Pulparegeneration in der Praxis

Obwohl mit einer konventionellen Wurzelkanalbehandlung gute Erfolge erzielt werden, lässt sie den Zahn doch in einem geschwächten Zustand zurück. Zwar ist dadurch eine Erhaltung des Zahnes in über 90% der Fälle möglich [1], doch 6 Monate nach der Behandlung berichten 10% der Patienten weiterhin von Schmerzen [2].

Zudem kann es durch einen undichten koronalen Verschluss oder persistierende apikale Entzündungen zu Reinfektionen kommen [3,4]. Auch der mit der Behandlung einhergehende Verlust an Dentin führt zu einer Schwächung des Zahnes, was in Frakturen resultieren kann [5].

Die Pulpa – ein Rundumtalent

Mit der Entfernung der Pulpa gehen auch ihre wertvollen Funktionen verloren. So ist sie durch ihre formative Funktion auch bei bereits durchgebrochenen Zähnen an der Fertigstellung der Wurzeln beteiligt [6,7].

Zeitlebens werden 0,4 μm Sekundärdentin pro Tag zirkumpulpal angelagert und dies stärkt den Zahn weiter [8]. Auch reaktiv kann sie Dentin sezernieren, um so defensiv auf externe Reize zu reagieren [9]. Die Verteidigungsfunktion der Pulpa wird darüber hinaus durch Zellen des angeborenen und erworbenen Immunsystems, wie dendritische Zellen, Fibroblasten, natürliche Killerzellen und B- und T-Zellen getragen [10,11]. Die durch Nervenendigungen nozizeptiv vermittelte Rückkopplung zwischen Zahn und ZNS trägt außerdem zum Schutz vor mechanischer Überlastung bei [12].

Abb. 1: Histologische Aufbereitung und Hämatoxylin-Eosin-Färbung des Pulpa-Dentin-Komplexes. A) Pulpa (links) und Dentin (rechts) bilden einen eng miteinander verbundenen Gewebekomplex. B) Zu erkennen sind von links nach rechts: Das lockere Bindegewebe der Pulpa mit Fibroblasten, Nerven und Blutgefäßen; säulenförmige, palisadenartig angeordnete Odontoblasten deren Fortsätze in das Dentin hineinragen; unmineralisiertes Prädentin (hellrosa) und mit Tubuli durchzogenes Dentin (dunkler gefärbt).

An vielen dieser Funktionen sind Odontoblasten beteiligt. Es handelt sich um postmitotische Zellen, die palisadenförmig die Pulpahöhle auskleiden (Abb. 1) [13]. Sie partizipieren an der Sinneswahrnehmung [14,15], können Kälteempfindungen weiterleiten [16], durch spezielle Rezeptoren können sie Pathogene detektieren [17] und auch für die Dentinbildung sind sie verantwortlich [8].

Doch auch wenn der Odontoblastensaum verletzt ist, kann eine Tertiärdentinbildung erfolgen [18]. In diesem Fall werden Stammzellen aus dem Inneren der Pulpa rekrutiert und differenzieren an der Stelle der Läsion in mineralisierende Zellen [19]. Bei einem konventionell endodontisch behandelten Zahn fehlen alle diese Funktionen, weshalb die Heilung oder Regeneration von irreversibel geschädigtem Pulpagewebe sinnvoll und wünschenswert ist.

Regeneration – eine Begriffserklärung

Spricht man von Pulparegeneration, gilt es einige Begrifflichkeiten zu definieren. Die Heilung eines Defekts kann auf mehrere Arten geschehen (Abb. 2). Während Heilung allgemein den Prozess der Rückbildung einer Erkrankung oder pathologischen Gewebsveränderung betitelt, so wird der Ersatz verloren gegangenen Gewebes durch narbigen Umbau oder die Bildung von ektopischem Gewebe als Reparatur bezeichnet.

Abb. 2: Sowohl Reparatur als auch Regeneration führen zu einer Heilung.

Es entsteht zum Beispiel eine Narbe. Dahingegen bedeutet die Regeneration eine funktionelle und morphologische Wiederherstellung des ursprünglich vorhandenen Organs oder Gewebes [20-22].

