Bone Growth

9.6 Periodontal Applications of Bioactive Glasses

De structuren die de tanden en kiezen ondersteunen zijn complex. Ze omvatten harde weefsels in de vorm van trabeculair en corticaal bot, en ook zachte weefsels, zoals beenmerg en het parodontale ligament (Abbasi et al., 2015). Zoals we hebben gezien, tast parodontitis al deze weefsels aan, en de behandeling omvatte een verscheidenheid aan benaderingen, waarvan het gebruik van korrelig bioactief glas bijzonder effectief is gebleken.

Het verlies van bot uit het alveolaire gebied wordt beschouwd als het definiërende resultaat van parodontitis, en is het gevolg van de progressie van parodontitis als gevolg van bacteriële infectie. Andere weefsels van het parodontium worden ook nadelig beïnvloed, maar het is de vernietiging van het bot die het ernstigst is. Dit komt omdat het verlies van bot uiteindelijk leidt tot het loskomen en uiteindelijk verlies van de tanden (Papapanou en Tonetti, 2000).

De mate van botverlies wordt over het algemeen klinisch beoordeeld met behulp van röntgenfoto’s. Het resultaat van een dergelijke beoordeling wordt gebruikt als hulpmiddel bij de diagnose van de aandoening en bij de planning van de behandeling, gericht op het herstellen van de schade die door de ziekte is aangericht (Papapanou en Tonetti, 2000). Botaugmentatie met bioactief glas wordt veel gebruikt omdat dit materiaal in staat is specifieke reacties teweeg te brengen in de resterende gezonde cellen van het parodontium. Het bevordert met name de osteogenese en stimuleert zo een snelle vorming van nieuw bot (Lovelace et al., 1998). Het kan ook fungeren als een barrière voor epitheelcellen, door te voorkomen dat ze naar beneden groeien, en zo de weefselgroei in de juiste biologische richting sturen. De hoge pH die het genereert in de vloeistoffen eromheen zorgt voor een antimicrobiële omgeving die in vivo is aangetoond (Allan et al., 2001).

Bioactieve glasdeeltjes stimuleren de volledige ontwikkeling van bot, niet alleen de afzetting van de minerale fase. Het gebruik van poreuze deeltjes van bioactief glas biedt een ruimte waarin vascularisatie in optimale mate kan plaatsvinden. Deze deeltjes zijn ook gemakkelijk te manipuleren onder klinische omstandigheden en hebben een hemostatisch effect, d.w.z. ze stoppen bloedingen. Hierdoor blijft het werkgebied voor de clinicus vrij en wordt ook het gebruiksgemak verbeterd (Schepers et al., 1998).

Bioactief glas is zeer succesvol gebleken bij de behandeling van schade veroorzaakt door parodontale aandoeningen. Voor een effectieve behandeling van deze ziekte worden drie klinische resultaten nagestreefd, namelijk vermindering van de pocketdiepte, verbetering van de klinische aanhechting van het gingivale weefsel aan het ondersteunende bot, en verbetering van de kwantiteit en kwaliteit van het alveolaire bot dat grenst aan de tandholte. Van bioactief glas is aangetoond dat het alle drie biedt (Lovelace et al., 1998; Froum et al., 1998; Ong et al., 1998).

In de loop der jaren is een aantal klinische studies gepubliceerd die aantonen hoe bioactief glas, typisch PerioGlas, alle drie deze wenselijke uitkomsten biedt (Ioannou et al., 2015). In een typisch onderzoek rapporteerden Nevins et al. (2000) bijvoorbeeld over de behandeling van intrabony defecten rond vijf tanden die werden behandeld met bioactief glas. Zij bepaalden de respons op de implantatie van dit materiaal aan de hand van klinisch-radiografische metingen. Zes maanden na de behandeling was de sondeerdiepte van de parodontale pockets met gemiddeld 2,7 mm afgenomen. Tegelijkertijd was de aanhechting van de gingiva aan het alveolaire bot rond de socket toegenomen met gemiddeld 2,2 mm. Verder histologisch onderzoek toonde aan dat er in één geval nieuw cementum en nieuw bindweefsel was gevormd in de regio van het implantaat (Nevins et al., 2000). In de andere vier gevallen bestond de genezing uit bothechting en vorming van een nieuw junctioneel epitheel. Het type reparatie dat in deze studie werd onderzocht, betrof kleine infrabony defecten, en bioactief glas is bijzonder geschikt bevonden voor gebruik in laesies van dit type (Sohrabi et al., 2012).

