Entwicklung und Charakterisierung von additiv gefertigten patientenindividuellen Dentalimplantaten
Im Rahmen von TP-4 wird der Hypothese nachgegangen, dass sich durch selektives Laserstrahlschmelzen individualisierte gradierte Dentalimplantate mit verbesserter biomechanischer Belastung und Gewebeintegration entwickeln lassen. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Förderphase werden die bestehenden in silico- und in vitro-Modellsysteme weiterentwickelt, um die komplexe Interaktion zwischen Implantatdesign, biomechanischer Belastung sowie Zell- und Biofilmadhäsion noch differenzierter abzubilden. Das in der ersten Förderphase entwickelte FE-Modell wird gezielt weiterentwickelt, um implantatgetragene Suprakonstruktionen sowie verschiedene Stadien des Knochenabbaus abzubilden. Dabei werden unterschiedliche Ansätze zur Steifigkeitsoptimierung von Implantaten durch den Einsatz verschiedener Gitterstrukturen systematisch untersucht und verglichen. Ziel ist es, die biomechanische Belastung des periimplantären Knochens unter variierenden klinischen Randbedingungen zu optimieren und ungünstige Spannungen zu reduzieren. Wie bereits in der ersten Förderphase werden dabei verschiedene Lastszenarien wie Krafthöhe und -richtung, okklusale Kontaktsituation, Höckerneigung, Antagonisten sowie Art der Suprakonstruktion adressiert. Zur experimentellen Validierung der Simulationen werden neuartige Knochenmodelle entwickelt, die die mechanischen Eigenschaften unterschiedlicher Knochenqualitäten realitätsnah abbilden. Hierfür wird ein parametrisierter Modellierungsansatz aufgebaut, der sowohl generische als auch patientenspezifische Geometrien berücksichtigt und eine Übertragung in physische In-vitro-Modelle ermöglicht. Diese Modelle dienen der Validierung der FE-Analysen sowie der Untersuchung des mechanischen Verhaltens implantatgetragener Systeme unter realitätsnahen Bedingungen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung der Oberflächenfunktionalisierung additiv gefertigter Implantate. Hierbei werden insbesondere magnesiumbasierte Beschichtungen entwickelt und untersucht, die sowohl die Osteogenese fördern als auch antibakterielle Eigenschaften aufweisen. Neben der Herstellung dieser Beschichtungen wird ihr Korrosionsverhalten analysiert, um eine gezielte zeitliche Degradation während der Einheilphase zu ermöglichen. Die biologischen Eigenschaften der funktionalisierten Implantatoberflächen werden umfassend charakterisiert. Hierzu gehören Untersuchungen zur Adhäsion humaner Zellen sowie zur initialen bakteriellen Besiedlung und Biofilmbildung, einschließlich komplexer Multispeziesbiofilme unter kliniknahen Bedingungen. Darüber hinaus wird das bestehende 3D-Kokulturmodell weiterentwickelt, um die simultane Analyse der Interaktion zwischen Implantatmaterial, humanem Gewebe und bakteriellen Biofilmen unter Berücksichtigung von korrosionsbedingten Effekten zu ermöglichen. Durch die Kombination von Simulationsmodellen, experimentellen Validierungsansätzen und biologischen Testsystemen wird ein vertieftes Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen patientenspezifischer Dentalimplantate angestrebt. Ziel ist die Ableitung von Designstrategien für eine verbesserte biomechanische und biologische Integration.
