Dr. Dr. Alexander Steiner, Aachen: Von ultra-hydrophilen Implantatoberflächen und Klebeproteinen bei Meeresmuscheln

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1 (Implantat-)Oberflächen veredeln Rund 7 Teilnehmer aus mehr als Ländern genossen nicht nur den Blick auf den Genfer See. Anlässlich des diesjährig erstmals stattgefundenen Kongress der Firma Camlog Biotechnologies in Montreux profitierten sie vor allem von dem Ausblick auf aktuelle Trends und Entwicklungsperspektiven im Bereich der Implantatoberflächen. Für das DENTAL MAGAZIN fasst Dr. Dr. Alexander Steiner, Universität Aachen, die interessanten Ergebnisse der Studiengruppe um Prof. Dr. Herbert P. Jennissen, Universität Essen, zusammen. Der Essener Biochemiker stellte seine neuesten Untersuchungen zur Oberflächenmodifikation von Titanimplantaten vor. Dabei betrachtete er zunächst die mit der Oberfläche in Zusammenhang stehenden physikalischen Eigenschaften und stellte die Bedeutung einer ultra-hydrophilen Oberfläche als mögliche Grundlage weiterer Oberflächenmodifikationen heraus. Biokompatibilität optimieren Ultra-hydrophile Oberflächen sind durch spezielle Verfahren aufgeraute Flächen, die eine extrem gesteigerte Benetzbarkeit aufweisen. Das ist im Hinblick auf die mögliche Beschichtung mit zum Beispiel Bone morphogenetic proteins (BMPs) von besonderer Bedeutung. Die mechanische Anrauung Quelle: Camlog/Meinardus

2 1. INTERNATIONALER CAMLOG KONGRESS IN MONTREUX REFLEKTIEREN & MOTIVIEREN von Titanoberflächen durch Sandstrahlen oder Titanplasma Spray-Beschichtung ist bereits seit längerer Zeit in der industriellen Nutzung, auch die chemische Konditionierung mittels Säure oder Beize sind beschrieben und derzeit auch in der industriellen Nutzung. Das von Jennissen bereits 01 dargestellte Verfahren der Chrom-Schwefelsäurebehandlung einer Titanoberfläche führt zu einer extremen Steigerung der Benetzbarkeit, welche, im Gegenzug, einerseits zu einer besseren Haftung von sekundär aufgebrachten Proteinen (z. B. BMP), andererseits zu einer verbesserten Biokompatibilität per se führt. Hierbei ist kritisch anzumerken, dass bis heute objektivierbare Kriterien für Biokompatibilität eines Werkstoffes nur in Ansätzen existieren. Jennissen stellte auf das Bioadhäsionsmodell (Modell der kritischen Oberflächenspannung) von Prof. Dr. Robert E. Baier (State University of New York at Buffalo) ab, welches einen direkten Zusammenhang zwischen dem Grad der Benetzbarkeit und der Biokompatibilität postuliert. Inverser Lotuseffekt In diesem Zusammenhang verdeutlichte er an laborchemischen und tierexperimentellen Studien einerseits die physikalisch-chemischen Auswirkungen des von ihm als Inversem Lotuseffekt bezeichneten Phänomen auf die Oberflächenhaftung von BMP auf mit Chrom-Schwefelsäure behandelten Oberflächen, welche eine deutliche Haftungssteigerung der BMP auf der behandelten Oberfläche zur Folge hatte. Andererseits konnte er zeigen, dass im Tierexperiment die mit BMP behandelte Titanoberfläche im Vergleich zur Unbehandelten deutlich schnelleres osteointegratives Potenzial zeigte, welches sich in einer Verkürzung der Einheildauer niederschlug. Hier kündigte er weitere Forschungsergebnisse aus seiner Studiengruppe an. Als weitere interessante Option der Verankerung an Biomolekülen auf metallische Oberflächen präsentierte er erste Untersuchungen zur Synthese von Proteinen, die in der Verankerungsfußplatte unter anderem von Nordseemuscheln vorkommen. Zur Erklärung dieses Ansatzes verdeutlichte er das bekannte Phänomen, dass Meeresmuscheln auf glatten Oberflächen, wie zum Beispiel Schiffsrümpfen, In Montreux stellte Prof. Jennissen seine neuesten Untersuchungen zur Oberflächenmodifikation von Titanimplantaten vor. Foto: Dr. Steiner sehr gut haften, oft zum Leidwesen der Schiffseigner. Biogene Klebeproteine Der zu Grunde liegende Mechanismus ist seit Jahren Gegenstand intensivster Forschung, weil hier klebstoffartige Substanzen, die unter Wasser aktiv sind und bleiben, für den kommerziellen Markt gesucht werden. Kurz gesagt handelt es sich bei den Substanzen aus der Muschelfußplatte um Polypeptide, die eine besondere Konfiguration in Bezug auf die Dr. Dr. Alexander Steiner ist Facharzt für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie sowie Fachzahnarzt für Oralchirurgie. Der gebürtige Oberhausener hat seine Promotion zum Doktor der Zahnheilkunde an der Ludwig- Maximilians Universität zu München mit dem Thema Rapid Prototyping von Ohrmuschelformen zur Herstellung von Epithesen, individueller Operationsschablonen und Tissue Engineering Formen abgelegt und arbeitet derzeit als Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Universitätsklinik Aachen (Direktor: Prof. Dr. Dr. Dieter Riediger). Lesetipp: Jennissen HP (01): Ultra-hydrophile metallische Biomaterialien. BIOMaterialien 2(1), Diesen Beitrag sowie die Literaturliste können DM- Leser im Internet unter als pdf herunterladen