Echte Regeneration wird nur selten in der Natur beobachtet. Eine Art Regeneration passiert im Menschen beispielsweise nach einer Teilentfernung der Leber. Als einziges viszerales Organ kann die Leber verlorenes Gewebe in kurzer Zeit funktionell und morphologisch ersetzen, doch diese Fähigkeit hat die Zahnpulpa leider nicht [23,24].

So wächst auch ein Salamanderschwanz zwar augenscheinlich nach, besteht aber tatsächlich nur aus Knorpel, wichtige Bestandteile wie die Wirbelsegmente fehlen [24]. Viele Heilungsprozesse im menschlichen Körper und der Natur sind demnach definitionsgemäß Reparaturen.

Die Revitalisierung

Ein zur Wurzelkanalfüllung alternatives Verfahren, das in der zahnärztlichen Praxis schon erfolgreich angewendet und durch die European Society of Endodontology empfohlen wird, ist die Revitalisierung [25]. Besonders bei Zähnen mit nicht abgeschlossenem Wurzelwachstum stellt es eine Alternative zur Apexifikation durch einen MTA-Plug dar. Das Vorgehen sieht so aus: Nach Entfernung der nekrotischen Pulpa, medikamentöser Einlage und gründlicher Desinfektion des Kanals, wird eine Einblutung in das Kanallumen erzeugt [26].

Mit dem Blut werden mesenschymale Stammzellen, die in der apikalen Papille wurzelunreifer Zähne ansässig sind, eingeschwemmt. Diese können nun mit dem Blutkoagel als Leitstruktur neues Hart- und Weichgewebe im Wurzelkanal bilden (Abb. 3) [27]. Für die Behandlung sind zwei Sitzungen nötig, gefolgt von mehreren Kontrollterminen.

Der genaue Ablauf kann der Tabelle 1 entnommen werden,und einzelne Schritte werden anhand eines Fallbeispiels dargestellt (Abb. 4). Durch diese Behandlung kann sowohl ein Abheilen der periapikalen Läsion als auch das Wiedererlangen einer klinischen Kältesensibilität erzielt werden [28,29]. Zwar gibt es einige Evidenz für eine Verlängerung und Verdickung der nichtausgewachsenen Wurzeln, doch dieser wünschenswerte Behandlungsausgang kann nicht vorhersagbar beobachtet werden (Abb. 5) [30,31].

Abb. 4: Revitalisierung des Zahnes 21 [61].
A) u. B) Zustand nach Avulsion und Replantation des Zahnes 11 auf Grund eines Frontzahntraumas. 21 wies zuerst eine leichte Lockerung und eine positive Sensibilitätsreaktion auf. Bei der ersten Nachkontrolle wurde jedoch eine Nekrose diagnostiziert.
C) Der Zahn wurde trepaniert, der Wurzelkanal vorbereitet und gespült.
D) Der Wurzelkanal wurde getrocknet und es ist vitales Gewebe am apikalen Ende zu erkennen.
E) Durch das Überinstrumentieren mit einer Feile wurde eine Blutung erzeugt die langsam im Wurzelkanal anstieg.
F) u. G) Das Blutkoagulum wurde mit einer Kollagenmatrix abgedeckt und der Kanal mit einem modifizierten Kalziumsilikatzement verschlossen.
H) Eine Kontrollröntgenaufnahme wurde erstellt.
I) u. J) Die Kavität wurde durch Schmelzätzung, Konditionierung und Füllung mit einem Komposit verschlossen.
K) u. L) Nach 6 und 12 Monaten wurden Kontrollröntgenbilder angefertigt. Es zeigten sich keine pathologischen Befunde oder klinische Beschwerden. Ein Wiedererlangen der Kältesensibilität konnte nicht festgestellt werden.

Abb. 5: Der Behandlungserfolg nach einer Revitalisierungstherapie kann verschieden ausfallen, es kann zur Verlängerung der Wurzeln und Verkleinerung des Foramen apikale kommen (links), ektopische Mineralisation kann auftreten (mittig) oder der Kanal kann obliterieren (rechts).

Wird das Gewebe eines „revitalisierten“ Zahnes histologisch begutachtet, fällt auf, dass es sich hauptsächlich um ektopisches Gewebe wie Zement oder auch Knochen handelt [32,33]. Obwohl dies in vielen Fällen auch als klinischer Behandlungserfolg gewertet werden kann, findet hier dennoch lediglich ein reparativer Prozess statt, keine wirkliche Regeneration [34].

