Knochenersatz- Systematik, Möglichkeiten und Grenzen ein Überblick. Steffen Zätzsch Geschäftsführer SpongioTech

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1 Knochenersatz- Systematik, Möglichkeiten und Grenzen ein Überblick Steffen Zätzsch Geschäftsführer SpongioTech

2 Notwendigkeiten für den Einsatz von Knochenersatzmaterial KEM - große spongiöse Knochendefekte - Defekte im kindlichen Knochen - fehlende Eigenspongiosa - Patienten mit Polytraumen

3 Wenn der Knochen Hilfe braucht

4 Begriffe Osteokonduktiv: Osteoinduktiv: Osteostimulativ: Biodegradation: Resorption (Knochen): Material dient als Leitschiene für den Aufbau neuen Knochens Material bildet aktiv neuen Knochen (auch im ektopen Lager) Material stimuliert die Knochenneubildung durch aktive Anlagerung körpereigenen Proteine Gesamtheit aller chemischen und biologischen Prozesse zum Abbau von körpereigenen oder körperfremden Stoffen zellvermittelte, rein osteoklastäre Leistung zum Abbau von Knochen und Knochenersatzmaterial

5 Kaskade der Knochenneubildung Protein Adsorption 1 Minuten Anlagerung von Zellen 2 Stunden Monaten Proliferation /Differentiation Produktion extrazellulärer Matrix 3 Tage Bildung von Geflechtknochen Beginn des Knochenumbaus Wochen Ausbildung von Lamellenknochen 8 Abschluss der Kaskade der Knocheneubildung

6 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

7 Die Historie - Was nun? Mittelalter: Metallplatten Vorzeit: Kokosnuss 1800: Autograft Allograft 1970er: Hydroxyapatit 1990er: DBMs 1980er: ß-TCPs 2000 rh-bmps 2005 NanoBone synthetisch osteoinduktiv

8 Knochenersatz

9 Systematik KEM autologe Spongiosa KEM KEM biologisch homologe Spongiosa HA-Keramik (tierisch) DBM rh BMP KEM synthetisch HA β - Tricalziumphosphat Calziumphosphatzemente HA SiO2 biphasische Materialien

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11 Möglichkeiten und Grenzen

12 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

13 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

14 KEM biologisch

15 homologe Spongiosa + Osteokonduktiv Große Mengen Humaner Ursprung Interkonnektierende Poren Biodegradierbar Osteointegration - Wechselnde Qualität Restrisiko Infektion Fremdkörperreaktion Hoher Verarbeitungsaufwand Bemerkung: strenge gesetzliche Regelungen Kosten schwer ermittelbar

16 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

17 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

18 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

19 DBM + osteoinduktiv große Mengen Humaner Ursprung biodegradierbar - wechselnde Qualität Restrisiko Infektion Fremdkörperreaktion nicht Volumenstabil bildet Knochen im ektopen Lager Bemerkung: hoher Preis nicht im DRG-System abbildbar

20 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!

21 Rh-BMP + Osteoinduktiv große Mengen ressorbierbar OP1 - beschränkte Zulassung Wirkzeit 6 Stunden bildet im ektopen Lager Knochen Verarbeitung sehr schwierig Bemerkung: extrem teuer Knochenresorption möglich

22 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!

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24 Synthetische KEM

25 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

26 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!

27 ß-Tricalziumphosphat + Osteokonduktiv Große Mengen wird chemisch abgebaut unterschiedliche Formkörper synthetisches Material - geringe Stabilität kein Umbau in KE Spongiosa kein interkonnektives Porensystem wird zeitgesteuert abgebaut verursacht inflamatorische Reaktionen Bemerkung: häufig bindegewebige Einschlüsse

28 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

29 Biphasische Materialien + Osteokonduktiv Große Mengen wird chemisch abgebaut unterschiedliche Formkörper Pastös aushärtend synthetisches Material - wechselnde Stabilität kein Umbau in KE Spongiosa HA-Bestandteile verbleiben dauerhaft kein interkonnektives Porensystem wird zeitgesteuert abgebaut verursacht inflamatorische Reaktionen Bemerkung: häufig, vor allem an den Grenzflächen bindegewebige Einschlüsse

30 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!

31 Calziumphosphatzemente + Osteointegration große Mengen pastös härtet im Defekt aus bohrbar, schraubbar injezierbar - besteht aus zwei Komponenten kurze Verarbeitungszeit muss angemischt werden kein Umbau in KE Spongiosa härter als autologe Spongiosa Bemerkung: teuer teilweise thermische Reaktionen

32 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

33 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

34 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

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36 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

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