Sektion Medizinische Werkstoffkunde und Technologie
Ohne Forschung kein Fortschritt

Arbeitsgruppe Biomaterial / Biosysteme-Schnittstellen

Im Fokus der Arbeitsgruppe sind Grenzflächenreaktionen an Biomaterial und Implantatoberflächen, die relevante biologische Reaktionen modulieren

Ansprechpartner: Prof. Dr. Frank Rupp

Übersicht

Materialien in Kontakt mit der Wirtsumgebung bilden eine Schnittstelle, die durch eine Kaskade nachfolgender Reaktionen mit Wasser, Ionen, Proteinen und Zellen oder Bakterien gekennzeichnet ist. In der zahnärztlichen Implantologie bilden künstliche Zahnwurzelimplantate Schnittstellen zu Blut und hartem Gewebe, was für die Osseointegration wichtig ist. Bei transgingivalen Teilen von Implantaten oder Abutments sind Schnittstellen zu Speichel und Weichgewebe relevant. Hier ist ein dichter Epithelverschluss erforderlich, um das Eindringen von Bakterien zu verhindern und das Risiko von Entzündungen wie Periimplantitis zu verringern. Um die Grenzflächenreaktionen zu verbessern, werden die Oberflächen von Biomaterialien und Implantaten so modifiziert, dass sie die gewünschten Reaktionen auslösen und unerwünschte Grenzflächenreaktionen unterdrücken.

An diesen Aktivitäten beteiligen sich Materialforscher, Techniker und Zahnärzte mit den Schwerpunkten Oberflächenwissenschaften und Implantologie.
Die Arbeitsgruppe möchte die Kaskade von frühen Grenzflächenreaktionen, wenn Konditionierungsfilme wie z. B. Pellicle-Schichten gebildet werden, zur vollständig entwickelten Integration von hartem oder weichem Gewebe oder durch bakterielle Besiedlung unerwünschter Biofilme besser verstehen. Daher konzentrieren sich Grundlagen- und angewandte Forschungsprojekte auf die Verbesserung von Knochenschnittstellen sowie auf die Optimierung von transgingivalen Implantatbereichen.

Entwicklung von Zell-Bakterien-Modellsystemen für den transgingivalen Bereich von Implantaten

Das Ziel besteht in der Entwicklung von transgingivalen Modellen, die die Gewebehaftung an Implantatoberflächen unter In-vivo-Bedingungen simulieren und vorhersagen können, und zwar in Gegenwart von oralen Bakterien. Es werden zwei Hauptansätze entwickelt und bewertet: (i) klassische statische Co-Kultivierung von Zahnfleischzellen mit Bakterien auf verschiedenen Titanoberflächen und (ii) dynamische Online-Überwachung der Adhäsion und Proliferation beider Spezies mittels akustischer Erfassung in einem Flusssystem. Beide Ansätze konzentrieren sich auf das bisher ungelöste Problem für neuartige und fortgeschrittene Oberflächenmodifikationen im transgingivalen Implantatbereich von Zahnimplantaten, wo der so genannte „Race for the Surface“, der Wettbewerb zwischen Bakterienadhäsion und Besiedlung von Gewebezellen nach der Implantation, die erfolgreiche Etablierung bestimmt eines Zahnfleischepithels, der die Infiltration und Entzündung von Bakterien verhindert.

Nanotopographie meets nanowetting - Entwicklung optimierter Oberflächen für die Reaktion des Weichgewebes im transgingivalen Bereich

Voraussetzung für den Erfolg des Implantats ist das schnelle Wiederherstellen und die solide Verankerung der Zahnfleischdichtung an der Implantat- oder Abutmentoberfläche. Die Nanotopographie der Implantat- / Abutmentoberfläche in Kombination mit Nanowellenphänomenen beeinflusst alle Phasen der Heilungssequenz. Während bekannt ist, welche Oberflächeneigenschaften die Integration von Implantaten im harten Gewebe verbessern und beschleunigen, sind die Anforderungen an die Oberfläche des transgingivalen Implantats noch unklar. Welche Mikro- und Nanoroughness, welche nanotopgraphischen Oberflächenmerkmale oder welches Benetzungsverhalten könnte die Grenzfläche verbessern? Durch Plasmaätzen mit verschiedenen Fluoridgasen modifizierte Titanoberflächen werden hier auf ihr Potenzial untersucht, strukturierte Submikron-Topographien mit hydrophiler Benetzungscharakteristik und Weichgewebs- und Bakterienreaktionen zu bilden.Dieses Projekt wird vom ITI (International Team for Implantology) finanziert.

Materialbasierte antibakterielle Ansätze

In diesem Projekt werden verschiedene antiadhäsive und antibakterielle Ansätze untersucht, um die Besiedlung von Bakterien zu reduzieren oder bereits anhaftende Bakterien oder etablierte Biofilme anzugreifen. Ein Ansatz besteht darin, Implantatoberflächen mit dünnen Schichten eines photokatalytischen Materials wie Titandioxid zu beschichten. Durch Bestrahlung mit Licht im UV-A / VIS-Bereich werden photokatalytische Anatasbeschichtungen aktiviert und können organische Filme wie Proteine ​​und Bakterien zersetzen oder beschädigen. Im Zuge der therapeutischen Behandlung der Periimplantitis kann die Verwendung solcher Implantatmodifikationen die Entfernung von Biofilmen erleichtern, ohne die Implantatoberfläche selbst zu beschädigen.In einem anderen Projekt untersuchen wir die antibakteriellen Wirkungen von Totarol, einem aus Podocarpus totara gewonnenen Naturstoff, für zahnärztliche Anwendungen. Neben Antibiotika haben natürliche antibakterielle Wirkstoffe ein Potenzial zur Prophylaxe von Wundinfektionen, hauptsächlich weil Antibiotikaresistenzen vermieden werden können. Totarol hat bereits eine antibakterielle Wirkung gegen verschiedene Bakterien gezeigt, darunter Staphylococcus aureus und Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA).

KOOPERATIONS PARTNER:

Unser Ansprechpartner für klinische Belange in der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik: PD Dr. Fabian Hüttig