Zahnerhaltung

Eine Einteilung der Kompositmaterialien

Update Komposite: Einführung – Teil 3

Fortsetzung

Kompomere ( = Polyacrylsäuremodifizierte Komposite)

Die Erfolgsstory begann im Jahr 1993 mit der Markteinführung von Dyract, einem Material, das bis heute (Dyract Xtra) zahlreiche Modifizierungen und Verbesserungen erfuhr. Im Endeffekt ist ein Kompomer ein Komposit, das neben den Füllkörpern der Glasionomerzemente, die aufgrund ihrer reagiblen Gläser eine gewisse Fluoridionenfreisetzung ermöglichen, bifunktionelle Monomere enthält. Diese können zum einen in ein bestehendes klassisches Kompositnetzwerk integriert werden, sich aber auch an der Säure-Base-Reaktion eines klassischen Glasionomerzementes beteiligen und somit die angesprochene Säure-Base-Reaktion mit den Gläsern bewirken. Da jedes Kompomer wie angesprochen ein Komposit darstellt, braucht es die adhäsive Anbindung an die Zahnhartsubstanz. Hierfür wurde zur Markteinführung von Dyract das PSA-Prime vorgestellt; aus heutiger Sicht das erste „All-in-one“-selbstkonditionierende Adhäsiv. Da dieses Produkt – genauso wie die spätere Prime&Bond- Reihe – Aceton als Lösungsmittel enthielt, benötigte es feuchtes Dentin als Klebesubstrat, um eine Penetration in die Zahnhartsubstanz zu ermöglichen. Aus der Notwendigkeit des feuchten Dentins (= Wasser) für die Anwendung des zum Kompomer gehörigen PSA-Prime machten die Zahnärzte relativ schnell die „schwimmende Verlegung“ von Kompomer, da Kompomer ja „feuchtigkeitstoleranter“ sei. Eine Story, die sich hartnäckig bis heute hält! Diese schwimmende Verlegung in einer speichelgefluteten Kavität war aber nie die erwünschte Klebegrundlage dieses Materials – erstaunlich, wie gut es trotzdem funktionierte. Die beschriebene Feuchtigkeitstoleranz basierte auf dem postulierten sekundären Härtungsmechanismus der beschriebenen Säure-Base-Reaktion, zu der Wasser als Katalysator erforderlich ist, das wiederum über die nächsten Wochen nach dem Legen durch Feuchtigkeitsaufnahme aus der Mundhöhle in das Material gelangen sollte. Ein gewisser kariesprotektiver Mechanismus über die Freisetzung von Fluoridionen bei der Reaktion der Glasfüllkörper ist zwar vorhanden und auch nachweisbar, entspricht aber nicht dem eines klassischen Glasionomerzementes. Kompomere werden heute vorrangig in der Kinderzahnheilkunde eingesetzt; sind aber für weitere Indikationen, sogar für den kaudruckbelasteten Seitenzahnbereich freigegeben.

Ormocere

Die Grundidee der Ormocere („organic modified ceramics“) war so genial wie einfach: Über ein neues, aus Silizium und Sauerstoff bestehendes Grundgerüst aus anorganischer Chemie mit Anhängern aus konventioneller, organischer und polymerisierbarer Chemie sollte ein sowohl schrumpfreduziertes als auch bioverträglicheres Material geschaffen werden. Nachdem inzwischen nachgewiesen wurde, dass ein Ormocer zwar das Potenzial zur Reduktion der Polymerisationsschrumpfung hat, keines der am Markt befindlichen Ormocerfüllungsmaterialien dies hingegen umsetzten konnte, ist es relativ still geworden um diese einst als so innovativ gefeierte Füllungsmaterialgruppe. Auch hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften rangieren die Ormocermaterialien heute bestenfalls im Mittelfeld der konventionellen Hybridkomposite. Einzig hinsichtlich der Bioverträglichkeit scheinen die Ormocere aufgrund ihrer partiell anorganischen Matrixstruktur gegenüber den konventionellen Kompositen mit ihrer organischen Matrixstruktur Verbesserungspotenzial aufzuweisen. Es sei allerdings davor gewarnt, ein Ormocer als die Lösung für Patienten mit Allergien gegen Kompositbestandteile zu sehen. Aufgrund der Matrixstruktur, die aus anorganischen (Si-O-Ketten) und konventionellen organischen Komponenten (CH2-Gruppen) besteht, ist noch genügend potenziell allergenes Material in der Matrix vorhanden. Zusätzlich sind konventionelle Reaktivverdünner und Photopolymerisationsinitiatoren ebenso enthalten. Es gibt bisher noch keinen wissenschaftlich fundierten Nachweis, mit welcher Matrixzusammensetzung ein Kompositmaterial bei Allergiepatienten bedenkenlos eingesetzt werden kann. Eine vorhergehende dermatologische Abklärung ist hier nach wie vor sinnvoll. Heutige Komposite auf Ormocerbasis, wie Admira (VOCO) oder CeramX (DENTSPLY) punkten und werben aus diesem Grunde eher mit ihren Handlingeigenschaften oder einem innovativen Farbsystem (CeramX) als mit der Ormocerhistorie. VOCO forscht hingegen weiter an der Ormocer-Technik und hat bereits ein sehr viel versprechendes experimentelles Material in petto, das diesmal eine deutliche Schrumpfkraftreduktion aufweist.