Dit type vermindering van de pocketdiepte binnen enkele maanden is alom bevestigd (Chacko et al., 2014; Zamet et al., 1997; Park et al., 1998; Froum et al., 1998). Tegelijkertijd wordt er meestal een aanzienlijke toename van de klinische aanhechting van het gingivale weefsel gerapporteerd. Dit laatste blijkt echter enigszins variabel te zijn, en kan variëren van het minimale dat mogelijk niet statistisch significant is (Chacko et al., 2014; Froum et al., 1998) tot het zeer substantiële (Zamet et al., 1997). Deze verschillen kunnen verband houden met de mate waarin de ziekte was gevorderd op het moment van behandeling, en in gevallen waarin de ziekte verder gevorderd is en de gingivale onthechting groter, kan het herstel op de plaats van behandeling sneller vorderen dan op plaatsen met minder onthechting en een navenant minder gevorderde ziektetoestand (Chacko et al., 2014).

In principe zou parodontale therapie ertoe moeten leiden dat het bot regenereert en de waargenomen defecten worden opgevuld met nieuw bot. Dit is op grote schaal waargenomen met bioactieve glaskorrels, zoals PerioGlas (Ong et al., 1998; Chacko et al., 2014; Froum et al., 1998).

Er zijn nog andere voordelen van het gebruik van PerioGlas op deze manier. Het materiaal wordt goed verdragen door het lichaam en vertoont een uitzonderlijke biocompatibiliteit met het bot van de alveolaire ridge. Er zijn geen nadelige klinische effecten gerapporteerd (Chacko et al., 2014). Bovendien verloopt de postoperatieve genezing snel en leidt deze tot zeer bevredigende klinische resultaten (Ong et al., 1998; Chacko et al., 2014; Turunen et al., 1997; Karatzas et al., 1999). Systematische literatuuroverzichten bevestigen dat bioactieve glasdeeltjes de beste klinische resultaten geven bij de behandeling van parodontale aandoeningen (Ioannou et al., 2015; Sohrabi et al, 2012; Rai en Kalantharakath, 2014), en dat ze op betrouwbare wijze de sondeerdiepte van parodontale pockets verminderen en de klinische aanhechtingsniveaus van gingivale weefsels verhogen.

Een alternatieve methode van presentatie van bioactief glas voor parodontale behandeling is als een putty (Grover et al., 2013). De commerciële naam van dit materiaal is NovaBone Putty (zie afb. 9.1) en het bestaat uit bioactieve glaskorrels die voorgemengd zijn met een bindmiddel dat bestaat uit polyethyleenglycol en glycerine. Dit mengsel behoeft geen voorbereiding alvorens het rechtstreeks op de plaats van het botverlies wordt aangebracht. Het ondergaat geen enkel verhardingsproces, hoewel het bindmiddel kan worden geresorbeerd zodat de bioactieve glasdeeltjes achterblijven. Dit materiaal werd in 2006 goedgekeurd voor klinisch gebruik in de Verenigde Staten en in 2007 in Europa, en heeft vele voordelen als middel om bioactief glas aan te bieden in vergelijking met het gebruik van ongemengde glaskorrels.

Het uiteindelijke doel van het gebruik van een putty van bioactief glas is hetzelfde als dat van het gebruik van glasdeeltjesmateriaal, namelijk het herstellen van de parodontale structuren die als gevolg van de ziekte verloren zijn gegaan (Villar en Cochran, 2010), hetzij om de alveolaire kam te vergroten om implantaten te kunnen plaatsen, hetzij om door parodontale aandoeningen veroorzaakte defecten te behandelen. Het heeft het voordeel ten opzichte van bioactief glas in deeltjes dat het gemakkelijker op zijn plaats te drukken is, en meer kans heeft om op zijn plaats te blijven, als gevolg van de viscositeit van het bindmiddel.

Het ontstaan van door parodontitis aangetaste furcaties in tandhalzen met meerdere wortels en de behandeling ervan is een zeer belangrijk probleem in de klinische parodontologie (Muller en Eger, 1999; Karring en Cortinelli, 1999). Zoals we hebben gezien, ontstaan er defecten in de regio van deze furcaties als gevolg van infectie, gevolgd door ontsteking, die leidt tot botresorptie. Dergelijke defecten leiden waarschijnlijk tot verlies van de tand, en klinische bevindingen hebben aangetoond dat dergelijk tandverlies vaker voorkomt bij tanden met furcatiedefecten dan bij vergelijkbare tanden zonder furcatiedefecten en daarmee gepaard gaand botverlies (El-Haddad et al., 2014).

