Knochenersatzmaterial eine Systematik

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Knochenersatz-
Systematik, Möglichkeiten und Grenzen –
ein Überblick
Steffen Zätzsch
Geschäftsführer
SpongioTech
Notwendigkeiten für den Einsatz von Knochenersatzmaterial KEM
- große spongiöse Knochendefekte
- Defekte im kindlichen Knochen
- fehlende Eigenspongiosa
- Patienten mit Polytraumen
Wenn der Knochen Hilfe braucht …
Begriffe
Osteokonduktiv:
Material dient als Leitschiene für den Aufbau
neuen Knochens
Osteoinduktiv:
Material bildet aktiv neuen Knochen (auch im
ektopen Lager)
Osteostimulativ:
Material stimuliert die Knochenneubildung durch
aktive Anlagerung körpereigenen Proteine
Biodegradation:
Gesamtheit aller chemischen und biologischen
Prozesse zum Abbau von körpereigenen oder
körperfremden Stoffen
Resorption (Knochen):
zellvermittelte, rein osteoklastäre Leistung zum
Abbau von Knochen und Knochenersatzmaterial
Kaskade der Knochenneubildung
Protein
Adsorption
Anlagerung
von Zellen
1
Minuten
2
Proliferation
/Differentiation
3
Stunden
Monaten
Tage
4
5 6
Produktion
extrazellulärer
Matrix
Bildung von
Geflechtknochen
Beginn des
Knochenumbaus
Wochen
7
Ausbildung von
Lamellenknochen
8
Abschluss der
Kaskade der
Knocheneubildung
Anforderungen an moderne
Knochenersatzmaterialien
Gute Biokompatibilität
Nebenwirkungsfreiheit
Gute neue Knochenqualität
Zeitliche Beschleunigung in Bezug auf die Knochenbildung
Möglichst vollständige Wiederherstellung der Funktion im
Bereich des neu zu bildenden Knochens
Mechanische und chemische Stabilität (ja / nein nach Indikation ),
Volumen des Materials
Erhalten und/oder Bilden von Elementen der knöchernen Strukturen
Adaptierte Biodegradation (pass. Lösungsvermittelt / aktiv
zellvermittelt)
Optimierte Menge und Qualität an neugebildetem Knochenmaterial
Die Historie - Was nun?
Vorzeit:
Kokosnuss
1800:
Autograft
Allograft
1980er:
ß-TCPs
Mittelalter:
Metallplatten
2000
rh-BMPs
1970er:
Hydroxyapatit
1990er:
DBMs
2005
NanoBone
synthetisch
osteoinduktiv
•Knochenersatz
Systematik KEM
autologe
Spongiosa
KEM
KEM
biologisch
KEM
synthetisch
homologe
Spongiosa
HA
HA-Keramik
(tierisch)
β - Tricalziumphosphat
DBM
Calziumphosphatzemente
rh BMP
HA – SiO2
biphasische
Materialien
Möglichkeiten
und
Grenzen
Autologe Spongiosa
+
-
Osteokonduktiv
Osteoinduktiv
Osteostimulativ
Resorbierbar
Biokompatibel
Vollständiges Remodeling
Kurzfristig verfügbar
Menge limitiert
Zweiteingriff notwendig
Qualität schwankend
Komplikationen im ZH mit Entnahme
Bemerkung: Kosten nicht direkt feststellbar
Wirkprinzip
- nanokristallines HA im Verbund mit Kollagen und Spurenelementen
- zelluläre Bestandteile
- interkonnektierendes Porensystem (teilweise intakt)
- Anlagerung von Zellen, Proteinen, BMP, einsprossen von Blutgefäßen
- direkte Einbindung in den Remodeling-Prozess
- zelluläre Prozesse zum Abbau der implantierten Spongiosa und Aufbau der
gerichteten lammelären Strukturen
KEM
biologisch
homologe Spongiosa
+
Osteokonduktiv
Große Mengen
Humaner Ursprung
Interkonnektierende Poren
Biodegradierbar
Osteointegration
Bemerkung:
Wechselnde Qualität
Restrisiko Infektion
Fremdkörperreaktion
Hoher Verarbeitungsaufwand
strenge gesetzliche Regelungen
Kosten schwer ermittelbar
Wirkprinzip
Unterschiedliche Aufbereitung: - „fresh frozen“
- chemisch-physikalisch
- thermisch
-
