Bioactive glass granules as a bone adjunctive material in maxillary sinus floor augmentation
Bioaktive Glasgranula als Knochenergänzungsmaterial bei der Augmentation vom Kieferhöhlenboden
Abstract
enObjectives: Bilateral sinus floor augmentation procedure was performed in 17 patients to study the effect of bioactive glass (BG) granules mixed with autologous bone (AB) chips on bone regeneration. The posterior part of 17 maxillary sinus was augmented with a 1 : 1 mixture of BG granules (∅ 800–1000 μm) and AB chips harvested from the iliac crest (BG–AB group). The anterior parts of the same sinus and the contralateral sinus, serving as a control (AB group), were filled with AB chips alone. Trephine biopsies for histological, scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray (EDX) analyses were taken from the posterior part of the sinus after 21–34 weeks at the time of insertion of dental implants. Additionally, six biopsies were taken from the BG–AB group and four biopsies were taken from the AB group in connection with abutment operation at 49–62 weeks.
Results: Histological evaluation revealed lamellar bone growth in all the specimens. Although most of the BG granules were without bone contact in the majority of the patients in the BG–AB group, the bone lamellae were thicker than observed in the AB group. In the contact areas, bone was growing along the glass surface connecting the particles together. Histomorphometrical analysis carried out from the SEM images at 21–34 weeks revealed 26% and 25% bone in the BG–AB and the AB group, respectively. Corresponding figures for 49–62 weeks were 29% for the BG–AB group and 25% for the AB group. Bone–BG complex, i.e. the granules with intimate contact with bone, occupied 34% of the area measured at 21–34 weeks and 31% at 49–62 weeks. EDX analysis showed a tight contact and chemical bonding between the glass and bone. As a sign of dissolution, a few small Si-depleted areas were present in some BG granules at 21–34 weeks, while more and larger Si-free areas were observed in the granules at 49–62 weeks.
Conclusion: The results indicate that BG granules (S53P4) can be used together with AB chips for sinus floor augmentation procedure, thus decreasing the amount of bone needed. Further studies concerning especially the biomechanical properties of the BG–AB complex with dental implants are needed.
Résumé
frL'épaississement du plancher sinusal a été effectué chez 17 patients pour étudier l'effet de granules de verre bioactif (BG-S53P4) mélangées avec des chips d'os autogène (AB) sur la régénération osseuse. La partie postérieure de 17 sinus maxillaires a étéépaissie avec un mélange de 1:1 de granules BG (diamètre 800–1000 μm) et des chips AB obtenus de la crête iliaque (groupe BG-AB). La partie antérieure du même sinus et le sinus contralatéral servant de contrôle (groupe AB) n'a été remplie qu'avec des chips AB. Des biopsies de carottes osseuses pour analyse histologique au microscope électronique à balayage et RX à dispersion d'énergie (EDX) ont été prises de la partie postérieure des sinus après 21-34 semaines lors du moment d'insertion des implants. De plus, six biopsies ont été prélevées du groupe BG-AB et quatre du groupe AB au moment du placement des piliers après 49-62 semaines. L'évaluation histologique a révélé une croissance d'os lamllaire dans tous les spécimens. Malgré que la plupart des granules BG étaient sans contact osseux chez la majorité des patients du groupe BG-AB, les lamelles osseuses étaient plus épaisses que celles observées dans le groupe AB. Dans les zones de contact, l'os croissait le long de la surface du verre connectant les particules ensemble. L'analyse histomorphométrique effectuée à partir des images au microscope électronique à balayage à 21-34 semaines a révélé respectivement 26 et 25% d'os dans les groupes BG-AB et AB. Les figures correspondantes pour 49-62 semaines étaient de 29% pour le groupe BG-AB et de 25% pour le groupe AB. Le complexe os-BG, c.-à-d. les granules avec contact intime avec l'os, occupaient 34% de l'aire mesurée à 21-34 semaines et 31%à 49-62 semaines. L'analyse de EDX a mis en évidence un contact intime et une liaison chimique entre le verre et l'os. Comme signe de dissolution, quelques aires sans Si étaient présentes dans quelques granules BG à 21-34 semaines tandis que davantage de zones et de zones plus étendues sans Si étaient observées au niveau des granules à 49-62 semaines. Les résultats indiquent que ces granules BG peuvent être utilisés avec les chips AB pour l'épaississement du plancher sinusal, diminuant donc la quantité d'os nécessaire. Davantage d'études concernant spécialement les propriétés bio-mécaniques du complexe BG-AB avec les implants dentaires sont nécessaires.
