Bioaktives Glas

Bei den klinisch verfügbaren bioaktiven Gläsern handelt es sich um Gläser auf Silikatbasis, die nach Kontakt zu Körperflüssigkeiten über mehrere chemische Zwischenschritte schließlich Hydroxyapatit an ihrer Oberfläche ausbilden. Durch diesen Mechanismus binden die Gläser nicht nur fest an ihre Umgebung, sie setzen auch ihre Bestandteile in ionisierter Form frei. Diese Interaktion mit dem umliegenden Gewebe ist die Grundlage für die Osteokonduktion und -stimulation.^[2]

Bioaktives Glas wurde erstmalig 1969 von Larry Hench und seinem Team an der University of Florida entwickelt. Die 45S5-Zusammensetzung wurde initial als „Bioglass“ vermarktet und 1985 in den USA zur Anwendung als Ersatzmaterial des Knochens im Mittelohr zugelassen, um Hörverlust durch Schallleitungsstörungen zu behandeln.^[3] 1993 erfolgte die Zulassung als Knochenersatzmaterial zur Augmentation von Knochendefekten im Kiefer. 1999 wurde bioaktives Glas als Knochenersatzmaterial für orthopädische Anwendungen in Europa zugelassen, im Jahr 2000 ebenfalls in den USA. Zwischen der Zulassung 1999 und 2009 wurden bereits 1 Million Anwendungen von 45S5-bioaktivem Glas berichtet.^[4]

Die Zusammensetzung von bioaktivem Glas kann je nach Glastyp variieren. Die ursprüngliche Bioglas-Zusammensetzung „45S5“ besteht (in Gewichtsprozent) aus:^[5]

• 45 % Kieselsäure
• 24,5 % Kalziumoxid
• 24,5 % Natriumoxid
• 6,0 % Phosphorpentoxid.

Veränderungen der Zusammensetzung bioaktiver Gläser sind noch immer Gegenstand der Forschung und zeigen unter anderem positive Effekte auf die Knochenregeneration bei Ionenzugabe – wie beispielsweise von Kupfer und Zink.^[6]

Bioaktives Glas entfaltet seine Aktivität durch einen Ionenaustausch mit biologischen Flüssigkeiten an der Glasoberfläche.^[7] Dabei bildet es schließlich eine carbonathaltige Hydroxyapatitschicht aus. Diese Schicht vermittelt die Ablagerung von Proteinen an der Materialoberfläche (Proteinadsorption) und fördert im Nachgang die Anlagerung von Zellen. Somit wird die Integration des Implantats in das umgebende Knochengewebe erleichtert.^[8] Die Eigenschaften und die Geschwindigkeit, mit der sich bioaktive Gläser auflösen, hängen von ihrer Zusammensetzung ab.^[7] Ferner stimuliert 45S5-bioaktives Glas durch Freisetzung von Siliziumionen die Proliferation von Osteoblasten und die Differenzierung von Knochenvorläuferzellen.^[9][10]

Neben seinem osteokonduktiven Effekt zeigt bioaktives Glas unter anderem auch angiogenetische und antimikrobielle Eigenschaften.^[11] Experimentelle Studiendaten deuten darauf hin, dass 45S5-bioaktives Glas selektiv zytotoxisch gegenüber Riesenzelltumoren wirkt – dieser Mechanismus könnte neue therapeutische Anwendungsfelder eröffnen.^[12]

Bioaktives Glas wird unter anderem in der Orthopädie und Unfallchirurgie, in der Kieferchirurgie und der Zahnmedizin eingesetzt. In der Orthopädie und Unfallchirurgie wird es zur Defektfüllung verwendet.^[1]

In der Zahnmedizin wird bioaktives Glas für die Rekonstruktion des Zahnschmelzes und zum Ausgleich von intraossären Defekten infolge von Parodontalerkrankungen genutzt.^[1] Des Weiteren wird es Zahncremes für die Behandlung von Dentinhypersensitivität zugesetzt.^[13]

Ferner verwendet man bioaktives Glas als Zusatz in Kosmetika zur Behandlung faltiger Haut eingesetzt, da ihm Anti-Aging-Effekte zugesprochen werden.^[14]