Metallfreie Implantate: Wunsch oder Wirklichkeit?

Bei der Indikationsstellung muss die noch geringe klinische Erfahrung mit Keramikimplantaten der guten Erfolgsquote, dokumentiert durch eine große Anzahl von Studien, mit Titanimplantaten gegenübergestellt werden. Im Rahmen der Versorgung mittels dentaler Implantate stellt Titan seit mehr als 30 Jahren das
Material der Wahl dar. Die Erfolgsraten bei verschiedenen Indikationen sind sehr hoch (Esposito et al.). Dentale Implantate aus anderen Materialien sollten aus diesem Grund nicht angewendet werden, es sei denn, dass die Hersteller evidenzbasiert nachweisen können, dass die Ergebnisse zumindest gleichwertig zu Titanimplantaten sind. Allergien, die gegen Titan sprechen könnten, sind ausgesprochen selten und Literaturhinweise auf Titanallergien beschränken sich auf Fallbeschreibungen.

Nachteile der Titanimplantate können allerdings ungünstige ästhetische Ergebnisse durch  durchscheinendes Titan oder sichtbares Metall bei Rezessionsneigung sein. Weiterhin konnten unter anderem Scarano et al. zeigen, dass die Plaqueanlagerung im Gingivabereich bei Zirkondioxidimplantaten im Vergleich zu Titanimplantaten reduziert ist und somit eine möglicherweise geringere Gefahr der Periimplantitis bei der Verwendung von Keramikimplantaten resultieren kann.

Metalllose nach Verwendung von Titanimplantaten führt weiterhin zu einer Stimulation der  proinflammatorischen Reaktion, die über die Zeit zu einer Implantatlockerung führen kann. Zahnfarbene Keramiken mit einer geringeren Plaqueanlagerung könnten bei gleicher Erfolgsrate durchaus eine Alternative zu dem Goldstandard Titanimplantate sein.

Nach negativen Erfahrungen mit dentalen Implantaten aus Aluminiumoxidkeramik steht mit dem yttriumstabilisierten tetragonalen Zirkondioxid steht nun ein neuer Werkstoff zur Verfügung, der in der Zahnmedizin erfolgreich für Gerüste und weitere Anwendungen eingeführt wurde. Der Werkstoff weist eine gute Elastizität, hohe Bruchzähigkeit und hohe Festigkeit auf (Aramouni P et al.). In der orthopädischen Chirurgie wird die Keramik seit vielen Jahren erfolgreich verwendet. Tests auf  Biokompatibilität zeigten positive Ergebnisse, Untersuchungen auf Kanzerogenität und Mutagenität zeigten negative Resultate (Piconi C et al., Uo M et al., Takamura K et al. und Covacci V et al.).

Abb. 1a: 25-jährige Patientin bei Nichtanlage 15 (v.l.n.r.). Abb. 1b: 25-jährige Patientin bei Nichtanlage 15. Abb. 1c: Bohrschablone. Abb. 1d: Pilotbohrung (v.l.n.r.). Abb. 1e: Kondensation. Abb. 1f: Implantatinsertion. Abb. 1g: Kürzen mit dem Diamantfinierer (v.l.n.r.). Abb. 1h: Schienenprovisorium 15. Abb. 1i: Postoperativ. Abb. 1j: Schienenkontrolle nach drei Monaten (v.l.n.r.). Abb. 1k: Kontrolle nach sechs Monaten. Abb. 1l: Kontrolle im Spiegel nach sechs Monaten. Abb. 1m: Röntgenbild sechs Monate postoperativ (v.l.n.r.). Abb. 1n: Definitive prothetische Versorgung 15. Abb1o: Definitive prothetische Versorgung 15. Tierexperimentelle Untersuchungsergebnisse, die den Werkstoff auf seine osseokonduktiven Eigenschaften und damit die Fähigkeit der Osseointegration überprüfen, werden allerdings kontrovers diskutiert, weiterhin fehlen klinische Langzeituntersuchungen. Die Verwendung von Zirkondioxid als Implantatmaterial für den Kieferbereich ist somit Gegenstand der Diskussion.

Ziel der vorliegenden Untersuchung war zunächst der Vergleich zwischen den Materialien Titan und Zirkondioxid bezüglich der Biokompatibilität in der Zellkultur. Im Rahmen einer Invivo-Untersuchung am Göttinger Minischwein erfolgte weiterhin die Überprüfung der Osseointegration. Zusätzlich können wir erste Ergebnisse einer prospektiven klinischen Studie präsentieren.

