Spitzentechnologie spielt auch im Bereich der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie eine zunehmende Rolle. Insbesondere bei der Versorgung vielschichtiger Knochenbrüche des Gesichtsschädels wird die 3D-Planung und intraoperative bilddatengestützte Chirurgie eingesetzt, um eine Wiederherstellung verletzter Strukturen zu ermöglichen.

3D-Druck ist eine weitere disruptive Technologie, die in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie eingesetzt wird. Sie ermöglicht es, geometrisch komplexe Bauteile in kleinen Losgrößen (bis hin zur Stückzahl n=1) kosteneffizient zu fertigen. Diese Potentialkombination zahlt sich in den folgenden Anwendungsfällen aus:

• CMD-Schienen („Knirscherschienen“) in der Behandlung von craniomandibuläre (CMD)-Dysfunktion

• Anfertigung von patientenspezifischen Schablonen (Bohr- und Sägeschablonen) für die Operationsdurchführung (u.a. Bohrschablonen für die dentale Implantologie)

• Splinte (z.B. für die Dysgnathiechirurgie)

• Anfertigung von Lehr- und Studienmodellen für interne und externe Fortbildungen (u.a. Studentenkurse; Durchführen von Modelloperationen)

• Bereitstellung von patientenspezifischen Titan- und Magnesium-Implantaten (PSI), u.a.:

• DFG-Forschungsgruppe 5250: Mechanismenbasierte Charakterisierung und Modellierung von permanenten und bioresorbierbaren Implantaten mit maßgeschneiderter Funktionalität auf Basis innovativer In-vivo-, In-vitro- und In-silico-Methoden (Deutsche Forschungsgemeinschaft, Projektnummer 449916462):
  • Das Ziel der Forschungsgruppe besteht darin, eine ganzheitliche Lösung für die Herstellung, Charakterisierung und simulationsgestützte Auslegung von additiv gefertigten permanenten und resorbierbaren Implantaten für die Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde unter Berücksichtigung der physiologischen Bedingungen der individuellen Knochensituation zu entwickeln und validieren. Hierbei sollen insb. Situationen adressiert werden, in denen eine standardisierte Lösung kein zufriedenstellendes Ergebnis liefert. Dies verlangt einen ganzheitlichen Qualifizierungsansatz und eine interdisziplinäre Betrachtung durch die Werkstofftechnik, Medizintechnik und Simulationstechnik. Das Forschungsziel wird in diesem interdisziplinären Konsortium auf Basis neuartiger und mechanismenbasierter Prüfmethoden (in vitro, in vivo) in Verknüpfung mit innovativen multi-skaligen Simulations- und Modellierungsmethoden (in silico) zur Beschreibung der mechanischen, biologischen und korrosiven Vorgänge und Mechanismen sowie deren Wechselwirkungen erreicht. Aufgrund der vorhandenen Vielfalt und Komplexität des Forschungsthemas ist eine interdisziplinäre Bearbeitung durch in ihren Fachgebieten ausgewiesene Wissenschaftler/innen unter Förderung von Nachwuchswissenschaftler/innen unabdingbar.
  • Die Komplexität der zu untersuchenden Fragestellungen wird dabei schrittweise erhöht. So wurde im Rahmen der Förderperiode 1 (FP-1: 1. bis 4. Jahr) das mechanisch-biologische Verhalten von permanenten Titanimplantaten charakterisiert, wohingegen in Förderperiode 2 (FP-2: 5. bis 8. Jahr) zusätzlich der Einfluss von korrosiven Vorgängenbioresorbierbarer Magnesiumimplantate untersucht werden soll. Mehr Infos gibt es unter: https://for5250.mb.tu-dortmund.de/ .

