En miljon tandimplantat sätts in varje år i Tyskland, och ofta måste de bytas ut på grund av problem som vävnadsinfektioner orsakade av bakterier. I framtiden, dessa infektioner kommer att förhindras tack vare en ny plasmaimplantatbeläggning som dödar patogener med silverjoner.

Bakteriell infektion av ett tandimplantat är en fruktad komplikation, eftersom det medför en hög risk för käkbensdegeneration. Att implantera en konstgjord tandrot sätter igång en kapplöpning mellan smittsamma patogener och kroppens eget cellulära försvar. Om bakterierna vinner, de bildar en biologisk film över titanet för att skydda sig mot antibiotika. När implantatet är koloniserat av bakterier, resultatet är en inflammatorisk reaktion, vilket kan leda till benatrofi.

För att minska risken för infektion och förbättra implantatets långsiktiga effektivitet, forskare vid Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM i Bremen har utvecklat en ny typ av implantatbeläggning i samarbete med industripartners. DentaPlas-beläggningen hjälper till att förhindra tillväxt av bakterier, vilket gör att implantatet kan fästa ordentligt och därigenom bilda en snabbare och mer permanent bindning med käkbenet. Tricket med detta ligger i att kombinera ytmaterial som har såväl fysiska som kemiska egenskaper. "Vi har gett DentaPlas-beläggningen en grov textur, som främjar celltillväxt, förutom att kombinera den med en hydrofil plasmapolymerbeläggning, som drar till sig fukt, " säger Dr Ingo Grunwald, projektledare på IFAM. Forskare har integrerat silvernanopartiklar i den tunna plasmapolymerbeläggningen, som är upp till bara 100 nanometer tjock. Silvernanopartiklarna löses upp under en period av flera veckor, och under den tiden frigör de kontinuerligt små mängder antimikrobiella silverjoner, som dödar bakterier.

Tre lager av skydd

"DentaPlas-systemet består av tre lager, med två plasmapolymerskikt som omger ett mittskikt av silver. Inom denna struktur bildas en biocidreservoar, och det yttersta lagret frigör jonerna. Detta är fördelaktigt eftersom det förhindrar direktkontakt mellan vävnaden och silverpartiklarna, som kan vara giftigt när det exponeras, " säger utvecklaren Dr. Dirk Salz. Forskare kan skräddarsy silverkoncentrationen såväl som tjockleken på lagren och deras porositet. Detta gör att silverjonerna kan penetrera det yttersta plasmapolymerskiktet under en viss tidsperiod som anses nödvändig för att korrekt integrera implantat. När silverbehållaren är slut, inga fler silverjoner frigörs, på så sätt undviker man eventuella långvariga toxiska effekter.

I försök med färdiga implantat och titanprover, IFAM-forskarna visade att DentaPlas-beläggningen inte bara är antimikrobiell utan också helt biokompatibel och steriliserbar. Testproverna belades med användning av en plasmapolymerisationsanläggning vid IFAM i Bremen. Forskare bekräftade den mekaniska stabiliteten och robustheten hos DentaPlas-beläggningen i försök med de nedre käkbenen hos grisar som tagits från slakteributiker. Här, de utsatte de DentaPlas-belagda implantaten för svårigheterna att skruvas på plats med hjälp av de instrument som finns i modern tandläkarpraktik. DentaPlas-beläggningen klarade detta stresstest med glans. Projektpartnern och Fraunhofers spinoff Bio Gate AG överförde framgångsrikt processerna för beläggning av testproverna och titanskruvarna till sina egna produktionsanläggningar. Det medicinska teknikföretaget är också tillverkare av DentaPlas treskiktsbeläggningssystem.