Material und Methodik:
Teil 1 – Biokompatibilitätstestung
Zellkultur: Menschliche Osteoblasten werden von Knochenspongiosa gewonnen, die in Routineeingriffen vom Beckenkamm entnommen wird. Kleine Knochenfragmente werden als Explantat in Gewebekulturschälchen überführt. Bei einer Temperatur von 37 Grad Celsius bei 95 Prozent Luft und 5 Prozent CO2 im Nährmedium werden die Zellen unter physiologischen Bedingungen mit den üblichen Zusätzen gezüchtet. Für die zweite Passage wird Zellscraper verwendet, um die Zellen in Suspension zu bringen.

Die Biokompatibilität der untersuchten Implantatwerkstoffe (Zirkonium, Os 4,5, Wital, Brånemark, BIOMET 3i und SLActive) wurden mittels Vitalitäts- und Zytotoxizitätstests ermittelt.

Teil 2 – Überprüfung der Osseointegration im Tiermodell
Die In-vivo-Untersuchung der Osseointegration von Zirkonund Titanimplantaten erfolgte an acht erwachsenen weiblichen Hausschweinen mit dem Mindestalter von 18 Monaten. Das Hausschwein ist wegen seines Knochenstoffwechsels, aber insbesondere aufgrund seiner Dimension, ein geeignetes Modell zur Simulation menschlicher Operationen. Die Knochenneubildungsrate des Hausschweins (1,2–1,5 Mikrometer pro Tag) gleicht der des Menschen (1–1,5 Mikrometer pro Tag) (Hönig und Merten). Das Versuchsdesign entsprach einem Halbseitenversuch (Zirkon versus Titan). Die Tiere wurden in  zwei Gruppen mit unterschiedlicher Versuchsdauer eingeteilt. 

In jeder Versuchsgruppe erfolgte im Bereich des Os frontale die Implantatinsertion von je vier Zirkon-  (whiteSKY, bredent, Germany) und Titanimplantaten (blueSKY, bredent, Germany) (Durchmesser vier  Millimeter/Länge zwölf Millimeter). Die Versuchsdauer lag in der ersten Gruppe bei vier, in der zweiten bei zwölf Wochen. Die Präparate wurden als unentkalkte Hartschliffe hergestellt und mikroradiografisch und histologisch in der Toluidinblaufärbung untersucht.

Histomorphometrische Auswertung: Der Knochen-Implantat- Kontakt wurde prozentual im Gewindebereich ausgewertet. Die Auswertung erfolgte mithilfe eines computergestützten  morphometrischen Programms einer digitalen Bildanalysekamera (Q500MC, Leica® Cambridge Ltd., Cambridge, England). Zuerst wurde das mikroskopische Bild durch eine Videokamera digitalisiert und in zehnfacher Vergrößerung auf den Computerbildschirm transferiert. Innerhalb der Versuchsgruppen wurde der Knochen-Implantat-Kontakt der Zirkonimplantat mit der Titanimplantatseite verglichen und statistisch durch einen gepaarten t-Test ausgewertet. Es wurde ein Signifikanzniveau von alpha = 0,05 gewählt.