Komposite mit nachweislich Schrumpfkraft-reduzierter Matrix

Alle Anstrengungen zur Reduktion der Polymerisationsschrumpfung, die mehr als lediglich einige Zehntelprozent betragen sollen, führen zwangsläufig zur vollständigen Neuentwicklung von Monomersystemen, welche zum Beispiel über Ringöffnungen eine Volumenkontraktion ausgleichen.

Silorane

Einen ganz neuen Weg ging 3M ESPE mit Filtek Silorane, das im Jahr 2007 nach 12 Jahren Entwicklungsarbeit endlich auf dem Markt eingeführt werden konnte. Bei diesem innovativen Material wird der konventionelle Weg der radikalischen Polymerisationsreaktion verlassen und eine kationische Ringöffnungspolymerisation an deren Stelle gesetzt. Die Idee hinter der Technik: ein Monomer, das nicht wie das klassische Bowen-Harz linear aufgebaut ist, sondern im unpolymerisierten Zustand eine Ringform aufweist und beim Aushärten „aufklappt“. Die Folge ist eine dezente Positionsveränderung an den Bindungsstellen, die in keinster Weise mit der klassischen Polymerisationsschrumpfung eines linearen Moleküls vergleichbar ist. Mit dieser Technik konnte erstmals eine Polymerisationsschrumpfung < 1 % erreicht werden und gleichzeitig eine Reduktion der resultierenden Polymerisationsschrumpfungskraft um 50 % – ein Wert, der nicht als akademisch zu betrachten ist10. Da der Füllergehalt dem eines konventionellen Komposits entspricht, erhöht sich in diesem Fall nicht der Elastizitätsmodul. Deshalb kann die Reduktion der Polymerisationsschrumpfung direkt in eine Reduktion der Polymerisationsschrumpfungskraft umgesetzt werden – das, was man eigentlich immer erzielen wollte. Ein weiterer positiver Nebeneffekt dieser neuen Monomertechnik ist ein extrem hoher Konversionsgrad (dem Prozentanteil reagierter Bindungsstellen) von über 90 % (herkömmliche Komposite kommen hier maximal auf 75 %). Derart hohe Konversionsraten versprechen am ehesten die Persistenz der initial erreichten physikalischen Eigenschaften über die Zeit.

Filtek Silorane ist ein extrem hydrophobes Material. Aus diesem Grunde muss ein spezieller hydrophober „Connector“ als zusätzlicher Arbeitsschritt integriert werden, da sonst das Material nicht an ein herkömmliches Adhäsiv anbinden kann. Der Hersteller koppelt daher die Silorane-Anwendung an ein spezielles Zweischritt- Silorane-Systemadhäsiv. Tatsächlich handelt es sich um ein selbstkonditionierendes „All-in-one“-Adhäsiv (daran zu erkennen, dass der Primer lichtgehärtet werden muss) und den besagten hydrophoben „Overcoat“. Demnach könnte eigentlich jedes Adhäsiv in Verbindung mit Filtek Silorane verwendet werden (positive Daten für die Kombination Phosphorsäureätzung + Scotchbond 1XT + Silorane Systemadhäsiv BOND liegen vor), wenn anschließend das Filtek Silorane Systemadhäsiv BOND aufgebracht wird. Da zu befürchten ist, dass dieser immens wichtige Schritt in der täglichen Anwendung eventuell in Vergessenheit gerät, rät der Hersteller verständlicherweise zu der Systemanwendung. Die strikte Anforderung, das Systemadhäsiv als einziges zugelassenes Adhäsiv zu verwenden, hat sicherlich viele potenzielle Anwender verschreckt. Das Material überzeugt durch das Handling und die Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslicht (OP-Leuchte); Verbesserungsbedarf besteht allerdings noch bei der Abrasionsstabilität und der Röntgenopazität, zudem fehlt noch ein dringend erforderliches Silorane-Flow.

