Einleitung:

Der Einsatz synthetischer Barrieremembranen für horizontale und vertikale Augmentationen ist seit Jahren fester Bestandteil implantologischer Behandlungen. Trotz zahlreicher Forschungsarbeiten kommt es im Bereich der „Guided-Bone-Regeneration-Technik“ jedoch immer noch zu materialspezifischen Beeinträchtigungen. Aktuell werden hauptsächlich Membranen aus Kollagen oder PTFE verstärkt mit Titan (Vermeidung des "Membrankollaps in den Defekt") für die Augmentation verwendet. Die mit Titan verstärkten PTFE-Membranen erfordern eine zweite, aufwendige Operation zur Entfernung des Materials. Kollagenmembranen hingegen sind bereits bioresorbierbar, jedoch oft mit ethischen Herausforderungen aufgrund der tierischen Herkunft verbunden. Die Kombination der bioresorbierbaren Werkstoffe Fibroin und Magnesium, und damit die Herstellung einer kompositen Verbundstruktur zur Verwendung als Barrieremembran, bietet daher die Möglichkeit eine zweite Operation überflüssig zu machen und ethischen Diskussionen vorzubeugen. Die Anforderungen an eine solche Barrieremembran sind neben bioresorbierbaren auch mechanische Eigenschaften, welche durch die Kombination des Seidenfibroins und neuartiger Magnesiumlegierungen erreicht werden, siehe Abbildung 1-2.

Material und Methoden:

Für die Herstellung des GBR-Prototypen wurde Seidenfibroin vom Maulbeerseidenspinner sowie eine innovative Magnesiumlegierung verwendet, siehe Abbildung 1-2. Das Seidenfibroin zeichnet sich durch eine hohe Biokompatibilität, Nichttoxizität und geringe Immunogenität aus [1-3]. Magnesium unterstützt die Knochenheilung und besitzt darüber hinaus eine mechanische Festigkeit nahe der von kortikalem Knochen [4, 5]. Zur Oberflächenmodifikation der Magnesiumlegierung wurden drei Techniken verglichen: Dip-Coating, Elektrogelation und Vacuum-Drying, siehe Abbildung 4-6. Anschließend wurden verschiedene Ansätze zur Herstellung einer GBR-Membran aus Seidenfibroin mit einer eingebetteten Magnesiumstruktur verfolgt, dargestellt in den Abbildungen 7-8.  Dabei kamen neben gegossenen Fibroinmembranen auch Schwämme sowie elektrogesponnene Vliese zum Einsatz, in welche die Magnesiumstruktur durch einen Gieß- oder Klebeprozess eingebracht wurde. Um die hergestellten GBR-Membranen für medizinische Anwendungen In-vivo nutzbar zu machen wurden wasser- und alkoholbasierte Techniken zur Ausbildung einer wasserunlöslichen Beta-Faltblattstruktur untersucht, siehe Abbildung 9. Die Wirksamkeit der angewendeten Methoden wurden durch optische Analyseverfahren bestimmt, ebenso die Schichtdicke der Proteinlösung durch mikroskopische Aufnahemen bewertet und evaluiert, dargestellt in den Abbildungen 10-13.

Ergebnis:

Eine GBR-Membran kann als Produkt aus Seidenfibroin und Magnesium hergestellt werden. Die Kombination aus Fibroinmembran, Magnesiumstruktur und Vliesstoff stellte sich hierbei als erfolgreichen Ansatz heraus. Dazu wurde eine Membran aus Seidenfibroin gegossen auf welche die Magnesiumstruktur geklebt und anschließend mit Seidenfibroin versponnen wird. Die Magnesiumstruktur ist somit auf einer Seite mit einer Fibroinmembran und auf der anderen Seite mit einem Fibroin Vliesstoff bedeckt. Als Kristallisationstechnik erzielt besonders die Wasserdampf-Methode wünschenswerte Ergebnisse. Zwar rollen sich die Kanten um die Magnesiumstruktur auf und das Material wird spröde, die Membran und der Vlies bilden jedoch eine Einheit. Außerdem entstehen keine Risse, sodass das Produkt aufgrund genügender Flexibilität ohne Brechen transportiert werden kann. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Kristallisationstechniken der Verbundstruktur können Abbildung 14 entnommen werden. Besonders die alkoholbasierte Behandlung (eva, mva und iva) führt zu Rissen und einem spröden Verhalten der GBR-Membran.