Bei der Knochentransplantation werden natürliche oder synthetische Ersatzstoffe verwendet, um fehlende oder gebrochene Knochen zu ersetzen, wodurch das eigene Knochengewebe des Patienten neues Gewebe erzeugen kann, um die bei der Transplantation verwendeten synthetischen Materialien zu ersetzen. Ein synthetisches Knochentransplantat verwendet kommerziell hergestellte Inhaltsstoffe, die strukturell ähnlich sind und ähnliche biomechanische Eigenschaften wie Knochengewebe aufweisen. Ein synthetisches Knochentransplantat kann aus Materialien wie Keramik, demineralisierter Knochenmatrix, Korallen oder einer Mischung davon hergestellt werden. Obwohl synthetische Knochentransplantate immer noch viel seltener verwendet werden als Transplantate aus dem eigenen Knochen des Patienten, eliminieren sie das Infektionsrisiko und die mit der Entnahme verbundenen Schmerzen und können in großen Mengen verwendet werden.
Knochentransplantatmaterial hat drei Hauptfunktionen: osteogen, osteoinduktiv und osteokonduktiv. Ein osteogenes Material hilft bei der Bildung von neuem Knochengewebe und Zellen. Osteoinduktive Transplantate fördern die Umwandlung der Zellen in Osteoblasten. Osteokonduktive Transplantate wirken als dreidimensionale Struktur, auf der neues Gewebe wachsen kann. Ein synthetisches Knochentransplantat enthält normalerweise nur eine oder zwei dieser Eigenschaften.
Die meisten synthetischen Knochentransplantate verwenden Keramikmaterialien, die porös sind und eine Struktur für das Knochenwachstum bereitstellen. Keramiken, die Calciumphosphatmaterialien enthalten, wie abgeleitete Hydroxyapatitverbindungen und Tricalciumphosphatverbundstoffe, sind osteokonduktiv, osteogen und können manchmal osteoinduktiv sein. Einige Keramikmaterialien wie Bioglas enthalten keine natürlichen Wachstumsproteine und werden normalerweise mit Knochenmark und anderen Knochenwachstumsproteinen infundiert, um die Zellregeneration zu fördern. Diese Materialien dienen als Gerüst für neues Knochengewebe und lösen sich einfach auf, sobald die neue Knochenstruktur vorhanden ist.
Demineralisierte Knochenmatrix (DBM) enthält Kollagen und Wachstumsmaterialien, die den Knochen von Kadavern entnommen wurden. DBMs enthalten natürliche osteoinduktive Proteine, die so genannten knochenmorphogenetischen Proteine (BMP), die die Bildung von neuem Knochengewebe stimulieren. DBM ist aufgrund der umfangreichen Verarbeitung, die bei der Extraktion seiner Bestandteile erforderlich ist, in Pasten-, Gel-, Kitt- oder Pulverformat erhältlich. Ein anderes Material wird normalerweise mit DBM kombiniert, wenn das Knochentransplantat strukturelle Eigenschaften benötigt.
Korallenknochentransplantate werden aus dem Exoskelett von Meereskorallen hergestellt. Ein synthetisches Knochentransplantat aus Korallen ähnelt der Struktur des menschlichen Knochengewebes, enthält jedoch von Natur aus keine Wachstumsproteine. Koralle ist für Patienten vorzuziehen, die sich einer größeren rekonstruktiven Operation unterziehen, da das Material in großen Mengen aufgenommen werden kann und eine starke Struktur für das Nachwachsen von Knochen bietet.
Komposittransplantate sind eine Mischung aus Keramik und DBM. Durch die Kombination der beiden Materialien hat das Transplantat die Struktur und die Wachstumsproteine, die zur Bildung von neuem Knochengewebe benötigt werden. Die meisten synthetischen Materialien bieten nur die erforderliche Festigkeit oder die benötigten Proteine, sodass Verbundtransplantate ein Gerüst für die Knochenneubildung und die Förderung des Wachstums neuer Zellen sein können.