Oberflächenfunktionalisierung dentaler Implantate mittels mechanischer Nanostrukturierung zur Verminderung der Adhäsion oraler Biofilme
Final Report Abstract
Der primäre ätiologische Faktor für die Entstehung von Periimplantitiden ist die Anlagerung oralpathogener Bakterien an Implantatstrukturen im Bereich der Schleimhautdurchtrittsstelle. Ziel des Projektes war es, mit Hilfe einer direkten Laserablation unter Verwendung der Femtosekundenlaser-Technologie innovative Strukturierungen auf Zirkoniumdioxid- und Titanoberflächen zu erzeugen, die die Adhäsion oralpathogener Bakterien reduzieren und dadurch das Auftreten periimplantärer Infektionen verhindern. In Kooperation mit dem Laser Zentrum Hannover wurden verschiedene Strukturierungsarten entwickelt, die nach eingehender Charakterisierung im Hinblick auf eine Bakterienanlagerung weiter untersucht wurden. Als viel versprechende Oberflächenmodifikationen wurden nach ersten Analysen periodische Grabenstrukturen und Mikro-Spikestrukturen mit zusätzlichen Nanostrukturen identifiziert. Zur Evaluation der bakteriellen Anlagerung wurde auf den strukturierten Proben eine repräsentative oralpathogene Spezies (Streptococcus mutans) inkubiert und eine quantitative und qualitative Analyse der Bakterienadhäsion vorgenommen. Bei den periodischen Grabenstrukturen kam es zu einer leichten Reduktion der angelagerten Bakterien, wobei der Effekt am deutlichsten war, wenn die Grabengeometrien sich den Dimensionen der Bakterien annäherten. Zudem zeigte sich eine Selektivität der Anlagerung, die Bakterien adhärierten vor allem im Bereich der Grate und kaum in der Tiefe der Gräben. Im Vergleich der unterschiedlichen Implantatmaterialien war bei identischen Oberflächentopographien die Anzahl adhärierter Bakterienzellen auf Zirkoniumdioxid statistisch signifikant geringer als auf Titan. Auf den Mikro-Spikestrukturen mit Nanostrukturen war hingegen keine Reduktion von Streptococcus mutans zu beobachten. Bei folgenden Analysen mit insgesamt sieben weiteren Bakterienspezies wurde jedoch eine Selektivität im Rahmen der Anlagerung festgestellt. Während bei manchen Spezies die Adhäsion unverändert blieb oder sogar zunahm, wurde sie bei anderen geringer, wenn auch nicht statistisch signifikant. In zukünftigen Arbeiten sollte die weitere Modifizierung der Strukturierungen realisiert werden, einen ersten Ansatz sehen wir hier in der Umsetzung rein nanoskaliger Oberflächentexturen. Zudem sollten die Analysebedingungen noch besser an die oralen Verhältnisse angepasst werden, um ebenfalls die dynamischen Bedingungen im Milieu der Mundhöhle zu simulieren.
Publications
- Nano- and microstructuring of implant surfaces to reduce bacterial adhesion. AADR/CADR Annual Meeting, 3.-6. März 2010 (Washington DC/USA). J Dent Res 89; Special Issue A: 1098
Kohorst P, Ostermann K, Fadeeva E, Winkel A, Heuer W, Chichkov B, Stiesch M
