Grefa osoasa foloseste inlocuitori naturali sau sintetici pentru a inlocui oasele lipsa sau rupte, ceea ce permite propriului tesut osos al pacientului sa genereze tesut nou pentru a inlocui materialele sintetice folosite in grefare. O grefă osoasă sintetică utilizează ingrediente produse comercial care sunt similare structural și au proprietăți biomecanice similare cu cele ale țesutului osos. O grefă osoasă sintetică poate fi creată din materiale precum ceramică, matrice osoasă demineralizată, coral sau un amestec al acestora. Deși grefele osoase sintetice sunt încă utilizate mult mai puțin frecvent decât grefele create din osul propriu al pacientului, ele elimină riscul de infecție și durere asociate cu recoltarea și pot fi utilizate în cantități mari.
Materialul grefei osoase are trei funcții majore: osteogen, osteoinductiv și osteoconductiv. Un material osteogen ajută la formarea de noi țesut osos și celule. Grefele osteoinductoare acționează pentru a încuraja celulele să se transforme în osteoblaste. Grefele osteoconductoare acționează ca o structură tridimensională pe care se poate dezvolta țesut nou. O grefă osoasă sintetică conține de obicei doar una sau două dintre aceste proprietăți.
Majoritatea grefelor osoase sintetice folosesc materiale ceramice, care sunt poroase și oferă structura pentru creșterea osului. Ceramica care conține materiale cu fosfat de calciu, cum ar fi compusul hidroxiapatit derivat și compozitul cu fosfat tricalcic, sunt osteoconductoare, osteogene și uneori pot fi osteoinductoare. Unele materiale ceramice, cum ar fi biosticlă, nu conțin proteine de creștere naturale și sunt de obicei infuzate cu măduvă osoasă și alte proteine de creștere a oaselor pentru a promova regenerarea celulară. Aceste materiale servesc drept schelă pentru țesutul osos nou și pur și simplu se dizolvă odată ce noua structură osoasă este la locul lor.
Matricea osoasă demineralizată (DBM) conține colagen și materiale de creștere care au fost retrase din oasele cadavrelor. DBM conțin proteine osteoinductoare naturale numite proteine morfogenetice osoase (BMP), care stimulează formarea de țesut osos nou. DBM vine în format de pastă, gel, chit sau pulbere din cauza procesării extinse necesare la extragerea componentelor sale. Un alt material este de obicei combinat cu DBM dacă grefa de os are nevoie de proprietăți structurale.
Grefele osoase de corali sunt create din exoscheletul coralilor marini. O grefă osoasă sintetică făcută din coral seamănă cu structura țesutului osos uman, dar nu conține în mod natural proteine de creștere. Coralul este de preferat pentru pacienții supuși unei intervenții chirurgicale reconstructive majore, deoarece materialul poate fi achiziționat în cantități mari și oferă o structură puternică pentru regenerarea osoasă.
Grefele compozite sunt un amestec de ceramică și DBM. Prin combinarea celor două materiale, grefa are structura și proteinele de creștere necesare pentru a forma țesut osos nou. Majoritatea materialelor sintetice oferă doar rezistența sau proteinele necesare, astfel încât grefele compozite pot fi eficiente în furnizarea unei schele pentru formarea de oase noi și în promovarea creșterii de noi celule.