Organochemische Modifizierung von Titanlegierungs- und Zirkonoxid-Oberflächen mit dem Ziel der verbesserten Adhäsion von Gingivazellen (GingiSeal)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Fischer; Professor Dr. Stefan Wolfart
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418670251

Die orale Rehabilitation mithilfe dentaler Implantate bietet zahlreiche Möglichkeiten, um verschiedenen Kiefer-Situationen bei Zahnverlust gerecht zu werden und somit Patienten eine höhere Lebensqualität bieten zu können. Neben der Einheilung des Implantats in den Knochen spielt in der dentalen Implantologie die Integration der sich anschließenden Suprakonstruktion (Abutment) in das Weichgewebe eine essentielle Rolle. Da die periimplantäre Mukosa jedoch strukturelle Unterschiede zur Mukosa an natürlichen Zähnen aufweist, führt dies zu einer Schwächung der Gewebeabdichtung zwischen Mundhöhle und periimplantärem Knochen. Dies erleichtert das Eindringen von Bakterien, was in der Folge zu pathologischen Prozessen an der Grenzfläche zwischen Implantat und Alveolarknochen führen kann. In der ersten Phase des Forschungsprojektes GingiSeal wurden die Abutment-Werkstoffe Zirkonoxid (Y-TZP) und die etablierte Titanlegierung (Ti6Al4V) mittels selbstorganisierender Monolagen (SAMs) ausgestattet und diese dann mit Hilfe eines Quervernetzers zusätzlich mit Proteinen der extrazellulären Matrix (EZM) funktionalisiert. In-vitro Versuche aus der ersten Förderphase zeigen, dass eine signifikant höhere Zelladhäsion, Zellproliferation, Zellausbreitung und Integrin-Expression in humanen gingivalen Fibroblasten auf organochemisch modifizierten Oberflächen im Vergleich zu unbehandelten Oberflächen erzielt werden konnte. Neben der Mimikrierung von oralen Bedingungen in-vitro, welche noch in der ersten Förderphase adressiert werden, haben sich wichtige weiterführende Fragestellungen ergeben. In der zweiten Projektphase steht die Erforschung der genauen Adhäsionsmechanismen zwischen den funktionalisierten Abutmentoberflächen und gingivalen Epithelzellen im Vordergrund. Des Weiteren soll mit Hilfe von Massenspektrometrie ergründet werden, wie die verwendeten Crosslinker an die Proteine der EZM ankoppeln. Auch soll die Bestimmung des Bakterien-DNA-Gehalts mittels qPCR auf den unterschiedlich modifizierten Oberflächen erfolgen. Darüber hinaus soll ein dreidimensionales In-vitro-Modell einer gingivalen Mukosa mittels Bioprinting hergestellt werden. An der Grenzfläche zwischen modifizierten/unmodifizierten Abutment-Material und biogedrucktem Mukosa-Substitut wird anschließend ein Biofilm, bestehend aus verschiedenen Modellkeimen, appliziert. In dem 3D-Modell soll ergründet werden, ob eine verstärkte Anhaftung des verdruckten Weichgewebes an den modifizierten Abutment-Materialien impermeabel gegenüber Bakterien ist. Hierzu werden Lebend-Tot-Färbungen durchgeführt, die Zytokin-Ausschüttung der verdruckten gingivalen Mukosa mittels ELISA untersucht und die Biofilm-induzierte Zytotoxizität mit Hilfe eines Lactat-Dehydrogenase (LDH) Assays analysiert. Bei positivem Projektverlauf sollen die Erkenntnisse aus den Versuchen mit dem biogedruckten In-vitro-3D-Modell die Grundlage für eine nach den zwei Jahren anvisierte klinische Pilotstudie darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen