Aktive Stimulus-responsive Implantate

Die Behandlung von Periimplantitis ist eine der größten Herausforderungen in der modernen Zahnmedizin. Dies ist auf die Geometrie des Implantatdesigns und die Struktur der Implantatoberfläche zurückzuführen, wodurch die mechanische Entfernung des Biofilms auf Implantaten viel komplizierter ist als auf der Wurzeloberfläche natürlicher Zähne. Die Therapie mit lokal applizierten Antibiotika ist hinsichtlich der Persistenz sehr begrenzt, während die systemische Gabe von Antibiotika zu niedrigeren Dosierungen im Entzündungsgebiet führt und zudem unerwünschte systemische Nebenwirkungen haben kann. Ziel des Teilprojekts B04 ist es daher, ein aktives, auf Reize reagierendes Implantatsystem zu entwickeln, das im Falle einer Infektion des periimplantären Gewebes vom behandelnden Arzt ohne direkten Kontakt mit dem Implantat gesteuert werden kann. Bei Aktivierung dieses Implantatsystems sollen die im Implantat gespeicherten antibakteriellen Wirkstoffe über ein Kanalsystem in der Implantatoberfläche mittels einer im Implantatkörper befindlichen Mikropumpe in das umliegende Gewebe freigesetzt werden. Durch die präzise Steuerbarkeit können antibakterielle Wirkstoffe in der gewünschten Dosierung und zum gewünschten Zeitpunkt freigesetzt werden, bis die Freisetzung durch den behandelnden Arzt gestoppt wird. Darüber hinaus ist auch eine wiederholte Freisetzung von Wirkstoffen möglich.

Das Hauptziel in der 1. Förderperiode ist die Entwicklung eines geeigneten Werkstoffs für dünnwandige Implantatkörper auf der Basis von biokompatiblen Niob-Zirkonium-Legierungen. In diesem Zusammenhang wird ein neues Strangpressverfahren etabliert, um das Grundmaterial mit einer ausreichenden zyklischen mechanischen Festigkeit auszustatten. Die entwickelten Materialien werden in vitro unter simulierten Kaukräften getestet und ihre Mikrostrukturen und Versagensmechanismen durch umfangreiche Analysen mit licht- und elektronenmikroskopischen Methoden bestimmt. Ein vollständiges Verständnis der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen ist der Schlüssel, um vielversprechende Werkstoffe wie Niob-Zirkonium für den Einsatz in Zahnimplantaten langfristig zu etablieren.

Die zentralen medizinischen Forschungsthemen - die Gestaltung solcher Implantate unter Berücksichtigung der medizinisch-physiologischen Randbedingungen - werden gemeinsam mit den Experten der Medizinischen Hochschule Hannover bearbeitet. Gemeinsam mit den anderen Teilprojekten des Sonderforschungsbereichs/Transregios 298 SIIRI wird die funktionelle Prüfung der Wirkstofffreisetzungsfähigkeit des neuartigen Implantats durchgeführt. In einem späteren Schritt wird die Forschung auf die Entwicklung einer elektromagnetischen Mikropumpe, die in das Implantat integriert wird, sowie auf biokompatible, offenporige Beschichtungen, die die Wirkstoffe zum entzündeten Gewebe führen, ausgeweitet.