Abb. 2a: 39-jährige Patientin nach Zahnverlust 46 (v.l.n.r.). Abb. 2b: Postoperative provisorische Kronenversorgung 46. Abb. 2c: Postoperative provisorische Versorgung 46. Abb. 2d: Provisorische Kronenversorgung post implantationem 46 (v.l.n.r.). Abb. 2e: Definitive prothetische Versorgung. Abb. 2f: Definitive prothetische Versorgung. Teil 3 – Prospektive klinische Untersuchung
Die Untersuchung wurde als prospektive Studie angelegt. Die Patientengruppe (n=12) war unselektiert. Elf Frauen und ein Mann mit einem durchschnittlichen Alter von 36 Jahren wurden operiert. Acht bredent whiteSKY-Implantate wurden im Oberkiefer, zehn im Unterkiefer inseriert. Bei acht Patienten wurden  Einzelzahn- und bei vier Patienten Schaltlückenversorgungen durchgeführt (Abb. 3a–h). Vier Implantate  wurden nach Sinusbodenelevation inseriert (Abb. 1a–o). Zur Anwendung kamen einteilige Implantate der Firma bredent (White SKY). Die eingesetzten Implantate besaßen einen Durchmesser von 3,5 bis  4,5 Millimeter und Längen zwischen zehn und zwölf Millimeter. Der aufgeraute Gewindeanteil wurde bis  auf Höhe des Knochenniveaus inseriert. Aufgrund der Einteiligkeit der Implantate erfolgte eine offene Einheilung. Die Einheilzeit betrug im Ober- und Unterkiefer jeweils sechs Monate. Postoperativ wurden  Schutzschienen beziehungsweise provisorische Kronen eingegliedert (Abb. 2a–f), die stabil an den  Nachbarzähnen fixiert waren. Für die spannungsfreie Passung wurden die Implantate gegebenenfalls  mit einem Diamantfinierer gekürzt. Die prothetische Versorgung erfolgte nach einer belastungsfreien Einheilphase in Anlehnung an Adell et al., im Unterkiefer und im Oberkiefer frühestens nach sechs  Monaten. Die Implantate wurden mit Einzelkronen und einer Brückenkonstruktion versorgt. In den  Schaltlücken wurden die Kronen verblockt. Neben der klinischen und röntgenologischen Untersuchung wurden Periotestwerte erhoben sowie die Sondierungstiefen bestimmt, BOP ermittelt und ein DNA-Test  durchgeführt. Die klinischen Untersuchungen wurden präoperativ, unmittelbar postoperativ sowie nach  vier Wochen, sechs Monaten, zwölf Monaten und 24 Monaten durchgeführt. Bis auf eines wurden alle  Implantatinsertionen als verzögerte Implantation durchgeführt. Für die Verweildaueranalyse nach  Kaplan-Meier (Kaplan et al.) wurden die Liegedauer und Insertionsdatum, Verlustzeitpunkt sowie Anzahl  der erfolgreichen Implantatinsertion und Verluste als Berechnungsgrundlage verwendet.

 Ergebnisse:
• Biokompatibilitätstest
In der vorliegenden Studie wurden 6 verschiedene dentale Implantate mit menschlichen Osteoblasten  beschickt, um die Biokompatibilität von Material und Zelle zu untersuchen. Die Biokompatibilität der  untersuchten Implantate wurde mittels Vitalitäts- und Zytotoxizitätstests ermittelt. Das Zellwachstum und  der Verbund zur Implantatoberfläche wurden rasterelektronenmikroskopisch untersucht. In unseren  Versuchen zeigte sich im Rahmen der Vitalitäts- und Zytotoxizitätstests als auch  rasterelektronenmikroskopisch eine gute Biokompatibilität der untersuchten Implantatmaterialien.

• Tierexperimentelle In-vivo-Untersuchung
Alle Tiere zeigten nach der Operation ein normales Fressverhalten und keine Anzeichen einer Infektion.  In den Präparaten zeigten sich ebenfalls keine Anzeichen einer entzündlichen Reaktion. Der Knochen- Implantat-Kontakt stieg innerhalb des Beobachtungszeitraums sowohl für die Zirkonimplantate als auch für die Titanimplantate. Nach einer Einheilungsphase von vier Wochen ergab sich ein Knochen-Implantat-Kontakt bei Zirkonimplantaten von 59,3 ± 4,6 Prozent und bei Titanimplantaten 64,1 ± 3,9  Prozent. Nach zwölf Wochen Einheilungsphase ergab sich ein Knochen-Implantat-Kontakt bei Zirkonimplantaten von 67,1 ± 2,3 Prozent und bei Titanimplantaten 73,6 ± 3,2 Prozent. Es zeigte sich  eine leicht verzögerte Osseointegration der Zirkonimplantate gegenüber den Titanimplantaten. Mikroradiografisch und histologisch wurde keine bindegewebige Umscheidung der Implantate  gesehen. Bereits nach vier Wochen zeigte sich neugebildetes Osteoid auf den Implantatwindungen,  welches nach zwölf Wochen sich als lamellärer Knochen in der Kontaktzone bei Zirkon- als auch  Titanimplantaten wiederfindet. Es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen der  Osseointegration der Zirkonund Titanimplantate (p < 0,05) in Bezug auf Knochen-Implantat- Kontakt  nach vier oder zwölf Wochen gefunden.

