DE4040872C3

DE4040872C3 - Implantat für den Dentalbereich

Info

Publication number: DE4040872C3
Application number: DE19904040872
Authority: DE
Inventors: Klaus Ursus Schendel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 2000-08-24
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: DE4040872C2; DE4040872A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zellträger zur gezielten Desmodontgeneration in Zahnfleischtaschen.

Nach dem Stand der Technik sind subperiostale und enossale Implantate als Verankerungselement für Zahn ersatzteile bekannt. Der Erfolg eines Zahnersatzes hängt außer von der Form und dem Material des Im plantats wesentlich von dessen biomechanischer Befe stigung im Knochen ab.

Der natürliche Zahn ist in seinem Knochenfach (Al veole) über die Wurzelhaut, das Desmodont, verankert. Das Desmodont ist eine Bindegewebeschicht aus Fibro zyten und Kollagenfasern mit darin liegenden Gefäßen, Nerven und Lymphkapillaren. Die Kollagenfasern bil den ein Netzwerk, in dem der Zahn mit einer gewissen Eigenbeweglichkeit aufgehängt ist und das Zug-, Scher- und Druckkräfte abfängt, die auf den Zahn einwirken. Die interstitielle Flüssigkeit des Desmodont hat eine schwingungsdämpfende Funktion. Die in dem Desmo dontalspalt befindlichen Nervenzellen sind für die feine Tastsensibilität der Zähne verantwortlich, die für die Steuerung der Kaufunktion und als Schutz der Zähne vor Überlastung von Bedeutung ist. Die Lymphgefäße haben Abwehrfunktionen und schützen vor Infektionen.

Bei der herkömmlichen direkten mechanischen Ver ankerung von Implantaten im Kieferknochen fehlt eine dem Desmodont vergleichbare Zwischenschicht. Der Knochen ist dadurch einer unmittelbaren Druckbela stung ausgesetzt, und es treten insbesondere an kleinen Oberflächen Druckspitzen auf, und zwar sowohl beim Einsetzen des Implantats während der Operation, als auch während der Tragzeit einer auf dem Implantat aufsitzenden Prothese. Die Folgen davon sind Knochen nekrosen, eine Vergrößerung des Zahnfachs, eine mög liche Einwanderung von Zahnfleischepithel, eine Locke rung des Implantates sowie Entzündungen.

Bekannte Vorschläge zur besseren Befestigung eines Implantats im Kieferknochen gehen dahin, durch opti mierte Formgebung des Implantats Druckspitzen mög lichst zu vermeiden. Die Erfolgsquoten sind aber den noch schwankend.

Die DE 38 39 724 A1 sieht vor, ein Zahnersatzteil un ter Einschaltung eines plastischen Pufferelements auf ein Implantat aufzusetzen. Es bleibt hier aber bei dem problematischen direkten Kontakt zwischen Implantat und Knochen.

Auf der Suche nach Ersatzstrukturen für das Desmo dont wurden Implantate vorgeschlagen, in die Fasern derart eingelassen sind, daß sie über die Oberfläche des Implantats vorstehen (DE 34 44 780 A1). Die Faser schicht soll eine Anlagerungszone für körpereigene Bin degewebszellen bilden, die sich dort festsetzen und na türliche Kollagenfasern aufbauen können, die die Ver ankerung des Implantats im Knochen bewirken sollen. Das Implantat gemäß der EP 00 24 008 A1 ist an seiner Außenseite mit einer Faserschicht aus biokompatiblem Material beklebt, um zu erreichen, daß nach erfolgter Implantation Knochengewebe in die Faserschicht ein wächst und eine stabile und zugleich flexible Bindung zwischen dem Implantat und der Knochenhaut ausbil det. Die DE 36 27 316 A1 beschreibt Dentalimplantate, die aus einem festen Kern bestehen, der mit einer Ma trix beschichtet ist, in die Kollagenfasern eingearbeitet sind. Die Fasern ragen wenigstens abschnittsweise frei aus der Matrix hervor und bilden eine Schicht an der Oberfläche des Implantats.

Derartige Implantate haben den Nachteil, daß die Fa sern nicht regenerationsfähig sind und sich nicht direkt mit dem Knochenmaterial verbinden, und daß sich das Einwachsen von Bindegewebe bzw. Knochengewebe in den Bereich der Faserschicht nicht gezielt steuern läßt.

