Forschungsprojekt Hannover II
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Projekt: Oberflächenfunktionalisierung dentaler Implantate mittels mechanischer Nanostrukturierungen zur Verminderung der Adhäsion oraler Biofilme Projektleitung: Dr. Philipp Kohorst Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Biomedizinische Werkstoffkunde Periimplantäre Entzündungen stellen die häufigste Ursache für den frühzeitigen Verlust dentaler Implantate dar. Der primäre ätiologische Faktor für die Entstehung dieser Periimplantitiden ist die Anlagerung oralpathogener Bakterien an Implantatstrukturen im Bereich der Schleimhautdurchtrittsstelle. Ziel dieses durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes ist es, innovative nanostrukturierte Implantatoberflächen zu entwickeln, die eine verminderte Bakterienadhäsion aufweisen. Legt man die Zahl der jährlich inserierten dentalen Implantate und die Prävalenz periimplantärer Infektionen zu Grunde, wird der gesundheitsökonomische Nutzen solcher optimierter Implantatoberflächen deutlich. Die mechanische Oberflächenstrukturierung erfolgt dabei unter Anwendung eines Femtosekundenlaser, der eine Bearbeitung nahezu aller festen Materialien im Nanometerbereich ermöglicht, wobei aufgrund der sehr kurzen Laserpulse die thermische Materialschädigung minimal bleibt. Im Rahmen des Projektes werden die verschiedenen nanostrukturierten Oberflächen in der Folge systematisch im Hinblick auf die Adhäsion repräsentativer oralpathogener Bakterien untersucht. Gleichzeitig soll evaluiert werden, welchen Einfluss die lasergestützten Strukturierungen auf die Langzeitfestigkeit von Implantatwerkstoffen haben. Dazu werden die strukturierten Materialien unter In-vitroBedingungen einer künstlichen Alterung unterzogen, die die mechanische und thermische Belastungssituation im Milieu der Mundhöhle simuliert. Erste Ergebnisse des Projektes zeigen, dass mit dem Femtosekundenlaser verschiedenste Oberflächenstrukturierungen definierter Geometrien in Submikrometer- und Nanometerdimensionen erzeugt werden können. Die Adhäsion oralpathogener Bakterien wird in Abhängigkeit von den Strukturierungstopographien deutlich beeinflusst, wobei die verschiedenen Bakterienspezies ein unterschiedliches Anlagerungsverhalten zeigen. Ein negativer Einfluss der Strukturierungen auf die Langzeitfestigkeit der untersuchten Implantatmaterialien (Titan, Zirkoniumdioxid) konnte bislang nicht festgestellt werden. Die im Rahmen des vorliegenden Projektes mit Hilfe des Femtosekundenlasers generierten Oberflächenstrukturierungen stellen eine viel versprechende Möglichkeit dar, zukünftig die Anlagerung oralpathogener Bakterien an Implantatstrukturen zu beeinflussen. DFG-Sonderforschungsbereich 599 „Zukunftsfähige bioresorbierbare und permanente Implantate aus metallischen und keramischen Werkstoffen“(Förderzeitraum 2007 – 2011) AFM-Aufnahme einer strukturierten Titanoberflächen (lineare Grabenstrukturen) AFM-Aufnahme einer strukturierten Titanoberflächen (Spikestrukturen) CLSM-Aufnahme einer unstrukturierten Titanoberfläche CLSM-Aufnahme einer strukturierten Titanoberfläche Projekt: Die Bedeutung bakterieller Virulenzfaktoren in natürlichen Biofilmen unterschiedlicher Reifungsstadien für die Immunreaktion gingivaler Epithelzellen Projektleitung: Prof. Dr. Jörg Eberhard, Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Biomedizinische Werkstoffkunde, Prof. Dr. Ruth Anne Schmitz-Streit Gemischte bakterielle Biofilme der Mundhöhle sind die Ursache für Zahnkaries, Gingivitis, Parodontitis und Infektionserkrankungen mit hoher Prävalenz in der westlichen Bevölkerung. Ziel des Projektes ist eine umfassende Studie, wie natürliche supragingivale Biofilme unterschiedlicher Reifungsstadien mit gingivalen Epithelzellen interagieren und welche pathogenen Mechanismen die Immunantwort modulierend beeinflussen. Hierzu wird die Expression von potenziellen Virulenzfaktoren und solchen, die als Modulatoren der Immunantwort in Betracht kommen, im Verlauf der natürlichen Biofilmentwicklung umfassend untersucht. Parallel wird erstmalig die Zusammensetzung des Biofilms kultivierungsunabhängig während der Ausbildung verfolgt sowie eine metagenomische Analyse für ausgewählte Reifungsstadien durchgeführt. Die Interaktion dieser natürlichen Biofilme mit den gingivalen Epithelzellen der entsprechenden Spender soll anhand der Expression von Entzündungsmediatoren und antimikrobieller Peptide untersucht werden. Zur abschließenden Beurteilung der physiologischen Bedeutung der gewonnenen molekularbiologischen Daten soll die Entzündungsreaktion am Modell der experimentellen Gingivitis in situ dokumentiert werden. Die erzielten Ergebnisse werden dazu beitragen, neue Strategien zur Entwicklung von diagnostischen, präventiven und therapeutischen Ansätzen für entzündliche Erkrankungen zu entwickeln. Mikroskopische Aufnahme eines nativen oralen Biofilms. Die Bakterienzellen wurden spezifisch lebend/tot gefärbt (grün= lebend, rot=tot) und der Biofilm mittels Konfokalem-Laser-ScanningMikroskop untersucht.
