Materialunverträglichkeiten bei dentalen, enossalen Implantaten

Aufgrund der weit verbreiteten Verwendung von metallischen Biomaterialien wie Titan wurde in der Zahnmedizin seit einigen Jahren verstärkt der Fokus auf mögliche materialbedingte Auswirkungen von Titanimplantaten auf die periimplantären Gewebe gelenkt. In der wissenschaftlichen Literatur verdichten sich Hinweise darauf, dass die Oberflächen von Implantaten im menschlichen Körper durch die Freisetzung von Partikeln eine potenzielle Quelle für eine systemische Kontamination mit Titanmaterial sein können.

Angesichts des häufigen Einsatzes von Titanimplantaten in der Zahnmedizin und aufgrund der durchaus langen Liegezeit dieser Implantate im menschlichen Körper, ist es unerlässlich, ein umfassendes Verständnis der möglichen langfristigen Auswirkungen zu erlangen, denn kein Metall und keine Metalllegierung verhalten sich in vivo vollkommen inert. Eine erste Zusammenfassung der bestehenden Evidenz zu diesem Thema hat die Leitliniengruppe in der S3-Leitlinie „Materialunverträglichkeiten bei dentalen, enossalen Implantaten“ vorgenommen.

Allergische Reaktionen vom Typ IV, auch als Überempfindlichkeitsreaktionen vom verzögerten Typ oder zellvermittelte Allergien bezeichnet, gegenüber Titan sind außergewöhnlich selten, da Titan aufgrund seiner hohen Affinität zu Sauerstoff sofort nach einem beliebigen Kontakt Oxidverbindungen bildet. Aufgrund ihrer Beschaffenheit können Oxide keine Bindungen mit Proteinen eingehen, weshalb sie per Definition nicht als sogenanntes „Hapten“ fungieren können. Ein Hapten ist ein chemisches Molekül, das für sich allein keine Immunantwort auslöst – wird es aber an ein größeres Trägermolekül gebunden, beispielsweise an ein Protein, kann es dagegen eine Immunreaktion hervorrufen.

Titanoxid kann nicht als Hapten fungieren und eben aus diesem Grund keine klassische Allergie im engeren Sinn hervorrufen. Eine Ausnahme bilden Titanlegierungen, in denen sich andere Metallkomponenten in der Legierung als Ion präsentieren und direkt Verbindungen mit Proteinen bilden können – in diesem Fall kann sehr wohl allergenes Potenzial entstehen (zum Beispiel Implantate aus Titan Grad 5).

Wenngleich eine klassische Allergie durch reines Titan nicht ausgelöst werden kann, sind Unverträglichkeitsreaktionen gegenüber dem Material möglich. Diese werden durch eine übermäßige entzündliche Reaktion von Gewebemakrophagen ausgelöst, die mit den ins Gewebe disseminierten Titanoxidpartikeln in Kontakt kommen. Makrophagen haben die Fähigkeit, kleine Titandioxidpartikel (< 10 μm) zu phagozytieren, was wiederum zur Produktion und Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine anregt [Bi et al., 2001; Cadosch et al., 2009; Zhou et al., 2021], die sowohl in vitro als auch in vivo nachgewiesen werden können. Lymphozyten scheinen bei diesem Vorgang die Adhäsion und Fusion von Makrophagen an Fremdmaterialoberflächen zu verstärken [Ding et al., 2012]. Auf der anderen Seite sorgen gegenregulatorische Zytokine wie zum Beispiel das IL-10 für eine Toleranzinduktion gegenüber dem Implantat [Thomas et al., 2013].

Titanpartikel gelangen durch partikulären Abrieb (Debris) in das periimplantäre Gewebe. Im Gewebe rund um das Implantat wurden Titanpartikel in Konzentrationen von 100 bis 300 ppm nachgewiesen [Tibau et al., 2019]. Sowohl durch mechanische Reibung beim Inserieren in den Knochen [Romanos et al., 2021] und durch kontinuierliche Mikrobewegungen an der Implantat-Abutment-Verbindung als auch durch einen Korrosionsprozess werden an der Oberfläche des Implantats Titanpartikel freigesetzt (Biotribokorrosion). Die elektrolytische Korrosion wird gefördert durch den bei der Gewebeentzündung vorliegenden sauren pH-Wert, hervorgerufen durch Stoffwechselprodukte von parodontopathogenen Bakterien im Biofilm. Die freigesetzten Titanpartikel können daraufhin im umliegenden Weich- und Hartgewebe immunologische Unverträglichkeitsreaktionen auslösen [Schliephake et al., 1993; Suarez-Lopez Del Amo et al., 2018; Mombelli et al., 2018].

