Hochporöses 3D-gedrucktes Titanmesh ermöglicht eine verbesserte Knochenregeneration

Rui Ma, Qian Liu, Libo Zhou, Lingxiao Wang 

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36604677/

Hochporöses 3D-gedrucktes Titanmesh ermöglicht eine verbesserte Knochenregeneration

1. Wissenschaftliche Referenz

• Studientitel: Hochporöses 3D-gedrucktes Titanmesh ermöglicht eine verbesserte Knochenregeneration
• Autoren: Rui Ma, Qian Liu, Libo Zhou, Lingxiao Wang
• Fachjournal: BMC Oral Health
• Erscheinungsjahr: 2023
• DOI: 10.1186/s12903-023-02717-5

2. Wissenschaftlicher Hintergrund

Der Wiederaufbau von Alveolarknochen gehört zu den zentralen Herausforderungen der modernen Implantologie und Oralchirurgie. Ausgedehnte horizontale oder vertikale Knochendefekte können die sichere Insertion von Zahnimplantaten erschweren oder sogar verhindern. In solchen Fällen sind Verfahren der geführten Knochenregeneration (Guided Bone Regeneration, GBR) häufig ein wesentlicher Bestandteil der präimplantologischen Therapie.

Titanmeshes werden seit vielen Jahren eingesetzt, um während der Knochenregeneration ein stabiles Volumen zu erhalten und den Kollaps des Weichgewebes zu verhindern. Mit der zunehmenden Verbreitung digitaler Planungsverfahren, CAD/CAM-Technologien und additiver Fertigung lassen sich heute patientenspezifische Titanstrukturen herstellen, die präzise an die individuelle Defektmorphologie angepasst werden können.

Obwohl Materialeigenschaften, Maschenstärke und Porengröße bereits intensiv untersucht wurden, liegen bislang vergleichsweise wenige Daten zum Einfluss der Gesamtporosität auf die Knochenneubildung vor. Die vorliegende Studie untersucht daher, welchen Einfluss unterschiedliche Porositätsgrade eines 3D-gedruckten Titanmeshes auf die Regeneration von Knochendefekten haben können.

3. Ziel der Studie

Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss verschiedener Porositätsgrade individuell gefertigter, 3D-gedruckter Titanmeshes auf die Knochenregeneration in standardisierten Knochendefekten zu analysieren.

Die Autoren wollten klären, ob eine höhere Porosität die Knochenheilung verbessern kann und damit einen relevanten Beitrag zur Optimierung von Titanmesh-Designs für die orale Implantologie und rekonstruktive Chirurgie leisten könnte.

4. Methodik

Bei der Untersuchung handelt es sich um eine präklinische Tierstudie.

Insgesamt wurden neun Beagle-Hunde in die Studie eingeschlossen. Nach der Extraktion der ersten bis vierten Unterkieferprämolaren und einer Heilungsphase von drei Monaten wurden standardisierte Knochendefekte im Unterkiefer angelegt.

Anschließend kamen drei individuell gefertigte Titanmeshes mit unterschiedlichen Porositätsgraden zum Einsatz:

• Niedrige Porosität (LP): 55 %
• Mittlere Porosität (MP): 62 %
• Hohe Porosität (HP): 68 %

Die Defekte wurden mit autologen Knochenpartikeln aufgefüllt und anschließend mit den jeweiligen Titanmeshes sowie einer Bio-Gide-Kollagenmembran abgedeckt.

Die Auswertung erfolgte nach 4, 8 und 12 Wochen mittels Mikro-Computertomographie (Micro-CT) sowie histologischer Untersuchungen mit Toluidinblau- und Basischfuchsin-Färbungen. Bewertet wurden unter anderem Trabekeldicke, Trabekelanzahl, Trabekelabstand und Knochenvolumenanteil.

5. Wichtigste Ergebnisse

Sowohl die radiologische als auch die histologische Analyse zeigte eine konsistente Überlegenheit der hochporösen Titanmeshes.

Die Micro-CT-Auswertung ergab für die HP-Gruppe höhere Werte hinsichtlich Trabekeldicke (Tb.Th), Trabekelanzahl (Tb.N) und Knochenvolumenanteil (BV/TV) als für die Gruppen mit mittlerer beziehungsweise niedriger Porosität. Gleichzeitig war der Trabekelabstand (Tb.Sp) in der HP-Gruppe geringer ausgeprägt, was auf eine dichtere Knochenstruktur hindeutet.

Die histologischen Untersuchungen bestätigten diese Beobachtungen. Nach 8 und 12 Wochen wurde in der HP-Gruppe eine höhere Trabekelanzahl festgestellt. Nach 12 Wochen war zudem der Knochenvolumenanteil größer als in den beiden Vergleichsgruppen. Die histologischen Schnitte zeigten eine ausgeprägtere Auffüllung der Defektbereiche durch neugebildeten Knochen bei einer Porosität von 68 %.

Die beschriebenen Unterschiede erreichten statistische Signifikanz (p < 0,05).

6. Klinische Analyse

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Porosität eines Titanmeshes nicht ausschließlich eine mechanische Eigenschaft darstellt, sondern möglicherweise auch die biologischen Prozesse der Knochenheilung beeinflusst.

Eine höhere Porosität könnte den Austausch von Nährstoffen, Wachstumsfaktoren und Zellen innerhalb des Regenerationsareals erleichtern und dadurch ein günstigeres mikrobiologisches Umfeld für die Osteogenese schaffen. Unter den Bedingungen dieser Untersuchung führte die höchste getestete Porosität zu den besten Parametern der Knochenneubildung.

