Dental and Medical Problems

Dent Med Probl
Index Copernicus (ICV 2020) – 128.41
MEiN – 70 pts
CiteScore (2021) – 2.0
JCI – 0.5
Average rejection rate (2021) – 81.35%
ISSN 1644-387X (print)
ISSN 2300-9020 (online)
Periodicity – quarterly

Download PDF

Dental and Medical Problems

2011, vol. 48, nr 4, October-December, p. 547–553

Publication type: review article

Language: Polish

Preparaty kościozastępcze

Bone Graft Substitutes

Maciej Koźlik1,, Piotr Wójcicki1,, Dariusz Rychlik1,

1 Klinika Chirurgii Plastycznej Akademii Medycznej we Wrocławiu Oddział i Klinika Chirurgii Plastycznej Specjalistycznego Centrum Medycznego w Polanicy-Zdroju

Streszczenie

Przeszczepy kości są szeroko stosowane przez ortopedów, neurochirurgów, chirurgów plastycznych, chirurgów szczękowo-twarzowych i periodontologów w celach rekonstrukcyjnych. Najczęściej są wykonywane przeszczepy autogenne. Wgajają się one najlepiej, choć ich pobranie wiąże się z wysokim ryzykiem powikłań, takich jak: infekcja, powstanie krwiaka, uszkodzenia nerwów, wystąpienie przewlekłych pooperacyjnych dolegliwości bólowych w miejscu pobrania, a także częstych zniekształceń pooperacyjnych miejsca dawczego lub nawet niestabilności miednicy. Z uwagi na wymienione ograniczenia przeszczepów kości własnej coraz częściej są stosowane substytuty kości. Ze względu na pochodzenie materiału i uwarunkowanie immunologiczne preparaty kościozastępcze dzieli się na: allogenne, alloplastyczne oraz ksenogenne. Celem pracy było przedstawienie właściwości poszczególnych grup preparatów. Idealny substytut kości powinien mieć właściwości osteogenne, osteoindukcyjne, osteokondukcyjne, biokompatybilność i bioresorbowalność oraz zapewniać podobną do naturalnej kości wytrzymałość na obciążenia. W celu poprawy wgajania się przeszczepów kości autogennej oraz materiałów kościozastępczych stosuje się błony membranowe i wyizolowane czynniki wzrostu. Proces ten jest nazywany sterowaną regeneracją kości. Wielkie nadzieje wiąże się z wykorzystaniem w przyszłości komórek macierzystych pobranych ze szpiku kostnego pacjenta hodowanych w kierunku osteoblastów na specjalnym, dostosowanym do każdego pacjenta, resorbowalnym polimerowym rusztowaniu.

Abstract

Bone grafts are used for reconstructive purposes by orthopaedic surgeons, neurosurgeons, plastic surgeons, craniofacial surgeons and periodontists. Autogenous bone graft is used routinely. It heals best but during the procedure of its collection there is high complication rate at donor site including infection, haematoma, nerve damage, chronic pain in donor site, frequent donor site deformation or even pelvic instability. Because of the mentioned limitations on autogenous bone graft, bone graft substitutes are used more and more frequently. Bone graft substitutes can be divided into 3 groups according to their origin and immunological properties: allografts, synthetic materials and xenografts. The aim of the work was to characterize the properties of each group of substitutes. The ideal bone graft substitute should be osteogenic, osteoinductive, osteoconductive, biocompatibile and bioreabsorbable and provide similar durability as natural bone. Barrier membranes and growth factors are used to improve healing process of autogenous and substitute bone grafts. This procedure is known as guided bone regeneration. Great expectations of bone grafting are connected with stem cells from patient’s bone marrow cultured to osteoblasts on special, personalized, absorbable polymer scaffold.

Słowa kluczowe

preparaty kościozastępcze, sterowana regeneracja kości

Key words

bone graft substitutes, guided bone regeneration

References (39)

  1. Van Heest A., Swiontkowski M.: Bone-graft substitutes. Lancet 1999, 353, 28–29.
  2. Hing K.A.: Bone repair in the twenty-first century: biology, chemistry or engineering? Philos. Transact. A. Math. Phys. Eng. Sci. 2004, 362, 2821–2850.
  3. Banwart J.C., Asher M.A., Hassanein R.S.: Iliac crest bone graft harvest donor site morbidity. A statistical evaluation. Spine (Phila Pa 1976), 1995, 20, 1055–1060.
  4. Majewski S., Majewski P.: Biologiczne mechanizmy przebudowy struktur kostnych i gojenia tkanek miękkich jamy ustnej po zabiegach implantacyjnych. Por. Stomatol. 2009, 9, 230–235.
  5. Barrère F., van Blitterswijk C.A, de Groot K.: Bone regeneration: molecular and cellular interactions with calcium phosphate ceramics. Int. J. Nanomed. 2006, 1, 317–332.
  6. Sodek J., Cheifetz S.: Molecular regulation of osteogenesis. In: Bone Engineering. E ds. Davies J. Toronto 2001, 31–43.
  7. Kamiński A., Zasacka M. Wanyura H.: Demineralizowana macierz kostna – przygotowanie i zastosowanie w leczeniu stomatologicznym. Czas. Stomatol. 2007, 50, 601–610.
  8. Niedźwiecki T, Kuryszko J.J.: Biologia kości. PWN, Warszawa 2007, 38–55.
  9. Rummelhart J.M., Mellonig J.T., Gray J.L., Towle H.J.: A comparison of freeze-dried bone allograft and demineralized freeze-dried bone allograft in human periodontalosseous defects. J. Periodontol. 1989, 60, 655–663.
  10. Piętka T., Krzymański G., Domański W., Przybysz J.: Przeszczepy allogennej kości mrożonej i autogennego szpiku w leczeniu rozległych ubytków kości szczęk. Czas. Stomatol. 2007, 60, 312–320.
  11. Zhang M., Powers R.M., Wolfinbarger L.: Effect(s) of the demineralization process on the osteoinductivity of demineralizedbone matrix. J. Periodontol. 1997, 68, 1085–1096.
  12. CDC. Epidemiologic notes and reports transmission of HIV through bone transplantation: Case report and public health recommendations. MMWR. 1988, 37, 597–599.
  13. Dressmann H.: Über Knochenplombierung bei Hohlenformigen Defekten des Knochens. Beitr. Klin. Chir. 1892, 9, 804–810.
  14. Strocchi R., Pecora G., Piatelli A.: Bone regeneration with calcium sulfate: evidence for increased angiogenesis in rabbits. J. Oral Implantol. 2002, 28, 273–278.
  15. Van der Stok J., Van Lieshout E., El-Massoudi Y., Van Kralingen G .H, Patka P.: Bone substitutes in the Netherlands – A systematic literature review.. 2011, 7, 739–750.
  16. Parikh S.N.: Bone graft substitutes: past, present, future. J. Postgrad. Med. 2002, 48, 142.
  17. Szewczyk-Nykiel A., Kazior J., Nykiel M.: Charakterystyka biomateriałów kompozytowych typu AISI 316L – Hydroksyapatyt. Technical Transactions, Mechanics 2009, 106, 39–44.
  18. Albee F.H., Morrison H.F.: Studies in bone growth, triple calcium phosphate as a stimulus to osteogenesis. Ann. Surg. 1920, 71, 32.
  19. Moore W.R., Graves S.E., Bain G.I.: Synthetic bone graft substitutes. ANZ J. Surg. 2001, 71, 354–361.
  20. Giannoudis P.V., Dinopoulos H., Tsiridis E.: Bone substitutes: an update. Injury 2005, 36, 20.
  21. Valimaki V.V., Aro H.T.: Molecular basis for action of bioactive glasses as bone graft substitute. Scand. J. Surg. 2006, 95, 95–102.
  22. Chłopek J.: Kompozyty w medycynie. Kompozyty 2001, 1, 50–541.