Die Intensität einer proinflammatorischen Reaktion hängt höchstwahrscheinlich von individuellen Veranlagungen beziehungsweise der Stärke der inflammatorischen Immunantwort des Körpers ab. Hierbei können auch genetische Faktoren eine Rolle spielen [Summer et al., 2022]. Sobald eine proinflammatorische Kaskade abläuft, kann diese zum Zusammenbruch des „foreign body equilibrium“, also des Gleichgewichts zwischen Implantat und Gewebereaktion auf das Implantat, führen. Die aktivierten Makrophagen aktivieren Osteoklasten oder fusionieren zu mehrkernigen Riesenzellen, die Knochenmineralstrukturen auflösen können [ten Harkel et al., 2015]. Der Pathomechanismus der Inflammasom-Aktivierung in Makrophagen durch Lipoproteine parodontaler Pathogene sowie durch Titanpartikel wurde in der Literatur bereits beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die LPS parodontopathogener Keime als auch Titanpartikel über die gleichen Toll-like-Rezeptoren die Entzündungskaskade im Makrophagen aktivieren. Beide Trigger wirken synergistisch und verstärken die Produktion des proentzündlichen Zytokins IL-1b im Inflammasom und damit die Entzündungsreaktion [Pettersson et al, 2016], jedoch gibt es bisher keine Belege für die Beteiligung spezifischer Lymphozyten [Maloney et al., 1993; Kumazawa et al., 2002].

Da Titanoxid keine klassische Allergie im engeren Sinn bewirkt, werden Allergietests wie der Epikutantest oder der Lymphozytentransformationstest in der Leitlinie nicht als zielführende Tests empfohlen. Dabei sollen diese Tests weder für die „prophetische“ Testung aller Patienten empfohlen, noch bei Patienten mit anamnestisch relevanten Vorerkrankungen und auch nicht bei Patienten mit Verdacht auf klinische Unverträglichkeitsreaktion post implantationem durchgeführt werden. Auf der anderen Seite sind Allergietests auf andere Metalle (zum Beispiel Nickel), die in Titanlegierungen zu einem geringen Anteil enthalten sind, durchaus sinnvoll, um diese Reaktionen gegenüber einer Titanunverträglichkeitsreaktion als Ursache auszuschließen [von Baehr et al, 2001].

In diversen Studien wurde nachgewiesen, dass entzündete periimplantäre Gewebe (Periimplantitis/Mukositis) mit einer höheren Ansammlung von Titanpartikeln assoziiert sind. Funktionelle Makrophagenstimulationstests versuchen, diese immunologischen Reaktionen in vitro im individuellen Patientenblut zu analysieren [Dörner et al., 2006]. Es ist zudem nachgewiesen, dass Patienten genetische Prädispositionen für individuell unterschiedlich starke Entzündungsreaktionen aufweisen, die mittels genetischer Tests identifiziert werden können [Jacobi-Gresser et al., 2013; Stolzer et al., 2023]. Dem auslösenden Reiz steht immer eine individuelle immunologische Wirtsreaktion gegenüber, die durch genetische Varianten (funktionell relevante Polymorphismen) in den für die Entzündungsreaktion relevanten Genen bei jedem Patienten unterschiedlich ausfällt [Kornman et al., 1997].

Die enge Assoziation von genetischen Varianten zum Schweregrad der Entzündung wurde für die Parodontitis/Periimplantitis durch eine Vielzahl von Studien belegt [Deng et al., 2013; Mao et al., 2013; Ding et al., 2012; Ding et al., 2014]. Dabei ist zu beachten, dass Assoziationen zwar belegt sind, eine Kausalität aber nicht ohne Weiteres abzuleiten ist.

Liegt der Verdacht auf eine Unverträglichkeitsreaktion vor, sind die klinischen Symptome der Patienten von entscheidender Bedeutung für die therapeutische Entscheidungsfindung. Diese Symptome zeigen sich durch lokale immunologisch bedingte Entzündungsreaktionen, die wiederum die ossäre Integration beeinträchtigen können.

Eine Abgrenzung zur ausschließlich bakteriell ausgelösten Periimplantitis kann sich mitunter schwierig gestalten, da sich bakterielle Trigger und partikelinduzierte Entzündungsreaktionen gegenseitig verstärken können. Eine leitlinienkonforme Periimplantitistherapie wird deshalb empfohlen.