DE10142879A1

DE10142879A1 - Verwendung von Kollagen bei der Beschichtung von Zahnimplantaten

Info

Publication number: DE10142879A1
Application number: DE10142879A
Authority: DE
Inventors: Michel Dard; Andreas Sewing; Sophie Roesler; Cornelia Wolf; Dieter Scharnweber; Hartmut Worch
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2003-03-27
Also published as: WO2003020198A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt die Verwendung von Kollagen bei der Beschichtung von Zahnimplantaten im Gingiva-Bereich. Dadurch wird eine verbesserte Anbindung des Zahnimplantats an die umgebende Gingiva erreicht, was zu einem verbesserten Langzeiterfolg führt.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Kollagen bei der Beschichtung von Zahnimplantaten durch einfache Adsorption im Gingiva-Bereich.
Zahnimplantate weisen im Gingiva-Bereich in der Regel polierte Oberflächen auf, da diese sich im langjährigen Einsatz als wesentlich geringer anfällig gegen Bakterienkontamination gezeigt haben als raue Oberflächen.
Beschichtungen in diesem Bereich werden kaum verwandt und beschränken sich auf ästhetische Ziele zum Erreichen einer hellen Oberfläche, die nicht dunkel durch das Zahnfleisch durchscheint, oder darauf antibakterielle Effekte zu erzielen. Biologische Beschichtungen zur Verbesserung des Implantat-Gewebe-Kontakts im Gingiva-Bereich sind bisher nicht bekannt.
Die Verwendung von Kollagen bei der Beschichtung von Implantatmaterialien wird in der WO 00/38590 (Barker et al.) beschrieben. Hier werden endoluminale Stents mit Kollagen beschichtet, um die Porosität des Materials zu verringern und die Einbindung in das umgebende Gewebe zu verbessern.
WO 01/23016 (Orbus Medical Technologies Inc.) beschreibt eine Beschichtung für ein intraluminales Gerät, die neben Heparansulfat und Laminin auch Kollagen enthält.
WO 00/30567 (Healthshield Technologies LLC) beschreibt Komponenten einer Herzklappe, die zur Erhöhung der Gewebekompatibilität mit Kollagen beschichtet sein können.
Nach der Implantation von Zähnen kann es dadurch zu Problemen kommen, dass Bakterien, die an der Durchtrittstelle des Implantats durch das Zahnfleisch angreifen, zu einer Rückbildung des Implantat-Gewebe- Kontakts führen und beim Vordringen in den Knochenbereich zum Versagen des Implantats beitragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun eine verbesserte Anbindung des Zahnimplantats an die umgebende Gingiva zu erreichen und somit einen verbesserten Langzeiterfolg zu erzielen.
Diese Aufgabe ist durch die Verwendung von Kollegen bei der Beschichtung von Zahnimplantaten durch einfache Adsorption im Gingiva- Bereich gelöst.
Anhand von Zellversuchen konnte gezeigt werden, dass die Zelladhäsion und Proliferation von humanen Keratinozyten auf kollagenbeschichteten Titanoberflächen deutlich besser ist als auf unbeschichteten Kontrollen. Die Zelladhäsion erreicht auf kollagenbeschichteten Titan Werte von 35% der ausgesäten Zellen, während auf unbeschichtetem Titan nur 5% erreicht werden. Ebenso zeigt die Proliferation über 21 Tage einen deutlichen Anstieg der Wachstumskurve nach dem 10. Messtag für kollagenbeschichtete Proben, während für unbeschichtete Proben nur eine sehr moderate Zellvermehrung eintritt.
Dies lässt erwarten, dass ein im Gingiva-Bereich kollagenbeschichtetes Zahnimplantat ein deutlich verbessertes Einwachstum zeigen wird als ein unbeschichtetes. Der gute Kontakt zwischen Weichgewebe und Implantat im Gingiva-Bereich wird damit zu einer deutlich verbesserten Erfolgsrate des Implantats beitragen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Die Kollagenadsorption, die im glatten Bereich eines Zahnimplantates im Bereich des Durchtritts durch die Gingiva geschieht, wird unter Bedingungen durchgeführt, die einen Erhalt der nativen Struktur des Kollagens gewährleisten.
Die durch Adsorption aufgebrachte Kollagenbeschichtung kann zur Vernetzung mit Substanzen wie Carbodiimid, Glutaraldehyd, etc. behandelt werden. Hierbei kann durch geeignete Prozessführung die Kollagenmenge auf der Oberfläche erhöht werden und auch deren Abbaueigenschaften beeinflußt werden.
Die Oberfläche von Zahnimplantaten weist im Gingivabereich in der Regel eine polierte oder drehmaschinenbehandelte Topographie auf. Die hier beschrieben Beschichtung ist aber auch auf gesandstrahlten, geätzten oder auf andere Art vorbehandelten Oberflächen anwendbar.
Die Kollagenschicht kann einer Funktionalisierung durch geeignete biologisch aktive Substanzen unterzogen werden. Hierzu gehört die Verwendung der Schicht als Träger für Wachstumsfaktoren und pharmakologische Wirkstoffe. Ebenso können an die Schicht Adhäsionspeptide angebunden werden, die selektiv auf bestimmte Zellen des Umgebungsgewebes wirken. Ein Beispiel hierfür ist die Lamininsequenz TWYKIAFQRNRK, die über ein Thiolankergruppe und die Kopplungsreagenz SMPB (Sulfosuccinimidyl 4-(p-maleimidophenyl) butyrat) an die Aminogruppen des Kollagens angebunden werden kann. Diese Lamininsequenz wirkt selektiv auf die Integrinerezeptoren α₆β₄ und α₆β₁ und damit auf Zellen, bei denen diese Rezeptoren exprimiert sind.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Zahnimplantate aus Titan werden in Aceton und Ethanol im Ultraschallbad gereinigt und mit destilliertem Wasser gespült. Nachfolgend werden die Bereiche des Implantates, die nicht mit Kollagen beschichtet werden sollen, mit geeigneten Abdeckungen versehen. In Berührung mit der Kollagenlösung kommt so nur der Bereich des Implantats, der später im Kontakt zur Gingiva steht.
Das so vorbereitete Implantat wird anschließend in eine Kollagenlösung getaucht, die folgendermaßen hergestellt wird: Säurelösliches gefriergetrocknetes Kollagen Typ I wird in 0,01 M Essigsäure gelöst und auf eine Konzentration von 0,5 mg/ml bei 4°C eingestellt. Die Rekonstitution der Kollagenmoleküle erfolgt in zwei Prozessschritten; der pH-Wert-Einstellung auf 7,4 mit doppelt konzentriertem Phosphatpuffer und der Temperaturerhöhung auf 36°C. Nach ca. 3 Stunden besteht die Lösung aus nativ rekonstituierten Fibrillen. Das Implantat verbleibt für 10 Minuten in dieser Lösung, danach wird sie mit deionisiertem Wasser gespült.

