Nanotechnologie in der Medizin - Ein ganz besonderer Überzug

Rund 200.000 Deutsche lassen sich im Jahr Zahnimplantate einsetzen. Stifte aus Titan werden dazu im Kieferknochen verankert. Dort dienen sie als künstliche Zahnwurzeln, um Prothesen besser befestigen zu können. In Zukunft sollen die Implantate schneller und dauerhafter in den Kiefer einwachsen. Hier spielt die Oberfläche des Implantates eine besondere Rolle. Forscherinnen und Forscher der Firma Biomet Deutschland GmbH entwickelten eine spezielle Beschichtung für Titanimplantate, die ihr Einwachsen wesentlich verbessert. Das BMBF unterstützte das Projekt mit mehr als 500.000 Euro.

Zahnimplantate kann man sich als künstliche Zahnwurzeln vorstellen, als eine Art Dübel auf dem die Zahnkrone befestigt wird. Im Gegensatz zum handelsüblichen Dübel müssen diese Implantate aber besondere Bedingungen erfüllen: Sie müssen von lebendem Gewebe - in diesem Falle ist es der Kieferknochen - aufgenommen werden, einwachsen und den Belastungen während des Kauens dauerhaft standhalten. Zusätzlich soll der Organismus keine Abwehrreaktionen gegen die künstlichen Zahnwurzeln auslösen.Viele Implantate werden deshalb aus Titan oder, im Falle anderer orthopädischer Anwendungen, aus Titanlegierungen hergestellt. Titan ist besonders korrosionsbeständig, d. h. seine Oberfläche löst sich im Körper nicht auf und es wird vom Körper in der Regel gut angenommen. Außerdem verfügt Titan über gute mechanische Eigenschaften, die denen von Knochen ähnlicher sind als beispielsweise die mechanischen Eigenschaften von Implantatstahl. Um ein besseres Einwachsen des Titanimplantates in den Knochen zu gewährleisten, kann seine Oberfläche mit einer besonderen Beschichtung versehen werden.

Forscherinnen und Forscher der Biomet Deutschland GmbH  haben gemeinsam mit Werkstoffkundlern der TU Dresden und Zahnärztinnen und Zahnärzten der Universität Göttingen eine solche bioverträgliche Schicht entwickelt. Die Forscherinnen und Forscher überziehen die Implantate mit einer biomimetischen, d. h. knochenähnlichen Beschichtung. Die dünne Schicht wird mit einem speziellen elektrochemischen Verfahren auf das Implantat aufgebracht und ist im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen (80 bis 200 Mikrometer) nur 5 bis 6 Mikrometer dick (ein Mikrometer entspricht einem Millionstel Meter), aber dennoch wesentlich stabiler. Das Besondere daran: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bauen in die Schichtvarianten zusätzlich so genannte Adhäsionspeptide ein. Diese Substanzen besitzen die Eigenschaft, selektiv bestimmte lebende Körperzellen - hier Knochenzellen - an sich zu binden. Sie verschafft damit diesen Zellen im Vergleich zu anderen Zellen einen deutlichen Vorsprung bei der Besiedlung der Implantatoberfläche, wodurch die schnellere knöcherne Integration gefördert wird.

Die genaue Zusammensetzung der Beschichtung lässt sich variieren, je nachdem ob das Implantat mit dem Kieferknochen oder mit dem Zahnfleisch in Berührung kommt. Dies führt zu einem verbesserten Einwachsen des Implantates in den Kieferknochen und damit zu einem Maximum an Stabilität. So kann die Langlebigkeit der Prothese gewährleistet werden.

In den vergangenen Jahren hat sich die Verwendung von Zahnimplantaten, als eine sichere Methode zum Ersatz fehlender Zähne durchgesetzt. Sie sind aus der heutigen Zahnheilkunde nicht mehr wegzudenken und verdrängen zunehmend andere Formen der prothetischen Versorgungen, wie zum Beispiel Brücken und Teilprothesen. Die Weiterentwicklung von Implantatmaterialien, um die Lebensdauer und die Verträglichkeit der Implantate zu verbessern, ist daher von großer Bedeutung.

Die neue Beschichtung ist aber nicht nur für Zahnimplantate besonders gut geeignet, sondern kann auch für andere Implantate aus Titan und Titanlegierungen, zum Beispiel künstliche Hüftgelenke, verwendet werden.