Micro-computertomographische und histologische Untersuchung von Dentalimplantaten in Knorpel

Abstract

<strong>Einleitung:</strong> Wenn Knorpeldefekte aufgetreten sind oder eine knöcherne Verankerung aufgrund von orthopädischen, kiefer- und gesichtschirurgischen Eingriffen nicht mehr zur Verfügung stehen, können alternative biologische Strukturen für eine stabile Retention wichtig sein. Je nach Ausmaß des Traumas oder der notwendigen Resektion kann dazu auch Knorpel als autogene Verankerung infrage kommen. Da Knorpel nicht wie Knochen remodelliert, muss die Stabilität der inserierten Implantate untersucht werden. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, zu analysieren, wie intensiv der Kontakt zwischen Knorpel und Verankerungselementen ist. Dabei sollte die Eignung von µCT und Histologie als Methoden zur Visualisierung und Analyse des Kontakts zwischen Knorpel und Implantatoberfläche (KIK) untersucht werden, analog zu dem in den vorliegenden Studien für Knochen bewährten Knochen-Implantat-Kontakt (BIC). Da es für dentale Implantate wohldefinierte Bohrprotokolle gibt, haben wir dentale Titanimplantate mit unterschiedlichen Durchmessern in Kombination mit variierenden Bohrprotokollen verwendet. <br /> <strong>Methode:</strong> In dieser tierexperimentellen Studie wurden 26 Titanimplantate mit definierter Länge (11 mm) und Einheilzeit (3 Monate), die in caninen Sternumknorpel eingesetzt wurden, mit unterschiedlichen Implantatdurchmessern (3,3 mm; 4,2 mm; 5,5 mm), verschiedenen Durchmessern der Vorbohrung (Extrabohrung) und Präparation des Implantatlagers mit oder ohne Applikation einer resorbierbaren Membran untersucht. Der Knorpel-Implantat-Kontakt (KIK) wurde insgesamt und abschnittsweise mittels µCT-Scans mit den Programmen "DataViewer" und "CT-Analyzer" (Bruker, Billerica, USA) und histologisch mit der Software "ImageJ" (Fiji, Bethesda, USA) gemessen. <br /> <strong>Ergebnisse:</strong> Der gemessene KIK betrug radiologisch durchschnittlich 27,3 % (SD = 7,7 %) und histologisch 38,3 % (SD = 13,1 %) für alle Proben, alle Schnitte und alle Präparationsarten bei allen Implantatdurchmessern. Beim Vergleich der beiden Methoden ergab sich ein signifikanter Unterschied zwischen dem in µCT und Histologie ermittelten KIK. Insgesamt ist der KIK in der Histologie im Durchschnitt um 11,0 % höher. Allerdings ist die Streuung der radiologischen im Vergleich zu den histologischen Werten geringer. Weder das Bohrprotokoll, noch die Insertion einer Membran, noch unterschiedliche Implantatdurchmesser zeigten einen statistisch signifikanten Einfluss auf den KIK. <br /> <strong>Schlussfolgerung:</strong> Ein spaltfreier, intensiver Kontakt zwischen Implantat und Knorpel scheint dann zu entstehen, wenn sich der Knorpel aufgrund seiner elastischen Eigenschaften durch die beim Bohren entstehende Spannung ausdehnt. In der Histologie zeigten die Präparationen bei Extrabohrung keinen direkten Kontakt zwischen Knorpel und Implantat im krestalen Bereich, während ein passendes Bohrprotokoll mit einem direkten, spaltfreien Kontakt einhergeht. Insgesamt ist festzuhalten, dass die Aufbereitung des Implantatlagers präzise durchgeführt und das Bohrprotokoll genau eingehalten werden sollte. Die Frage, ob Knorpel als stabiles Retentionslager geeignet ist, kann durch die Ergebnisse dieser Studie nicht abschließend geklärt werden. Um beurteilen zu können, ob ein KIK von 27 bis 38 % die Stabilität eines Implantats gewährleisten kann, sollten biomechanische Untersuchungen oder klinische Studien unter Belastung folgen.

<strong>Analysis of Dental Implants Inserted into Cartilage using µCT and Histology</strong> <br /> <strong>Objective:</strong> If cartilage defects have occurred or if osseous sites are no longer available because of orthopaedic, oral and maxillofacial surgery, alternative biological structures can be important for a stable retention. However, depending on the extent of the trauma or the necessary resection, cartilage could be used as an autogenous anchorage site. As cartilage does not remodel like bone, the stability of inserted implants needs to be investigated. Hence, the aim of the present study was to analyse how intense the contact between cartilage and anchoring element is. Therefore the suitability of µCT and histology as methods for visualising and analysing the contact between cartilage and implant surface (CIC) should be investigated, analogous to the bone implant contact (BIC) proven successful in present studies for bone. Since there are well-defined drilling protocols for dental implants, we used dental titanium implants of different diameters in combination with varying drilling protocols. <br /> <strong>Methods:</strong> In this animal experimental study, 26 titanium implants of defined length (11 mm) and healing time (3 months) placed in canine sternum cartilage were investigated with varying implant diameters (3.3 mm; 4.2 mm; 5.5 mm), different diameters of the pre-drilling (extra-drill) and preparation of the implant site with or without application of a resorbable membrane. Cartilage implant contact (CIC) was measured in total and in sections using µCT-scans with the programs „DataViewer“ and „CT-Analyzer“ (Bruker, Billerica, USA) and histologically using the software „ImageJ“ (Fiji, Bethesda, USA). <br /> <strong>Results:</strong> Measured CIC showed an average of 27.3 % radiologically (standard deviation = 7.7 %) and 38.3% histologically (standard deviation = 13.1 %) for all specimens, all sections and all preparation modes in all implant diameters. Comparing the two methods, there was a significant difference between the CIC determined in µCT and histology. Overall, the CIC is 11.0 % higher on average in histology. However, there is less scattering of the radiological compared to the histological values. Neither the drilling protocol, nor the application of a membrane, or different implant diameters showed a statistically significant influence on the CIC. <br /> <strong>Conclusion:</strong> A gap-free, intense contact between implant and cartilage seems to occur when the cartilage expands in consequence of the tension created by drilling due to its elastic properties. In histology the preparations with an extra-drill showed no direct contact between cartilage and implant in the crestal area, while a matching drilling protocol reflects with a direct, gap-free contact. Overall, it has to be stated that the preparation of the implant site should be carried out precisely and the drilling protocol should be accurately followed. The question of whether cartilage is suitable as a stable retention site cannot be conclusively clarified by the results of this study. In order to be able to evaluate whether a CIC of 27 to 38 % can guarantee the stability of an implant, biomechanical studies or clinical studies under load have to follow.