Endodontie

Fließende Grenzen zwischen Biokompatibilität und Bioaktivität

Obturationsmaterialien im Wandel

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Oberstes Ziel einer endodontischen Behandlung ist die langfristig zuverlässige Versiegelung des Wurzelkanals, um Reinfektionen und dem Wiedereindringen von Mikroorganismen effektiv vorzubeugen. Moderne Obturationsmaterialien bringen zudem nützliche bioaktive Eigenschaften mit und fördern somit die Regeneration von Knochen- und Dentingewebe. Im Folgenden wird diskutiert, welche biochemischen Eigenschaften das ideale Füllungsmaterial in der Endodontie aufweisen sollte und warum Zement nicht immer gleich Zement ist.

Unter Biomaterial versteht man in der Medizin natürliche oder synthetisch hergestellte Werkstoffe, die bei ihrem Einsatz im menschlichen Körper direkt mit biologischem Gewebe in Kontakt kommen. Interessant sind hierbei vor allem die auftretenden Wechselwirkungen zwischen körpereigenen Strukturen und dem jeweils verwendeten Material. Die beobachtbaren Prozesse können chemischer, physikalischer oder biologischer Natur sein – spannend ist vor allem, ob sie spontan und damit eher zufällig auftreten oder sogar für den Therapieerfolg gezielt genutzt werden können. Bei der Vielzahl der heute am Markt erhältlichen Füllungsmaterialien ist es wichtiger denn je, den Unterschied zwischen biokompatibel und bioaktiv zu kennen und zu verstehen, welche Verbindungen die gewünschten katalytischen Effekte auslösen bzw. warum.

Biokompatibel vs. bioaktiv

Biokompatibilität ist in der Zahnmedizin quasi die Grundvoraussetzung für die Verwendung eines Werkstoffes, der über lange Zeit im Körper verbleibt. Das Auftreten von Vergiftungserscheinungen oder sonstiger toxischer Nebenwirkungen wäre mehr als kontraproduktiv. Bioinert sind Stoffe, die keine nennenswerte Reaktion des umgebenden Gewebes hervorrufen.

In der Praxis operiert man häufig mit bestimmten Grenzwerten, die bei bioinerten Stoffen unterschritten werden müssen, da zum Beispiel innenliegende Implantate zumindest eine Art Verkapselung im Körper hervorrufen können, wenn sie schon keine direkte Wechselwirkung provozieren. Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität werden bei bioinerten Werkstoffen selbstverständlich vorausgesetzt. Ein gutes Beispiel im Dentalbereich für bioinertes Material wären Composite-Veneering-Systeme, bei denen Kunststoffschalen mit einem identischen Hochleistungskomposit auf dem Dentin fixiert werden, ohne ein Nachwachsen des abgebrochenen oder geschädigten Zahnes auszulösen. Das Gegenteil sind quasi bioresorbierbare Dentalwerkstoffe wie zum Beispiel biologisch vollständig abbaubare Wundeinlagen aus Gelatine und kolloidalem Silber. Bioaktivität hingegen fördert die körpereigenen Regenerationsmöglichkeiten. Bereits seit den 1960er-Jahren beschäftigt sich die Materialforschung intensiv mit Stoffen, welche die natürliche Regeneration aktiv unterstützen und die Neubildung von Dentingewebe zusätzlich anregen. Dabei müssen solche Prozesse selbstverständlich in überschaubarem Rahmen stattfinden und selbst unter Nichtlaborbedingungen wohldefinierte Auswirkungen haben. Echte Bioaktivität spielt im Zusammenhang mit endodontischen Obturationsmaterialien eine neue praktische Rolle und ergänzt somit die eigentlichen Funktionen des Materials.

MTA aus dem Baumarkt?

Der Klassiker unter den biokeramischen Materialien im Wurzelkanal ist eindeutig Mineral- Trioxid-Aggregat (MTA). Seit den 1990er-Jahren ist die Mischung aus verschiedenen Kalziumsilikaten und -sulfaten in der Zahnheilkunde erfolgreich im Einsatz. Zur Erhöhung der Radioopazität wurden Bismuthoxide hinzugefügt. Das Ergebnis war ein reproduktives Material, welches sich u. a. zur Reparatur kleinerer Defekte eignete, da es die Bildung von Tertiärdentin förderte.

