Verhalten von Knochenzellen und Biofilmbildung in der Umge

MARIO – A2: Verhalten von Knochenzellen und Biofilmbildung in der Umgebung von piezoelektrisch aktiven Implantaten
Betreuung: Stiesch, Behrens
Gegenstand dieses Dissertationsprojekts ist die Entwicklung von Testmethoden für
die Beurteilung der Effektivität und Biokompatibilität einer neuartigen, piezoelektrisch
aktiven Beschichtung für Implantate, die im Knochen verankert werden. Die Beschichtung, die in einem weiteren Dissertationsprojekt entwickelt werden soll, besteht
aus piezoelektrischen Fasern, soll Knochenwachstum in der Umgebung belasteter
Implantate anregen und so verhindern, dass Knochen resorbiert wird, wie es sonst in
Implantatumgebungen beobachtet werden kann, wenn sie unzureichend mechanisch
belastet werden. Gleichzeitig könnte sich die Beschichtung als nützlich zur Unterdrückung peri-implantärer Infektionen erweisen.
Ein Teil des Projektes ist der Untersuchung der Osteoblastenreaktion auf elektrische
Stimuli gewidmet. Ziel ist die Bestimmung eines für die Anregung von Knochenwachstum geeigneten Bereichs elektrischer Spannungen bzw. Ladungsdichten. Diese Erkenntnisse werden dann als Eingangsgrößen im Projekt A4 "Entwicklung von
Dentalimplantaten mit inhärenter elektrischer Knochenstimulation durch piezoelektrische Fasern" verwendet.
Der zweite Teil beschäftigt sich mit dem Verhalten der Osteoblasten gegenüber dem
piezoelektrischen Material und gegenüber der speziellen Schichttopographie. Dies
soll in Zellkulturexperimenten aufgeklärt werden.
Schließlich sollen mögliche antibakterielle Eigenschaften der Beschichtung gegenüber solchen Mikroorganismen herausgefunden werden, die Implantatinfektionen
verursachen können. Zu diesem Zweck sollen in einem Flusskammersystem mikrobielle Anhaftung und Biofilmbildung untersucht werden. Hierbei soll die neuartige Implantatoberfläche mit einer Standardimplantatoberfläche (Titan) verglichen werden,
wobei mikroskopische Techniken (CLSM, SEM), rechnergestützte, mikrobiologische
und molekularbiologische Techniken zum Einsatz kommen. Die experimentellen Befunde werden teilweise dem theoretisch orientierten Projekt A1 "Numerische Simulation und experimentelle Validierung der Biofilmbildung" zur Verfügung gestellt.
Eine enge Zusammenarbeit mit den Projekten A4 " Entwicklung von Dentalimplantaten mit inhärenter elektrischer Knochenstimulation durch piezoelektrische Fasern",
A5 "Computersimulation piezoelektrisch stimulierten Knochenwachstums in der Umgebung aktiver Dentalimplantate" und A3 "Numerische Modellierung des Anhaftens
und des Wachstums von Biofilm auf Grenzflächen in Strömungsfeldern mit Hilfe von
DG-FEM" ist vorgesehen.
Relevante Literatur:
Ciombor DM, Aaron RK: The role of electrical stimulation in bone repair. Foot and
Ankle Clinics 2005, 10(4):579-93, vii.
Bremer F, Grade S, Kohorst P, Stiesch M. In vivo biofilm formation on different dental
ceramics. Quintessence Int;42(7):565-74.
Elter C, Heuer W, Demling A, Hannig M, Heidenblut T, Stiesch M. Comparative analysis of biofilm formation on dental implant abutments with respect to supra- and subgingival areas: polytetrafluoroethylene versus titanium. Int J Prosthodont;24(4):373-5.
Heuer W, Winkel A, Kohorst P, Lutzke A, Pfaffenroth C, Menzel H, Bach Fr-W, Volk
J, Leyhausen G, Stiesch M. Assessment of the cytocompatibility of Poly-(N-
hexylvinylpyridinium) used as an antibacterial implant coating. Advanced Biomaterials 2010; Vol. 12, Issue 11; B609-B617