Wissenschaft und Forschung 11.10.2021

Intelligente Zahnimplantate für eine längere Lebensdauer

Intelligente Zahnimplantate für eine längere Lebensdauer

Foto: SYMBOLBILD Dmitry – stock.adobe.com

Ingenieure haben ein Zahnimplantat entwickelt, das dank einer Lichttherapie die Zähne sauber hält und Infektionen verhindert. 

Zahnimplantate sind die beste derzeit verfügbare Lösung, um einen fehlenden Zahn zu ersetzen und stellen einen großen Fortschritt gegenüber Zahnersatz dar. Dennoch kann es vorkommen, dass ein Zahnimplantat aufgrund einer lokalen Entzündung oder einer Zahnfleischerkrankung vorzeitig ersetzt werden muss.

Phototherapie mittels Licht

Um dieses Problem zu lösen, haben Ingenieure an der Universität von Pennsylvania in den USA ein intelligentes Zahnimplantat entwickelt, das die Zähne reinigt, dem Bakterienwachstum widersteht und beim Kauen oder Zähneputzen des Patienten seinen eigenen Strom erzeugt, um ein integriertes Licht einzuschalten, das das Gewebe verjüngt. 

„Die Phototherapie kann bei einer Reihe von Gesundheitsproblemen eingesetzt werden“, sagte Dr. Geelsu Hwang. „Sobald jedoch ein Biomaterial implantiert ist, ist es nicht mehr praktikabel, eine Batterie zu ersetzen oder aufzuladen. Wir verwenden ein piezoelektrisches Material, das aus den natürlichen Mundbewegungen elektrische Energie erzeugen kann, um ein Licht zu erzeugen, das eine Phototherapie durchführen kann, und wir haben festgestellt, dass es das Zahnfleischgewebe erfolgreich vor bakteriellen Angriffen schützen kann.“

Bei dem von den Forschern untersuchten Material handelt es sich um Bariumtitanat (BTO), das über piezoelektrische Eigenschaften verfügt, die in Anwendungen wie Kondensatoren und Transistoren genutzt werden, aber bisher noch nicht als Grundlage für infektionshemmende implantierbare Biomaterialien erforscht worden sind.

Keine schädlichen Auswirkungen

Um sein Potenzial als Grundlage für ein Zahnimplantat zu testen, verwendete das Team zunächst Scheiben, die mit Nanopartikeln von BTO eingebettet waren, und setzte sie Streptococcus mutans aus, einem Hauptbestandteil des bakteriellen Biofilms, der für Karies verantwortlich ist und allgemein als Zahnbelag bekannt ist. Sie fanden heraus, dass die Scheiben der Biofilmbildung in einer dosisabhängigen Weise widerstanden. Scheiben mit höheren BTO-Konzentrationen verhinderten die Bindung von Biofilmen besser. 

Während frühere Studien darauf hindeuteten, dass BTO Bakterien mithilfe reaktiver Sauerstoffspezies, die durch lichtkatalysierte oder elektrische Polarisationsreaktionen erzeugt werden, direkt abtöten könnte, konnten die Forscher dies aufgrund der kurzzeitigen Wirksamkeit und der Off-Target-Effekte dieser Ansätze nicht bestätigen. Stattdessen erzeugt das Material eine erhöhte negative Oberflächenladung, die die negativ geladenen Zellwände der Bakterien abstößt. Es ist wahrscheinlich, dass dieser Abstoßungseffekt von langer Dauer ist.

Umlegung auf andere Medizinbereiche bei Erfolg auch denkbar

„Wir wollten ein Implantatmaterial, das dem Bakterienwachstum lange Zeit widerstehen kann, denn bakterielle Herausforderungen sind keine einmalige Bedrohung“, so Dr. Hwang. Die energieerzeugende Eigenschaft des Materials blieb erhalten und bei Tests über einen längeren Zeitraum lagerte das Material nicht aus. Außerdem wies es eine mechanische Festigkeit auf, die mit der anderer in der Zahnmedizin verwendeter Materialien vergleichbar ist. 

Noch handelt es sich nur um einen Prototyp, aber die Forscher sind sich bereits darüber im Klaren, dass ihr nächster Schritt darin besteht, das intelligente Zahnimplantatsystem zu perfektionieren und neue Arten von Materialien zu testen.

Quelle: sciencedaily.com

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