Knochenregeneration. Ein Service von CERASORB M Ortho S y n t h e t i s c h e s, h o c h re i n e s ß- Tr i c a l c i u m p h o s p h a t

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1 Knochenregeneration A-Z Ein Service von CERASORB M Ortho S y n t h e t i s c h e s, h o c h re i n e s ß- Tr i c a l c i u m p h o s p h a t Regenerative Medizin

2 Vorwort In der Orthopädischen Chirurgie und Unfallchirurgie ist der Bereich der Knochenregeneration ein relativ junges Themengebiet. Wir verstehen Knochenregeneration als einen wesentlichen Bestandteil der Regenerativen Medizin, die sich der Wiederherstellung defekter oder zerstörter Gewebestrukturen angenommen hat. Die rasch fortschreitenden Erfolge machen dieses Metier sehr spannend. Die Entwicklung schreitet deutlich voran, das Wissen wird schnell erneuert und die wichtigen Begriffe aus diesem Gebiet sind der Schlüssel, um hier mitzuwirken, mitzudenken und mitzuarbeiten. Die Begriffe und Definitionen sind das präzise Werkzeug unseres Denkens und Arbeitens. Hierzu möchten wir einen kleinen Beitrag hinzufügen. Die Kenntnis der richtigen Bezeichnungen erlaubt allen Beteiligten dann ein gleiches Verständnis und eine präzise Kommunikation. Wir wünschen uns, dass die Leserschaft, also primär die Ärztinnen und Ärzte, die sich mit diesem Metier befassen, und die einbezogenen Fachkreise hiervon Ihren Nutzen haben werden. Nichts ist in der Medizin wohl besser, als den gesunden Zustand des Patienten wieder herstellen zu können dafür arbeiten wir. Ihr curasan AG -Team CERASORB ist ein registriertes Warenzeichen 2

3 Absorption Adsorption Advanced tissue regeneration Die Eigenschaft eines Materials, sich durch passives Auflösen (Absorption) oder durch aktive, biologische Aufnahme (Resorption) vollständig in den lebenden Organismus zu integrieren. Die Bestandteile des Materials werden vollständig in die normalen, biochemischen Prozesse des Körpers übernommen. Im Gegensatz dazu stehen nicht absorbierbare oder nicht resorbierbare Stoffe, die unverändert im Körper verbleiben. Beschreibt die Eigenschaft von Materialien (z.b. CERASORB Ortho), Stoffe wie Proteine, Wachstumsfaktoren, Ionen oder Zellen an deren innere und äußere Oberflächen anzulagern. Durch diese Substanzen und Zellen wird die Bildung von neuem Knochenmaterial gefördert. Advanced tissue regeneration (ATR) ist eine standardisierte Methode zur Gewinnung von Wachstumsfaktoren aus körpereigenen Thrombozyten, die die Wundheilung und Geweberegeneration unterstützen. Anwendungsgebiete sind u. a. schwere Hautschädigungen wie Ulzera, großflächige Verbrennungen, Hauttransplantationen, Knorpel- und Zellzüchtung oder chronische Wunden. Auch in der plastischen Chirurgie sowie in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, zur optimierten Regeneration von Knochen- und Schleimhautregeneration, können die gewonnenen Wachstumsfaktoren den Heilungsprozess positiv beeinflussen. Allergierisiko Menschlicher und tierischer Spenderknochen können, trotz chemischer und thermischer Behandlung, ein minimales Risiko für Allergien und das Übertragen von Infektionen bergen. Synthetisches Knochenersatzmaterial (z.b. CERASORB Ortho) wird im Labor aus anorganischen Substanzen, wie Calcium und Phosphat, mit höchster Reinheit hergestellt. Diese Stoffe sind natürliche Bestandteile des menschlichen Stoffwechsels und bergen kein Risiko für Allergien oder Infektionen. allogen Bezeichnet ein körperfremdes Transplantat, von einem genetisch verschiedenen Individuum derselben Art stammend. Allograft Als Allograft werden Knochentransplantate von menschlichen Spendern (auch Leichenknochen) bezeichnet. Erst nach umfangreicher thermischer und chemischer Aufarbeitung sind diese als Knochenersatzmaterial verwendbar, eine Resorption im normalen Regenerationszyklus des Knochens findet, wenn überhaupt, nur nach vielen Jahren statt. Außerdem verbleibt ein theoretisches Restrisiko einer Infektionsübertragung vom Spender. Angiogenese Wachstum, neues Entstehen von Blutgefäßen (Kapillaren) aus einem bestehenden Kapillarsystem. Die Angiogenese spielt eine wichtige Rolle bei der Wundheilung und Knochenregeneration. Arthrodese Damit wird die operative Gelenkversteifung bezeichnet. Siehe auch Spondylodese (Wirbelsäulenversteifung). Augmentation Orthopädie: Auffüllen eines, z.b. durch einen Knochentumor verloren gegangenen Gewebes. Zahnmedizin: Vergrößerung, Erhöhung eines Kieferkammes. 3

