Osseodisintegration enossaler Implantate mit biophysikalischen Methoden

Die konventionelle Methode zur Entfernung osseointegrierter Implantate im Falle einer Komplikation besteht im Herausfräsen oder Brechen aus dem Knochenlager. Dabei entsteht um das Implantatbett herum ein enormer Knochendefekt.

Aus der medizinischen Literatur ist bekannt, dass Knochenzellen durch Temperaturen oberhalb 42°C geschädigt werden können. Der Grad der Schädigung hängt dabei von der Höhe der Temperatur und der Einwirkzeit ab. Ziel dieses Projekts ist eine gewebeschonende, intentionelle Osseodisintegration. Hierzu soll ein kontrollierter, thermischer Impuls möglichst homogen an der Verbindungsfläche Implantat/Knochen generiert werden, um die Osseointegration zu lösen. Die Prozessführung soll datenbankgestützt für verschiedene Implantattypen erfolgen. Als Wärmequelle werden medizintechnische Laser, HF-Geräte, Wärmesonden und Perfusionsgeräte erprobt.

Abbildung 1: Wärmebildkameraanalysen bezüglich der Implantattemperierung

Im Projekt ODIN – Osseodisintegration enossaler Implantate mit biophysikalischen Methoden – ist das Ziel ein innovatives Verfahren zur atraumatischen Osseodisintegration enossaler Implantate zu entwickeln welches substantielle, tiefreichende Knochenschädigung vermeidet. Sobald die strukturelle und funktionelle Verbindung zwischen Knochen und Implantat (Osseointegration) gelöst ist, kann das Implantat mit geringen Kräften herausgeschraubt werden und es wird Reversibilität der Osseointegration erreicht. Langfristig ist eine Übertragung der Methode auf alle osseointegrierten enossalen Implantate denkbar, zum Beispiel auch auf Metallplattenosteosynthesen und Hüftimplantate in der Orthopädie.

Der in diesem Projekt verfolgte Ansatz besteht in der Temperierung (Erwärmung oder Kühlung) des Implantats, wodurch die Verbindung an der Grenzfläche des Implantates zum Knochen (Denaturierung der Knochenzellen) gelöst wird. Idealerweise soll nur eine möglichst dünne Knochenschicht an der Grenzfläche des Implantates zum Knochen denaturiert werden. Damit verlieren die Knochenzellen in der Grenzschicht ihre Fähigkeit zur strukturellen und funktionellen Verbindung mit der Implantatoberfläche. Um nur eine dünne Grenzschicht (< 500 μm) zu denaturieren ist es essentiell, dass das Implantat definiert und gleichmäßig erwärmt oder gekühlt wird. Die gezielte Temperierung der Implantate soll experimentell durch zeit- und ortsaufgelöste Temperaturmessungen von Implantaten in Knochenmodellen und in vitro und in vivo Knochen untersucht werden. Anhand dieser generischen Untersuchungen soll der Einfluss der Abmessungen unterschiedlicher Implantatgeometrien/-typen auf den Temperierungsvorgang quantifiziert werden. Dies ermöglicht die Übertragung der Ergebnisse auf die in der Zahnmedizin in großer Vielzahl anzutreffenden unterschiedlichen Implantattypen und -größen. Hierdurch soll eine variabel anwendbare Temperierungsmethode entwickelt werden.

Auf dem Weg zu einer industriellen Anwendbarkeit des Verfahrens zur atraumatischen Osseodisintegration sind die wesentlichen Aufgabenstellungen zur Umsetzbarkeit der atraumatischen Osseodisintegration zu bearbeiten.

In einem ersten Schritt müssen implantatlinienspezifische Verbindungselemente experimentell erprobt werden, mit denen Energie temperatur- und zeitgesteuert in unterschiedliche Implantate eingeleitet werden kann. Grundsätzlich sind elektrische Wärmequellen denkbar. Eine weitere, vielversprechende Möglichkeit zur Temperierung ist die konvektive Erwärmung mit einem Flüssigkeitskreislauf, weil neben der Erwärmung mit dem gleichen Medium auch eine intentionelle Abkühlung möglich ist. Dies kann Vorteile bezüglich der Minimierung der denaturierten Schichtdicke bringen. Darauf aufbauend soll die Prozessführung des Verfahrens optimiert werden, um vorgegebene Temperaturen und Einwirkzeiten zu erreichen. Im zweiten Schritt wird aus den Erkenntnissen der experimentellen Analysen ein numerisches Verfahren entwickelt, um die Temperierung unterschiedlicher Implantattypen vorherzusagen. Danach wird mit Hilfe mathematischer Methoden eine optimierte Prozessführung für beliebige Implantattypen und -linien ermittelt.