durch Aufbereitung weitestgehend zellfreies Implantat
interkonnektierendes Porensystem
osteokonduktiv
Knochenneubildung von außen nach innen
keine Einbindung in den Remodelingprozess
gute Osteointegration
fehlende Resorption
Achtung: Je nach Aufbereitung können Zellrückstände zu
inflamatorischen Reaktionen führen, Übertragung von
Krankheitserregern möglich
HA Keramik
+
-
Osteokonduktiv
Große Mengen
Osteointegration
Interkonnektierende Poren
Wechselnde Qualität
Restrisiko Infektion
Fremdkörperreaktion
Keine Resorption
Keine Biodegrdation
Sollbruchstelle
Kein Umbau in KE Knochen
Endobon
Bemerkung:
verbleibt im Körper
Kosten schwanken
nicht im kindlichen Körper einsetzbar
Wirkprinzip
-
meist bovinen Ursprungs
gesintertes HA (gebrannt bei 1200º C bis 1400º C)
nanokristalline HA-Partikel verschmelzen zu großen HA Kristallen
dadurch nicht mehr für zelluläre Prozesse verwertbar
keine Resorption
Platzhalterfunktion
nur osteointegrativ
wird knöchern eingebaut
selbst nach Jahren unverändert nachweisbar
DBM
Bemerkung:
+
-
osteoinduktiv
große Mengen
Humaner Ursprung
biodegradierbar
wechselnde Qualität
Restrisiko Infektion
Fremdkörperreaktion
nicht Volumenstabil
bildet Knochen im ektopen Lager
hoher Preis
nicht im DRG-System abbildbar
Wirkprinzip
-
chemisch aufbereitete humane Spongiosa von verstorbenen Spendern
mineralische Phase des Knochens weitestgehend entfernt
kollagene Bestandteile als Träger osteoinduktiver Eigenschaften
Material wird vollständig resorbiert
Wirksamkeit ist charchenabhängig
Achtung: im Rahmen des Herstellungsprozesses erfolgt keine
Entfernung von Proteinen, Bakterien oder Vieren!
Rh-BMP
+
-
Osteoinduktiv
große Mengen
ressorbierbar
beschränkte Zulassung
Wirkzeit 6 Stunden
bildet im ektopen Lager Knochen
Verarbeitung sehr schwierig
OP1
Bemerkung:
extrem teuer
Knochenresorption möglich
Wirkprinzip
-
rh-BMP z.B. aus Zelllinien der Eierstöcke chinesischer Hamster
einzelnes BMP in undifferenzierter Dosierung
greift direkt in die Steuerung des Knochenbildungsprozesses ein
osteoinduktiv kann auch zu beschleunigter Resorption führen
Wirkungsweise unklar, daher nur beschränkte Zulassung
Verarbeitung kompliziert
keine Auffüllung von Knochendefekten (fehlendes Volumen)
Achtung: Einsätze müssen vorher genehmigt werden, Erstattung nur
nach vorheriger Verhandlung mit KK – nicht über DRG! Sehr hoher Preis!
Synthetische KEM
Hydroxylapatit-Keramik
+
-
osteokonduktiv
große Mengen
ressorbierbar
teilweise primärstabil
relativ kostengünstig
nicht resorbierbar
kein Umbau in körpereigene Spongiosa
Sollbruchstelle im Körper
schlecht zu verarbeiten
Bemerkung: auch als Paste verfügbar, dann
nicht formstabil
Wirkprinzip
-
gesintertes synthetisches Hydroylapatit
kein interkonnektierendes Porensystem
durch thermische Herstellungsverfahren entstehen große HA Kristalle
nicht zellulär nutzbar
Leitschienenfunktion
Osteointegration mit randständigem Einwachsen von vitalen Knochen
relativ primärstabil
Achtung: nicht als keramischer Knochenersatz resorbierbar zu
verschlüsseln!
ß-Tricalziumphosphat
+
Osteokonduktiv
Große Mengen
wird chemisch abgebaut
unterschiedliche Formkörper
synthetisches Material
Bemerkung:
geringe Stabilität
kein Umbau in KE Spongiosa
kein interkonnektives Porensystem
wird zeitgesteuert abgebaut
verursacht inflamatorische Reaktionen
häufig bindegewebige Einschlüsse
Wirkprinzip
-