4 autogen Auf das gleiche Individuum bezogen oder von ihm stammend. (auch: autolog) Autograft autokrin Bankknochen bioaktiv bioaktive Gläser bioinert Biokeramik biokompatibel Biomaterial Beckenkammtransplantat Biokompatibilität biotolerant Bisphosphonate Transplantation von Gewebe (z.b. Knochen) von einem Ort des Körpers zu einem anderen desselben Individuums. Unmittelbare stimulierende Hormonwirkung auf die freisetzende Zelle selbst. siehe Knochenbank Die Entnahme eines (autogenen, autologen) Knochenspans aus dem Beckenkamm. Bei dieser Operation können Schäden am Beckenknochen und an den dort verlaufenden Muskeln, Sehnen, Bändern und Nerven entstehen, die oft zu einer dauerhaften Beeinträchtigung des Patienten führen. siehe biokompatibel Bestehen unter anderem aus den Komponenten SiO2, Na2O, CaO, P205, etc. und weisen, im Vergleich zu echten Keramiken, nur eine geringe Kristallinität auf. Als Knochenregenerationsmaterialien zeigen sie oft eine erhöhte Resorptionsfähigkeit und verbesserte Eigenschaften zur Knochenregeneration. siehe biokompatibel Sammelbegriff für mineralische Sinterwerkstoffe, zum Einsatz im medizinischen Bereich. Im Allgemeinen werden damit Tricalciumphosphate, Hydroxylapatite, sowie bioaktive Gläser und Glaskeramiken bezeichnet. (siehe auch Keramik ) Die Eigenschaft von bestimmten Materialien, dauerhaft reaktionsfrei in Kontakt mit körpereigenen Zellen und Geweben verbleiben zu können. Biokompatible Materialien sind zum Beispiel Tricalciumphosphat, Hydroxylapatit, Glas-Keramiken, Titan und bestimmte Kunststoffe. Die Biokompatibilität kann unterteilt werden in: - Biotolerant - ggf. nach Jahren geringfügige Reaktionen auf das Material möglich. - Bioinert - keine chemischen und biologischen, aber ggf. physikalische Wechselwirkungen (z.b. Druck- oder Zugkräfte). - Bioaktiv - lösen durch ihre chemischen oder physikalischen Eigenschaften biologische Reaktionen (Knochenbildung, Anregung des Knochenwachstums) im Körper aus. Biomaterialien wie z.b. Knochenersatz-, Knochenregenerationsmaterial oder Implantate sind synthetische oder natürliche, denaturierte Materialien (nicht lebend), die im menschlichen Körper zur Diagnose oder Therapie eingesetzt werden sollen. Da diese dabei in direkten Kontakt mit Körpergeweben kommen, ist eine möglichst hohe Biokompatibilität notwendig. siehe biokompatibel Bisphosphonate werden seit ca als Medikamente oder zur Diagnostik bei Störungen des Knochen- oder des Calciumstoffwechsels eingesetzt. Bei der Osteoporose wirken sie dem Abbau des Knochens entgegen, da sie die Resorption des Knochens hemmen. 4

5 Bone Marrow Aspirate Bone Mill Bone Morphogenetic Proteins BoneOptimizer Diese Medikamente haben zum Teil auch Jahre nachdem sie abgesetzt wurden, noch einen Einfluss auf die Regenerationsfähigkeit von Knochen. Bone Marrow Aspirate (BMA), das Knochenmark-Aspirat wird aus dem Knochenmark gewonnen. Geeignet sind für die Gewinnung von BMA die großen Röhrenknochen oder das Becken. BMA enthält extrem viele Stammzellen, die zusammen mit den geeigneten Wachstumsfaktoren (advanced tissue regeneration) und dem geeigneten Trägermaterial (CERASORB M Ortho) schnell zu Knochenzellen ausdifferenzieren können. siehe Knochenmühle Bone Morphogenetic Proteins (BMP) sind osteoinduktive Proteine, die die Bildung von neuen Knochen anregen. Sie gehören zur Gruppe der Wachstumsfaktoren. Im Körper werden BMP bei Verletzungen oder sonstigem Gewebeverlust gebildet, um die Heilungsvorgänge zu beschleunigen. Diese Proteine können auch künstlich hergestellt werden und kommen zum Einsatz in der Knochen- und Hautregeneration, sowie zur Unterstützung der Einheilung von Implantaten. CERASORB Ortho BoneOptimizer enthält neben Granula vom Typ M röntgendichte Granula vom Typ C und hat eine protrahierte Resorption bis zur völligen Knochenregeneration. Es ist mit allen autologen Materialien mischbar (PRP, autologem Knochen, BMA u.a.). bovin CERASORB Ortho Auf die Tiergattung Rind bezogen oder von ihm stammend. Die CERASORB Ortho Produktfamilie. Sie besteht aus synthetischem Knochenregenerationsmaterial (β-tcp) in verschiedenen Formen: Granula, Formteile, FOAM und Paste (verfügbar ab 2013). Die Produkte bieten aufgrund ihrer chemischen und biologischen Eigenschaften bei der Defektversorgung eine klare Alternative zu körpereigener Spongiosa. Bei Einsatz von CERASORB Ortho kann ein belastender zweiter Eingriff zur Entnahme von Spongiosa (Beckenkamm) häufig entfallen. In der Patientenaufklärung müssen die möglichen Komplikationen einer Knochenentnahme, die Problematik von Abstoßungsreaktionen oder die potenziellen Infektionsund Allergierisiken durch Materialien biologischen Ursprungs nicht angesprochen werden. 5

