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: 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
Kaskade der Knochenneubildung Protein Adsorption 1 Minuten Anlagerung von Zellen 2 Stunden Monaten Proliferation /Differentiation Produktion extrazellulärer Matrix 3 Tage 4 5 6 7 Bildung von Geflechtknochen Beginn des Knochenumbaus Wochen 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? Mittelalter: Metallplatten Vorzeit: Kokosnuss 1800: Autograft Allograft 1970er: Hydroxyapatit 1990er: DBMs 1980er: ß-TCPs 2000 rh-bmps 2005 NanoBone synthetisch osteoinduktiv
Knochenersatz
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
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 - Wechselnde Qualität Restrisiko Infektion Fremdkörperreaktion Hoher Verarbeitungsaufwand Bemerkung: 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 + 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
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 OP1 - beschränkte Zulassung Wirkzeit 6 Stunden bildet im ektopen Lager Knochen Verarbeitung sehr schwierig 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 - geringe Stabilität kein Umbau in KE Spongiosa kein interkonnektives Porensystem wird zeitgesteuert abgebaut verursacht inflamatorische Reaktionen Bemerkung: 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 - 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
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 - besteht aus zwei Komponenten kurze Verarbeitungszeit muss angemischt werden kein Umbau in KE Spongiosa härter als autologe Spongiosa Bemerkung: 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
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