Das DE 89 02 290 U1 beschreibt ein Kieferimplantat aus Titan, mit breiten Kontaktflächen zum Kieferkno chen und mit Perforationen, die mit Knochenmaterial gefüllt sind. Bei dem Knochenmaterial handelt es sich um demineralisierte getrocknete oder gefriergetrockne te Knochenpartikel.

Aus der DE 28 38 759 A1 ist ein Implantat bekannt, das mit einem Schichtsystem bestehend aus einer die Ionendiffusion verhindernden passivierenden Schicht und einer oder mehreren physiologisch aktiven Schich ten aus sog. wesensgleichen körpereigenen Bestandtei len versehen ist. Als Beispiel für solche Bestandteile sind spekulativ Aminosäuren, Bestandteilen von Aminosäu ren, im menschlichen Körper vorkommende Elemente oder deren Verbindungen angeführt. Das einzige kon kret genannte Material ist aufgedampftes Kalziumfluo rid.

Die Taschenbildung im Zahnfleisch ist bekanntlich ei ne häufige Parodontopathie. Im Übergangsbereich von Zahnfleisch und Zahnkrone bilden sich Anlagerungen, die sich zu Zahnstein verhärten und zu Entzündungen und Rückbildungen des Zahnfleisches führen, während der Zahnstein an der Zahnkrone herab nach unten wächst und das Desmodont und den Knochen ver drängt. Nach Entfernen des Zahnsteins entstehen Hohl räume, um die das Knochengewebe, das Desmodont und das Zahnfleischepithel konkurrieren. Ein Einwach sen von Epithel, das die höchste Wachstumsgeschwin digkeit hat, in den Hohlraum fördert die erneute Ta schenbildung. Ähnliche Probleme entstehen, wenn Zahnfleischepithel in den Spalt zwischen einem Implan tat bzw. einem darauf aufbauenden Zahnersatzteil und der Alveolarwand einwächst.

Aus der EP 0 171 173 A1 ist ein Artikel aus flächigem, flexiblem Material bekannt, der in den nach dem Entfer nen von Zahnstein verbleibenden, gereinigten Raum eingebracht wird, um dort dank seiner porösen Struktur ein Tiefenwachstum von Epithel und damit eine erneute Taschenbildung verhindert. Aus der EP 0 131 831 A2 sind ähnliche Strukturen für subperiostale und enossale Implantate bekannt.

In dem Artikel: T. K. Huard, L. F. Arnold, P. Baram, "Cultiva tion of periodontal ligament fibroblasts on dental materials and enzymatically debrided teeth", J. Dent. Res. 53 (1974), Seite 1368 bis 1376 wird die Vermutung geäußert, daß vor der Implantation auf ein Implantat aufgebrachte lebende Fibroblasten aus periodontalem Ligament eine funktionell dem periodontalen Ligament ähnliche Struktur entwickeln könnten. Es wurde unter sucht, ob sich Fibroblasten aus in-vitro-Kulturen periodontalen Ligaments an Testkörpern aus möglichen Implantatmaterialien anheften, vermehren und ein Netz von Fasern bilden. Das perio dontale Ligament stammte von Rhesusaffen. Die untersuchten Test körper bestanden aus Polymethylmethacrylat, Vitallium, Glas und enzymatisch gereinigten Rhesusaffenspenderzähnen. Die elek tronenmikroskopische Untersuchung ergab, daß die Fibroblasten an den Testkörpern leicht hafteten, sich vermehrten und organi sierten. Die gebildeten Fasern schienen ähnlich denen auf nor malen und reimplantierten Zähnen zu sein. Diese Ähnlichkeit gab zu der Spekulation Anlaß, daß das Kultivieren von Fibrobla sten aus periodontalem Ligament auf künstlichen Implantaten oder enzymatisch gereinigten Spenderzähnen eine Gewebematrix erzeugen könnte, die die in-vivo-Entwicklung eines funktionellen periodontalen Ligaments ermöglicht.

Aus dem Artikel: A. Bumann, S. Kopp, J. E. Eickbohm, R. Ewers, "In-vitro-Behandlung von traumatisch luxurierten Zähnen", Z. Zahnärtzl. Implantol. IV (1988) Seite 301 bis 304 ist es be kannt, die vorgeschädigte Wurzeloberfläche von traumatisch lu xurierten Zähnen durch in-vitro-Behandlung vollständig mit vi talen Desmodontalfibroblasten zu ummanteln.