6 Chemotaxis chondrale Ontogenese Chondroblast Debridement Demineralized bone matrix Bewegungsreaktion von Zellen oder Organismen auf der Basis von chemischen Reizen. Die Chemotaxis spielt eine Rolle bei der Differenzierung pluripotenter mesenchymaler Stammzellen in Osteo- oder Chondroblasten, sowie bei der Besiedelung von synthetischem Knochenregenerationsmaterial mit knochenbildenden Zellen. Form der Knochenbildung, die von einer knorpeligen Anlage ausgeht und zum Entstehen von Röhrenknochen führt. "Mutterzelle" der reifen Knorpelzelle (Chondrozyt), bildet die Interzellularsubstanz des Knorpels Entfernen von abgestorbenem (nekrotischem) Gewebe. Demineralisierte Knochenmatrix (DBM) besteht aus dem schwammartigem Kollagen (Typ I), welches nach dem Dekalzifizieren und Sterilisieren aus dem Leichen- oder Tierknochen verbleibt. Demineralized Demineralisiertes, gefriergetrocknetes humanes oder tierisches Knochentransplantat. (DFDBA) Freeze-Dried Bone Allograft Extrazelluläre Matrix Fibroblast Formteile Distraktionsosteogenese Geflechtknochen Knochenneubildung durch Auseinanderziehen (Ilizarov-Technik); künstliche Verlängerung der Knochen durch kontinuierliche Streckung (ca. 1 mm pro Tag) des Knochens an der heilenden Bruchstelle. Die extrazelluläre Matrix ist der Bereich, der zwischen den Zellen liegt. Sie wird auch als interzellularer Bereich bezeichnet. Die Bestandteile der extrazellulären Matrix sind flüssige, bzw. gelöste Komponenten (Ionen, Botenstoffe) und Proteine, auch Strukturproteine wie Kollagene. Junge, an der Bildung von Interzellularsubstanz des Bindegewebes beteiligte Zelle, die zur stationären Bindegewebszelle (Fibrozyt oder Spindelzelle) heranreift. CERASORB Ortho Formteile erlauben einen defektgerechten Knochenaufbau durch Würfel, Quader, Keile und Zylinder. Dazu zählen größere Defekte in lasttragenden Bereichen, besonders in der Traumatologie, Orthopädie und Sportmedizin. Die Formteile bieten bei einfacher Handhabung eine passgenaue stabile Versorgung. Sie sind mit regelmäßig ausgerichteten Röhrenporen ausgestattet, die mit der Hauptwachstumsrichtung des Wirtsknochens übereinstimmen und so das biofunktionelle Knochenwachstum fördern. Geflechtartige Vorläuferform des reifen Lamellenknochens; ein durch organische und anorganische Substanzen verhärtetes, stabiles Bindegewebe. 6