3 Kirsch: Ohne Teamfähigkeit und Teamaproach ist eine moderne implantatprothetische Therapie nicht mehr denkbar. Die Zusammenarbeit zwischen den Disziplinen Chirurgie, Prothetik und Zahntechnik ist eine zwingende Notwendigkeit. Lesetipp: Übersichtlich, einfach, sicher im DENTAL MAGAZIN 3/04, Seite. Histologische Präparate nach vier Wochen (Toluidin Blau Färbung, Originalvergrößerung x 45). Quelle: Camlog. Standard Promote Implantat mit bindegewebiger Separation der enossalen glatten Anteile vom angrenzenden Knochenlager. Referenten im kollegialen Schulterschluss (v.l.n.r.): Prof. Dr. Fumihiko Watanabe, Uni Niigata (Japan), Prof. Dr. Dr. Dr. Hubertus Spiekermann, Uni Aachen und Prof. Dr. Jürgen Becker, Uni Düsseldorf. Foto: Dr. Steiner Promote plus Implantat mit direktem Knochen-Implantat- Kontakt auf Höhe der klinischen Insertionstiefe. Die neue Camlog Foundation mit dem Gründungspräsidenten Prof. Dr. Dr. Rolf Ewers (Bild) fördert junge Wissenschaftler und Fachleute aus der Praxis sowie Forschungsprojekte in der Grundlagen- und in der angewandten Forschung. Weiterhin zählen die Aus- und Weiterbildung sowie der wissenschaftliche Austausch zwischen Universitäten und der Industrie zu den Stiftungsaufgaben. Weitere Infos: Foto: Camlog angefügten Substituenten aufweist: Es handelt sich um Poly-DOPA-haltige Makromoleküle, welche für die gesteigerte Oberflächenhaftung verantwortlich sind. Hierbei ergibt sich die Perspektive, dass die bioreaktiven Proteine (z. B. BMP), die auf eine gegebene Oberfläche aufgebracht werden sollen, bei entsprechender Vorgehensweise, mittels Kopplung an biogene Klebeproteine auf der Oberfläche verankert werden könnten. Dies hätte, falls es suffizient funktioniert, den Vorteil, dass man unter Umständen auf die mitunter kosten- und zeitin-