D. Buser, K. Warrer, T. Karring, "Formation of a periodontal ligament around titanium implants", J. Periodontol. 61 (1990), Seite 597 bis 601 und ebenso D. Buser, K. Warrer, T. Karring, H. Stich, "Titanium implants with a true periodontal ligament: An alternative to osseointegrated implants?", Int. J. Oral Ma xillofac Implants 5 (1990) Seite 113 bis 115 haben die in-vivo- Ausbildung eines periodontalen Ligaments an einem Implantat aus Titan beobachtet, das mit dem Ligament des Restes einer Zahnwurzel in Berührung stand.

Der Artikel T. Karring und K. Warrer in "Deutsche Zahnärztliche Zeitung" 43, Seiten 635 bis 645 (1988) betrifft die Technik der gesteuerten Geweberegeneration (guided tissue regeneration; GTR). Bei dieser wird zunächst Zahnstein und entzündetes Gewebe (Epithel und Bindegewebe) entfernt. Der dadurch gebildete Hohlraum wird abgedeckt, wozu unter anderem eine Teflonmembran geeignet ist. Durch diese Abdeckung wird gesteuert, welche Art Gewebe in den Hohlraum einwächst.

Durch die Abdeckung wird der Hohlraum überdeckt und dem schnell wachsenden, unerwünschten Epithel und darunter liegenden Bindegewebe der Zugang in den Hohlraum verwehrt. Eine Teflonmembran ist als Abdeckung gewählt, da Zellen auf Teflon praktisch nicht haften. Dank der Abdeckung kann das langsam wachsende, gewünschte Desmodontalgewebe in den Hohlraum einwachsen und ihn besiedeln. Dabei wird rein passiv dem körpereigenen Gewebewachstum seinen Lauf gelassen. Ein aktives Einbringen von Desmodontalzellen in den Hohlraum und an die Zahnwurzel findet nicht statt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zellträger als Implantat zur gezielten Desmodontregenaration in Zahnfleischtaschen zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Zellträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 7.

Ein Zellträger dieser Art dient zur gezielten Desmodontentwicklung oder Desmodontregeneration in Zahnfleischtaschen.

Dabei können flächige Partien des erfindungsgemäßen Zellträgers eine Abdeckfunktion zum Abhalten ungewünschter Gewebe haben und insbesondere das Einwachsen von Zahnfleischepithel in den jeweiligen Hohlraum verhindern.

Der erfindungsgemäße Zellträger kann gleichermaßen aus resorbierbarem und nicht bzw. im wesentlichen nicht resorbierbarem Material bestehen. Eine resorbierbare Membran als Zellträger zur Regeneration des Desmodont in einem dentalen Hohlraum, kann zusammen mit Knochenersatzmaterial wie z. B. Hydroxylapatit, Knochen, Knorpel oder mit Hilfe osteogener Proteine gewonnener Strukturen eingebracht werden.

Vorzugsweise sind die Zellen flächendeckend auf die Oberfläche des Zellträgers aufgebracht. Man erreicht dadurch ein homogenes Gewebewachstum.

Die auf den Implantat aufgebrachten Zellen können von menschlichem oder tierischem Gewebe, insbeson dere von patienteneigenem oder Spendergewebe, vor zugsweise Desmodontalgewebe, stammen und körper extern in Zellkultur vermehrt sein. Je ähnlicher die Zel len dem patienteneigenen Desmodontalgewebe sind, desto wahrscheinlicher ist es, daß sie anwachsen, sich vermehren und zu Gewebe mit Desmodontcharakter differenzieren. Es besteht die Möglichkeit, körpereige nes Desmodontalgewebe oder Desmodontalgewebe ei nes Spenders in Zellkultur zu züchten. Dasselbe gilt für undifferenziertes Stammgewebe, das erst nach Implan tation des Zellträgers auf Grund der biologischen und mechanischen Umgebungsverhältnisse Desmodontcha rakter gewinnt. Auch kommt ein für die Zwecke der Erfindung gezüchteter Gewebetyp in Betracht.