7 Glaskeramik Granulat Haversscher Kanal Ist ein Begriff für die künstliche Herstellung biologischer Gewebe durch die gezielte Kultivierung von Zellen, um damit verlorenes Gewebe bei Patienten zu ersetzen oder zu regenerieren. Hierfür werden üblicherweise Zellen dem Spender-Organismus entnommen und im Labor in vitro vermehrt. Glaskeramiken werden durch gesteuerte Kristallisation von Gläsern hergestellt. Glaskeramische Werkstoffe enthalten noch einen gewissen Anteil an Glasphase neben den Kristallen. Glas- oder Biokeramiken werden z. B. als Zahnersatz oder Knochenregenerationsmaterial eingesetzt. Granulate (hier in Bez. auf Knochenersatz oder -regeneration) sind, neben Formteilen und flüssig-pastösen Verarbeitungsformen, fein- bis grobkörnige Feststoffe. Granulate können aus synthetischen oder natürlichen Quellen mit unterschiedlicher, definierter Porosität gewonnen bzw. hergestellt werden. Gefäßreiche, aber faserarme Gewebeneubildung im Rahmen der Wundheilung, zum Schutz und zum Auffüllen von Gewebedefekten; später faserreiches Narbengewebe. Dieses ist der zentrale Kanal in der Funktionseinheit des Knochens, die Osteon genannt wird und im Randbereich (Kortikalis) von Röhrenknochen liegt. Die Kanäle enthalten Blutgefäße und Nerven, die auch die Osteozyten untereinander verbinden. Von Osteoklasten durch chemischen und enzymatischen Abbau im Knochengewebe gebildete Lakunen, auch Resorptionslakunen genannt. Der überwiegende mineralische Bestandteil des Knochens, ein komplexes Calciumphosphat; allgemeine Formel: Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH). Durch Substitution von Ionen, können ganz unterschiedliche Materialeigenschaften erreicht werden. Beschreibt Material, dessen Poren durch kleine Übergänge untereinander verbunden sind. Die Verbindung der Poren erleichtert das Durchdringen des Materials mit Körperflüssigkeiten und ist Voraussetzung für die Besiedelung mit knochenbildenden Zellen, auch auf den inneren Oberflächen des Materials. Keramische Werkstoffe sind anorganisch und nichtmetallisch. In der Regel werden sie bei Raumtemperatur aus einer Rohmasse geformt und erhalten ihre typischen Werkstoffeigenschaften durch einen Sintervorgang (Brennvorgang) bei sehr hohen Temperaturen (> 1000 C). [auch Gewebebank ] Einrichtung, in der Spenderknochen bis zur Transplantation präpariert, untersucht und stabil aufbewahrt werden. Knochenbanken unterliegen dem Transplantationsgesetz. Der Knochen, bzw. das Knochengewebe, ist das Stützgewebe der Wirbeltiere; Ansatzpunkt für Muskeln, Sehen und Bänder. Das Skelett des Menschen besteht aus etwa 206 Knochen. Die Knochensubstanz wird von Osteoblasten gebildet und von Osteoklasten abgebaut. Knochen bestehen zu etwa zwei Drittel aus anorganischen, sowie etwa einem Drittel aus organischen Komponenten. Die Kombination von ex- Gewebezüchtung Granulationsgewebe Howship- Lakunen Hydroxylapatit Interkonnektiv Keramik Knochenbank Knochenbildung 7

8 Knochenmark Knochenerneuerung Knochenersatzmaterial Knochenregenerationsmaterial Knochenmühle Kollagen trem harten Apatitkristallen und flexiblen Kollagenfasern bewirkt eine sehr hohe Zug- und Druckfestigkeit, bei doch vorhandener Elastizität. Der biologische Apatit wird von Osteoblasten synthetisiert. Diese setzen Phosphationen in den extrazellulären Raum frei, bis das Apatit auskristallisiert. Dabei richten sich die Kristalle parallel zu den Kollagenfasern aus, die entsprechend der Hauptspannungs- und Drucklinien ausgebildet werden. Die Knochensubstanz kann in vielen Arten auftreten, überwiegend wird Geflecht- und Lamellenknochen gebildet. Das Knochengewebe wird kontinuierlich umgebaut, bzw. erneuert. Der kontinuierliche Umbau ist notwendig, um auf Ermüdungserscheinungen des Knochenmaterials zu reagieren und die Knochenstrukturen den Belastungsänderungen anzupassen. Pro Jahr werden ca. 3% des kortikalen und 25% des trabekulären Knochens remodelliert. Eine vollständige Erneuerung findet somit ca. alle 7-10 Jahre statt. Die Osteoklasten bauen mit Hilfe ihrer Enzyme und Säuren das alte Kollagenund Knochenmaterial ab. Die Osteoblasten bilden neues kollagenes Knochengrundgerüst, welches später kalzifiziert und so den neuen Knochen bildet. Man unterscheidet Knochenersatz und Knochenregeneration. Das Knochenersatzmaterial, meist aus allogenen oder xenogenen Quellen (Hydroxylapatit), verbleibt oft wenig verändert oder unverändert viele Jahre dauerhaft an der Einsatzstelle. Neues Knochenmaterial kann sich anlagern oder den Knochenersatz teilweise durchwachsen. Das Ersatzmaterial kann allerdings strukturell nicht die gleiche Funktion erfüllen, wie ein durch Knochenregeneration wieder hergestellter, natürlicher Knochen. Knochenregenerationsmaterialien, wie zum Beispiel die CERASORB Ortho Produkte, werden im Verlauf der Wundheilung parallel zur Neubildung des Knochens resorbiert. Die vollständige Regeneration des natürlichen Knochengewebes hat den Vorteil, dass der neue Knochen in den natürlichen Remodulationsprozess eingebunden werden kann. Das Knochenmark ist ein schwammartiges Gewebe, das die Hohlräume der großen Knochen ausfüllt und die Stammzellen enthält. Aus den im Knochenmark enthaltenen Stammzellen werden die vollständigen oder die Vorläuferzellen für fast alle roten und weißen Blutzellarten (myeloisch, lymphatisch) des Menschen gebildet. (siehe auch: BMA - Bone Marrow Aspirate). Moderne Knochenmühlen ermöglichen das Zerkleinern von Knochenstücken in Partikel mit definierter Größe. Diese Mühlen werden oft in der Zahnmedizin eingesetzt. Dabei werden die bei der Bohrung gewonnenen kortikalen Knochenspäne zerkleinert und als Augmentationsmaterial um das Implantat wieder eingesetzt. Kollagene sind eine große Gruppe von extrazellulären Strukturproteinen des Bindegewebes; sie haben ungefähr 30% Anteil am Gesamteiweiß des Körpers. Es sind zurzeit über 28 verschiedene Kollagentypen bekannt, sowie ca. 10 weitere Proteine mit ähnlichen Eigenschaften. 8

