Hydroxylapatit

Hydroxylapatit besteht aus Calcium- , Phosphat- und Hydroxid-Ionen und hat die Summenformel Ca₅(OH)(PO₄)₃. Im biologischen Kontext liegt Hydroxylapatit jedoch nur selten in dieser idealen Form vor, sondern als sogenannter biologischer Apatit mit variabler Zusammensetzung. Durch Ionen-Substitutionen (z.B. Carbonat anstelle von Phosphat oder Hydroxid) sowie Calciumdefizite entsteht eine chemisch heterogene, nicht exakt stöchiometrische Mineralphase. Hydroxylapatit kristallisiert als hexagonales Kristallsystem in Form kurz- oder langprismatischer Kristalle.

Hydroxylapatitkristalle kommen in allen Hartgeweben vor und entstehen dort durch Biomineralisation kleiner Kristallpartikel innerhalb einer bindegewebigen Kollagenmatrix. Die Kristalle wachsen epitaktisch auf, wobei die c-Achse des Kristalls der Längsachse der Kollagenfaser folgt. Durch diese an ein Verbundmaterial erinnernde Struktur gewinnt das Gewebe eine hohe Festigkeit bei gleichzeitiger Elastizität.

Calciumhydroxylapatit stellt die Hauptmineralphase von Knochen und Zähnen dar. Im Knochen bildet es zusammen mit Kollagen Typ I eine funktionelle Verbundstruktur, die mechanische Stabilität und Flexibilität kombiniert. In den Zähnen ist Hydroxylapatit besonders stark im Zahnschmelz konzentriert (höchster Mineralisationsgrad), kommt aber auch im Dentin und Cementum vor. Der Mineralanteil beträgt im Knochen etwa 40 %, im Dentin rund 70 % und im Zahnschmelz bis zu 95 %. Entsprechend weist der Zahnschmelz mit einer Mohshärte von etwa 5 die höchste Härte aller menschlichen Gewebe auf.

In der Medizin findet Hydroxylapatit breite Anwendung als Biomaterial, da es eine hohe Biokompatibilität, Osteokonduktivität und chemische Ähnlichkeit zur mineralischen Phase von Knochen und Zähnen aufweist. Es wird vom Körper gut toleriert und kann in Abhängigkeit von Struktur und Partikelgröße teilweise resorbiert oder in den Knochenumbau integriert werden.

In der Orthopädie und Unfallchirurgie wird Hydroxylapatit unter anderem als Beschichtung von Endoprothesen eingesetzt, um die Osseointegration zu verbessern und eine stabile knöcherne Verankerung zu fördern. Darüber hinaus dient es als Knochenersatzmaterial oder Bestandteil von Knochenzementen bei Defekten, Frakturen oder Wirbelsäulenoperationen.

In der Zahnmedizin findet Hydroxylapatit Anwendung in der Implantologie, als Bestandteil von Knochenaufbaumaterialien sowie in der konservierenden Zahnheilkunde, etwa zur Remineralisation des Zahnschmelzes. Zudem wird es in Zahnpflegeprodukten eingesetzt, um mikroskopische Defekte im Schmelz zu verschließen und die Dentinsensibilität zu reduzieren.

In der ästhetischen Medizin wird es als injizierbarer, biostimulierender Füllstoff eingesetzt, der neben einem sofortigen Volumeneffekt auch die Neokollagenese anregt. Die Partikel werden im Verlauf allmählich abgebaut, während das neu gebildete Kollagen zur langfristigen Gewebestabilisierung beiträgt.