  23. Rosół P.: Określenie trwałości implantów z kompozytów polimerowych. Praca doktorska. AGH, Kraków 2006.
  24. Puchała P., Kucharski G., Jaremczuk B., Monkos-Jaremczuk E.: Przegląd biomateriałów na podstawie piśmiennictwa. TPS 2008, 10, 5, 28–36.
  25. Tampieri A., Sprio S., Ruffini A., Celotti G., Lesci I.G., Roveri N.: From wood to bone: multi-step process to convert wood hierarchical structures into biomimetic hydroxyapatite scaffolds for bone tissue engineering. J. Mat. Chem. 2009, 19, 4973–4980.
  26. Meekeren J.J.: Observationes medico-chirurgicae. Ex Officina Henrici & Vidnare Theodori, Amsterdam 1682.
  27. Stavropoulos A.: Deproteinized Bovine Bone Xenograft. In: Orthopedic biology and medicine: Musculosceletal tissue regeneration. Ed. Pietrzak W.S. Humana Press 2008.
  28. Hammerle C.H., Chiantella G.C., Karring T., Lang N.P.: The effect of a deproteinized bovine bone mineral on bone regeneration around titanium dental implants. Clin. Oral Implants Res. 1998, 9, 151–161.
  29. Sampath T.K., Reddi A.H.: Homology of bone-inductive proteins from human, monkey, bovine and rat extracellular matrix. Proc. Nati. Acad. Sci. USA. 1983, 80, 6591–6595.
  30. Leite F., Ramalho L.: Bone regeneration after demineralized bone matrix and castor oil (Ricinus Communis) polyurethane implantation. J. Appl. Oral Sci. 2008, 16, 122–126.
  31. Bigham A.S., Dehghani S.N., Shafiei Z., Torabi Nezhad S.: Xenogenic demineralized bone matrix and fresh autogenous cortical bone effects on experimental bone healing: radiological, histopathological and biomechanical evaluation. J. Orthop. Traumatol. 2008, 9, 73–80.
  32. Okumus Z., Yildirim O.: The cuttlefish backbone: A new bone xenograft material? Turk. J. Vet. Anim. Sci. 2005, 29, 1177–1184.
  33. Reynolds M.A., Aichelmann-Reidy M.E., Branch-Mays G.L., Gunsolley J.C.: The efficacy of bone replacement grafts in the treatment of periodontal osseous defects. A systematic review. Ann. Periodontol. 2003, 8, 227– 265.
  34. Mardas N., Kostopoulos L., Stavropoulos A., Karring T.: Osteogenesis by guided tissue regeneration and demineralized bone matrix. J. Clin. Periodontol. 2003, 30, 176–183.
  35. Wiltfang J., Kloss F. R., Kessler P., Nkenke E., Schultze-Mosgau S., Zimmermann R., Schlegel K.A.: Effects of platelet-rich plasma on bone healing in combination with autogenous bone and bone substitutes in critical-size defects. An animal experiment. Clin. Oral Implants Res. 2004, 15, 187–193.
  36. Szpalski M., Gunzburg R.: Recombinant human bone morphogenetic protein 2: a novel osteoinductive alternative to autogenous bone graft? Acta Orthop. Belg. 2005, 71, 133–148.
  37. Gautschi O.P., Frey S.P., Zellweger R.: Bone morphogenetic proteins in clinical applications. ANZ J. Surg. 2007, 77, 626–631.
  38. Ripamonti U., Ramoshebi L.N., Teare J., Renton L., Ferretti C.: The induction of endochondral bone formation by transforming growth factor-beta(3): experimental studies in the non-human primate Papio ursinus. J. Cell Mol. Med. 2008, 12, 1029–1048.
  39. Saadeh P.B., Mehrara B.J., Steinbrech D.S., Dudziak M.E., Greenwald J.A., Luchs J.S., Spector J.A., Ueno H., Gittes G.K., Longaker M.T.: Transforming growth factor-beta1 modulates the expression of vascular endothelial growth factor by osteoblasts. Am. J. Physiol. 1999, 277, 628–637.