9 Kollagen Typ I Kompakta Komposite Kollagen Typ I ist eine spezielle, sehr zugfeste Form von Proteinen aus der Gruppe der Kollagene, die häufig in der Haut, in Sehnen, Bändern und Knochen zu finden sind. Die Kollagenmoleküle sind jeweils ca. 300nm lang und haben 1,5nm im Durchmesser; dabei bilden sie im Knochen Bündel mit ca. 50nm Durchmesser. Im Knochen bilden die Proteinmoleküle mit dem biologischen Apatit (Hydroxylapatit) parallele Strukturen, die für die Biegsamkeit und die enorme Zug- und Druckfestigkeit des Knochens sorgen. Die Kompakta oder Kortikalis bezeichnet die Randschicht der Knochen (Substantia compacta), die innen in die schwammartige Spongiosa übergeht und außen von der Knochenhaut überzogen ist. Die Kompakta ist aus sogenannten Lamellenknochen aufgebaut. Materialien, die aus mindestens zwei Komponenten unterschiedlicher Charakteristik besteht, mit möglichst mehr als nur additivem Wirkungseffekt (z.b. CERASORB Ortho FOAM). CERASORB Ortho FOAM ist ein Komposit, das zu ca. 85 Gewichtsprozenten aus einem Cerasorbgemisch (β-tcp) und zu ca.15 Gewichtsprozenten aus porcinem Kollagen (Kollagen-Komplex) besteht. Die Herstellung erfolgt in einem zertifizierten, standardisierten biotechnologischen Prozess. Lamellenknochen ist reifer, sekundär aus Geflechtknochen entstandener Knochen mit deutlicher Strukturierung in parallele Schichten von Kollagenfasern und Knochenzellen. Er umschließt als sog. Knochenschale den schwammartigen, geflechtartigen Markraum des Knochens. Langlebige, bewegliche oder ortsständige Zellen des mononukleären Phagozytosesystems; maßgeblich beteiligt an der internen "Entsorgung und Hygiene" im zellulären Bereich. Mehrere aktive Makrophagen können zu sogenannten Riesenzellen fusionieren, um größere Fremdkörper zu umschließen und abzubauen. siehe "Scaffold" Auf das embryonale Bindegewebe bezogen; hier die Stammzellen der späteren Blut- und spezialisierten Bindegewebszellen bezeichnend. Größte mononukleäre Zelle im Blut, zur Phagozytose und zur Migration in das Gewebe befähigt. Differenziert sich im Gewebe zum ortsständigen Makrophagen. Form der Knochenbildung, die von einer bindegewebigen Anlage ausgeht und zum Entstehen von Deckknochen, z.b. den Schädelknochen führt. Kortikaler Knochen Lamellenknochen Makrophagen Matrix mesenchymal Monozyt Ontogenese, desmal siehe Lamellenknochen 9

