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10.11.2015·Zahnmedizin Implantatbeschichtungen in der Forschung – ein Update

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Implantatbeschichtungen in der Forschung – ein Update

von Wolfgang Schmid, Schriftleiter ZR ZahnmedizinReport, Berlin

| Die Oberflächenbeschaffenheit von Implantaten soll und kann die Einheilung befördern und beschleunigen. Gleichzeitig sollen Modifikationen der Oberfläche dafür sorgen, dass Bakterien und Biofilme nicht anhaften können. Hierzu wird auch in Deutschland in zahlreichen wissenschaftlichen Untersuchungen geforscht. Dieser Beitrag enthält einen kurzen Überblick über aktuelle Forschungstrends. |

Oberflächenrauheit allein genügt nicht

In der modernen Biomaterialforschung werden die Oberflächen von Implantaten so verändert, dass eine Adhäsion des Biofilms reduziert wird und gleichzeitig die knöcherne Integration im Alveolarknochen erhöht werden kann. Innovative Implantatmaterialien, Oberflächenmodifikationen mit reduzierten Hafteigenschaften oder mit anabolen Additiva sind dabei klinisch sehr interessant.

 

Das Konzept der Oberflächenrauheit ist einfach: Eine definiert hohe Mikro- und Makrostrukturierung von Implantatoberflächen führt zu einer schnelleren und besseren Einheilung in den umgebenden Knochen. Nach Schwartz et al. spielen die Oberflächenrauigkeit und Legierung eine Hauptrolle bei der zellulären Antwort auf das Material. Dies konnte Nadja Mönch (Universität Köln) mit ihrer Studie nicht belegen. Ein Grund, warum die aufgerauten Oberflächen in der Frühphase der Osseointegration nicht besser abschnitten als polierte, könnte sein, dass sich auf den rauen Oberflächen die Zellen mit ihrem Zytoskelett zunächst individuell dem Relief anpassen mussten, sodass die Ausprägung von Zell-Substrat-Kontakt behindert wurde und sowohl die Zellvermehrung als auch die Ausprägung ihrer Kontakte länger dauerte.

Begünstigt Oberflächenrauheit auch Besiedlung mit Biofilmen?

Ein zweiter Grund, der gegen das Konzept der alleinigen Oberflächenrauheit spricht, ist die Besiedlung mit Biofilmen. Subramani et al. (2009) kamen zum Ergebnis, dass eine erhöhte Rauheit und freie Oberflächenenergie die bakterielle Anlagerung begünstigt. An der Universität Regensburg untersuchte Stefan Kreis das bakterielle Adhärenzverhalten unter den Einflüssen der Rauheit, der Morphologie und der freien Oberflächenenergie. Allerdings führen die Ergebnisse dieser Untersuchung zu dem Schluss, dass die Oberflächenrauheit nicht zwangsläufig – wie vielfach in der Literatur beschrieben – den dominierenden Faktor für die Biofilmbildung auf Implantatoberflächen darstellt.

 

Kreis stellte fest, dass sowohl die Oberflächenhydrophobizität als auch die Rauheit die Hafteigenschaften von Bakterien beeinflussen können: Für S. sanguinis war die Oberflächenrauheit für eine initiale Adhäsion der bestimmende Faktor sowie die Werkstoffauswahl, die auf keramischen Oberflächen signifikant höher war als auf Titanoberflächen. Für S. epidermidis schien die Hydrophobizität auf der Implantatoberfläche bedeutender zu sein als die Oberflächenrauheit. Hydrophobe Oberflächen zeigten eine stärkere Adhäsion als hydrophile Oberflächen.

Knochenanabole Beschichtungen

Der Einsatz biofunktionalisierter Oberflächen fördert die Osseointegration und führt somit zu einer schnelleren Einheilung des Implantats. Ein knochenanaboler Wirkstoff ist im Moment „en vogue“: P-15 ist eine synthetisch hergestellte Aminosäuresequenz. Diese Aminosäuresequenz ist in Typ-I-Kollagen enthalten und dient somit als Zellbindungsstelle. Laborversuche hatten vielversprechende Ergebnisse gebracht. Inzwischen werden Implantate mit diesem Wirkstoff im Tierversuch getestet.

 

Julia Kretz untersuchte an der Universität Erlangen-Nürnberg biofunktionalisierte Implantatoberflächen von Dentsply (Ankylos® A8, 8 mm, Durchmesser 3,5 mm mit einer P-15-Beschichtung der Konzentrationen 100 μg/ml und 200 μg/ml). Im Vergleich zu unbehandelten Oberflächen zeigten beide Beschichtungen in der ersten Woche eine deutlich höhere Zahl anhaftender reifer Knochenzellen (Osteozyten). Dieser knochenbildende Effekt schwächte sich allerdings im Laufe der folgenden vier Wochen stark ab. Der prozentuale Anteil der linearen Kollagenfasern fiel im Verhältnis zum transversalen Anteil deutlich geringer aus.

 

Andere bekannte Knochenanabolika sind Statine, bekannt als cholesterinsenkende Medikamente. Sie haben in In-vitro- und In-vivo-Studien knochenanabole Effekte gezeigt. Simvastatin, ein lipophiler Vertreter der Statine, steigert die Expression des Wachstumsfaktors Bone-morphogenetic-Protein-2 (BMP-2) und stimuliert über diesen Mechanismus die Aktivität und Differenzierung von knochenbildenden Osteoblasten. In der Parodontologie hatte die topische Anwendung zur Knochenneubildung und Defektregeneration geführt. Dies erscheint in Bezug auf die Förderung der Knochenneubildung bei der Implantatintegration vielversprechend.

Keine positiven Wirkungen in Tierversuchen nachweisbar

In Tierversuchen an der Berliner Charité konnte Kathrin Käppler aber nicht zeigen, dass die Wirkung von lokal appliziertem Simvastatin aus dem bioaktiven Trägermaterial Poly-D-L-Laktid (PDLLA) positive Wirkungen auf die Knochenneubildung im Implantatbett hatte. Im Gegenteil: In den Simvastatin-Gruppen zeigte sich eine geringere Knochenneubildung.

 

Literatur

  • Martin JY, Schwartz Z, Hummert TW, Schraub DM, Simpson J, Lankford J, Jr., Dean DD, Cochran DL, and Boyan BD. Effect of titanium surface roughness on proliferation, differentiation, and protein synthesis of human osteoblast-like cells (MG63). J Biomed Mater Res 29: 389-401, 1995. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7542245

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