Komposite mit reduziertem E-Modul trotz hohen Füllergehaltes

Wie oben bereits angesprochen, ist die Polymerisationsschrumpfungskraft als Produkt aus Schrumpfung und Elastizitätsmodul zu verstehen. Somit kann man auch den Elastizitätsmodul des Gesamtkomposits reduzieren (d. h. das Material etwas elastischer machen), um zum selben Effekt der Polymerisationsschrumpfungskraft zu gelangen – es führen durchaus mehrere Wege nach Rom. Diesen Weg ging Heraeus Kulzer mit Venus Diamond. Auch hier ist ein neues Molekül enthalten: Ein Urethan- Monomer (TCD-Urethan), das eine elastische Zwischenkette enthält, ist für die Reduktion des Elastizitätsmoduls hin zu einem optimalen Wert verantwortlich (nochmals: ein hoher E-Modul zeigt ein sehr starres Material an). Ideal wäre ein Elastizitätsmodul zwischen dem von Dentin und Zahnschmelz. In Kombination mit einer hohen Packungsdichte von Füllkörpern unterschiedlicher Größe konnte hier ein Material entwickelt werden, das annähernd die Polymerisationsschrumpfungskraft- Reduktion eines Filtek Silorane aufweist, aber gleichzeitig wohl das Material mit den besten physikalischen Eigenschaften (hohe Biegebruchfestigkeit, wenig Abrasion) darstellt, was für die heutige Anwendung von Kompositen auch in größeren Kavitäten (teilweise auch mit Höckeraufbauten) natürlich sehr interessant ist. Im Gegensatz zu Filtek Silorane ist das Material in seiner Indikationstellung nicht auf den Seitenzahnbereich limitiert und eher als Universalmaterial positioniert; zudem kann es mit jedem gängigen Adhäsiv bzw. Flowkomposit angewendet werden.

Komposite mit verzögertem Schrumpfkraft-Aufbau

Bei diesen Kompositen wurde wiederum eine weitere Möglichkeit zur Reduktion der Polymerisationsschrumpfungskraft realisiert, diesmal durch eine Verzögerung des internen Spannungsaufbaus – in Grundprinzip, das aus der Soft-Start-Polymerisation bekannt ist. Der Grund, warum es um die Soft-Start-Polymerisation heute ruhiger geworden ist, liegt darin, dass für eine deutliche Beeinflussung der Schrumpfkraftentwicklung über eine Hinauszögerung des Gel-Punktes eine Gesamtpolymerisationszeit von ca. 40 Sekunden erforderlich ist. Nur dann kommt ein Soft-Start-Vorlauf mit reduzierter und langsam ansteigender Lichtintensität relevant zum Tragen. Da aber nach 20 Sekunden die meisten Kompositinkremente oftmals schon ausgehärtet sind, hat dieses Prinzip der Lichtgerät-induzierten Soft-Start-Polymerisation unter heutigen Gesichtspunkten keine Bedeutung mehr.

DENTSPLY kam nun auf die Idee, dieses Soft-Start-Prinzip in die Komposit- Matrixchemie zu integrieren und somit eine Art „chemische Soft- Start-Polymerisation“ zu kreieren. Ein entsprechendes experimentelles Material in konventioneller Kompositkonsistenz zeigte auch hier hinsichtlich einer Schrumpfkraftentwicklung sehr interessante Resultate. DENTSPLY nutzte hingegen die Technik in dem Material SDR (Smart Dentin Replacement) nicht, um die Polymerisationsschrumpfungskraft eines konventionellen Komposites zu reduzieren, sondern um bei vergleichbarer Polymerisationsschrumpfungskraft die Konsistenz so zu verändern, dass sie annähernd der eines Flowkomposits entspricht und somit ein gewisser selbstadaptierender Effekt in tiefen Kavitätenarealen erreicht wird. Die- se Handlingerleichterung (wie eingangs für Flowables bereits beschrieben) kann sicherlich zu verbesserten klinischen Ergebnissen führen; in Kauf nehmen muss man allerdings die relativ transluzente Farbe à la QuiXfil und die Notwendigkeit, das Material auf der Kaufläche mit einem konventionellen Komposit zu überschichten.

Komposite mit speziellen, langkettigen Monomeren

Dieses unter dem Namen Kalore von GC jüngst auf den Markt gebrachte Komposit basiert auf einem speziellen langkettigen Monomer, das als „DuPont“-Monomer bereits hinlänglich bekannt ist – nur nicht in Füllungsmaterialien. Derartige langkettige Monomere sind in der Tat in der Lage, nicht nur den Schrumpf, sondern auch die Schrumpfungskraft deutlich zu reduzieren. Das Prinzip ist einfach zu verstehen: Wenige langkettige Moleküle müssen weniger Distanz „überbrücken“, wenn sie polymerisieren, als mehrere kurzkettige. Eine reduzierte Schrumpfung ist die Folge. Die Zugabe von Präpolymerisaten – wie schon von Premise und Tetric EvoCeram bekannt – unterstützt hierbei die Reduktion der Schrumpfkraftentwicklung. Hinsichtlich der mechanischen Stabilität ist noch wenig bekannt; demzufolge sollten hier erst einmal In-vitro-Tests und vor allem klinische Studien zur Belastbarkeit publiziert werden; denn die reduzierte Schrumpfungskraft allein macht noch kein gutes Komposit! Gerade eine neue Matrixchemie kann sich hier auch einmal als Bumerang erweisen.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Prof. Dr. Claus-Peter Ernst