Immunhistochemische Analyse des osteogenen Potentials mesenchymaler Zellen von augmentierten und nicht augmentierten Extraktionsalveolen nach 12 Wochen Einheilzeit

Abstract

Erkenntnisse über den Heilungsprozess humaner Extraktionsalveolen sind notwendig, um funktionale und ästhetische Anforderungen in der Implantattherapie zu verbessern. Nach Zahnextraktion verheilt die Alveole kaskadenartig. Zuerst bildet sich am Extraktionstag ein Blutkoagulum, welches in den folgenden Tagen zunehmend von Bindegewebszellen und Blutgefäßen infiltriert wird. Es entsteht eine provisorische Matrix, die durch mesenchymale Zellen gekennzeichnet ist. Die Zusammensetzung und Identität dieser mesenchymalen Zellen wurde untersucht, um Stadien der Heilungsverläufe und damit der Knochenneubildung evaluieren zu können. Des Weiteren wurde analysiert, in wieweit xenogene Knochenersatzmaterialen die alveoläre Heilung nach Zahnextraktion beeinflussen. Zielstellung der vorliegenden klinischen Studie war die immunhistologische Beurteilung des osteogenen Potentials mesenchymaler Zellen eingebettet in die provisorische Matrix von gefüllten und ungefüllten Extraktionsalveolen nach einer Einheilzeit von 12 Wochen. Insgesamt waren 40 Extraktionsalveolen von 23 Patienten Gegenstand dieser Untersuchung. Nach der Extraktion der Zähne wurden alle Alveolen sorgfältig kürettiert und anschließend in 22 Alveolen Bio-Oss Collagen appliziert. 18 Extraktionsalveolen wurden der Selbstheilung überlassen. Es erfolgte keine primäre Deckung der Alveolen. Nach 12 Wochen Einheilzeit wurden im Rahmen der Implantation mit Hilfe eines Trepanbohrers Biopsien entnommen und immunhistologisch ausgewertet. Das osteogene Potential mesenchymaler Zellen wurde mittels der monoklonalen Antikörper CBFA1, Osteonectin (OSN) und Osteocalcin (OC) untersucht und quantitativ erfasst. Des Weiteren wurde evaluiert, ob hinsichtlich des Vorhandenseins osteogener Zellen ein Unterschied zwischen den gefüllten und ungefüllten Extraktionsalveolen sowie zwischen den coronalen und apicalen Regionen der Alveolen besteht. Die statistische Auswertung erfolgte mit der zweifaktoriellen Varianzanalyse und dem Spearman´s rank order coefficient. Innerhalb der provisorischen Matrix der nicht augmentierten Alveolen lagen die Durchschnittswerte der positiv markierten Zellen für CBFA1 bei 65%, für OSN bei 61% und für OC bei 9%. Im Vergleich dazu waren bei den mit Bio-Oss Collagen augmentierten Alveolen durchschnittlich 57% der Zellen CBFA1, 48% OSN und 9% OC positiv markiert. Der Vergleich der Messungen zeigte keinen Unterschied zwischen den augmentierten und nicht augmentierten Extraktionsalveolen, aber hinsichtlich der Region (coronal/apical). Es waren signifikant mehr Zellen im coronalen Bereich OC positiv gefärbt (P=0.001) als apical. Um den osteoblastären Differenzierungsweg der mesenchymalen Zellen innerhalb der provisorischen Matrix von Extraktionsalveolen nach 12 Wochen Einheilzeit zu bestimmen, wurden in der vorliegenden immunhistochemischen Untersuchung drei Antikörper verwendet. CBFA1 ist der früheste Marker der Knochenentwicklung, lässt aber keinen Rückschluss auf den Reifegrad der osteogenen Zellen zu. OSN ist ein matrixzelluläres Glykoprotein, welches während der Differenzierung von reifen Osteoprogenitorzellen zu reifen Osteoblasten sezerniert wird. OC als später Marker der osteoblastären Reifungslinie detektiert das Stadium der unreifen bis reifen Osteoblasten. Die Ergebnisse der CBFA1 Messungen zeigen, dass durchschnittlich mehr als die Hälfte der Zellen innerhalb der provisorischen Matrix - unabhängig vom Augmentationsverfahren oder vom Bereich (apical/coronal) - ein osteogenes Potential zeigten. Der Anteil der Osteoblasten lag augmentationsunabhängig bei durchschnittlich 10%, wobei mehr Zellen coronal als apical gemessen wurden. Vorausgegangene Studien haben gezeigt, dass in der frühen Phase der Heilung in Extraktionsalveolen die Knochenneuformation vom apicalen Bereich der Alveole ausgeht. Anhand der vorliegenden Erkenntnisse wird deutlich, dass in der späten Phase der Heilung - also nach 12 Wochen - die Umbauvorgänge langsamer erfolgen und die Osteoblastenaktivität eher im coronalen Bereich der Alveole zu finden ist. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass sich das Aktivitätszentrum der osteoblastären Reifung über die Zeit der Heilung der Extraktionsalveole verändert.

Further knowledge about the healing process of the extraction socket is necessary to improve functional and aesthetic requirements in implant therapy. The healing of an extraction socket following tooth removal includes a series of events. After initial coagulation and maturation of the blood clot there is an infiltration of fibroblast to replace the coagulum and establish a provisional matrix with mesenchymal cells. The aim of the present clinical investigation was to evaluate the osteogenic potential of mesenchymal cells embedded in the provisional matrix of grafted and ungrafted extraction sockets after a 12-week healing period. A total of 23 patients with 40 extraction sites participated in this study. After tooth extraction, 22 sockets were augmented with Bio-Oss collagen and 18 were non-augmented. After twelve weeks, bone biopsies were obtained at the implant placement site. An immunohistochemical analysis of the osteogenic potential of the mesenchymal cells within the provisional matrix of these specimens was performed using three monoclonal antibodies: CBFA1, Osteonectin (OSN), and Osteocalcin (OC). For the statistical analysis, the two-factorial analysis for repeated measurements and Spearman’s rank-order correlation coefficient were used. After the twelve-week healing period, the median amount of CBFA1 positive cells in the provisional matrix of the non-grafted sockets was 65 %, of OSN 61%, and of Osteocalcin 9%.In the grafted sockets the median rate of immunopositive cells staining with CBFA1 was 57%, of OSN 48%, and of OC 9%. While no difference was found between the augmented and non-augmented sockets, there was a difference between the coronal and apical regions of the socket: OC was significantly higher in the apical region (P = 0.001). This study was designed to investigate the osteogenic potential of mesenchymal cells embedded in the provisional matrix of human extraction sockets. The immunohistochemical analysis showed that after a twelve-week healing period, two-thirds of the cells embedded in the provisional matrix are osteogenic cells. The provisional matrix displayed a high osteogenic potential with osteoblastic activity. CBFA1 is expressed early in every future osteoblast, but the degree of maturation is not definable with this protein. The protein OSN is expressed in cells of osteogenic cell lineage at the beginning of the differentiation to mature osteoprogenitor cells. In contrast, OC is a late osteogenic marker and detects immature and mature osteoblasts. After a twelve-week healing period there are more osteoblasts in the coronal region than the apical region. The grafting procedure did not influence the quantity of osteogenic cells in the extraction socket.