Wachstumsfaktor beschleunigt Geweberegeneration

Zahnimplantate sollen eine natürliche Zahnwurzel nachahmen. Dazu müssen sie im Kieferknochen verankert werden, doch oft fehlt die erforderliche Knochenmasse. Bisher wird dann auf körpereigenes Knochenmaterial zurückgegriffen. Ein neuer Ansatz mit einem Gewebewachstumsfaktor wurde vor kurzem bei der BioAnalytica sowie beim Forum Life Science in München vorgestellt.

Implantate aus Metall, Keramik oder Polymeren sind aus Medizin und Zahnmedizin nicht mehr wegzudenken. Obwohl die Materialien selbst immer besser geworden sind, ist das Einwachsen in das umliegende Gewebe noch nicht befriedigend gelöst. So ist gerade bei Zahnimplantaten die vorhandene Knochenschicht des Patienten, vor allem im hinteren Oberkiefer, oft zu dünn. Das Knochenwachstum muss hier häufig erst angeregt werden, damit der Körper die erforderliche Masse bildet.

Bisher wird körpereigenes Knochenmaterial eingebracht, entweder aus dem Kiefer selbst oder dem Beckenkamm. Dazu ist jedoch ein aufwendiger und zeitintensiver operativer Eingriff erforderlich, und es dauert ein halbes bis ein Jahr, bis in den regenerierten Knochen ein Implantat eingesetzt werden kann. Abhilfe könnte eine Beschichtung des Knochenmaterials mit einem rekombinanten Wachstumsfaktor schaffen, das zurzeit vom Martinsrieder Biotechnologie-Unternehmen Scil Biomedicals GmbH zurzeit entwickelt wird.

Ein Calciumphosphat als Matrix

Dabei dient eine Trägersubstanz als Platzhalter sowie als Gerüst, damit Knochenzellen in die defekte Stelle einwachsen können. Als organische Matrix wird Collagen, als anorganische anstatt des natürlichen Knochenmaterials Hydroxylapatit, das sehr langsam oder gar nicht resorbiert wird, beta-Tricalciumphosphat (beta-TPC) verwendet. Das Material wird vollständig resorbiert und innerhalb weniger Wochen durch natürlichen Knochen ersetzt. Beta-TPC verfügt über eine poröse Oberfläche, wobei die Porengröße dem Bedarf entsprechend modifiziert und das Material zudem mit unterschiedlichen Substanzen beschichtet werden kann. Dies macht beta-TPC zu einer für orthopädische und kieferchirurgische Indikationen gut geeigneten Trägersubstanz.

Wachstumsfaktor für Knochenbildung

Als Wachstumsfaktor wird der Wachstumsdifferenzierungsfaktor GDF-5 (growth/differentiation factor). Er gehört zu den so genannten Bone Morphogenetic Proteins (BMP), einer Familie aus mindestens fünfzehn verschiedenen Wachstumsfaktoren, die unterschiedliche Schritte der physiologischen Knochenbildung stimulieren.

BMPs sind besonders interessante Proteine, weil sie über die Fähigkeit verfügen, Stamm- und Knochenvorläuferzellen in reife knochenbildende Zellen zu differenzieren. Andere Wachstumsfaktoren regen zwar die Zellteilung an, können jedoch nicht einen Zelltyp in einen anderen umwandeln. GDF-5 beschleunigt die Knochenbildung, indem es erste Schritte der Zelldifferenzierung fördert. Der Wachstumsfaktor rhGDF-5 wird rekombinant in Bakterien hergestellt.

Homogene Beschichtung entscheidend

Den Wachstumsfaktor gleichmäßig auf die Trägerschicht aufzubringen und das Protein aktiv und stabil zu halten war eine technologische Herausforderung. Auf anorganischen Oberflächen verteilen sich Wachstumsfaktoren oft ungleichmäßig, und das Protein wird chemisch modifiziert.

Gelöst wurde das Problem durch eine gepufferte Formulierung, um das Protein während des Absorptionsvorgangs zu stabilisieren. Unter aseptischen Bedingungen wird diese Proteinlösung auf das beta-TCP-Granulat aufgebracht und eine Stunde inkubiert. Anschließend werden die ummantelten Körnchen gefriergetrocknet, um ein frei fließendes Granulat zu erzielen, das als MD05 patentiert ist. Eine In-vitro-Prüfung zeigte, dass die Trägersubstanz den Wachstumsfaktor innerhalb von sieben Tagen fast vollständig und in aktiver Form freisetzt.

Schneller wirksam

In einer präklinischen Studie wurde reines beta-TCP mit der gleichen Matrix, beschichtet mit 12,5 beziehungsweise 50 mg GDF-5, verglichen. Dabei zeigte sich, dass die Matrix wesentlich schneller abgebaut wird, wenn sie mit dem Wachstumsfaktor beschichtet war.

Inzwischen liegen auch Ergebnisse einer Studie vor, in der das Protein-beschichtete Knochenersatzmaterial mit der Standardtherapie verglichen wurde, bei der fünfzig Prozent Eigenknochen zum Einsatz kam: Die Geweberegeneration verlief vergleichbar schnell. Nach vier Wochen beobachteten die Wissenschaftler eine fast vollständige Knochenregeneration.

Klinische Studien an Patienten sollen Mitte diesen Jahres beginnen. Verlaufen diese Prüfungen erfolgreich, könnte das speziell für die Zahnheilkunde entwickelte bioaktive Knochenregenerationsmaterial in etwa drei Jahren auf den Markt kommen.

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