4 Dr. Dr. Alexander Steiner im Gespräch mit Prof. Dr. Dr. Dr. (h.c.) Hubertus Spiekermann. tensive Konditionierung der Metalloberflächen verzichten könnte. Hierbei wurde insbesondere auf die Perspektiven der Ankopplung von BMP abgestellt, prinzipiell ergibt sich jedoch noch eine sehr viel breitere Anwendungsperspektive, wenn das Syntheseproblem der Kleberproteine beherrscht wird. Professor Spiekermann, wie beurteilen Sie den Kongress insgesamt? Der Kongress hat mir sehr gut gefallen, die Atmosphäre war gut, die Qualität der Vorträge war sehr gut, es waren exzellente Referenten versammelt. Dafür dass das Implantatsystem erst so kurz auf dem Markt ist, zeigte sich insgesamt ein außergewöhnlich hohes Niveau der Veranstaltung. Im wissenschaftlichen Programm wurde ein Schwerpunkt auf die Oberflächenkonditionierung von Titanimplantaten gelegt. Sehen Sie schon einen Anwendernutzen der dargestellten Verfahren? Man muss die Entwicklung in diesem Bereich natürlich verfolgen, es sind sicherlich positive Aspekte bei der Anwendung vor allem von BMP dabei. Momentan ist in keiner Weise eine Anwendbarkeit der geschilderten Verfahren in der täglichen Praxis sichtbar. Ich habe in den vergangenen zehn bis 15 Jahren viele verschiedene Oberflächenmodifikationen kommen und gehen gesehen. Der Standard ist eine raue Oberfläche, weitere Entwicklungen muss man einfach abwarten. Prof. Dr. Dr. Dr. (h.c.) Hubertus Spiekermann Seit mehr als Jahren beschäftigt sich Prof. Dr. Dr. Dr. (h.c.) Hubertus Spiekermann mit enossalen Implantaten in der prothetischen Zahnheilkunde. In den ern gründete der heute 3-jährige Direktor der Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde an der RWTH Aachen die Deutsche Gesellschaft für Implantologie (DGI), deren Präsident er zwischen 19 und 19 war. Aber er ist mit Haut und Haar Prothetiker und so plädiert er dafür, Implantate prothetisch zu setzen. Wie beurteilen Sie die Gründung einer Camlog Academy, wie sie hier angekündigt worden ist? Insgesamt finde ich es richtig, dass Firmen ihr Interessengebiet auf ein breiteres, firmenunabhängiges Fundament stellen, beispielhaft war hier ja bislang die ITI/Straumann-Gruppe. Bei dem dargestellten Vorhaben stehen nicht nur die konkreten wirtschaftlichen Interessen im Vordergrund, sondern auch die Weiterentwicklung des Faches selbst, und das halte ich für sehr wichtig. Insgesamt sicher ein guter Ansatz. Wie schätzen Sie die Entwicklung der Firma Camlog bisher und perspektivisch ein? Ich halte die Entwicklung der Firma für außergewöhnlich. Ich hätte nicht vermutet, dass sie so schnell und so positiv verlaufen würde. Mit Axel Kirsch bin ich seit mehr als Jahren befreundet, ich weiß, was für ein dynamischer Mann er ist. Er steht ja letztlich zu großen Teilen hinter dieser gesamten Entwicklung, die mich trotzdem noch überrascht hat. Ich glaube, dass das Implantatsystem von Camlog vor einer großen Zukunft steht. Würden Sie einen 2. Camlog Kongress auch besuchen? Wenn man mich einladen würde, ja. Ich gehöre ja schon zu den älteren Kollegen, deshalb weiß ich nicht, ob ich bei der hier zu beobachtenden Dynamik noch ins System passe. Vielen Dank für das Gespräch, Herr Professor Spiekermann. Fazit Zusammengefasst ergibt sich damit ein interessanter Ausblick in die nahe Zukunft der Oberflächenmodifikation von enossalen Implantaten, so dass man auf weitere Entwicklungen mit Sicherheit gespannt sein darf.

5 1. INTERNATIONALER CAMLOG KONGRESS IN MONTREUX REFLEKTIEREN & MOTIVIEREN Information der Redaktion Die Bedeutung einer ultra-hydrophilen Oberfläche als Grundlage weiterer Oberflächenmodifikationen fließt in die ab sofort erhältlichen Promote plus -Implantate für die Screw-Line Implantate. Der maschinierte Anteil des Halses wurde von 2,0 auf 0,4 Millimeter verkürzt. Das führte in tierexperimentellen Studien zu einer rund 1 mm höheren knöchernen Integration des Implantatkörpers. Prof. Dr. Jürgen Becker, Dr. Frank Schwarz (beide Uni Düsseldorf) und Mitarbeiter untersuchten im Hundemodell modifizierte Titanoberflächen auf der Basis der Promote-Technologie. Die höchste Knochenkontaktrate ergab sich für eine nanostrukturierte, ultra-hydrophile und mit dem Knochenwachstumsfaktor rh-bmp-2 beschichtete Implantatoberfläche. Damit die Abgabe der BMPs an das umgebende Gewebe kontrolliert erfolgt, sind diese an die Implantatoberfläche gekoppelt und immobilisiert. Dadurch soll verhindert werden, dass die Wachstumsfaktoren in kürzester Zeit in das Gewebe diffundieren und ihre Wirkung bei der knöchernen Einheilung verlieren. Hierzu Prof. Dr. Herbert P. Jennissen (Uni Essen), Mitglied der Arbeitsgruppe und einer der weltweit führenden BMP-Forscher: Es ist uns gelungen, die für eine Knocheninduktion notwendige Dosis gegenüber bisherigen Verfahren um einen Faktor von bis zu.000 zu senken. Dadurch wird auch das Risiko immunologischer Reaktionen praktisch beseitigt. Weitere Informationen: Logo, Ausgabe /0, Seite 15.