synthetisch hergestelltes ß-Trikalziumphosphat
nomalerweise ohne interkonnektierendes Porensystem
Poren werden mechanisch (durch Bohrungen) angelegt
Abbau erfolgt durch chemische Zerfallsprozesse
keine zellvermittelte Resorption
wird nicht in den Remodellingprozess eingebunden
Knochenabbau häufig schneller als Knochenabbau
Lücken werden mit Bindegewebe gefüllt
Achtung: häufig Entstehung von Pseudarthrosen durch verzögerte
Knochenheilung
Biphasische Materialien
+
-
Osteokonduktiv
Große Mengen
wird chemisch abgebaut
unterschiedliche Formkörper
Pastös aushärtend
synthetisches Material
Bemerkung:
wechselnde Stabilität
kein Umbau in KE Spongiosa
HA-Bestandteile verbleiben dauerhaft
kein interkonnektives Porensystem
wird zeitgesteuert abgebaut
verursacht inflamatorische Reaktionen
häufig, vor allem an den
Grenzflächen bindegewebige
Einschlüsse
Wirkprinzip
- Bestehend aus zwei Komponenten
- HA als nicht resorbierbaren Bestandteil, ß-TCP oder Kalziumsulfat
(Gips) als resorbierbarer Bestandteil, der Platz für einwachsenden
Knochen bilden soll
- meist bindegewebige Einkapselungen des HA durch verzögerte
Knochenneubildung
- inflamatorische Reaktionen beim chemischen Zerfall
- bestenfalls osteointegrative Eigenschaften
Achtung: nicht als keramisch resorbierbarer Knochenersatz kodierbar!
Calziumphosphatzemente
+
Osteointegration
große Mengen
pastös
härtet im Defekt aus
bohrbar, schraubbar
 injezierbar
Bemerkung:
besteht aus zwei Komponenten
kurze Verarbeitungszeit
muss angemischt werden
kein Umbau in KE Spongiosa
härter als autologe Spongiosa
teuer
teilweise thermische Reaktionen
Wirkprinzip
-
Wird aus Calzium- und Phosphatsalzen synthetisiert
besteht aus einem Pulver und einer Flüssigkeit und muss angemischt werden
härtet nach Applikation aus
soll im Rahmen des Remodeling umgebaut werden
wird knöchern umbaut
als sprödes Material besteht die Gefahr einer Fraktur des Implantates
Achtung: nach dem anmischen muss die Applikation zeitnah erfolgen
HA-SiO2
Neueste Generation
+
-
osteokonduktiv
osteostimulativ
osteoinduktiv
große Mengen
ressorbierbar
schnellste Knochenneubildung
wie autologe Spongiosa
einfache Verarbeitung
nicht primär stabil
Bemerkung:
minimalinvasiver Einsatz möglich
DRG kodierbar
Wirkprinzip
-
nanokristallines HA in Größe und Form mit HA des nativen Knochen identisch
eingebettet in Silikagelmatrix
Hohe innere Oberfläche (204 m2/gr)
aktive Anlagerung autologer Moleküle (BMP, Zellen, Proteine)
schnelle Vaskularisierung
kontrollierte Osteoinduktion, bildet nach Spongiosa und Kortikalis
differenzierten Knochen
- vollständiges Remodelling
- „Ready to use“
Achtung: Material im Rahmen der DRG häufig erlöserhöhend kodierbar
Anforderungen an moderne
Knochenersatzmaterialien
autologe
Spongiosa
NanoBone
Gute Biokompatibilität


Nebenwirkungsfreiheit


Gute neue Knochenqualität


Zeitliche Beschleunigung in Bezug auf die Knochenbildung


Möglichst vollständige Wiederherstellung der Funktion im
Bereich des neu zu bildenden Knochens


Mechanische und chemische Stabilität (ja /nein nach
Indikation ), Volumen des Materials


Erhalten und/oder Bilden von Elementen der knöchernen
Strukturen


Adaptierte Biodegradation (pass. Lösungsvermittelt / aktiv
zellvermittelt)


Optimierte Menge und Qualität an neugebildetem


Fragen ?
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