Die Zahn-Zahnstein-Zwischenzone als Bioinspiration für Adhäsion

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Cécile Bidan; Professor Dr. Sebastian Paris
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396127899

Biofilme sind lebende Materialien, die entstehen, wenn Bakterien nach der Besiedlung einer Oberfläche extrazelluläre Matrixkomponenten synthetisieren und zusammensetzen. Biofilme sind ein Schlüsselmerkmal für das Überleben von Bakterien in biologisch, chemisch und/oder physikalisch herausfordernden Umgebungen. Im Mund besiedelt das Mikrobiom die natürliche Pellikel auf den Zähnen und bildet einen Biofilm, der als dentale Plaque bekannt ist und mit häufigen Zahnerkrankungen (z. B. Karies und Parodontitis) in Verbindung gebracht wird. Zahnstein bildet sich, wenn die Plaque in Kontakt mit kalzium- und phosphathaltigen Körperflüssigkeiten wie Speichel mineralisiert wird. Supragingivaler Zahnstein entwickelt sich oberhalb des Zahnfleischsaums, während subgingivaler Zahnstein unterhalb des Zahnfleischsaums, z. B. in einer parodontalen Tasche zu finden ist. Zahnärzte beobachten unterschiedliche Brüchigkeit und Haftfestigkeit am Substrat von supragingivalen und subgingivalen Konkrementen. Die Mineralisierungsprozesse, die zu diesen Unterschieden führen, sind bisher nur teilweise verstanden, und wir planen aus der Zahn-Zahnstein-Interzone wesentliche Prinzipien einer effizienten Adhäsion ableiten zu können. In der ersten Förderperiode haben wir ein In-vitro-Modell für die Bildung von Zahnstein entwickelt, indem wir Strategien für das Wachstum von mineralisierten Biofilmen auf zunächst weichen Substraten und dann auf harten Materialien, die routinemäßig für Zahnrestaurationen verwendet werden, entwickelt haben. Das so entstandene künstliche Mundmodell ermöglicht nun systematische Studien darüber, wie die Eigenschaften der darunter liegenden Oberfläche (Restauration oder Zahnmaterial) die Biofilmbildung deren Mineralisation beeinflussen. In der zweiten Phase werden wir die natürliche Zahnsteinbildung unter komplexeren Bedingungen untersuchen, indem wir die InterDent-Biobank um Ex-vivo-Proben natürlicher supra- und subgingivaler mineralisierter Biofilme erweitern und ein In-situ-Modell zur Sammlung von mineralisierten Biofilmen in verschiedenen Reifestadien etablieren. Wir werden Mikroskopie, Spektroskopie und mechanische Multiskalenverfahren einsetzen, um die Interzonen zwischen Substrat und Zahnstein zu charakterisieren und die Prinzipien der Zahnsteinadhäsion zu identifizieren. Letztendlich wird das in unseren beiden sich ergänzenden Projekten gesammelte Wissen zur Entwicklung neuer Strategien für stabile Grenzflächen in der Zahnmedizin beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2804: Werkstoffkunde von Zähnen in Funktion: Prinzipien widerstandsfähiger, dynamischer Grenzzonen