Karlsruher Institut für Technologie

Forscher optimieren Zahnimplantate mit nanostrukturierten Oberflächen

Mikrotechnik wird für die Medizintechnik immer wichtiger, auch in der Implantologie öffnet sie neue Potenziale: Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben jetzt eine nanostrukturierte Oberfläche entwickelt, die die Wundheilung nach der Implantation künftig beschleunigen und besser gegen den Einfall von Bakterien schützen soll.

Aufnahme mit dem Rasterelektronenmikroskop: E. coli-Bakterien versuchen an einer nanostrukturierten Modelloberfläche anzudocken. Patrick Doll, KIT

Optimierungen von Zahnimplantaten fokussierten sich bislang vor allem auf die Titanoberfläche der Schraube, um den Prozess der Osseointegration weiter zu verbessern - die Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) setzen nun beim Abutment an.

Die Forschungen basieren dabei auf einem System des Herstellers „Abutments4life“: Kaum haarbreite Rillen umlaufen hier das Abutment und "steuern die für die Wundheilung zuständigen Zellen gezielt in die richtige Richtung", wie es in einer Mitteilung des Instituts heißt. So soll die Wunde schneller verheilen.

„An diesem System setzen wir an“, berichtet Patrick Doll, Wissenschaftler am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT. Bei der Weiterentwicklung standen zwei Dinge im Fokus: Zum einen eine präzisere Strukturierung der Rillen für eine noch genauere Steuerung der Zellen und zum anderen die Suche nach der optimalen Nanooberfläche, die den Bakterien möglichst wenige Chancen zum Andocken bietet.

Das Ergebnis: Die Bildung des Biofilms verzögert sich

Mit dem Elektronenstrahlschreiber hat Doll säulenförmige Strukturen mit einem Durchmesser von 100 Nanometern und einer Höhe von 500 Nanometern hergestellt, hieran Adhäsionsexperimente mit typischen Testkeimen wie S. Aureus, E coli oder P. aeruginosa durchgeführt und die Strukturen dabei immer wieder verändert.

Dabei zeigte sich: Abhängig von Abstand und Anordnung der Säulen reduziert sich die Anhaftung der Bakterien und die Bildung eines Biofilmes verzögert sich. Den nachwachsenden Zellen bleibt dadurch mehr Zeit, um die Wunde zu verschließen – ein Effekt, den ansonsten nur Antibiotika erzielen.

Wundverschließung mit Antibiotika-Effekt

„Wir glauben, dass unser struktureller Ansatz zukunftsweisend ist“, betont Doll. Die Herstellung der Nano-Strukturen gelinge auf Silizium-Basis fehlerfrei und reproduzierbar. Verfahren für die Übertragung auf Titan hätten die Wissenschaftler im Zuge des Projekts ebenfalls entwickelt. Nach der ersten Forschungsphase im Labor soll in Kürze die präklinische Erprobung folgen. Anwendungspotenziale über die Zahnmedizin hinaus sehen die Experten unter anderem bei Knochenplatten, Hörimplantaten oder künstlichen Gelenken.

Das Projekt wurde gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Partner des IMT war der Implantat-Hersteller „Abutments4Life“. Die biologischen Untersuchungen wurden an der Klinik für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie des Universitätsklinikums Freiburg durchgeführt.

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