10 Osteoblast Osteogenese Osteoid Osteoinduktiv Osteoklast Osseointegration Osteokonduktiv Bezeichnung für ein Material, das durch seine Porosität und Oberflächenstruktur eine "Leitschiene", ein Gerüst für knochenbildende Zellen liefert und damit die Bildung von neuem Knochen erleichtert. Osteomyelitis Die Entzündung des Knochenmarks, bzw. des gesamten Knochens (Osteitis), ist oft die Folge bakterieller Kontamination, nach offenen Brüchen oder Operationen am Knochen. Neue Behandlungsmethoden verwenden mit Antibiotika imprägnierte Knochenauffüllmaterialien. Damit werden hohe lokale Wirkspiegel erzielt und alle Hohlräume sofort und vollständig gefüllt. Osteon Eine funktionelle Einheit des kortikalen Teils der Röhrenknochen. Osteonekrose Beschreibt einen Verschluss eines Blutgefäßes, welches einen bestimmten Knochenabschnitt versorgt. Die Folge ist ein Knocheninfarkt und damit das Absterben dieses Abschnittes. Die Behandlung erfolgt, nach dem Debridement, oft mit Knochenregenerationsmaterial; ggf. zusätzlich mit natürlichen oder künstlich gezüchteten Knorpelzellen, bei Nekrosen mit Gelenkbeteiligung. Osteoprogenitorzelle Eine noch nicht voll zum Osteoblasten ausdifferenzierte Stammzelle. Osteozyt Eine nach der Knochenbildung im Knochen eingeschlossene Knochenzelle. Diese Knochenzellen sind miteinander vernetzt und wahrscheinlich an der Steuerung der Remodellierung der Knochensubstanz beteiligt. 10 Als Osseointegration wird die (ideale) funktionelle und strukturelle Verbindung zwischen lebendem Knochengewebe und der Oberfläche eines Implantates bezeichnet. Durch den direkten Verbund, ohne eine zwischengelagerte Bindegewebsschicht, können Zug- und Druckkräfte ohne unerwünschte Gleitbewegungen übertragen werden. Osteoblasten bilden neuen Knochen. Sie sezernieren Substanzen, wie Kollagen (Typ I), Calciumphosphat und -karbonat in den interzellulären Raum, die dann in einer netzartigen Struktur mineralisieren. Im weiteren Verlauf der Mineralisierung wandeln sich diese Zellen in sogenannte Osteozyten, die miteinander verbunden in die Knochensubstanz eingelagert werden. Ist die Bezeichnung für die Entwicklung von neuem Knochen; siehe auch Knochenbildung. Vorknochen, aus noch nicht verkalkter, von den Osteoblasten abgegebener Grundsubstanz gebildet. Eigenschaft eines Materials, das auch an unphysiologischen Orten eine Knochenbildung induzieren kann. Das Material ist damit besonders für den Einsatz bei reduzierter Knochenregenerationsfähigkeit geeignet; es kann die Differenzierung von Stammzellen zu Osteoblasten auslösen oder fördern. Osteoklasten bauen Knochenmaterial ab. Es sind sehr große Zellen, die mehrere Zellkerne enthalten können (50-100µm; ca. 10 Zellkerne). Sie haben die Fähigkeit, sich aktiv im Gewebe zu bewegen und erzeugen im Knochen sog. Howship-Lakunen, wie diese Fress- oder Fraßspuren genannt werden. Auf die Resorption von Knochenmaterial folgt meist die Neusynthese durch Osteoblasten (= Remodellierung des Knochens).

11 parakrin Phagozytose Unmittelbare Hormonwirkung auf Nachbarzellen, ohne Zwischenschalten der Blutbahnen. Aktive Aufnahme fester belebter oder unbelebter Partikel in Zellen; hier speziell in Makrophagen ("Fresszellen") mit anschließendem intrazellulärem Abbau. Phasenreinheit Die Phasenreinheit eines Knochenersatzmaterials bedeutet die Freiheit von anderen Phasen des Calcium-Phosphat-Systems (z. B. α-tricalciumphosphat, Calciumpyrophosphat etc.). Wären nämlich derartige Phasenverunreinigungen zu stark enthalten, könnten z. B. leicht lösliche Fremdphasen im Defekt das Knochenersatzmaterial unspezifisch auflösen. CERASORB Ortho besitzt eine Phasenreinheit von mehr als 99%. Damit wird die von der internationalen Norm ASTM F geforderte Reinheit von 95% weit übertroffen. Veranschaulichung einer Phasenreinheit von 95% (links) durch Abtrennung der 5%igen Fremdphasenuntermischung (rechts) Pinozytose Platelet Rich Plasma Aktive Aufnahme flüssiger, gelöster Stoffe in das Zellinnere. PRP = Plättchen- oder Thrombozyten-reiches Plasma. Eine Bezeichnung für eine aus peripherem Blut mittels Zentrifugation gewonnene Anreicherung von Blutplättchen (Thrombozyten), die sehr viele Wachstumsfaktoren enthalten. Das ATR-System ist eine innovative Methode der curasan AG mit der, ohne weitere Geräte wie z.b. eine Zentrifuge, in kurzer Zeit aus peripherem Blut autologes Thrombozyten-Mediatoren Konzentrat (TMK) gewonnen werden kann (siehe auch: advanced tissue regeneration). Porosität Bei Knochenersatzmaterialien kann die gesamte Porosität in Mikro-, Mesound Makroporen unterschieden werden. Zum Beispiel werden bei CERASORB Ortho die interkonnektiven Mikro-, Meso- und Makroporen so in Größe, Form, Oberflächenstruktur und Verbindung aufeinander abgestimmt, dass das Durchdringen des Materials mit Körperflüssigkeit, Gefäßen oder neuen Knochen bildenden Zellen optimal gefördert wird. Die einzigartige Makro-, Meso- und Mikroporosität von CERASORB Ortho ermöglicht eine zügige knöcherne Durchbauung. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Cerasorb Granulums Noch nicht ausdifferenzierte Vorläuferzellen, die nach Aktivierung zu gewebebildenden Zellen heranreifen. (hier Chondro-, Fibro- und Osteoblasten). Progenitorzellen Proliferationsphase Eine Phase der Wundheilung. Nach der Entzündungs- oder Abbauphase der Wundheilung setzt die sogenannte Proliferations- oder Granulationsphase ein. In dieser Phase wandern auf der Fibrin-Matrix (Blutgerinnung) Fibroblasten, Osteoprogenitor-Zellen und Osteoblasten in die Wunde ein und bilden die Grundlage für neue Gefäße und die Knochenregeneration (Angiogenese). 11

