Teilprojekt D8 - Dentale Implantat-Abutments

Materialoptimierung und Funktionalisierung dentaler Implantat- Abutments

Projektbeschreibung:

Mit dem Ziel der Verbesserung der Lebensdauer dentaler Implantate sollen zum einen die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Stabilität keramischer Abutments optimiert und anhand biomechanischer Belastungsversuche und FE-Analysen verifiziert werden. Zum anderen soll die Anlagerung der Gingiva an das Implantat-Abutment gefördert und die Biofilmbildung verhindert werden, indem Interaktionen zwischen Implantatoberflächen, Gingiva und Biofilmen zell- und molekularbiologisch analysiert und, auf diesen Erkenntnissen aufbauend, Ober­flächen chemisch funktionalisiert werden.

Um eine gute Langzeitprognose dentaler Implantate zu erzielen, müssen die Implantatmaterialien und -oberflächen sowohl eine gute Anlagerung körpereigener Gewebe ermöglichen als auch eine ausreichende Resistenz gegenüber chemischen und physikalischen Belastungen der Mundhöhle aufweisen. In dem im Folgenden dargestellten hoch integrativen Forschungsprojekt werden Kompetenzen aus verschiedenen bereits bestehenden SFB-Teilprojekten gebündelt und fokussiert mit dem Ziel eingesetzt, die Lebensdauer dentaler Implantat-Abutments zu verbessern, indem die Korrosionsbeständigkeit und mechanische Stabilität erhöht und die Biofilmbildung vermindert, die Anlagerung körpereigener Gewebe jedoch optimiert wird. Bei der Umsetzung dieser Ziele wird die gesamte Prozesskette von der Material- und Gestaltoptimierung über die Funktionalisierung von Implantatoberflächen bis zur Untersuchung der Biokompatibilität und Biofilmbildung durchlaufen. Aufgrund der Möglichkeit, dentale Implantat-Abutments reversibel in die Mundhöhle einzubringen, können in diesem Projekt komplexe Implantat-Gewebe-Biofilm-Interaktionen atraumatisch unter In-vivo-Bedingungen untersucht werden. Es können somit entscheidende biologische Vorgänge aufgeklärt werden, mit deren Verständnis eine weitere Materialentwicklung und -funktionalisierung effektiv vor­angetrieben und ggf. auf andere medizinische Bereiche übertragen werden kann.

Für die Reduktion der Korrosions- und Frakturanfälligkeit keramischer Implantat-Abutments unter den Bedingungen des oralen Milieus werden zunächst unterschiedlich ß-stabilisierte Zirkoniumdioxidkeramiken hinsichtlich ihrer Korrosionseigenschaften evaluiert. Durch systematische Variation der Konzentration der Additive soll eine bezüglich der Dauerfestigkeit optimierte ZrO 2-Keramik ermittelt werden. Außerdem werden Strategien zur Verminderung der Korrosionsanfälligkeit durch z.B. PVD-Beschichtung der Keramiken entwickelt und werkstoffkundlich analysiert (Inductively Coupled Plasma-Optical Emmission Spectroscopy, Röntgendiffraktometrie, keramographische Schliffe, Rasterelektronenmikroskopie). Sämtliche werkstoffkundlichen Entwicklungen werden mit Hilfe biomechanischer Belastungsversuche im Kausimulator getestet. Zur weiteren Reduktion des Frakturrisikos sollen anhand von FE-Analysen funktionell belasteter
Abutments Spannungskonzentrationen identifiziert und durch Gestaltvariation minimiert werden.

Bei der Entwicklung funktioneller Oberflächenbeschichtungen der Implantat-Abutments wird sich das Arbeitsprogramm auf Beschichtungen mit synthetischen Polymeren konzentrieren, die in einem Grafting-onto-Prozess photochemisch an zuvor aufgebrachte Benzophenon enthaltende Schichten kovalent gebunden werden. Das Screening der Polymeroberflächen erfolgt zunächst mit Hilfe von In-vitro-Toxizitätsuntersuchungen an Gingivafibroblasten sowie eines In-vitro-Modells zur Biofilmanalyse. Anschließend werden geeignete Oberflächen­modifikationen über eine Qualifizierung und Quantifizierung der In-vivo-Biofilmbildung beurteilt. Zum besseren Verständnis der komplexen Implantat-Gewebe-Wechselwirkungen sollen die In-vivo-Interaktionen der Gingiva mit Implantatoberflächen und den sich darauf bildenden Biofilmen grundsätzlich histologisch und molekularbiologisch charakterisiert werden. Hierbei werden bestimmte Genexpressionsmuster mit den histologischen Daten korreliert und maßgeblichen biologischen Prozessen (z.B. Expression von Cytokinen bzw. Bioziden, inflammatorische Reaktionen) zugeordnet. Anhand der Erkenntnisse sollen relevante Implantatoberflächen und biologische Einflussfaktoren optimal kombiniert werden, um eine Aktivierung des Gingivawachstums und der Gingivaadhäsion sowie eine Verdrängung des Biofilms zu bewirken.