zum Inhalt springen
Powered by

ILM - Lasergestützte präventive und kurative Zahnbehandlung

Am ILM wird gemeinsam mit unterschiedlichen Industriepartnern sowie mit Hilfe von öffentlichen Mitteln an der Optimierung von Sealermaterialien und Remineralisationssubstanzen sowie einer wirksamen und dauerhaften kariespräventiven Behandlung geforscht.

Anwendung des Demineralisationsmodells zur Lochfraskaries an unbehandelter Zahnschmelzoberfläche. Oben: Lichtmikroskopische Aufnahme der erodierten Zahnschmelzoberfläche. Unten: Mikroskopische Aufnahme (LSM 510) des durch die demineralisierte und erodierte Zone erstellten Längsschliffs. © ILM

Die heute dem Zahnarzt zur Verfügung stehenden präventiven und kurativen Maßnahmen zur Erhaltung der Zähne stützen sich zum einen auf eine Fluoridierungstherapie, bei welcher der Zahnhartsubstanz topisch oder systemisch Fluoridionen zugeführt werden, zum anderen auf eine Versiegelung der Zahnschmelzoberfläche mit polymerisierenden Kunststoffen (Sealern). Wird eine frühe Schädigung der Zahnschmelzoberfläche infolge eines kariösen Säureangriffs (Initialkaries) oder dem übermäßigen  Genuss von säurehaltigen Nahrungsmitteln (Erosion), wie Früchten oder Säften, nicht erkannt, verbleiben nur noch restaurative Maßnahmen.

Seit einigen Jahren wird am ILM mit unterschiedlichen Industriepartnern sowie mit Hilfe von öffentlichen Mitteln an der Optimierung von Sealermaterialien und Remineralisationssubstanzen sowie einer wirksamen und dauerhaften kariespräventiven Behandlung geforscht. Zunächst galt es Demineralisationsmodelle zu entwickeln, welche eine gezielte und vor allem naturgetreue Schädigung der Zahnschmelzoberfläche ermöglichen. Vier unterschiedliche De- und Remineralisationsmodelle wurden etabliert, die die gesamte Schädigungsbandbreite von leichter initialer bis hin zu starker oberflächenzerstörender Karies nachbilden.

Im nächsten Schritt waren Analyseverfahren zu verifizieren, die eine quantitative Aussage über die Zahnschmelzschädigung (Demineralisationsvolumen, Demineralisationsgrad) aber auch die kurative Wirkung, also den remineralisierenden Effekt von Remineralisationssubstanzen, erlauben. Insbesondere die hochauflösende Energiedispersive Röntgenstrahlung (EDX), die konfokale Laserscanningmikroskopie sowie spektroskopische Verfahren (FTIR) und materialwissenschaftliche Testverfahren (Härtemessung, Tribologie, Thermocycling) sind zur Beurteilung der Zahnmorphologieänderung wie auch von Sealermaterialien optimiert worden.

Unter Verwendung dieser spezifisch an das Zahnhartmaterial angepassten Infrastruktur kann die Wirksamkeit neuer lasergestützter, aber auch konventioneller kariespräventiver Therapien beurteilt werden. Weiterhin ermöglicht diese Entwicklungsumgebung die Herstellung neuartiger Materialien (Nanomaterialien, amorphe Kalziumphosphate) zur Versiegelung und Wiederaufbau des Zahnhartmaterials.

Zu sehen ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme, die aussieht wie ein schwammartiges graues Gebilde.
Elektronenmikroskopische Aufnahme (Hitachi S-5200) eines für die Initialkariesreparatur optimierten Nanomaterials. © ILM
A longitudinal section of a tooth is shown on the left side of the photo, and a grey blow-up of an area of the upper left side of the tooth on the right. Four small arrows point towards the left side of the blow-up. A microscope is shown in the upper left corner of the photo.
Optimiertes Laserscanningmikroskop (LSM510) zur Auswertung der Demineralisations- und Erosionstiefen. Rote Pfeile zeigen auf die Demineralisationszone. Anwendung des Demineralisationsmodells zur Lochfraskaries an unbehandelter Zahnschmelzoberfläche. Oben: Lichtmikroskopische Aufnahme der erodierten Zahnschmelzoberfläche. Unten: Mikroskopische Aufnahme (LSM 510) des durch die demineralisierte und erodierte Zone erstellten Längsschliffs. © ILM