Beispiel 2

Die Vorbereitung von Implantat und Beschichtungslösung erfolgt wie in Beispiel 1. Die Lösung aus nativ rekonstituierten Fibrillen wird vor der Adsorption auf dem Implantat noch der folgenden Behandlung unterzogen. Die Lösung wird mit Hilfe eines Ultrathurrax homogenisiert bis eine gleichmäßig trübe Lösung entstanden ist und anschließend bei 5000 g für 15 min zentrifugiert, in Phosphatpuffer gewaschen und erneut zentrifugiert. Abschließend wird das Pellet in Phosphatpuffer (pH 7,4) aufgenommen. In diese Lösung wird das Implantat für 10 min zur Beschichtung getaucht.

Beispiel 3

Die Vorbereitung des Implantats erfolgt wie in Beispiel 1. Die Verwendung nicht säurelöslichen Kollagens beginnt mit der Herstellung einer Suspension aus dem Kollagengranulat, deren pH-Wert mit 0,133 M Phosphatpuffer auf pH 7,0 eingestellt wird. Diese Lösung wird mit Hilfe eines Ultrathorax homogenisiert bis eine gleichmäßig trübe Lösung entstanden ist und anschließend bei 2500 g für 15 min zentrifugiert, in Phosphatpuffer gewaschen und erneut zentrifugiert. Abschließend wird das Pellet in Phosphatpuffer (pH 7,4) aufgenommen. Danach wird das Implantat für 10 min in diese Lösung getaucht.

Beispiel 4

Die Herstellung der Kollagenbeschichtung erfolgt nach einem der Beispiele 1 bis 3. In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf die kollagenbeschichtete Oberfläche erneut Kollagenlösung gegeben und das Substrat bei 37°C getrocknet. Anschließend wird die Kollagenschicht mit 0,625% GA in PBS bei pH 7,4 für 24 h vernetzt. Danach werden die Substrate 3 mal mit PBS (phosphate buffered sahne) gespült und 1 h in 0,5 M Glycinlösung geschwenkt und zuletzt erneut mit destilliertem Wasser gespült.

Beispiel 5

Die Herstellung der Kollagenbeschichtung erfolgt nach einem der Beispiele 1 bis 4. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Anbindung integrinspezifischer zellselektiver Peptidsequenzen an die Kollagenschicht. Die Anbindung erfolgt kovalent über einen Thiolanker und SMPB (Sulfosuccinimidyl 4-(p-maleimidophenyl)butyrat) an die Aminogruppen des Kollagens. Hierzu werden die Proben mit der Kopplungsreagenz SMPB in einem 3,2 µM Phosphatpuffer für 2 h inkubiert. Nach mehrmaligem Spülen mit Phosphatpuffer erfolgt dann die erneute Inkubation der Probe in Phosphatpuffer, der das Adhäsionspeptid mit terminalständigem Thiolanker in der gewählten molaren Konzentration enthält. Die Inkubation erfolgt bei Raumtemperatur über Nacht. Nachfolgend wird die Probe in Phosphatpuffer gewaschen und getrocknet.

Claims

1. Verwendung von Kollagen bei der biologischen Beschichtung im Gingiva- Bereich von Zahnimplantaten.

2. Verwendung von Kollagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Typ I-Kollagen verwendet wird.

3. Verwendung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kollagen Gelatine zugesetzt ist.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollagenbeschichtung Wachstumsfaktoren und/oder pharmakologische Wirkstoffe trägt.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an die Kollagenbeschichtung Adhäsionspeptide gebunden sind.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Kollagen kovalent vernetzt wird.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Zahnimplantate eine polierte oder drehmaschinenbehandelte Topographie besitzen.