12 Resorption (chemisch) Resorption, (zellulär) restitutio ad integrum Resorbierbarkeit Retikulo- Endotheliales System Scaffold Silikat Spondylodese Spongiosa Stammzellen Das Knochenregenerationsmaterial soll in einem definierten Zeitraum simultan zur Bildung neuen Knochens resorbiert werden. Durch unterschiedliche Porosität, Partikelgrößen und Materialzusammensetzung (z.b. CERASORB Ortho - Granulate oder CERASORB Ortho FOAM) kann der Arzt die gewünschte Resorptionsgeschwindigkeit steuern und diese so der individuellen Situation des Patienten anpassen. siehe Absorption Chemischer und enzymatischer Abbau der Knochensubstanz durch Osteoklasten. Steht normalerweise im Gleichgewicht mit dem Knochenaufbau durch Osteoblasten. Bei verminderter Neubildung oder zu starker Resorption entsteht Knochenverlust. Als "Restitutio ad integrum" bezeichnet man in der Medizin eine vollständige Ausheilung einer Krankheit oder Verletzung, die den unversehrten Zustand des Körpers, wie vor der Krankheit oder der Verletzung, wieder herstellt. In Bezug auf den Knochen ist gemeint, dass das Knochenregenerationsmaterial vollständig durch neuen, körpereigenen Knochen ersetzt wird. Funktionseinheit aus Zellen, die zur Phagozytose und Speicherung von Partikeln befähigt sind. Es dient zur Beseitigung von Stoffwechselprodukten, Fremdstoffen und Mikroorganismen. Auch: Gerüst, Matrix, Leitschiene. Damit werden poröse Materialien bezeichnet, die den knochenbildenden Zellen eine mechanische Grundlage für ein schnelles Durchdringen des betroffenen Bereiches bieten. Synthetisches Material wie CERASORB Ortho bietet nicht nur eine rein mechanische Grundlage, sondern hat zusätzlich osteokonduktive Eigenschaften. Es bietet den Zellen eine interkonnektive Porenstruktur, welche die Osteoblasten gut durchdringen können, so dass sich neuer Knochen schneller als ohne dieses Material bildet. Silikate (Siliziumdioxid) werden eingesetzt, um osteoinduktive Eigenschaften von synthetischen Knochenersatzmaterialien zu steigern. Eine Substitution von OH-Gruppen durch Silikat, z.b. in β-tricalciumphosphat, führt zu einer erhöhten Löslichkeit und zu einer verstärkten Anlagerung von Proteinen, die die Knochenbildung fördern. Darüber hinaus ist Silizium ein natürliches Spurenelement, das in allen Geweben des Körpers, insbesondere den Knochen vorkommt. Versteifungsoperation an der Wirbelsäule. Bei anderen Gelenken "Arthrodese" genannt. Die Spongiosa ist ein im Innenraum des Knochens schwammartig aufgebautes System, das aus feinen balkenartigen Strukturen besteht (Trabekeln). Die Spongiosa des Knochens wird nach außen hin von der Kompakta umhüllt. Als Stammzellen werden (ursprüngliche) Körperzellen bezeichnet, die auch im erwachsenen Organismus die Fähigkeit behalten, in verschiedene Zelltypen oder Gewebe ausdifferenzieren zu können. Bei Verletzungen des 12

