Einleitung:

Die Biologisierung von dentalen Implantatoberflächen wird als zukunftsgerichtete Möglichkeit gesehen, die Osseointegration und Weichgewebsanlagerung klinisch zu optimieren [1]. Eine vollständig biokompatible Oberflächenbeschichtung minimiert nicht nur die Abnutzung des Implantats, sondern verhindert gleichzeitig das Risiko allergischer Reaktionen und Entzündungen, welche durch das chirurgische Trauma selbst oder die Wechselwirkung zwischen Gewebe und Material verursacht werden [2-6]. Anforderungen an das Beschichtungsmaterial sind dabei Punkte wie Biokompatibilität, Nichttoxizität, eine geringe Immunogenität und eine einstellbare Abbaurate. Als neuartiges Material erfüllt Seidenfibroin vom Maulbeerseidenspinner Bombyx mori (B. mori) alle vorgenannten Anforderungen und übertrifft damit konventionell eingesetzte Beschichtungssysteme [7-11]. Zudem regt Seidenfibroin eine bioaktive Interaktion des umliegenden Gewebes unter Zelladhäsion und -wachstum an, und lässt sich mittels verschiedener Techniken zu versatilen Formen verarbeiten, wodurch zahlreiche Identifikationsfelder der dentalen Medizin bedient werden können, siehe Abbildung 1 [12-14].

Material & Methoden:

Die Herstellung der additivfreien Proteinlösung erfolgt durch die Entfernung des Sericins aus der Rohseide und anschließender Regeneration des verbleibenden Seidenfibroins in einem wasserbasierten Lösungsmittel, siehe Abbildung 2. Die Implantatmaterialien Titan, Magnesium und PMMA wurden vor der Beschichtung entsprechend behandelt und auf ihre Oberflächenbeschaffenheit hin nach DIN 55660-2 untersucht, siehe Abbildung 3. Nach erfolgreich durchgeführtem Layer-by-Layer-Beschichtungsprozess wurde eine neuartige Nachbehandlungsmethode mittels Wasserdampf etabliert und mit konventionellen Kristallisationstechniken vergleichen. Der Proof-of-concept der Wirksamkeit des Materials wurde durch zellbasierte Analyseverfahren erbracht.

Ergebnis:

Alle drei Implantatmaterialien konnten nach Messung des Benetzungsverhaltens erfolgreich mit Seidenfibroin beschichtet werden, wobei signifikant unterschiedliche Werte zwischen PEO und unbeschichteten Probekörpern gemessen wurden (p<0.05). Die Schichtdicken ohne PEO erreichten Werte von 5,14 ± 0,22 µm für Titan, und 0,41 ± 0,14 µm für PMMA, siehe Abbildung 4. Die unterschiedlichen Nachbehandlungstechniken konnten anhand von FTIR-Messungen nach verschiedenen Zeiträumen erfolgreich einer Proteinstruktur zugewiesen werden, und ließen sich dabei klar in α-Helix und β-Faltblattstrukturen einordnen, dargestellt in Abbildung 5. Bei genauer Betrachtung der Zelladhäsion auf der Seidenfibroinschicht konnten auf allen Werkstoffen Zellen nachgewiesen werden, wobei die Zellanzahl zwischen den metallischen Prokörpern und PMMA deutliche Unterschiede zeigten, siehe Abbildung 6. Die Menge proinflammatorischer TNF- α-Zytokine wurde im ELISA Test quantitativ bestimmt und zeigte innerhalb von 12 Stunden signifikant höhere Ergebnisse sowohl zwischen Medium und Fibroin Probekörpern als auch zwischen PEO beschichteten und nicht PEO beschichteten Implantatmaterialien (p<0.05). Die genauen Werte können Abbildung 7 entnommen werden.