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Knochen besitzt ein ausgeprägtes Heilungspotenzial, das selbst dann noch vorhanden ist, wenn der Knochen zeitweise von der Blutversorgung abgetrennt wird, also avaskulär transplantiert wird. Dies liegt an den im Knochen gespeicherten BMPs und Wachstumsfaktoren sowie am Prinzip des langsamen Umbaus des Knochens von innen heraus. Weil die Knochenstruktur lebenslang ständig funktionell umgebaut wird, können Transplantate in eigenen Knochen umgebaut werden und Knochenverletzungen heilen mit der Zeit narbenfrei aus.
3.1Biologische Wirkung von Knochentransplantaten
Autologe Knochentransplantate bringen drei zur Geweberegeneration notwendige Faktoren mit: Zellen, Matrix und Wachstumsfaktoren (Abb. 3-1).
Abb. 3-1 Knochenregeneration.
Zellen
Vitale, humane, teilungsfähige und osteogen differenzierte Zellen überstehen in Zellkulturexperimenten verschiedene Formen der Osteotomie (Fräsen, Knochenmühle, Auffangen im Knochenfilter, Abb. 3-2, 3-3), wobei Laborstudien zufolge das autologe Beckenkammtransplantat mit Abstand die höchste Ausbeute an vitalen osteogenen Zellen bot, was als Referenz für andere den Goldstandard setzte1 (Abb. 3-4). Unter den Osteotomiemethoden erbrachte die Bone-scraper-Technik und die Knochenmühle eine höhere Ausbeute an kultivierbaren vitalen Zellen als die Piezotechnik und die Fräse2. Es ist noch relativ unklar, wie lange diese nachgewiesenen vitalen Zellen nach einer Knochentransplantation überleben. Die überlebenden Zellen haben eine Relevanz für die osteoinduktive Wirkung des autologen Knochens, denn Studien an Ziegen haben gezeigt, dass Knochentransplantate mit Gehalt von vitalen Zellen eine schnellere und 30 % höhere Ausbeute an regeneriertem Knochen zeigten als dieselben Transplantate mit abgetöteten Zellen3.
Abb. 3-2 a. Knochenmühle nach Bull (Mondeal, Tuttlingen). b. Innenansicht mit abgeschabten Knochenchips. c. Knochenmühle nach Quetin.
Abb. 3-3 a. Wiederverwendbarer Knochenfilter zum Einsetzen in den Absaugschlauch (Schlumbohm GmbH, Brokstedt). b. Geöffneter Filter.
Abb. 3-4 a. Humane Knochenspäne unterschiedlicher Herkunft und Verarbeitung wurden in Zellkulturmedium gegeben. b. Das Wachstum osteogen differenzierter Zellen war am besten bei nativer Beckenspongiosa, aber auch das Abschleifen mit einer Stahlfräse vom Kiefer mit anschließendem Auffangen im Knochenfilter erbrachte noch vitale und teilungsfähige Knochenzellen (nach Springer et al.1).
Wachstumsfaktoren
Auch zellarme Kompaktastücke können transplantiert werden, weil ein wichtiger Teil der osteoinduktiven Wirkung des autologen Knochentransplantats durch seinen Gehalt an Knochenwachstums- und Differenzierungsproteinen wie den Bone Morphogenetic Proteins (BMP) bedingt ist. BMP sind relativ stabile Proteine, die aus frischem Knochen in aktiver Form mit einer Ausbeute von etwa 1 mg pro kg Knochen extrahiert werden können4 und vom Zahnarzt aus dem Knochen durch Eröffnen der Matrix (z. B. Scraper, Fräse etc.) freigelegt und bioverfügbar gemacht werden können.
Matrix
Der dritte Teil der Transplantatwirkung beruht auf der osteokonduktiven Wirkung der autologen Knochenmatrix. Wenn sich Osteoprogenitorzellen differenzieren, benötigen diese eine feste Unterlage zur Anheftung, um zu Osteoblasten zu werden. An der Matrix wachsen die Zellen wie an einer Leitschiene voran. Aber auch Osteoklasten werden aktiviert, die die Matrix resorbieren und BMP freilegen.
Ein Knochenersatzmaterial, das nur die Matrixfunktion erfüllt, kann durch Mischen mit autologen Knochenchips als gemischtes Transplantat osteoinduktive Eigenschaften erlangen und in seiner Effizienz verbessert werden (Abb. 3-5). Hierzu bieten sich der Bonescraper und der Knochenfilter an. Die Geschwindigkeit der Heilung hängt davon ab, ob alle drei Eigenschaften vorhanden sind. Einem Knochenersatzmaterial auf Hydroxylapatitbasis fehlen die zelluläre Komponente und die Wachstumsfaktoren, ebenso fehlt einem reinen Kortikalistransplantat die zelluläre Komponente. Entsprechend langsamer und weniger vorhersagbar im Vergleich zu autologen Beckenknochenblöcken ist die Einheilung dieser Materialien. In anspruchsvollen Defekten, z. B. der Vertikalaugmentation in der Implantologie, sollten möglichst vitale autologe