• Patientenindividuelle Fingergelenkimplantate bei Arthrose (BMFTR-Projekt (13GW0726D)):
  • Fingerarthrose verursacht Schmerzen und Funktionseinbußen bis hin zur Unbeweglichkeit. Um ein uneingeschränktes und eigenständiges Leben zu ermöglichen, ebnen wir den Weg für die qualitätskonforme Herstellungpatientenindividueller Fingergelenksendoprothesen.
  • Das Projekt beinhaltet vielfältige innovative Aspekte und soll als Beispiel für die künftige Anwendung des Design- und Herstellungsprozesses für patientenindividuelle Endoprothesenentwicklungen dienen. Mithilfe von individuell angepassten Fingergelenkimplantaten, die additiv aus der biokompatiblen Titanlegierung Ti-6Al-4V hergestellt werden, soll eine anhaltende Osseointegration sowie Wiederherstellung der Beweglichkeit (Remobilisierung) der PatientInnen erreicht und so ein entscheidender Fortschritt im Vergleich zu heutigen Therapieformen geschaffen werden. Durch das Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf wird das patientenindividuelle Fingergelenksimplantat in einem innovativen, realitätsnahen Biofilmmodell getestet, um die Oberflächenbeschaffenheit des Materials zu evaluieren und das Risiko späterer Infektionen zu senken.
  • Im Rahmen von zwei Kadaverstudien findet die Validierung des Implantat- und Werkzeugdesigns statt und auf Grundlage eines Tierversuchmodells kann eine prädiktive Analyse hinsichtlich der späteren Osseointegration des Implantats in den Knochen gegeben werden.

• EFRE EU-Projekt (REACT-EU51164122): DigiMed - Digitale Wertschöpfungsketten für die Medizintechnik anhand der additiven Fertigung patientenspezifischer gesichtschirurgischer Implantate
  • Entwicklung maßgeschneiderter digitaler Bildgebungs-, Design- und Fertigungsstrategien durchgängige digitale Wertschöpfungskette (KI-basiert).
  • Im Rahmen des Projekts wird die notwendige Datenbasis geschaffen, aus Bildgebungsdaten Rekonstruktionsmodelle zu erstellen und darüber hinaus patientenspezifische Implantate automatisiert (KI-basiert) zu erzeugen, welche in druckfähige Daten (3D-Druck der patientenspezifischen Implantate) überführt werden.

• BMWK-Projekt (FKZ: KK5180709LU2): Entwicklung eines Kl-basierten patientenspezifischen 3D-gedruckten Magnesium-Meshes mit biologisierter Oberfläche mittels Ionenplattierung
  • KI basierte Herstellung von patientenspezifischen Magnesium Meshes zur individuellen Knochenregeneration
  • Entwicklung eines Algorithmus zur Verarbeitung von radiologischen Datensätze und neuronaler Netze
  • Histologische Evaluation der Wundheilungsprozesse in einer realitätsnahen 3D-Zellkultur

• 3D-Silikonprinting, u.a.:

• BMWK-Projekt (FKZ: KK5180710IE3): 3D-gedruckte Silikon-Epithese für den Kopf-Hals-Bereich mit antibakterieller Beschichtung:
  • Die Therapie von Patienten mit Gesichtsdefekten, bspw. aufgrund von angeborenen Fehlbildungen, stellt eine besondere Herausforderung für ein interdisziplinäres Behandlungsteam, bestehend aus Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgen, sowie Epithetikern, aber auch für die betroffenen Patienten dar. Wenn angeborene oder erworbene Defekte im Kopf-Hals-Bereich nicht mithilfe von chirurgischen Eingriffen behandelt werden können, vor allem nach Tumorerkrankungen oder Traumata, muss der vorhandene Defekt durch Epithesen wiederhergestellt werden.
  • Diese verbergen den Defekt nicht nur, sondern sollen auch ästhetisch anspruchsvoll sein, sodass eine psychosoziale Wiedereingliederung des Patienten ermöglicht wird. Eine solche Epithese stellt oftmals die letzte Chance für Patienten bspw. nach einer Chemotherapie dar. Ziel der Arbeitsgruppe lag in der Erfassung und Konvertierung geeigneter Daten mittels KI zur Generierung eines detailreichen, realitätstreuen 3D-Abbilds zur Epithesen-Modellierung.

• 3D-Bioprinting (Hart- / Weichgewebe)

• 
• 

3D-Druck von Magnesiumimplantaten mittels selective laser-melting (SLM)

• 
• 

3D-Druck von Magnesiumimplantaten mittels selective laser-melting (SLM)