• Ergebnisse der klinischen Studie
Alle 18 inserierten Implantate konnten in die Nachuntersuchung eingeschlossen werden. Die mittlere  Implantatliegedauer für alle Implantate betrug 17 Monate bei einem Minimum von fünf bis einem  Maximum von 29 Monaten. Der Nachbeobachtungszeitraum nach prothetischer Versorgung betrug  minimal zwei Monate und maximal zwölf Monate. Insgesamt waren 4 Implantatverluste zu verzeichnen.  Sechs Monate nach definitiver Versorgung fand sich ein Implantatverlust im Unterkiefer, zwei  Implantatverluste sechs Monate nach Implantatinsertion fanden sich im Oberkiefer. Ein Implantat im Oberkiefer musste nach Traumatisierung entfernt werden. Die entsprechenden  Verweildauerwahrscheinlichkeiten sind in Abb. 4 dargestellt. Zusammengefasst ergab sich eine  Überlebensrate von 81 Prozent. Die gemessenen Periotestwerte betrugen –4 bis +1. Blutungen auf  Sondierung fanden sich nicht, die Taschentiefen waren mit 0–3 Millimeter im physiologischen Bereich  und die Knochenhöhe war über den Beobachtungszeitraum unverändert. Im DNA-Test fand sich eine geringe Keimbelastung ohne Clusterbildung.

Abb. 3a: Röntgenmessaufnahme einer 47-jährigen Patientin mit Schaltlücke 44–48 (v.l.n.r.). Abb. 3b: Intraoperativer Situs. Abb. 3c: Nahtversorgung. Abb. 3d: Schienenprovisorium. Abb. 3e: Postoperative Röntgenkontrolle (v.l.n.r.). Abb. 3f: Kontrolle nach drei Monaten. Abb. 3g: Kontrolle in Okklusion nach drei Monaten. Abb. 3h: Schienenkontrolle nach drei Monaten. Diskussion
Das verwendete keramische Implantatmaterial Zirkondioxid zeigt in der In-vitro-Untersuchung eine gute  Biokompatibilität. Die Biokompatibilität des keramischen Implantatmaterials wird auch durch weitere  Studien bestätigt. Ein kanzerogenes oder mutagenes Potenzial besteht nicht. 

Im Rahmen der tierexperimentellen Untersuchung fand sich eine Tendenz zur verzögerten Osseointegration. Im direkten Vergleich mit Titanimplantaten zeigte sich bei den Keramikimplantaten eine geringere bone implant contact ratio. Histologisch sowie rasterelektronenmikroskopisch findet sich  eine bindegewebige Trennschicht, sodass von einer zufriedenstellenden osteokonduktiven  Eigenschaft des Materials Zirkondioxid ausgegangen werden kann.

Abb. 4: Überlebenswahrscheinlichkeit nach Kaplan-Meier

Im Rahmen der prospektiven klinischen Untersuchung fand sich eine im Vergleich zu Titanimplantaten reduzierte Überlebenswahrscheinlichkeit. Die relativ geringe Rauigkeit der bredent- Implantate von ca.  5–6 μm lassen auf ein ähnliches Einheilverhalten schließen, wie bei den maschiniert glatten  Titanimplantaten bekannt. Diese sind den rauen Titanoberflächen unterlegen (Cochran DL). Eine  weitere Problematik stellt die Einteiligkeit der Zirkondioxid-Implantate dar. Sennerby L et al. konnten 2008 bei einteiligen Titanimplantaten ebenfalls ein deutlich schlechteres klinisches Ergebnis zeigen. In  Verbindung mit einer verzögerten Osseointegration stellt die trotz provisorischer Versorgung erhöhte  Belastung während der Einheilphase ein Risiko für einen Implantatverlust insbesondere im Oberkiefer  dar. Die Überlebenswahrscheinlichkeit unserer Untersuchung deckt sich mit den Ergebnissen von Lambrich et al. sowie Mellinghoff J. Ein weiterer Risikofaktor mag das nachträgliche Beschleifen der Implantate sein. Papanagiotou et al. konnten 2006 zeigen, dass das Polieren und Sandstrahlen keinen negativen Effekt auf die Mikrostruktur der Keramikimplantate hat. Andreiotelli und Kohal konnten 2008 in  einer In-vitro-Untersuchung zeigen, dass die Präparation der Keramikimplantate einen statistisch  signifikanten negativen Einfluss auf die Implantatfrakturstabilität aufweist. Während Silva et al. die Kronenpräparation nicht als Risikofaktor für die Verlässlichkeit des einteiligen Keramikimplantates ansieht. 

Die durchgeführten In-vitro-Untersuchungen deuten jedoch eindeutig darauf hin, dass nachträgliches manuelles Beschleifen  einen negativen Effekt auf die Mikrostruktur der Implantate aufweist. Zusammenfassend muss zum jetzigen Zeitpunkt festgestellt werden, dass weitere Evidenz vor einer  breiteren Anwendung erforderlich ist. 
 

*Die Autoren sind von der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie im Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel.

Literaturliste ist bei der Redaktion erhältlich.

(Erstmals erschien in der Dental Tribune Germany 6/2009, S. 9-10.)