Implantologie: Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Knochenersatzmaterialien ist deren Einheilungsprozess bis heute langwieriger und komplizierter als der Einheilungsprozess von Eigenknochen.
Sind Stammzellen die neue Hoffnung in der Zahnmedizin? Robert Ott, Doktorand am Institut für ImplantatTechnologie und Biomaterialien e.V., einem An-Institut der Universität Rostock, ist davon fest überzeugt, meldet der Informationsdienst Wissenschaft – idw.
Im klinischen Alltag sind Zahnimplantate längst ein Routineverfahren. Damit Implantate zuverlässig im Kiefer verankert werden können, muss in vielen Fällen vor der Implantation Knochen aufgebaut werden. Vielfach wird für diesen Kieferaufbau Eigenknochen verwendet, der den Patientinnen und Patienten in einem zusätzlichen chirurgischen Eingriff entnommen wird.
Eine beschwerdeärmere Alternative zur Verwendung von Eigenknochen stellen Knochenersatzmaterialien dar. Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Knochenersatzmaterialien ist der Einheilungsprozess von Knochenersatzmaterialien bis zum heutigen Tag allerdings langwieriger und komplizierter als der Einheilungsprozess von Eigenknochen.
Preisträger Robert Ott bei der Präsentation seiner Forschungsarbeit „Teeth matter – Stemmcell loading in bone implants“ auf dem ersten Poster-Slam der Universität Rostock.
Zellgewinnung aus Blut oder Fettgewebe
Um die Einheilung von Knochenersatzmaterialien künftig zu verbessern, untersucht die Rostocker Arbeitsgruppe um Prof. Bernhard Frerich die Besiedlung von Knochenersatzmaterialien mit patienteneigenen Zellen oder Stammzellen. Solche Zellen können minimal-invasiv aus Blut und unterschiedlichen Geweben wie zum Beispiel Fettgewebe gewonnen werden. Durch die Eigenschaft der Stammzellen, das natürliche Knochenwachstum anzuregen und damit die Knochenneubildung zu beschleunigen, soll das Einheilen des Knochenersatzmaterials verbessert werden.
Problem der gleichmäßigen Besiedlung
Hauptziel der wissenschaftlichen Kooperation in dem aktuellen Verbundforschungsprojekt ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine gleichmäßige Besiedlung von Knochenmaterialien mit Stammzellen erreicht werden kann. Zu diesem Zweck entwickeln die Forscherinnen und Forscher einen sogenannten Bioreaktor, in dem die Stammzellbesiedlung unter definierten Umgebungsbedingungen erfolgt. „Neben den experimentellen Untersuchungen im Labor stellt die numerische Strömungssimulation ein wertvolles Werkzeug bei der Entwicklung leistungsfähiger Bioreaktoren dar“, sagt Ott. Mithilfe solcher Strömungssimulationen ist es möglich, die Verteilung der Stammzellen im Knochenmaterial für eine große Anzahl unterschiedlicher Bioreaktoren und Umgebungsbedingungen vorherzusagen und miteinander zu vergleichen.
Obwohl die numerische Strömungssimulation den Entwicklungsprozess der Bioreaktoren deutlich beschleunigt, wird die Funktionsfähigkeit der entwickelten Bioreaktorprototypen abschließend im Labor mithilfe von Zellbesiedlungsexperimenten untersucht. Um die erfolgreiche Stammzellbesiedlung genau zu überprüfen, kommen dabei verschiedene bildgebende Verfahren wie Rasterelektronenmikroskopie und Fluoreszenzmikroskopie zum Einsatz.
Bioreaktorprototyp als wichtiger Meilenstein
Die Auswertungen der ersten Stammzellbesiedlungsexperimente zeigten bereits erfolgsversprechende Ergebnisse. „Mit der Entwicklung eines Bioreaktorprototyps, der eine gleichmäßige Verteilung der Stammzellen im Knochenmaterial ermöglicht, haben wir einen wichtigen Meilenstein des Verbundforschungsprojekts erreicht“, sagt Prof. Klaus-Peter Schmitz, Direktor des Instituts für ImplantatTechnologie und Biomaterialien e.V. Im weiteren Verlauf des Projekts, das Ende 2019 abgeschlossen wird, wollen die Forscherinnen und Forscher untersuchen, ob und in welchem Umfang die Stammzellbesiedlung der Knochenmaterialien im Bioreaktor tatsächlich zu einer Verringerung der Einheilzeit führt.
Das Verbundforschungsprojekt
An dem durch das Wirtschaftsministerium des Landes Mecklenburg-Vorpommern geförderten Verbundforschungsprojekt zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sind neben Robert Ott, Doktorand am Institut für ImplantatTechnologie und Biomaterialien e.V., als weitere Projektpartner die RoweMed AG, ein Industriepartner aus Parchim, und Prof. Bernhard Frerich, Direktor der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie der Universitätsmedizin Rostock, beteiligt.