So unterstützen Polymere bei der Zahnbehandlung

Bei Alignern handelt es sich um dünne, transparente Schienen aus Kunststoff, die individuell für das Gebiss und die zu korrigierende Fehlstellung angepasst werden. Polymere mit Formgedächtniseigenschaften eröffnen hierbei neue Potenziale. Formgedächtnispolymere zählen zu den intelligenten Materialien. Aus diesen Kunststoffen lassen sich Objekte fertigen, die ihre Form in einer vorher genau festgelegten Art und Weise ändern. Ein äußerer Reiz, wie beispielsweise Wärme löst den Formgedächtniseffekt aus. Die Schiene verändert langsam ihre Form und eröffnet so die Möglichkeit, fehlgestellte Zähne in die erwünschte Position zu bewegen.

Der Leiter des Projekts am Fraunhofer IAP, M. Sc. Dennis Schönfeld, synthetisierte für die Anwendung in der Aligner-Therapie ein thermoplastisches Polyurethan (TPU), welches sowohl auf Wärme als auch auf körperwarmes Wasser reagiert. Abhängig davon, wie hoch die Temperatur ist oder wie viel Wasser das Material aufnimmt, kann die Formänderung des Aligners in beliebig viele Einzelschritte zerlegt werden. Die Ergebnisse einer Testreihe mit Modellzahnkränzen belegen die Funktionalität des neu entwickelten TPU: Bei der thermischen Behandlung realisierte das Team die Bewegung eines Schneidezahns um maximal 3,5 mm. Zudem gelang es in körperwarmem Wasser, die Form der Schiene in einem vorgegebenen Zeitraum graduell zu verändern. Künftig ließen sich innerhalb der Mundhöhle mithilfe des Speichels der Formgedächtniseffekt hervorrufen und mehrere Korrekturschritte mit einer Schiene verwirklichen. Die geschickte Wahl der Materialstärke sowie das schrittweise Erwärmen des Aligners erlauben darüber hinaus, die Krafteinwirkung auf die Zähne zu kontrollieren. „Für kieferorthopädische Anwendungen bergen gerade diese Besonderheiten eine Reihe einzigartiger Vorteile in der Aligner-Therapie – von kleineren Formanpassungen durch kontrollierte Erwärmung bis zur Verringerung der Zahl der Behandlungsschritte“, erklärt Dr. Thorsten Pretsch, Leiter des Forschungsbereichs Synthese und Polymertechnik am Fraunhofer IAP.

Derzeit bestehen Aligner aus Materialien, die unnatürlich starke Druckkräfte hervorrufen. Um eine Zahnfehlstellung zu korrigieren, ohne das anliegende Gewebe zu schädigen, sind daher viele kleine Behandlungsschritte erforderlich. Für jede einzelne Therapiestufe wird eine herausnehmbare, transparente Schiene gefertigt. Studien empfehlen, die Zahnbewegung auf maximal 0,2 mm pro Aligner zu begrenzen. Die individuell hergestellten Schienen verursachen hohe Behandlungskosten. Abhängig vom Grad der Fehlstellung sind durchschnittlich dreißig bis sechzig Aligner notwendig, um die Zähne über mehrere Monate hinweg in die gewünschte Position zu bewegen. Die Fähigkeit des nun neu entwickelten Polymers, seine Form in vorab festgelegten, kleinen und kontrollierten Schritten zu ändern, hat das Potenzial, die Anzahl der erforderlichen Etappen bei einer kieferorthopädischen Behandlung im Vergleich zu Therapien mit herkömmlichen Aligner-Materialien zu verringern. Bislang wurde das Aligner-Material an Modellzahnkränzen getestet. Zur Optimierung für die klinische Anwendung steht die weitere Materialentwicklung im Mittelpunkt. „Unsere Untersuchungen deuten darauf hin, dass das neu entwickelte Material eine deutlich höhere Effizienz aufweist, was für die kieferorthopädische Behandlung große Vorteile bedeutet“, berichtet Professor Drescher vom Universitätsklinikum Düsseldorf.

Quelle: Fraunhofer IAP