Zahnimplantate aus dem 3D-Drucker — Polnische Wissenschaftler nur einen Schritt vom Durchbruch in der Zahnmedizin entfernt

Was ist 3D-Druck?

Fangen wir am Anfang an, für alle, die sich vielleicht noch nicht mit 3D-Druck befasst haben. Der 3D-Drucker arbeitet nach dem Prinzip der additiven Fertigung, das heißt, er erzeugt Objekte, indem aufeinanderfolgende Materialschichten aufgetragen werden. Dieser Prozess wird von einem Computer gesteuert und basiert auf einem digitalen 3D-Modell. Der erste Schritt besteht darin, ein 3D-Modell vorzubereiten, das in CAD (Computer-Aided Design) erstellt oder aus dem Internet heruntergeladen wird. Das Modell wird dann in ein Format umgewandelt, das von einem 3D-Drucker verstanden werden kann, meistens STL (Stereolithographie). Anschließend wird es in einem als Slicing bezeichneten Vorgang in Schichten aufgeteilt.

Beim Schneiden wird ein 3D-Modell mithilfe einer speziellen Software, einem sogenannten Slicer, in Hunderte oder Tausende dünner Schichten aufgeteilt. Der Slicer generiert einen G-Code, der Anweisungen für den 3D-Drucker zur Bewegung des Druckkopfs, zur Temperatur, zur Druckgeschwindigkeit und zu anderen Parametern enthält. Im nächsten Schritt wird der Drucker vorbereitet. Dabei wird das Druckmaterial, meistens ein Kunststofffilament (z. B. PLA, ABS), Harz oder Pulver, platziert und der Druckkopf auf die entsprechende Temperatur erwärmt, sodass das Material in den Extruder eingespeist werden kann.

Während des Druckvorgangs bewegt sich der Druckkopf gemäß den Anweisungen des G-Codes und trägt das Material Schicht für Schicht auf die Druckplattform auf. Jede Materialschicht härtet aus oder wird mit UV-Licht (bei SLA-Druckern) ausgehärtet, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird. Nach Abschluss des Druckvorgangs lässt man das Objekt vollständig abkühlen und härten. Je nach verwendetem Material kann das Objekt zusätzliche Endbearbeitungsschritte erfordern, z. B. das Entfernen der Träger, das Schleifen, Lackieren oder Aushärten mit UV-Licht.

Es gibt verschiedene Arten von 3D-Druckern, von denen der beliebteste FDM (Fused Deposition Modeling) ist. Bei diesem Verfahren wird das Filament geschmolzen und Schicht für Schicht aufgetragen. Andere Typen sind SLA (Stereolithographie), bei der UV-Licht zum Aushärten flüssiger Harzschichten verwendet wird, SLS (Selective Laser Sintering), bei dem der Laser Pulvermaterialien zu einer festen Struktur sintert, und DLP (Digital Light Processing), ähnlich wie SLA, jedoch unter Verwendung eines digitalen Lichtprojektors anstelle eines Lasers. 3D-Drucker werden in vielen Bereichen eingesetzt, vom Prototyping und der Herstellung mechanischer Teile über die Medizin bis hin zur Herstellung von Alltagsgegenständen und Kunst.

Polnische Zahnimplantate aus einem 3D-Drucker

Breslauer Forscher präsentierten eine innovative Idee für biologisch abbaubare Zahnimplantate, die mit einem 3D-Drucker hergestellt wurden. Der Versuch, ein Zahnimplantat in einem 3D-Drucker herzustellen, ist nichts Neues. Dieses Gerät wird genau für die Herstellung von Modellen und Prototypen verwendet. Das Problem war jedoch die geringe Funktionalität eines solchen Zahnimplantats, da es sich nicht an den Knochen binden würde.