Klinisch gezien is de behandeling van deze furcatiedefecten gericht op de regeneratie van weefsels op deze plaatsen. Dergelijke regeneratie kan worden bereikt met verschillende methoden, waaronder bottransplantatie en het gebruik van bioactief glas in een bredere tissue engineering benadering (Anderegg et al., 1999). Het gebruik van bioactieve glazen komt voort uit hun vermogen om osteogenese en cementogenese te bevorderen, evenals hun potentieel om de vorming van een functioneel parodontaal ligament te stimuleren (Nasr et al., 1999).

Studies hebben aangetoond dat bioactief glas gemakkelijk te plaatsen is en op zijn plaats blijft in het furcatiedefect, zelfs met afzuiging naast de site (El-Haddad et al., 2014). Dit is te danken aan zijn vermogen om een cohesieve massa te vormen met zoutoplossing of zelfs bloed. Deze massa vloeit niet, zelfs niet gedurende de tijd dat de bloeding aanhoudt. Aangezien bioactief glas hemostatisch is, vormt het snel een bloedstolsel op de plaats van het furcatiedefect, en dit is waar het algehele genezingsproces zijn oorsprong vindt (El-Haddad et al., 2014).

In één onderzoek naar de behandeling van furcatiedefecten met bioactieve glasdeeltjes, toonden vervolgonderzoeken tien dagen na de operatie aan dat de glasdeeltjes op hun plaats waren gebleven (El-Haddad et al., 2014). Bij de meeste patiënten waren de bovenliggende mucoperiosteale flappen gezond en was de hele site goed beginnen te genezen. Het succespercentage was 94%, en de relatief weinig voorkomende mislukkingen waren allemaal geassocieerd met infectie en ontsteking. Deze uitkomsten werden toegeschreven aan een slechte mondhygiëne van de betrokken patiënten, in combinatie met het niet handhaven van de juiste genezingscondities (El-Haddad et al., 2014). Hieruit blijkt dat deze procedures met bioactief glas voor hun succes in belangrijke mate afhankelijk zijn van de therapietrouw van de patiënt, een kenmerk waarmee rekening moet worden gehouden bij de selectie van patiënten voor deze specifieke behandeling.

In de meerderheid van de gevallen was het gebruik van bioactief glas succesvol, en de resultaten toonden aan dat het bovenliggende gingivale weefsel de aanwezigheid van de glasdeeltjes goed kon verdragen. Het zachte weefsel genas over het algemeen goed en resulteerde in stabiele wonden en een uitstekende regeneratie van de lokale parodontale structuren (El-Haddad et al., 2014).

Een andere belangrijke toepassing van bioactief glas is het coaten van implantaten die in de tandheelkunde worden gebruikt (Lopez-Estebana et al., 2003). Implantaten worden meestal vervaardigd uit de legering Ti-6Al-4V en worden gebruikt om keramische kronen of een groep hoofdzakelijk keramische prothetische tanden te ondersteunen. Bij deze benadering van de tandheelkundige behandeling is het van cruciaal belang dat de patiënten een goede mondhygiëne hebben en niet-rokers zijn. Patiënten moeten de klinische instructies na het plaatsen van dergelijke implantaten zorgvuldig opvolgen vanwege de lange genezingstijd die nodig is voor de volledige integratie van het implantaat. Deze liggen doorgaans tussen 3 en 6 maanden voor zowel de boven- als onderkaak (Wennerberg et al., 2013).

Een belangrijke huidige trend in de dentale implantologie is het modificeren van de oppervlakken van titaniumlegeringen met als doel hun osseo-integratie te verbeteren. Dit omvat methoden om het totale oppervlak van het implantaat te vergroten door processen zoals gritstralen en zuur-etsen, evenals het coaten van het oppervlak met een bioactief materiaal.

Synthetisch hydroxyapatiet is gebruikt voor dergelijke coatings, maar de succespercentages daarmee zijn lager dan verwacht (Xuereb et al., 2015; Ong en Chan, 2000). Falen van hydroxyapatiet wordt in verband gebracht met spleetvorming in de interfaciale zone tussen het implantaat en het natuurlijke bot (Albrektsson, 1998). Deze spleet wordt gevormd door botverlies als gevolg van het verlies van integriteit van de coatings met de tijd, wat resulteert in lokale concentraties van mineraliserende ionen die niet bevorderlijk zijn voor botherstel. Vandaar dat de kloof ontstaat tussen het implantaat en het gezonde bot.