Für die klinische Implantologie ist dieser Aspekt besonders relevant, da bei komplexen horizontalen oder vertikalen Augmentationen die Aufrechterhaltung eines stabilen Regenerationsraums entscheidend ist. Individuell gefertigte Titanmeshes gewinnen im Rahmen digitaler Behandlungsprotokolle zunehmend an Bedeutung. Ein besseres Verständnis der Designparameter kann daher zur Weiterentwicklung zukünftiger Rekonstruktionskonzepte beitragen.

Gleichzeitig sollten die Ergebnisse mit Zurückhaltung interpretiert werden. Die Studie wurde an einem Tiermodell durchgeführt und erlaubt keine unmittelbare Übertragung auf klinische Situationen beim Menschen. Darüber hinaus wurden lediglich drei Porositätsstufen untersucht, sodass keine allgemeingültige optimale Porosität definiert werden kann.

7. Klinische Anwendungen

Die Erkenntnisse dieser Untersuchung könnten insbesondere für folgende Anwendungsbereiche von Bedeutung sein:

• Geführte Knochenregeneration (GBR)
• Horizontale und vertikale Knochenaugmentation
• Präimplantologische Rekonstruktion ausgeprägter Alveolarkammdefekte
• Digitale Implantatplanung und CAD/CAM-basierte Therapiekonzepte
• Individuell gefertigte Titanmeshes im Rahmen komplexer Implantatrehabilitationen
• Rekonstruktive Eingriffe in der Oral- und Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie

Darüber hinaus liefern die Ergebnisse Hinweise für die zukünftige Entwicklung additiv gefertigter Biomaterialien und patientenspezifischer Rekonstruktionslösungen.

8. Evidenzniveau, Limitationen und Transparenz

Bei der vorliegenden Arbeit handelt es sich um eine präklinische Tierstudie. Das Evidenzniveau liegt daher unter dem von kontrollierten klinischen Studien oder randomisierten Untersuchungen am Menschen.

Zu den wichtigsten methodischen Einschränkungen gehören die geringe Anzahl von Versuchstieren, die auf zwölf Wochen begrenzte Nachbeobachtungszeit sowie das Fehlen klinischer Daten aus Humanstudien.

Hinsichtlich der Transparenz ist anzumerken, dass einer der Autoren mit der Firma Digital Mesh Beijing Technology Co., Ltd. verbunden ist, die im Bereich individueller Titanmesh-Technologien tätig ist. Die Autoren geben jedoch ausdrücklich an, keine konkurrierenden Interessen zu haben.

9. Kernaussagen der Studie

• Studientyp: Präklinische Tierstudie
• Evidenzniveau: Präklinische Evidenz
• Untersuchte Population: 9 Beagle-Hunde
• Anzahl der Patienten oder Implantate: In den bereitgestellten Daten nicht spezifiziert
• Nachbeobachtungszeit: 12 Wochen
• Primärer Bewertungsparameter: Einfluss der Titanmesh-Porosität auf die Knochenregeneration
• Hauptergebnis: Die Titanmeshes mit 68 % Porosität zeigten die günstigsten Regenerationsparameter
• Wissenschaftliche Schlussfolgerung: Eine höhere Porosität innerhalb des untersuchten Bereichs kann die Regeneration großer Knochendefekte fördern
• Wesentliche Limitationen: Tiermodell, begrenzte Stichprobengröße, fehlende klinische Humanstudien

10. Wissenschaftliche Bedeutung

Die Studie erweitert das Verständnis darüber, welche strukturellen Eigenschaften patientenspezifischer Titanmeshes die Knochenheilung beeinflussen können.

Während viele frühere Untersuchungen Materialeigenschaften oder mechanische Stabilität in den Mittelpunkt stellten, konzentriert sich diese Arbeit auf die Rolle der Porosität als potenziellen biologischen Einflussfaktor. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Gestaltung der Mesh-Architektur einen relevanten Beitrag zum Regenerationserfolg leisten kann.

Darüber hinaus unterstützt die Untersuchung die zunehmende Integration digitaler Technologien in die Implantologie. Personalisierte Titanmeshes, die mittels CAD/CAM und 3D-Druck hergestellt werden, stellen einen wichtigen Bestandteil moderner rekonstruktiver Konzepte dar. Die vorliegenden Daten liefern eine wissenschaftliche Grundlage für die weitere Optimierung solcher Systeme.

Zukünftige klinische Studien werden erforderlich sein, um zu überprüfen, ob die beobachteten Vorteile auch unter realen Behandlungsbedingungen beim Menschen reproduzierbar sind.

11. Redaktionelles Fazit

Die vorliegende präklinische Untersuchung zeigt, dass hochporöse, individuell gefertigte Titanmeshes im Tiermodell mit einer verbesserten Knochenregeneration assoziiert waren. Innerhalb des untersuchten Porositätsbereichs erzielte die Variante mit 68 % Porosität die günstigsten Ergebnisse hinsichtlich Knochenneubildung und Defektauffüllung. Obwohl eine direkte Übertragung auf die klinische Praxis derzeit noch nicht möglich ist, liefert die Studie wertvolle Erkenntnisse für die Weiterentwicklung digital geplanter Rekonstruktionsverfahren in der Implantologie und Oralchirurgie.