Ein Schlüsselelement dieser bahnbrechenden Lösung ist die Verwendung von Magnesium als Bestandteil von Implantaten. Dank dieses Materials kann das Implantat im Laufe der Zeit auf natürliche Weise in das Knochengewebe des Patienten hineinwachsen, sodass ein späteres Ersetzen oder Entfernen entfällt. Diese innovative Technologie geht davon aus, dass die oberste Schicht der Implantate bereits bei der Herstellung von Implantaten mit einer biologisch abbaubaren Schicht bedeckt wird, die sich im Laufe der Zeit zersetzt und sich in die natürlichen Strukturen des Zahnes integriert.

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Magnesium und Kieferknochen?

Magnesium ist eines der wichtigsten Mineralien, die die Gesundheit des Knochengewebes beeinflussen. Es hat mehrere wichtige Eigenschaften:

• Knochenstärkung — Magnesium spielt eine wichtige Rolle bei der Knochenmineralisierung, da es Bestandteil von Hydroxylapatit, dem wichtigsten Knochenmineral, ist. Wirkt sich auf die Knochenhärte und -festigkeit aus.
• Kalziumregulierung — Magnesium ist für einen guten Kalziumstoffwechsel unerlässlich. Es hilft beim Transport von Kalzium durch die Zellmembranen und ist für das reibungslose Funktionieren der Nebenschilddrüsen notwendig, die den Kalziumspiegel im Blut regulieren.
• Wirkungen auf Osteoklasten und Osteoblasten — Magnesium beeinflusst die Aktivität knochenbildender Zellen (Osteoblasten) und knochentragender Zellen (Osteoklasten). Sein Mangel kann zu einer erhöhten Aktivität der Osteoklasten führen, was zur Knochenresorption und Schwächung des Knochengewebes beiträgt.
• Rolle bei der Proteinsynthese — Magnesium ist wichtig für die Synthese von Proteinen, einschließlich Kollagen, das ein wesentlicher Bestandteil der organischen Knochenmatrix ist.
• Entzündungshemmende Eigenschaften — Magnesium hat eine entzündungshemmende Wirkung, die dazu beitragen kann, die Knochen vor Entzündungsprozessen zu schützen, die zu ihrem Abbau führen können.

Um die Gesundheit des Knochengewebes zu erhalten, ist es wichtig, den Körper durch Diät oder Nahrungsergänzungsmittel mit ausreichenden Mengen an Magnesium zu versorgen, insbesondere in Fällen, in denen das Risiko eines Mangels besteht. Es ist daher nicht überraschend, dass seine Eigenschaften auch genutzt wurden, um den Prozess der Verbindung eines auf einem 3D-Drucker gedruckten Zahnimplantats mit dem Knochen auszulösen und zu beschleunigen.

Wann drucken wir Zahnimplantate für Patienten?

Derzeit laufen umfassende Forschungsarbeiten zu dieser Technologie, die mehrere wichtige Phasen abdeckt. Das beginnt bei der präzisen dreidimensionalen Konstruktion über die Herstellung des Implantats bis hin zu detaillierten Festigkeitstests. Dieses Projekt, bekannt als CERMET, wird vom Nationalen Zentrum für Forschung und Entwicklung in Polen und MOST in Taiwan finanziert, was seinen internationalen und interdisziplinären Charakter unterstreicht.

Die Erforschung biologisch abbaubarer Zahnimplantate kann einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Zahnmedizin leisten. Die Innovation dieser Lösung liegt in ihrer Fähigkeit, sich auf natürliche Weise in das Gewebe des Patienten zu integrieren, was nicht nur der Gesundheit und dem Komfort der Patienten zugute kommt, sondern auch das Risiko von Komplikationen minimiert, die mit herkömmlichen Implantaten verbunden sind. Die Arbeit der Breslauer Studenten und Wissenschaftler hat das Potenzial, die Herangehensweise an die Zahnmedizin zu revolutionieren und neue Standards auf dem Gebiet der Zahnimplantologie einzuführen.

Polen: Pioniere gedruckter Implantate

Polnische Wissenschaftler interessieren sich seit Jahren für die Möglichkeiten des Einsatzes von 3D-Druck in der medizinischen Industrie und haben das enorme Potenzial des 3D-Drucks bei der Entwicklung personalisierter Lösungen erkannt.