Anwendung des Monats: 3D-gedruckte Gerüste für die Rekonstruktion des Kieferknochens
Forscher der University of Queensland haben eine beeindruckende Leistung vollbracht. Zahnmediziner der Fakultät haben erfolgreich maßgefertigte, 3D-gedruckte Knochengerüste für eine schrittweise Alveolarknochenaugmentation eingesetzt, um einen Teil des Kieferknochens eines Mannes wieder aufzubauen. Ziel ist es nun, den Prozess zu optimieren und künftig bei weiteren Patienten mit Knochendefekten im Kiefer anzuwenden.
Die Alveolarknochenaugmentation, ein chirurgisches Verfahren zur Verbesserung der Form und Größe des Alveolarkamms für Zahnimplantate oder Prothesen, ist anspruchsvoll und trotz häufiger Erfolge oft schwierig. Laut den Forschern gibt es derzeit keinen allgemein akzeptierten „idealen Ansatz“ dafür, auch wenn die gesteuerte Knochenregeneration (GBR) am häufigsten angewandt wird.
Ergebnisse, die sowohl den Kieferknochen als auch das Gitter und das Endergebnis zeigen.
Zu den häufigen Problemen bei der Verwendung von GBR gehören die Notwendigkeit, die Membranen am Behandlungsstuhl zu formen, sowie die Entfernung von nicht resorbierbaren Membranen in einem zweiten Schritt. Und obwohl der 3D-Druck bereits erfolgreich für patientenspezifische Meshes zur Regeneration von Alveolarfortsatzdefekten eingesetzt wurde, wurden diese aus Titan hergestellt und müssen daher chirurgisch entfernt werden. Die Forscher versuchten nun, dieses Problem zu lösen.
Der eher außergewöhnliche Fall wurde von Professor Saso Ivanovski von der zahnmedizinischen Fakultät der UQ, der die klinische Studie leitete, als ein klares Beispiel für die sichere und wirksame Verwendung von Bioprinting für diesen Zweck und die Verwendung von biokompatiblem Material beschrieben. Er führt weiter aus: „In diesem Fall unterstützte und förderte das Gerüst das Wachstum von neuem Knochen im Kiefer eines 46-jährigen Mannes, so dass ein Zahnimplantat mit einem neuen Zahn sicher eingesetzt werden konnte. Die Knochengerüste werden für den Patienten maßgeschneidert, regenerieren effektiv den Kieferknochen […] und sind vollständig resorbierbar, so dass kein zusätzlicher chirurgischer Eingriff erforderlich ist, um sie zu entfernen.“
Rekonstruktion eines Kieferknochens mit 3D-gedruckten Gerüsten
Aber was genau ist ein Kieferkammdefekt für diejenigen, die keine Zahnärzte sind? Der Alveolarfortsatz bezieht sich im Wesentlichen auf den Knochenkamm, der die Zahnfächer auf dem Kieferknochen beherbergt und sie an ihrem Platz hält. Liegt also ein Defekt vor, kann es in diesem Fall Schwierigkeiten geben, sowohl gesunde Zähne als auch Implantate zu halten. Die bevorzugte Behandlung für große Volumendefekte ist die Knochenaugmentation, bei der Gerüste eingesetzt werden, um das Knochenwachstum an den richtigen Stellen zu fördern.
In diesem Fall wurde der 46-jährige Mann darüber informiert, dass es aufgrund der großen horizontalen Defekte schwierig sein würde, nach der Entfernung seines Zahns ein Implantat einzusetzen. Der Patient willigte daraufhin in die Verwendung von patientenspezifischen, 3D-gedruckten PCL-Gerüsten ein, um das Knochenwachstum in diesem Bereich zu fördern. Auch wenn dies der erste erfolgreiche Fall war, so ist er doch Teil einer Studie, die seit Januar 2022 läuft.
Wie zu erwarten, war der Prozess zur Herstellung des 3D-gedruckten Gerüsts langwierig. Um es patientenspezifisch zu gestalten, wurden zunächst ein intraoraler Scan und CBCT-Scans angefertigt, bevor mit Hilfe einer Zahnimplantat-Planungssoftware ein digitaler Plan für das Implantat erstellt wurde. Dieser wurde als STL-Datei exportiert und mit der Software Materialise 3-Matirc Research 15 verfeinert.
Der 3D-Bioplotter der Universität von Queensland.
Der 3D-Druck selbst erfolgte in einer eigens dafür gebauten Biosafe-Kabine und wurde mit dem Desktop Health 3D-Bioplotter® Developer Series-Drucker und PC08PCL in medizinischer Qualität durchgeführt. Dieser ursprünglich von EnvisionTEC hergestellte, von DM übernommene und 2022 in Desktop Health und ETEC umgewandelte Bioprinter arbeitet mit Extrusion und einer 200 μm Tecdia Arqué-Nadel für PCL bei einer Temperatur von 110 °C, einer Bewegungsgeschwindigkeit von 1 mm/s und einem Druck von 400 kPa. Das PCL-Gerüst wurde eingesetzt und mit einer resorbierbaren Kollagenmembran aus Schweinefleisch abgedeckt.
Es dauerte dann etwa sechs Monate, bis bei der Patientin ein ausreichendes Knochenwachstum für ein Implantat festgestellt wurde. Tatsächlich führte der Ansatz zu einem volumetrischen Knochenzuwachs von etwa 364,69 ± 2,53 mm3, was einem volumetrischen Zuwachs von 108,4 % im Vergleich zum ursprünglichen Defekt entspricht. Die Genesung des Patienten verlief reibungslos, ohne übermäßige Schmerzen oder Schwellungen. Seitdem hat das Team diese Methode bei neun weiteren Patienten angewandt.
Der leitende Biomedizintechniker des Projekts, Dr. Reuben Staples, fasst zusammen: „Unser Team ist das erste in Australien, das die von der Universität entwickelten 3D-gedruckten Knochengerüstimplantate für die Zahnrekonstruktion im Rahmen von Humanstudien unter Verwendung unseres zertifizierten Qualitätsmanagementsystems vor Ort herstellt. Es entspricht den australischen gesetzlichen Anforderungen. Da das verwendete synthetische Polymer in medizinischer Qualität kostengünstiger ist als die derzeit erhältlichen nicht resorbierbaren metallischen Alternativen, ist dies ein bedeutender Schritt nach vorn, wenn es darum geht, mit Hilfe des 3D-Drucks erschwingliche, sichere und wirksame Knochenimplantatlösungen für den Wiederaufbau von Kieferknochen und Zähnen für bedürftige Menschen zu schaffen. Es gibt noch viel zu tun in diesem Bereich, aber es ist aufregend, diesen Erfolg zu sehen.“
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