  • Abb. 1: Portlandzement, auch bekannt als nicht medizintechnisch zugelassenes Mineral-Trioxid-Aggregat (MTA). (© georgi mironi/fotolia)

  • Abb. 1: Portlandzement, auch bekannt als nicht medizintechnisch zugelassenes Mineral-Trioxid-Aggregat (MTA). (© georgi mironi/fotolia)
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Leider verursachte es nicht nur Verfärbungen, sondern erwies sich als relativ schwierig im Handling: Das Einbringen in den Kanal in der geeigneten Konsistenz erfordert einige Übung. Auch Aushärtungszeiten von mehreren Stunden von manchen MTA-Produkten sind nicht immer wirklich praktikable Größenordnungen im Praxisalltag. Zudem hat diese Bedächtigkeit im wahrsten Sinne des Wortes einen vergleichsweise hohen Preis. Findige Köpfe schauten sich daher rasch nach einer kostengünstigen Alternative um. Nach der gewissenhaften Überprüfung von über 50 unterschiedlichen Studien kamen brasilianische Wissenschaftler zu dem verblüffenden Schluss, dass es sich bei MTA um nichts anderes als geringfügig modifizierten, hochreinen Portlandzement handeln musste (Abb. 1). Beide Stoffe verfügten über gleichartige biologische wie mechanische Eigenschaften und zeigten bei der Anwendung im Tierversuch ähnliche Effekte. Die technische Charakterisierung der Materialien wies ebenfalls frappierende Ähnlichkeiten auf. Besonders in aufstrebenden Volkswirtschaften wie Brasilien entstanden so Gerüchte, dass Zahnärzte mit preissensibler Kundschaft versucht waren, ihre Bestände mit Proben aus dem örtlichen Baumarkt anzureichern. Obwohl dieser „DIY-Ansatz“ mit durchaus attraktiven Kilopreisen lockte, ließ die Röntgensichtbarkeit des Handwerkerprodukts vermutlich extrem zu wünschen übrig – von der gesetzlichen und medizinischen Zulässigkeit eines solch eigenwilligen „Off-Label-Use“ einmal ganz abgesehen.

Bioglas zur Reparatur von Knochendefekten

Ein weiterer Lösungsansatz im Bereich der endodontischen Füllungstherapie heißt Bioglas. Es besteht prinzipiell aus Siliziumoxid, Kalziumoxid, Natriumoxid und Phosphoroxid. Bereits 1969 entdeckte der amerikanische Professor Dr. Larry L. Hench, dass das allgemein gut verträgliche Material die Fähigkeit besitzt, sich mit lebendem Knochenmaterial zu verbinden. Seine osteoinduktive Wirkung wird heute gezielt zur Reparatur kleinerer Knochendefekte eingesetzt. Unter den richtigen Bedingungen induziert der Werkstoff zunächst einen hohen pH-Wert. Dadurch lässt sich potenziell die Ansiedelung bzw. das erneute Wachstum von Mikroorganismen eindämmen. Auf der Suche nach einem vielseitigen Obturationsmaterial lag die Idee nahe, das Reparaturpotenzial von Bioglas in einem geschickt zusammengesetzten Werkstoff zu nutzen, welcher regenerative Fähigkeiten hat und natürlich auch seiner Hauptaufgabe nachgeht: dem wirkungsvollen Ausfüllen und sicheren Abdichten des gesäuberten Hohlraums im Wurzelkanal, um so zu einer nachhaltigen Patientenversorgung zu führen.

Guttapercha als unausweichliche Basis

  • Abb. 2: Auf Guttapercha basierende Obturatoren im gewohnten Rosa. Bildquelle: COLTENE.

  • Abb. 2: Auf Guttapercha basierende Obturatoren im gewohnten Rosa. Bildquelle: COLTENE.
Mit Polyisopren (oder besser gesagt: Guttapercha) kennt man sich beim Schweizer Dentalspezialisten COLTENE bestens aus: Seit über 100 Jahren laufen in der hauseigenen Produktionsstätte im baden-württembergischen Langenau qualitativ hochwertige Verbrauchsmaterialien und Arbeitshilfen für Zahnärzte und Zahntechniker vom Band. Im eigens entwickelten Herstellungsverfahren wird auch Guttapercha für den zahnmedizinischen Einsatz veredelt. Zinkoxid ermöglicht die Verarbeitung von Guttapercha und beim Hemmhoftest kann man sehen, dass es auch im Kampf gegen Bakterien nützlich sein kann. Das Zusetzen von Bariumsulfat erhöht die Röntgenopazität und Wachse erhöhen die Biegsamkeit. Anschließend wird der flexible Füllstoff übrigens nach den „Vorlieben“ der Praxisteams rosa eingefärbt, denn ursprünglich ist der Milchsaft der tropischen Bäume eher beige und sieht optisch nicht ganz so aus, wie es die meisten von uns gewohnt sind (Abb. 2). Guttapercha ist als Obturationsmaterial in der Endodontie seit Langem etabliert, da es alle Eigenschaften mitbringt, die ein langlebiges Wurzelkanalfüllmaterial aufweisen sollte:

  • Es ist gut verträglich und in erster Linie bioinert,
  • kann den Wurzelkanal sowohl in lateraler als auch vertikaler Richtung effizient abdichten,
  • ist volumenbeständig und
  • hält über viele Jahre im Wurzelkanal den Bedingungen stand.

