Przeszczep kości wykorzystuje naturalne lub syntetyczne substytuty w celu zastąpienia brakujących lub złamanych kości, co umożliwia własnej tkance kostnej pacjenta wygenerowanie nowej tkanki w celu zastąpienia materiałów syntetycznych używanych w przeszczepie. Syntetyczny przeszczep kostny wykorzystuje komercyjnie produkowane składniki, które są strukturalnie podobne i mają podobne właściwości biomechaniczne jak tkanka kostna. Syntetyczny przeszczep kostny można wykonać z materiałów takich jak ceramika, zdemineralizowana macierz kostna, koral lub ich mieszanka. Chociaż syntetyczne przeszczepy kostne są nadal używane znacznie rzadziej niż przeszczepy wykonane z własnej kości pacjenta, eliminują one ryzyko infekcji i bólu związanego z pobraniem i mogą być stosowane w dużych ilościach.
Materiał przeszczepu kości pełni trzy główne funkcje: osteogenną, osteoindukcyjną i osteokondukcyjną. Materiał osteogenny pomaga w tworzeniu nowej tkanki kostnej i komórek. Przeszczepy osteoindukcyjne pobudzają komórki do przemiany w osteoblasty. Przeszczepy osteokondukcyjne działają jak trójwymiarowa struktura, na której może rosnąć nowa tkanka. Syntetyczny przeszczep kostny zwykle zawiera tylko jedną lub dwie z tych właściwości.
Większość syntetycznych przeszczepów kostnych wykorzystuje materiały ceramiczne, które są porowate i zapewniają strukturę dla wzrostu kości. Ceramika zawierająca materiały z fosforanu wapnia, takie jak pochodny związek hydroksyapatytowy i kompozyt fosforanu trójwapniowego, jest osteokondukcyjna, osteogenna i czasami może być osteoindukcyjna. Niektóre materiały ceramiczne, takie jak bioszkło, nie zawierają naturalnych białek wzrostu i są zwykle podawane ze szpikem kostnym i innymi białkami wzrostu kości w celu wspomagania regeneracji komórek. Materiały te służą jako rusztowanie dla nowej tkanki kostnej i po prostu rozpuszczają się, gdy nowa struktura kostna znajdzie się na swoim miejscu.
Zdemineralizowana macierz kostna (DBM) zawiera kolagen i materiały wzrostowe, które zostały usunięte z kości zwłok. DBM zawierają naturalne białka osteoindukcyjne zwane białkami morfogenetycznymi kości (BMP), które stymulują tworzenie nowej tkanki kostnej. DBM jest dostępny w postaci pasty, żelu, kitu lub proszku ze względu na intensywne przetwarzanie wymagane podczas ekstrakcji jego składników. Inny materiał jest zwykle łączony z DBM, jeśli przeszczep kostny wymaga właściwości strukturalnych.
Przeszczepy kostne koralowców powstają z egzoszkieletu koralowców morskich. Syntetyczny przeszczep kostny wykonany z koralowca przypomina budową ludzką tkankę kostną, ale nie zawiera naturalnie białek wzrostu. Koral jest preferowany dla pacjentów poddawanych poważnym operacjom rekonstrukcyjnym, ponieważ materiał może być pozyskiwany w dużych ilościach i zapewnia silną strukturę do odrastania kości.
Wszczepy kompozytowe są mieszanką ceramiki i DBM. Dzięki połączeniu tych dwóch materiałów przeszczep posiada strukturę i białka wzrostu potrzebne do utworzenia nowej tkanki kostnej. Większość materiałów syntetycznych zapewnia tylko odpowiednią wytrzymałość lub potrzebne białka, więc przeszczepy kompozytowe mogą być skuteczne w zapewnianiu rusztowania do tworzenia nowych kości i pobudzania wzrostu nowych komórek.