In einer bevorzugten Ausführung stammen die Zellen aus serienmäßig herstellbaren Zellkulturen. Diese Zel len werden in großtechnischem Maßstab gezüchtet, so daß sie kostengünstig und schnell auch in größerer Menge zur Verfügung stehen.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemä ßen Implantats besteht darin, seine Beschichtung mit Zellen in einem Zellkulturgefäß unter Zellkulturbedin gungen vorzunehmen. Man nutzt dabei die natürliche Anhafttendenz der Zellen aus, die sich selbständig an dem Implantat festsetzen und zelleigene Haftstrukturen ausbilden. Das Anhaften der Zellen kann durch eine Vorbehandlung des Implantats gefördert werden, indem eine Beschichtung mit zellanhaftungsfördernden Stof fen wie z. B. Kollagen, Fibronektin, Laminin und Fibrin erfolgt. Durch die Vorbehandlung wird eine Kontaktflä che auf dem Implantat geschaffen, die der natürlichen Umgebung der Zellen ähnelt.

Die Implantate mit aufgebrachten Zellen gemäß der Erfindung sind verkehrsfähige Gegenstände. Sie kom men ähnlich wie herkömmliche zahnärztliche Implanta te steril verpackt in den Verkehr. Eine den Bedürfnissen der Praxis entsprechende zeitlich begrenzte Lagerung ist ohne weiteres möglich.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Bei spielen näher erläutert.

Beispiel 1

Bei einem Zahn haben sich am Übergang von Zahn krone zu Zahnfleisch verhärtete Anlagerungen gebildet und zu einer Entzündung des Zahnfleischs geführt. Die Verhärtungen haben sich in das Gewebe hinein ausge dehnt und zu einer Rückbildung des Zahnfleischs ge führt, wodurch eine Zahnfleischtasche entstanden ist. Die Taschenbildung geht mit dem Verlust von desmo dontalem Verankerungsgewebe und Knochen und der Gefahr von Infektionen einher, und es droht ein Verlust des Zahns. Bei der Behandlung werden die Verhärtun gen entfernt und die Tasche gereinigt. Ein aus resorbierbarem oder nicht resorbierbarem membran änlichem Material wird wie in Beispiel 1 bis 6 mit künstlich vermehrten Zellen beschichtet und in die Ta sche implantiert. Zusätzlich kann ein Knochendefekt mit Knochenersatzmaterial, Knochenmaterial, durch osteogene Proteine erzeugtem Material, Knorpelmate rial o. ä. aufgefüllt werden. Nach Anwachsen der Zellen am Zahn, wird das resorbierbare Implantat aufgelöst bzw. das nicht resorbierbare Implantat entnommen.

Vergleichsbeispiel 2

In das leere Zahnfach eines zuvor gezogenen Zahns soll ein Verankerungsteil aus Titan mit Hydroxylapatit beschichtung für eine Krone oder Brücke implantiert werden. Das Implantat hat eine Standardform und -grö ße. Aus der Alveole des frisch gezogenen oder eines benachbarten Zahns werden Proben patienteneigenen Desmodontalgewebes entnommen, in Zellkulturschalen mit Zellkulturmedium übertragen und unter geeigneten Bedingungen einige Tage kultiviert. Wenn sich zeigt, daß die Zellkulturen keimfrei sind und die Zellen wach sen und sich vermehren, wird das zuvor sterilisierte und mit Fibronektin beschichtete Implantat in eine Kultur schale zu den Zellen gegeben. Sobald das Implantat mit genügend Zellen besiedelt ist, kann es in das Zahnfach eingesetzt werden. Dazu wird der Kiefer angebohrt, das Implantat in der Höhlung versenkt und die Schleimhaut wieder zugenäht. Die mitimplantierten Zellen können sich jetzt an die neue Umgebung anpassen, sich vermeh ren, Gewebe ausbilden und Verbindungen zur Kiefer knochenwand herstellen. Nach etwa drei bis sechs Mo naten ist der Heilungsprozeß abgeschlossen. Nun wird die Schleimhaut wieder soweit aufgeschnitten, daß das Implantat für die Montage eines Aufsetzteils zugängig ist. Auf das Aufsetzteil wird schließlich die Krone oder Brücke aufmontiert.

Vergleichsbeispiel 3

Wie Vergleichsbeispiel 2 mit einem Implantat, der aus Knochen material oder Knochenersatzmaterial besteht und eine Form hat, die den durch pathologische oder Alterungs prozesse bedingten Knochenschwund kompensiert.

