung Spannungen entstehen (Vitale-Brovarone, 2005). Dies macht die Glasbeschichtungen anfällig für Risse und Ablösungen (Carrado, 2010), wenn die Herstellungsbedingungen nicht sorgfältig gewählt werden (Xuereb et al., 2015). Die Zusammensetzung kann geändert werden, um die Wärmeausdehnungseigenschaften des Glases zu verändern, insbesondere durch Verwendung von MgO anstelle von CaO und K2O anstelle von Na2O. Dadurch erhält man ein Glas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem der Substratlegierung besser entspricht (Verne, 2012).

Das gesamte Thema der Herstellung von Glas und dessen Anwendung in angemessenen Dicken für Zahnimplantate ist kompliziert und hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten (Xuereb et al., 2015; Vitale-Brovarone, 2005; Verne, 2012; Mistry et al., 2011). Tierstudien haben gezeigt, dass solche Implantate im lebenden Knochen gut funktionieren. Die Implantate werden fest in den Wirtsknochen integriert, ohne Anzeichen einer fibrösen Kapselbildung, und die Knochendichte ist deutlich höher als bei unbeschichteten Kontrollimplantaten (Moritz et al., 2004; Wheeler et al., 2001).

Ein kritisches Problem bei Zahnimplantaten ist, dass sie in das Weichgewebe eindringen müssen und sich auf der freiliegenden Seite in einer Umgebung befinden, die zahlreiche Mikroorganismen enthält (Hill und Brauer, 2011). Folglich besteht die Möglichkeit, dass sich an der Durchdringungsstelle Infektionen entwickeln. Dort, wo die Weichteile nachwachsen und gesunde Zonen neben dem entstehenden Implantat bilden, entsteht eine Verbindung, die als biologische Versiegelung bezeichnet wird (Marchetti et al., 2002). Diese Versiegelung isoliert den Knochen von der Mundhöhle und verbessert die Erfolgsaussichten des Implantats erheblich. Bioaktives Glas wirkt gegen potenziell infektiöse Bakterien (Allan et al., 2001), was ein zusätzlicher Vorteil dieses Materials als Beschichtung von Implantatoberflächen ist.

In Anbetracht der Wirksamkeit, mit der bioaktives Glas die Regeneration fördert, besteht die Möglichkeit, es zur Unterstützung von Metallimplantaten bei Patienten zu verwenden, die aufgrund einer schweren Parodontitis Zähne verloren haben. Wie bereits bei der Beschreibung der Verwendung bioaktiver Glasbeschichtungen erwähnt, ist dies nicht einfach, da Parodontitis mit schlechter Mundhygiene und möglicherweise auch mit dem Rauchen der Patienten zusammenhängt. Die meisten Kliniker sind der Ansicht, dass die Verwendung von Implantaten bei solchen Patienten kontraindiziert ist (Lekolm et al., 1999).

Trotz dieser Bedenken wurde bioaktives Glas auf diese Weise und mit einigermaßen erfolgreichen Ergebnissen verwendet (Gatti et al., 2006). In einer speziellen Studie erhielten drei Patienten das granulierte bioaktive Glas PerioGlas zur Behandlung von Extraktionsstellen vor dem Einsetzen eines Zahnimplantats aus einer Titanlegierung. Ziel war es, neuen Knochen zu bilden, der in der Lage ist, das Implantat frühzeitig zu fixieren. Dies wurde erreicht, und nach 6 Monaten zeigten Knochenbiopsien, dass sich erfolgreich neuer Knochen gebildet hatte. Darüber hinaus hatte sich das Glasgranulat erheblich abgebaut. Bei der Nachuntersuchung nach zwei Jahren waren alle Implantate erfolgreich belastet und stabil, was darauf hindeutet, dass eine zufrieden stellende Reparatur durchgeführt worden war (Gatti et al., 2006). Der klinische Erfolg unter solch ungünstigen Umständen ist ein weiterer Beweis für die bemerkenswerte biologische Aktivität dieser Art von Glasmaterial.