Wiederaufbau initial geschädigter und erodierter Zahnhartsubstanz

Lichtmikroskopische Aufnahmen zur Darstellung der durch die synchrone Laserbestrahlung und Fluor-Protector- Lack Applikation erzielten Schutzwirkung. Oben: Intakte Schmelzoberfläche ohne Demineralisationsschädigung. Unten: Unbehandelte Referenzprobe mit Verlust der Oberflächenintegrität und enormer Demineralisationsschädigung. © ILM
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist eine vollständige Remineralisation der durch Säuren (Bakterienstoffwechsel, Nahrungsmittel) stark demineralisierten Zahnhartsubstanz. Als Fernziel ist die Restrukturierung von erodierten oder durch Lochfraß geschädigten Zahnoberflächen angedacht. Der natürliche, mit Hilfe der im Speichel vorhandenen Kalzium- und Phosphationen laufende Schmelzremineralisationsprozess sowie die professionellen Fluoridierungsmaßnahmen besitzen bei intensiven Säureangriffen nur eine begrenzte und unvollständige Reparaturwirkung. Die Remineralisation beschränkt sich nur auf die oberflächennahe Schmelzschicht, wobei die tieferliegende stark geschädigte Zahnhartsubstanz nicht remineralisiert wird. Mit Hilfe des am ILM entwickelten lasergestützten Remineralisationsverfahren können auch diese tieferliegenden Demineralisationszonen remineralisiert werden.

Hierzu wurde ein fluoridfreies thermisch aktivierbares Nanomaterial entwickelt, welches mit Hilfe eines Er:YAG-Lasers appliziert wird und eine enorme Tiefenwirkung erzielt. Die gewählte säurestabile Materialmatrix besitzt eine oberflächenstabilisierende Wirkung und erhält durch ihre diffusionsfähige Eigenschaft den ionischen Austausch der Zahnhartsubstanz mit dem Mundmilieu. Zudem wird das Einnisten von Bakterien in den behandelten Zahnschmelz durch die Ausbildung schmaler Diffusionswege (s<4μm) verhindert. Die integrierten Nanopartikel sowie die amorphen Kalziumphosphate binden an das geschädigte Zahnschmelzmineral und erzielen dadurch die bisher höchste über die gesamte Demineralisationszone gemittelte Remineralisation von 35%. Bei mehrmaliger Applikation (n=4) kann ein Schichtaufbau an der Zahnschmelzoberfläche erzielt werden, wodurch das Fernziel, die Restrukturierung erodierter Zahnhartsubstanz, deutlich näher rückt.

Lasergestützte kariespräventive Zahnbehandlung

Mit Hilfe einer laserinduzierten Morphologieänderung der oberflächennahen Schmelzschicht soll eine verringerte Säurelöslichkeit des Schmelzkristalls und dadurch eine dauerhafte Kariesprävention erzielt werden. Anfängliche Untersuchungen zeigten, dass mit Hilfe subablativer Er:YAG-Laserbestrahlung ein präventiver Effekt von bis zu 70% zu erzielen ist. Jedoch treten hierbei an der Zahnoberfläche aufgrund thermisch induzierter Spannungen Mikrorisse auf.

Im Zuge eines vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens (Kariesprävention mit Femtosekunden-Lasertechnik, FKZ: 01EZ0415) wurde die präventive Wirkung weiterer Laserquellen insbesondere Kurzpulslaser (Titan-Saphir-Laser, Q-switch Nd:YAGLaser) an frisch extrahierten Zähnen untersucht. Die Bestrahlung erfolgte mit 10 unterschiedlichen Wellenlängen vom Ultravioletten bis hin zum nahen Infraroten (#=340nm-1200nm). Die verdreifachte Nd:YAG-Laserwellenlänge (#=355nm) wurde zusätzlich synchron mit einer hinsichtlich der thermisch induzierten Spannungen optimierten Er:YAG-Laserbestrahlung (Laserburstbetrieb) appliziert.

Aus diesen Untersuchungen resultiert erstmalig eine dauerhafte und praxistaugliche kariespräventive Behandlung, welche ohne Oberflächen- und Pulpaschädigung eine präventive Wirkung von bis zu 80% erzielt. Eine vollständige, wenn auch nur temporäre Säureresistenz der Zahnoberfläche lässt sich aus der kombinierten Behandlung mit einem derzeit für die Kariesprävention eingesetzten Fluorlack (Fluor-Protektor-Lack, Ivoclar-Vivadent GmbH) erreichen.
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/pm/ilm-lasergestuetzte-praeventive-und-kurative-zahnbehandlung