Vergleichsbeispiel 4

Wie Vergleichsbeispiel 2 oder 3 mit der Maßgabe, daß die aufzu bringenden Zellen aus anderem patienteneigenem Ge webe, insbesondere anderem Bindegewebe, entnommen werden. Die Zellen differenzieren nach der Implanta tion in Folge der ortsspezifischen Beanspruchung zu Gewebe mit Desmodontcharakter.

Vergleichsbeispiel 5

Wie eines der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 mit der Maßgabe, daß die aufzubringenden Zellen von im Handel erhältlichen Zelllinien abstammen.

Vergleichsbeispiel 6

Wie eines der Vergleichsbeispiele 2 bis 5 mit der Maßgabe, daß die aufzubringenden Zellen in Rollerkulturen vermehrt werden.

Vergleichsbeispiel 7

Wie eines der Vergleichsbeispiele 2 bis 6 mit der Maßgabe, daß der Gewebeanteil in dem flüssigen Zellkulturmedium durch Zentrifugieren aufkonzentriert wird. Von dem Implantat wird ein Abdruck in einen plastisch verform baren, aushärtenden Material gemacht und das erhalte ne Negativ mit dem Zellkonzentrat befüllt. Der Implan tat wird in den Hohlraum des Negativs eingebracht. Zwischen dem Boden des Negativs und dem Implantat besteht ein Kapillarspalt, von dem aus sich die Zellen an dem Implantat festsetzen. Wenn die eine Implantathälf te bewachsen ist, wird das Verfahren mit der anderen Hälfte wiederholt und somit eine allseitige Beschichtung mit künstlich vemehrten Zellen erhalten.

Vergleichsbeispiel 8

Wie eines der Vergleichsbeispiele 2 bis 7 mit der Maßgabe, daß das Implantat bereits zu Beginn der Zellkultur mit den frisch gewonnenen Zellen in die Zellkulturschale ge bracht wird.

Claims

1. Zellträger als Implantat zur gezielten Desmodontregeneration in Zahnfleischtaschen, der wenigstens abschnittsweise aus bindegewebewachstumsfördernd strukturiertem porösem und/oder membranartig ausgebildeten Folienmaterial besteht und mit derart vor der Implantation aufgebrachten, künstlich vermehrten bindegewebsartigen lebenden Zellen besiedelt ist, die Desmodontcharakter haben oder diesen zu gewinnen geeignet sind.

2. Zellträger nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen flächendeckend auf seine Oberfläche aufgebracht sind.

3. Zellträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein wenigstens abschnittsweise starrer Körper ist.

4. Zellträger nach ei nem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er eine flächige Partie mit Abdeckfunktion zum Abhalten ungewünschter Gewebe aufweist.

5. Zellträger nach ei nem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er resorbierbar ist.

6. Zellträger nach ei nem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er nicht resorbierbar ist.

7. Zellträger als Implantat zur gezielten Desmodont regenaration in Zahnfleischtaschen der aus Knochenmaterial, einschließlich unter An wendung osteogener Proteine gewonnener Strukturen, aus Knochenersatzmaterial oder Knorpelmaterial be steht, insbesondere körpereigenem Material des Pati enten, oder aus menschlichem oder tierischem Fremdma terial und mit darauf vor der Implantation aufgebrachten, künstlich vermehrten, bindegewebsartigen lebenden Zellen besiedelt ist, die Desmodontcharakter haben oder diesen zu gewinnen geeignet sind.

8. Zellträger nach ei nem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachten Zellen von menschlichem oder tierischem Bindegewebe, insbesondere von patientenei genem oder Spendergewebe, vorzugsweise Desmodontalge webe, stammen und körperextern in Zellkultur vermehrt sind.

9. Zellträger nach ei nem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen aus serienmäßig hergestellten Zell kulturen stammen.

10. Verfahren zur Herstellung eines Zellträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Zellträgers mit lebenden Zellen in einem Zellkul turgefäß unter Zellkulturbedingungen erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellträger eine Vorbehandlung erfährt, indem eine Beschichtung mit zellanhaftungsfördernden Stof fen wie z. B. Kollagen, Fibronektin, Laminin und Fi brin erfolgt.