Zusammenfassung
deBei 17 Patienten wurde bilateral eine Augmentation des Kieferhöhlenbodens durchgeführt. Dabei sollte der Einfluss von bioaktiver Glasgranula (BG), welche mit autologen Knochenchips (AB) gemischt wurde, auf die Knochenregeneration untersucht werden. Der posteriore Anteil von 17 Kieferhöhlen wurde mit einem 1:1 Gemisch von BG Granula (Ø 800–1000 μm) und AB Chips, welche vom Beckenkamm gewonnen wurden (BG-AB Gruppe), augmentiert. Der anteriore Anteil derselben Kieferhöhlen und die kontralateralen Kieferhöhlen, welche als Kontrolle (AB Gruppe) dienten, wurden nur mit AB Chips gefüllt. Nach 21-34 Wochen zum Zeitpunkt der Implantation wurden mit Hohlfräsen Biopsien für die histologische Untersuchung, für die Untersuchung im Rasterelektronenmikroskop (SEM) und für die Energiedispersions-Röntgenanalyse (EDX) vom posterioren Anteil der Kieferhöhlen entnommen. Zusätzlich wurden 6 Biopsien bei der BG-AB Gruppe und 4 Biopsien bei der AB Gruppe anlässlich der Zweitoperation nach 49-62 Wochen entnommen. Die histologische Untersuchung zeigte lamelläres Knochenwachstum bei allen Präparaten. Obwohl die meisten BG Granula bei der Mehrzahl der Patienten der BG-AB Gruppe ohne Knochenkontakt waren, waren die Knochenlamellen dicker als bei der AB-Gruppe. In der Kontaktgegend wuchs der Knochen entlang der Glasoberfläche und verband die Partikel miteinander. Die histomorphologische Analyse, gemacht auf SEM Bildern nach 21-34 Wochen, zeigte 26% Knochen in der BG-AB Gruppe bzw. 25% Knochen in der AB Gruppe. Knochen-BG Komplexe, d.h. Granula in innigem Kontakt mit Knochen, besetzten 34% der ausgemessenen Fläche nach 21-34 Wochen und 31% nach 49-62 Wochen. Die EDX Analyse zeigte einen engen Kontakt und eine chemische Verbindung zwischen Glas und Knochen. Als Zeichen einer Auflösung waren nach 21-34 Wochen wenige kleine Si-lose Stellen vorhanden, während nach 49-62 Wochen mehr und grössere Si-lose Stellen in den Granula beobachtet werden konnten.
Die Resultate zeigen, dass BG Granula (S53P4) zusammen mit AB Chips für die Augementation von Kieferhöhlenböden verwendet und dadurch der Bedarf an Eigenknochen reduziert werden kann. Weitere Studien, welche speziell die biomechanischen Eigenschaften des BG-AB Komplexes zusammen mit dentalen Implantaten untersuchen, sind nötig.
Resumen
esEl procedimiento para aumento del suelo del seno bilateral se realizó en 17 pacientes para estudiar el efecto de los gránulos cristales bioactivos (BG) mezclados con virutas de hueso autólogo (AB) en la regeneración ósea. Se aumentó la parte posterior de 17 senos maxilares con una mezcla 1:1 de gránulos BG (∅ 800–1000 μm) y virutas de AB recogidas de la cresta iliaca (grupo BG-AG). La parte anterior del mismo seno y el seno contralateral, que sirvieron de control (grupo AB), se rellenaron con virutas AB únicamente. Se tomaron biopsias con trépano para análisis histológico, microscopía electrónica de barrido (SEM) y radiografía de energía dispersa (EDX) de la parte posterior del seno tras 21-34 semanas en el momento de inserción de los implante dentales. Adicionalmente, se tomaron seis biopsias de los grupos BG-AB y cuatro biopsias del grupo AB en conexión con la operación del pilar a la semana 49-62.
La evaluación histológica reveló crecimiento de hueso lamelar en todos los especímenes. Aunque la mayoría de los gránulos BG estaban sin contacto óseo en la mayoría de los pacientes del grupo BG-AB, las lamelas óseas eran mas gruesas que las observadas en el grupo AB. En las áreas de contacto el hueso estaba creciendo a lo largo de la superficie de cristal conectando las partículas entre si. El análisis histomorfométrico hecho de las imágenes SEM a las semanas 21-34 revelaron un 26% y un 25% de hueso en los grupos BG-AB y AB respectivamente. Las cifras correspondientes para las semanas 49-62 fueron 29% para el grupo BG-AB y 25% para el grupo AB. El complejo hueso-BG, esto es, los gránulos en intimo contacto con el hueso, ocuparon el 34% del área medida a las 21-34 semanas y el 31% a las 49-62 semanas. El análisis EDX mostró un estrecho contacto y enlace químico entre el cristal y el hueso. Como señal de disolución, se encontraron presentes pequeñas áreas vacías de Si en algunos gránulos a las 21-34 semanas, mientras que a las 49-62 semanas se observaron mas y mayores áreas libres de Si en los gránulos.
Los resultados indican que los gránulos BG (S53P4) pueden ser usados con virutas AB para el procedimiento de aumento del suelo del seno y por ello disminuyendo la cantidad de hueso necesaria. Estudios ulteriores especialmente acerca de las propiedades bioquímicas del complejo BG-AG con implantes dentales son necesarios.