Das Obturationsmaterial GuttaFlow von COLTENE wird mit Guttapercha in Pulverform mit einem silikonbasierten Sealer hergestellt. Verschiedene Vitalitätsstudien zeigen u. a. die hohe Biokompatibilität von GuttaFlow. So wurde an parodontalen Stammzellen (hPDLSC) die Zytotoxizität verschiedener handelsüblicher Obturationsmaterialien nachgewiesen. Das Kombipräparat GuttaFlow bioseal wies eine signifikant bessere Gewebeverträglichkeit mit deutlich höheren Proliferationsraten auf. Das Vorgängermodell sowie der traditionelle Sealer „RoekoSeal“ (COLTENE) laufen mittlerweile bei internationalen Untersuchungen oft als Nullstandard mit, da sich bislang keinerlei negative Auswirkungen des Werkstoffes im Labor und im klinischen Einsatz zeigten.

Hydroxylapatitkristalle – Bauteile der Regeneration

  • Abb. 3: GuttaFlow bioseal Automix-Spritze, 5 ml (COLTENE). Bildquelle: COLTENE.

  • Abb. 3: GuttaFlow bioseal Automix-Spritze, 5 ml (COLTENE). Bildquelle: COLTENE.
Die langjährige Erfahrung sowie die besondere Nähe zur eigenen Produktion erlaubten es den Endo-Experten von COLTENE, nun ein Obturationsmaterial zu entwickeln, welches die Zuverlässigkeit des kalt-flüssigen Guttaperchas wirkungsvoll mit der regenerativen Kraft von Bioglas vereint. Getreu dem aktuellen Qualitätsversprechen „Upgrade Dentistry“ des innovationsgetriebenen Unternehmens entstand ein endodontisches jetzt 3-in-1-Kaltfüllsystem mit exzellenten Fließeigenschaften. Wie beim bewährten GuttaFlow 2-System kombiniert GuttaFlow bioseal bei Zimmertemperatur fließfähige Guttapercha mit einem silikonbasierten Sealer und zusätzlicher Biokeramik (Abb. 3).

Dank seiner bioaktiven Eigenschaft kann der einfach zu applizierende Werkstoff in situ entsprechende biochemische Prozesse in Gang setzen, welche die Regeneration im Wurzelkanal zusätzlich unterstützen. Im Detail funktioniert dies folgendermaßen: Nach dem Aushärten stellt GuttaFlow bioseal unter bestimmten Bedingungen natürliche Reparaturbausteine wie Kalzium und Silikate zur Verfügung. Beim Kontakt mit Körperflüssigkeit bilden sich Hydroxylapatitkristalle an der Oberfläche. Diese Kristalle regen als natürliche Trigger den Wiederaufbau von Knochen- und Dentingewebe an (Abb. 4). Die Nutzung dieses katalytischen Effekts kann neben der wirksamen Versiegelung des Kanals als „Fall- Back“ für kritische Situationen dienen.

  • Abb. 4: Erkennbare Bildung von Hydroxylapatitkristallen unter dem Rasterelektronenmikroskop, 2.500-fache Vergrößerung. Bildquelle: COLTENE.
  • Abb. 5a u. b: Prä- vs. postoperative Röntgenaufnahme eines Patienten mit klar erkennbarem Obturationsmaterial im Wurzelkanalsystem (© Dr. Alfredo Iandolo).
  • Abb. 4: Erkennbare Bildung von Hydroxylapatitkristallen unter dem Rasterelektronenmikroskop, 2.500-fache Vergrößerung. Bildquelle: COLTENE.
  • Abb. 5a u. b: Prä- vs. postoperative Röntgenaufnahme eines Patienten mit klar erkennbarem Obturationsmaterial im Wurzelkanalsystem (© Dr. Alfredo Iandolo).

Die optimale Röntgensichtbarkeit ist bei dem dentalmedizinischen Produkt selbstverständlich (Abb. 5a u. b). Zudem besticht das gut fließende Füllungsmaterial durch sein im Vergleich zu MTA unkompliziertes Handling. Appliziert wird das Obturationsmaterial aus einer 5-ml-Automix-Spritze, wobei die Verarbeitungszeit nur ca. 5 Minuten und die Aushärtungszeit ca. 12 bis 16 Minuten beträgt.

Löslichkeiten

Ein weiterer Vorteil, der eindeutig für die Verwendung einer solchen Sealer-Kombination spricht, ist die wissenschaftlich nachgewiesene Beständigkeit des Materials. Die Aktivierung der bioaktiven Komponenten erfolgt bei GuttaFlow bioseal allein an der Oberfläche und mit körpereigenen Flüssigkeiten. Reines Wasser hingegen kann die Kristallbildung nicht fördern. Guttapercha und der silikonbasierte Sealer sind von Natur aus nicht löslich und bremsen daher automatisch einen möglichen Löslichkeitsprozess.