Bioactief glas is ook op deze manier gebruikt om metalen tandheelkundige implantaten te coaten (Moritz et al., 2004). Het heeft de biologische voordelen die we eerder hebben besproken, namelijk een hoge mate van bioactiviteit die leidt tot de vorming van een sterke chemische binding met levend bot (Xuereb et al., 2015). De bioactiviteit is zodanig dat het ervoor zorgt dat het bot in het interfaciale gebied sneller groeit dan hydroxyapatiet, zonder problemen van botresorptie. Het resultaat is dat het implantaat snel wordt gestabiliseerd, en het bot dat wordt gevormd hecht zich sterk aan het metalen implantaatoppervlak.

Er zijn problemen verbonden aan de glasachtige aard van bioactief glas, met name dat er spanningen ontstaan op het grensvlak tussen coating en implantaat als gevolg van verschillen in de thermische eigenschappen van het glas en het substraat van de titaniumlegering (Vitale-Brovarone, 2005). Dit maakt de glascoatings gevoelig voor barsten en loskomen (Carrado, 2010), tenzij de fabricageomstandigheden zorgvuldig worden gekozen (Xuereb et al., 2015). De samenstelling kan worden gewijzigd om de thermische uitzettingseigenschappen van het glas te veranderen, meer bepaald door MgO te gebruiken in plaats van CaO en K2O in plaats van Na2O. Dit geeft een glas met een thermische uitzettingscoëfficiënt die meer overeenkomt met die van de substraatlegering (Verne, 2012).

Het hele onderwerp van de fabricage van glas en het toepassen ervan in de juiste diktes op tandheelkundige implantaten is ingewikkeld en heeft de laatste jaren veel aandacht gekregen (Xuereb et al., 2015; Vitale-Brovarone, 2005; Verne, 2012; Mistry et al., 2011). Dierstudies hebben aangetoond dat dergelijke implantaten goed presteren in levend bot. Implantaten raken sterk geïntegreerd in het gastheerbot zonder tekenen van fibreuze kapselvorming en met een botdichtheid op een aanzienlijk hoger niveau dan bij ongecoate controle-implantaten (Moritz et al., 2004; Wheeler et al., 2001).

Een kritiek punt bij tandheelkundige implantaten is dat ze in de zachte weefsels moeten doordringen en, op het blootgestelde deel, verblijven in een omgeving die talrijke micro-organismen bevat (Hill en Brauer, 2011). Bijgevolg kunnen er zich infecties ontwikkelen op de penetratieplaats. Waar de zachte weefsels weer aangroeien tot gezonde zones naast het implantaat, vormt zich een aanhechting die is beschreven als een biologische afdichting (Marchetti et al., 2002). Deze verzegeling isoleert het bot van de mondholte en verhoogt de kans op succes van het implantaat aanzienlijk. Bioactief glas is actief tegen potentieel besmettelijke bacteriën (Allan et al., 2001), wat een bijkomend voordeel is van dit materiaal als coating voor implantaatoppervlakken.

Met het oog op de effectiviteit waarmee bioactief glas de regeneratie bevordert, is er de mogelijkheid om het te gebruiken om metalen implantaten te ondersteunen bij patiënten die tanden hebben verloren als gevolg van ernstige parodontitis. Zoals vermeld bij de beschrijving van het gebruik van coatings van bioactief glas, is dit niet eenvoudig, aangezien parodontitis in verband wordt gebracht met een slechte mondhygiëne en mogelijk ook met roken door de patiënten. De meeste clinici zijn van mening dat het gebruik van implantaten bij dergelijke patiënten gecontra-indiceerd is (Lekolm et al., 1999).

Ondanks deze bezwaren is bioactief glas toch op deze manier gebruikt en met redelijk succesvolle resultaten (Gatti et al., 2006). In een bepaalde studie kregen drie patiënten het korrelige bioactieve glas PerioGlas om extractieplaatsen te behandelen voorafgaand aan het plaatsen van een tandheelkundig implantaat van een titaniumlegering. Het doel was nieuw bot te genereren dat in een vroeg stadium een goede fixatie op het implantaat kon bieden. Dit doel werd bereikt en na 6 maanden werd een botbiopsie verricht waaruit bleek dat het nieuwe bot zich met succes had gevormd. Bovendien waren de glaskorrels aanzienlijk gedegradeerd. Bij een follow-up van 2 jaar werden alle implantaten met succes belast en waren ze stabiel, wat erop wijst dat een bevredigende herstelling was uitgevoerd (Gatti et al., 2006). Klinisch succes onder dergelijke onvoorspelbare omstandigheden is een verdere getuigenis van de opmerkelijke biologische activiteit van dit type glasmateriaal.