Die Faszination des Tissue Engineerings

Abb. 6: Die drei Säulen des Tissue Engineerings.

Um eine echte Regeneration zu erzielen, gibt es auch Bestrebungen durch Anwendung des Tissue Engineerings verlorenes Pulpengewebe biologisch zu ersetzen. 3 einzelne Elemente stellen dabei die Säulen des klassischen Tissue Engineerings dar: Stammzellen, Signalmoleküle und ein Gerüstmaterial (Abb. 6) [35]. Diese Komponenten können extrakorporal zusammengesetzt und als fertiges Gewebe implantiert werden, in der Zahnheilkunde werden sie jedoch meist erst in situ zusammengebracht [36].

Stammzellen sind im Körper in bestimmten Stammzellnischen anzutreffen, einer Umgebung, die ihr Überleben, ihre Selbsterneuerung und ihre Differenzierung reguliert [37]. Aus verschiedenen Geweben des Zahnes konnten Stammzellen isoliert werden. So zum Beispiel aus der dentalen Pulpa [38], dem parodontalen Ligament [39] oder der apikalen Papille (Abb. 7) [40].

Abb. 7: Die Stammzellen der apikalen Papille
A) Histologische Aufbereitung und Hämatoxylin-Eosin-Färbung der Wurzel eines nicht ausgewachsenen Zahnes. Die Papille wurde markiert.
B) Fluoreszenzfärbung der aus der apikalen Papille isolierten Stammzellen.

Sie können im Labor vermehrt werden und werden bereits für regenerative Zwecke verwendet [41]. Ein geeignetes Gerüstmaterial muss die natürliche Umgebung der Zielzellen in ihrem mechanischen und biochemischen Aufbau nachahmen. Es soll Migration, Anhaftung und Proliferation von Zellen erleichtern.

Außerdem muss es in den Wurzelkanal injizierbar sein und durch die Zellen abbaubar [42]. Auf ihre Eignung hin untersucht werden beispielsweise Kollagen, selbstorganisierende Peptide und Fibrin [43-45].

Signalmoleküle sollen eine odontogene Differenzierung der Stammzellen anstoßen. Es handelt sich um verschiedene Wachstumsfaktoren und Zytokine, die rekombinant hergestellt oder endogen aus Blutplasma oder Dentin gewonnen werden können [46-48]. Zellen, die mit geeigneten Signalmolekülen kultiviert werden, können sich in Endothelzellen, Nervenzellen, Fibroblasten und in odontoblastenähnliche Zellen verwandeln, die sogar Dentin anlagern können [49,50].

Die Zelltransplantation

Die Möglichkeit, durch Transplantation von Stammzellen in einem Gerüstmaterial, gespickt mit Signalmolekülen, neues Pulpagewebe zu generieren, konnte schon mehrfach im Tiermodell demonstriert werden [51,52]. Auch in einer klinischen Studie konnte das Prinzip an 9 Patienten mit guten Ergebnissen getestet werden [53]. Doch klinisch gestaltet sich diese Anwendung in der Zahnarztpraxis schwierig. Für die Gewinnung der autologen Stammzellen muss meist ein Zahn geopfert werden.

Es folgt eine aufwändige Isolierung und In-vitro-Expansion der Zellen (Abb. 8). All dies bedarf einer sehr spezifischen Indikation, teurer Laborausrüstung und führt demnach zu hohen Kosten [54].

Abb. 8: Die Zelltransplantation
A) Stammzellen werden beispielsweise aus Weisheitszähnen des Patienten isoliert und in vitro expandiert.
B) Der Wurzelkanal des Empfängerzahnes muss aufbereitet und desinfiziert werden.
C) Die Stammzellen werden, gemeinsam mit Signalmolekülen, in einem Gerüstmaterial injiziert.
D) Anschließend wird die Kavität adhäsiv verschlossen. Die Zellen können proliferieren, differenzieren und ggf. mineralisieren.

