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. Hierfür müssen komplexe Modellsysteme (in silico und in vitro) aufgebaut werden, die die Beurteilung der biomechanischen Belastung sowie der Zell- und Biofilmadhäsion dentaler Implantate ermöglichen. Zunächst wird ein FE-Modell für gradierte Dentalimplantate entwickelt, das über Spannungsanalysen eine gezielte patientenindividuelle Einstellung der Gradierung für eine optimale biomechanische Belastung des Implantats und des periimplantären Knochens zulässt. CT-/DVTDaten von ausgewählten Patientenfällen mit differierenden Knochentypen werden segmentiert und in ein CAD-Modell für das Design patientenspezifischer Implantate überführt. Die FEM wird eingesetzt, um die Topologie des Implantats im Hinblick auf die lokalen gradierten Materialeigenschaften zu optimieren. Es werden verschiedene Lastszenarien wie Krafthöhe und -richtung, okklusale Kontaktsituation, Höckerneigung, Antagonisten sowie Art der Suprakonstruktion adressiert. Die FE-Analysen tragen zur Reduktion des Prüfumfangs und der -komplexität späterer In-vitro- und In-vivo- Experimente und damit auch zum 3R-Konzept bei. Für die Langzeitprognose medizinischer Implantate ist neben der Topologie die Oberflächenbeschaffenheit von Bedeutung, um eine dauerhafte Osseointegration zu erzielen. Es sollen verschiedene physikalische und chemische Oberflächenfunktionalisierungen adressiert und im Hinblick auf die Gewebeintegration analysiert werden. Die Entwicklung der patientenindividuellen additiv gefertigten und oberflächenfunktionalisierten Implantate und deren Charakterisierung hinsichtlich biomechanischer und biologischer Eigenschaften erfordert die Entwicklung innovativer In-vitro-Modellsysteme. Für die mechanische Charakterisierung muss das Ermüdungsverhalten der additiv gefertigten Implantate untersucht und die Eignung genormter Methoden zur mechanischen Produktqualifizierung (DIN 14801) der patientenspezifischen Lösungen analysiert werden. Es werden Parametergrenzen im Designraum herausgearbeitet, die für den klinischen Einsatz eine Vorhersage ermöglichen. Für die Charakterisierung der Interaktionen zwischen Implantaten, humanen Geweben und bakteriellen Biofilmen werden die gradierten und oberflächenfunktionalisierten Implantate zunächst im Hinblick auf die Adhäsion humaner Zellen und bakterieller Mono- und Multispeziesbiofilme untersucht. Darüber hinaus wird ein 3D-Modell weiterentwickelt, das die gleichzeitige Analyse der komplexen Interaktion zwischen diesen drei Komponenten ermöglicht.