13 Tissue Engineering Torsion Trabekel Tricalciumphosphat β Tricalciumphosphat variant of Creutzfeldt- Jakob Disease Vaskularisation Volkmann Kanal Wachstumsfaktoren Knochens entwickeln sich Stammzellen zu Osteoblasten, welche neue Knochenmatrix auf und in dem Knochenregenerationsmaterial bilden. siehe: Gewebezüchtung Torsion beschreibt das Verdrehen eines Körpers um seine Längsachse. Die Bauform der Röhrenknochen (innen Geflecht, außen stabile Kompakta) ist die stabilste mögliche natürliche Bauform. Sie setzt den Torsionskräften (Scherung, Biegung, Kompression, Zug- und Druckspannung) größten Widerstand entgegen. Bei Überbelastung von Röhrenknochen durch Torsion entstehen sogenannte Spiralbrüche, häufig am Humerus und der Tibia. Balkenförmige Struktur der mineralischen Knochenbestandteile, ausgerichtet nach den Kraftlinien (Trajektorien) der biomechanischen Beanspruchung. Tricalciumphosphate sind dem, im humanen Knochengewebe präsenten, biologischen Apatit chemisch sehr ähnlich. Tricalciumphosphat weist eine sehr gute Biokompatibilität auf, ohne im Körper immunogene oder toxische Nebenwirkungen auszulösen. Tricalciumphosphate (β -TCP) zeichnen sich durch ihre besondere Biokompatibilität, Resorbierbarkeit und Osteokonduktivität aus. Die seit 1997 verfügbare vollsynthetische, phasenreine β -TCP-Keramik (CERASORB Ortho) mit definiertem, interkonnektiven Porensystem, erfüllt die Forderung von Wissenschaftlern und Ärzten nach physiologischer Resorption bei gleichzeitiger Osteokonduktivität und Knochenneubildung. Um das Ziel "Restitutio ad integrum" zu erreichen, wurden die wesentlichen Eigenschaften der Keramik: "Keine phagozytierbaren Mikropartikel, physiologisches Lösungsverhalten, interkonnektierende Mikroporosität und Phasenreinheit optimiert." So dient es als ideale Leitschiene (Scaffold) für die knochenbildenden Zellen. vcjd ist die Abkürzung für eine Variante des Creutzfeldt-Jakob-Syndroms (seltene, nicht behandelbare Erkrankung des zentralen Nervensystems), die wahrscheinlich durch die auf Menschen übertragenen Erreger (Prionen) des Rinderwahnsinns ausgelöst wird. Ein Risiko durch bovines Knochenersatzmaterial kann nicht ausgeschlossen werden. Die Vaskularisation beschreibt die Neubildung von Gefäßen. (siehe auch: Angiogenese) Volkmann-Kanäle sind kleine, nur unter dem Mikroskop erkennbare Knochenkanäle. Sie sorgen für eine Verbindung des zentralen Blutgefäßes im Knochen mit den Haversschen Kanälen oder sie verbinden die Haversschen Kanäle untereinander. Proteine (engl. growth factors) mit stimulierender Wirkung auf unterschiedliche Zielzellen, verantwortlich für Proliferation und Differenzierung von Zellen in spezifische Gewebe. Siehe auch BMP, Bone Morphogenetic Proteins - knochenbildende Proteine. 13

14 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V WXY Z Wundheilung Wundheilungsphasen Wundheilungszeit xenogen Zytokine Natürliche Regeneration oder durch eine Operation wieder hergestelltes Gewebe, das durch eine Verletzung beeinträchtigt wurde. Die Wundheilung wird je nach dem Ort der Regeneration in verschiedene Phasen eingeteilt. Bei Knochengewebe unterscheidet man die Frühheilung, die biologische Knochenheilung und die biologische Remodellierung. Die Zeit für die Heilung (Wundheilungsphasen) kann je nach Gewebe, Art und Umfang der Verletzung unterschiedlich sein. Auf eine andere Spezies bezogen oder von einer anderen Spezies stammend. Zum Beispiel Knochenersatzmaterial, das aus Algen oder Korallen hergestellt wurde. Gruppe biologisch aktiver Proteine, die von verschiedenen Zelltypen produziert werden und als hochwirksame Effektormoleküle auf Zielzellen einwirken. Zytokine sind an der Steuerung des Knochenauf- und Knochenabbaus beteiligt (Osteoporose). 14

15 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Ergänzungen 15

16 Regenerative Medizin curasan AG, Lindigstraße Kleinostheim Telefon: , Fax: , cerasorb@curasan.de Artikel-Nr: /2012