Hier stellt sich nicht die Frage, ob bei höherem Flüssigkeitseinschluss die Löslichkeit schneller voranschreitet als die Reparatur von Dentin.

  • Abb. 6: Mit GuttaFlow gefülltes Dentintubuli nach Säureauflösung des umliegenden Dentins. (© Prof. Halina Pawlicka / Dr. Johannes Ebert)

  • Abb. 6: Mit GuttaFlow gefülltes Dentintubuli nach Säureauflösung des umliegenden Dentins. (© Prof. Halina Pawlicka / Dr. Johannes Ebert)
Im Laborversuch mit Säure konnte u. a. gezeigt werden, dass eine GuttaFlow-Füllung völlig intakt bleibt, selbst nachdem bereits der komplette Zahn erfolgreich aufgelöst wurde (Abb. 6). Die Löslichkeit dieses 3-in-1-Kombinationsproduktes ist folglich mit ca. 0,8 % eher gering. Dies ist vor allem den inerten Eigenschaften von Sealer und Guttapercha geschuldet. Die hohe Dichtigkeit im Wurzelkanal ist ferner auf die thixotrope Formulierung des Materials zurückzuführen. Die Viskosität nimmt unter Druck ab und es kann somit auch bis in kleinste Lateralkanäle und Isthmen fließen. Der Werkstoffverbund schrumpft außerdem nicht, sondern expandiert sogar leicht. Die entstehende Retention führt somit zu einem zuverlässigen Randschluss. Schaut man sich insgesamt die verschiedenen biokeramischen Obturationsmaterialien auf dem Markt genauer an, fallen nicht nur starke Preisunterschiede auf, sondern auch die Schwierigkeiten, sie nach ISO-Norm im Labor zu untersuchen. Es ist und bleibt nach wie vor schwierig, Parameter wie Feuchtigkeit und Sauerstoff im Wurzelkanal zu kontrollieren und zu verifizieren.

Obturationsmaterial mit tierischem Erfolg

  • Abb. 7: Behandlung eines Tigers mit GuttaFlow. Bildquelle: COLTENE.

  • Abb. 7: Behandlung eines Tigers mit GuttaFlow. Bildquelle: COLTENE.
Das neue Kombinationsmaterial baut auf jahrelange Erfahrungen der Vorgängermaterialien auf und erweitert den Horizont nicht nur in die regenerative Richtung. Ein Blick über den Tellerrand in die Veterinärmedizin verrät des Weiteren, warum besonders Dental-Spezialisten in der Tierheilkunde vermehrt auf die neuartigen Wurzelkanalfüllmaterialien setzen. Seltene Groß- und Wildtiere unterliegen oft strengen Zucht- und Artenschutzprogrammen; ihre zahnmedizinische Behandlung stellt für Zoos aber eine besondere Herausforderung dar. Leider vertragen die wertvollen Tiere eine Vollnarkose nur sehr schlecht; eine Folgebehandlung ist dadurch nahezu ausgeschlossen. Auch hier profitieren Endo-Experten von der Bioaktivität eines Füllstoffs. Gleichzeitig verkürzt sich durch eine zwangsweise kurze Narkose die eigentliche Behandlungszeit. Eine sichere, schnelle Applikation eines fließfähigen Materials ist hier von großem Vorteil (Abb. 7). Die Übertragbarkeit dieser Erfahrungswerte in die eigene Praxis ist naheliegend: Von raschen Behandlungsabläufen und einzeitig erfolgreichen Wurzelkanalbehandlungen profitieren schließlich auch menschliche Patienten.

Ausblick

Zentrale Aufgabe eines zuverlässigen endodontischen Obturationsmaterials bleibt weiterhin die sichere, dreidimensionale Versiegelung des gesamten Wurzelkanalsystems. Guttapercha-basierte Werkstoffe zeigen hier langjährig sehr gute, reproduzierbare Ergebnisse. Bioaktive 3-in-1- Füllsysteme unterstützen zusätzlich die Regeneration im Wurzelkanal durch Bildung von Hydroxylapatitkristallen bei Kontakt mit Körperflüssigkeiten. Aktuelle Produkte mit Bioglas sind hierbei eine kostengünstige Alternative und überzeugen sowohl in ihrer guten Gewebeverträglichkeit als auch dem einfachen Handling. Langfristig bleibt in der Endodontie der Wunsch nach einer chairside erstellten individuellen 3D-Ausfüllung jedes einzelnen Wurzelkanals.

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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Barbara Müller


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