Das Zell-Homing

Um die Nachteile der Zelltransplantation zu umgehen, wurde der sogenannte Zell-Homing-Ansatz entwickelt. Es handelt sich um eine Variation des klassischen Tissue Engineerings, bei dem in der apikalen Papille ansässige Stammzellen genutzt werden. Der Schritt der Zellisolierung fällt weg, es wird lediglich ein Gerüstmaterial mit geeigneten Signalmolekülen in den leeren Wurzelkanal injiziert.

Die Signalmoleküle üben nun einen chemotaktischen Effekt auf Stammzellen aus, die in den Wurzelkanal einwandern und differenzieren [54,55]. Die Wahl passender Signalmoleküle ist somit von großer Bedeutung. Eine mögliche Quelle solcher Moleküle ist das Dentin selbst.

Eingebettet in der Dentinmatrix befinden sich über 800 verschiedene Proteine, darunter Zytokine, Wachstumsfaktoren und neurothrophe Faktoren [56,57]. Bei der Zahnentwicklung werden sie durch Odontoblasten sezerniert und im Laufe der Dentinapposition in der mineralisierten Matrix eingebettet und konserviert [8].

Durch Demineralisierungsvorgänge, wie beispielsweise einer Karies oder ETDA-Spülung, können diese Dentinmatrixproteine freigesetzt werden und ihre Funktion entfalten [49]. Ein ähnlicher Vorgang geschieht bei der Applikation von Kalziumhydroxidpräparaten, die durch ihren basischen pH ebenfalls eine Demineralisation auslösen [15].

In einem Laborverfahren isoliert, konnten sie untersucht und ihre Fähigkeit, Migration und Differenzierung zu veranlassen, nachgewiesen werden. Doch auch chairside können ausreichende Mengen von Dentinmatrixproteinen aus aufbereiteten Wurzelkanälen isoliert werden, um biologische Effekte auszulösen [58].

Die Durchführung einer regenerativen Therapie durch den Zell-Homing-Ansatz könnte in einer zahnärztlichen Praxis wie folgt aussehen: Nach der Wurzelkanalaufbereitung und Desinfektion schließt sich bei Zähnen mit ausgewachsenen Wurzeln eine leichte Erweiterung des Foramen apikale an. Der Wurzelkanal kann nun mit EDTA unter Ultraschallaktivierung gespült werden, um Dentinmatrixproteine zu lösen. Das aufgefangene EDTA kann durch Aufbereitungs- und Zentrifugationsschritte neutralisiert werden, und die Dentinmatrixproteine werden aufkonzentriert.

Nun werden die Signalmoleküle zu einem Gerüstmaterial wie Fibrin gegeben; das Material kann in den Wurzelkanal injiziert werden und dort aushärten. Abschließend wird die Kavität mit einem Kalziumsilikatzement verschlossen und adhäsiv abgedeckt (Abb. 9) [59]. Diesen Ablauf gilt es momentan in klinischen Studien zu validieren.

Abb. 9: Das Zell-Homing.
A) Nach Aufbereitung des Wurzelkanals können Dentinmatrixproteine durch EDTA und Ultraschallaktivierung aus den Kanalwänden herausgelöst werden. Bei Zähnen mit ausgewachsener Wurzel kann eine Vergrößerung des Foramen apikale nötig sein.
B) Die in ein neutrales Lösungsmittel überführten Dentinmatrixproteine werden aufkonzentriert und in einem Gerüstmaterial in den Wurzelkanal injiziert.
C) Aus der periapikalen Umgebung des Zahnes werden durch die Homing-Moleküle Stammzellen attrahiert und migrieren in den Wurzelkanal.
D) Die Stammzellen können angeregt durch die Signalmoleküle differenzieren. Zellen können sich an die
Dentinwände heften und zu odontoblastenähnlichen Zellen werden.

Schlussfolgerung

Die vollständige Pulparegeneration ist also doch keine reine Fiktion. Dieser Behandlungsansatz wird stetig weiter erforscht und entwickelt, und wird in naher Zukunft weiteren Einzug in den klinischen Alltag nehmen. Bis es so weit ist, stellt jedoch die Revitalisierungsbehandlung, welche reproduzierbar zu klinischem Erfolg führt, eine gute Alternative zur konventionellen endodontischen Behandlung unserer Patienten dar.

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Pulparegeneration in der Praxis: „Pulp Fiction“?