Ex-vivo-Untersuchung der Bracket-Schmelz-Interzone für ein sicheres und kontrolliertes Entfernen von Brackets in der Kieferorthopädie

• Antragstellerin: Petra Julia Koch
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396127899

Bei der kieferorthopädischen Behandlung mit Multibracketapparaturen klebt der/die Behandler:in vorübergehend Brackets auf die Schmelzoberfläche der Zähne. Diese übertragen vom kieferorthopädischen Bogen gerichtete Kräfte entlang der Zahnlängsachse auf das parodontale Ligament des umgebenden Knochens. Dadurch wird ein biologischer Umbauprozess eingeleitet, der eine Zahnbewegung ermöglicht. Voraussetzung ist jedoch, dass das Bracket während der gesamten Behandlung auf dem Zahnschmelz haften bleibt. Die Brackets werden üblicherweise entweder mit einem Komposit oder einem kunststoffverstärkten Glasionomerzement befestigt, wodurch eine dünne Schicht zwischen dem Bracket und dem Zahnschmelz entsteht. Diese Interzone muss den kieferorthopädischen Kräften sowie den zeitweise auftretenden Kaukräften und den thermischen, chemischen und bakteriellen Einflüssen der Mundhöhle standhalten. Das Bracket muss daher einerseits für die Dauer der Behandlung eine hohe Haftkraft aufweisen und andererseits am Ende wieder leicht entfernbar sein. Sobald die Zähne ihre vorgesehene Position im Zahnbogen erreichen, entfernt der/die Behandler:in die Brackets und das Befestigungsmittel so schonend wie möglich, um den Zahnschmelzes nicht zu schädigen. Bisherige Studien haben sich nicht systematisch mit den strukturellen Veränderungen dieser Interzone beschäftigt, die über die Dauer der jahrelangen Behandlung stattfinden können. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Interzone zwischen Bracket und Zahnschmelz nicht nur mikrostrukturell über die Dauer der Behandlungszeit zu erfassen, sondern auch die Auswirkungen externer Belastungen auf die Kraftverteilung und mechanische Verformungen der Interzone zu untersuchen. In einer Reihe von Ex-vivo-Untersuchungen der Bracket-Schmelz-Interzone werden wir hochauflösende Bildgebungsverfahren an mit Brackets beklebten Rinderzähnen anwenden. Wir werden mikrostrukturelle, kompositionelle und mechanische Untersuchungsansätze kombinieren, um Veränderungen der Interzone und am Zahnschmelz zu detektieren und zu quantifizieren. Dafür werden wir 2-D-Bildgebung (Licht-, Polarisationslicht-, Rasterelektronenmikroskopie) und 3-D-Bildgebung (Mikro- und Nanotomographie, Labor- und Synchrotronstrahlungs-Mikro-Computertomographie) verwenden. Darüber hinaus werden wir die beklebten Rinderzähne mechanisch in-situ belasten und damit den Prozess der Bracketabnahme imitieren. Mithilfe der digitalen Volumenkorrelation und einer bildbasierten Finite-Elemente-Analyse werden die 3-D-Verformungen des erstellten Modells berechnet und gemessen. Diese multimodale Untersuchung ermöglichen es uns, das Verhalten der zu untersuchenden Bracket-Schmelz-Interzone unter Belastung zu untersuchen. Das erworbene Wissen könnte dazu beitragen geeignete Eigenschaften eines idealen Befestigungsmittels zu benennen, um sowohl eine gute Haftung für die Behandlungsdauer als auch eine schonende Abnahme am Ende zu gewährleisten, und sie zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2804: Werkstoffkunde von Zähnen in Funktion: Prinzipien widerstandsfähiger, dynamischer Grenzzonen
• Internationaler Bezug: Israel, Jordanien
• ausländische Mitantragsteller: Dr.-Ing. Gianluca Iori; Professor Dr. Ron Shahar