Hochleistungskeramik und 3D-Druck für den Zahnersatz der Zukunft

„Wir kommen aus einer Zeit mit viel Handarbeit: Kronen wurden aus Wachs modelliert und aus Gold gegossen, das war teuer, aufwendig und zeitintensiv. In den letzten 20 Jahren gab es eine Revolution. Die Zahntechnik hat sich stark digitalisiert“, sagt Dr. Sebastian Schwindling. Er ist Direktor der Innsbrucker Universitäts-Klinik für zahnärztliche Prothetik und beschäftigt sich viel mit Materialforschung und 3D-Druck für Zahnersatz.

Anstatt eine Form, etwa für eine Krone, händisch zu modellieren, werde sie heute standardmäßig am PC konstruiert. So kann sie mithilfe von CNC-Fräsen aus vorgefertigten Keramik-Rohlingen herausgeschnitten werden. Das sei nicht nur effizienter, sondern habe auch medizinische Vorteile. Patientinnen und Patienten profitieren von keramischen Hochleistungsmaterialien, weil man mit ihnen weniger invasiv arbeiten könne, erklärt der Zahnmediziner. 

Drucken statt Fräsen

Diese sogenannte subtraktive Fertigung von Zahnersatz habe allerdings nicht nur Vorteile: Einerseits geht dabei zwangsläufig Material verloren. Und: „Das Fräsen birgt das Risiko, dass schon während des Herstellungsprozesses Beschädigungen am Objekt entstehen“, was die Krone dann weniger langlebig macht, erläutert der Professor.

Additive Verfahren – das heißt 3D-Druck – haben diese Nachteile nicht und könnten sich daher nach Schwindlings Einschätzung in Zukunft durchsetzen. Zahnersatzprodukte werden damit Schicht für Schicht, fast ohne Materialverlust, in genau der gewünschten Form gefertigt. Theoretisch könnte man auch die verschiedenen Bestandteile des natürlichen Zahns in ihrer entsprechenden Härte und Optik durch verschiedene Materialien nachbilden.

In der Zahntechnik werde heute hauptsächlich mit Kunststoff als Ausgangsmaterial gedruckt, ergänzend zu gefrästen Prothesen: „Kunststoff als Material für Kronen ist materialtechnisch ein Rückschritt. Denn wenn Patientinnen oder Patienten auf einen Kirschkern oder eine Nuss beißen, würde eine Kunststoffkrone schneller brechen als eine aus Keramik“, sagt Schwindling.

Hochleistungskeramik aus Wien

Der nächste Schritt wäre also, auch Hochleistungskeramik im 3D-Drucker zu verarbeiten. Darauf hat sich die Wiener Firma Lithoz spezialisiert. 2011 als Spin-Off der TU Wien gegründet, verkauft das Unternehmen heute 3-D-Drucker und passende Materialien in die ganze Welt. Mit diesem sogenannten Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM, „lithografie-basierte Keramikherstellung“) lassen sich u. a. Kronen, Brücken, Veneers und Schrauben für Zahnimplantate herstellen. 

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Lichtdurchlässig wie natürliche Zähne

Die Hochleistungskeramiken von Lithoz – z. B. Zirkonoxid oder Lithiumdisilikat – haben wenig mit haushaltsüblichen Teetassen oder Waschbecken zu tun: sie sind sehr fest und biokompatibel, d. h. für den Einsatz im menschlichen Körper geeignet. Außerdem ähneln sie durch ihre Farbe, teilweise Lichtdurchlässigkeit und -brechung natürlichen Zähnen viel mehr als metallbasierte Materialien, die früher für Zahnprothesen verwendet wurden, erklärt Lithoz-Sprecher Norbert Gall.

„3D-Druck ist prädestiniert für den Einsatz in der Zahntechnik, da man in einem einzigen Druckjob die unterschiedlichsten individuellen Bauteile gleichzeitig fertigen kann, ohne dabei die Stückkosten zu erhöhen oder die Produktionszeiten zu verlängern“, betont Gall.

Vom Labor in die Ordination

Noch seien gedruckte Keramik-Kronen nicht bei Patientinnen und Patienten angekommen, sondern vorrangig in Laboren zu finden. „Auch an der Universitätszahnklinik in Innsbruck beschäftigen wir uns mit dem Thema“, sagt Zahnprothetik-Professor Schwindling. So brauche es z.B. noch Analysen zur Genauigkeit des Drucks und zur Stabilität verschiedener Zahnersatzprodukte.

Für keramische Zahnimplantate, die mit der LCM-Technologie hergestellt wurden, laufen allerdings bereits internationale Zulassungsverfahren, heißt es seitens Lithoz. Im kieferchirurgischen Bereich werden 3D-gedruckte Keramikimplantate schon verwendet. So wurde am Kepler Universitätsklinikum in Linz 2024 erstmals ein Kieferimplantat von Lithoz eingesetzt, wie der ORF berichtete. Im Gegensatz zum herkömmlichen Titanimplantat war hier nur ein einziger Eingriff nötig.

Zahnspangen und Kiefermodelle

Die transluzenten Zahnspangen-Brackets aus den Druckern des Wiener Unternehmens werden schon millionenfach gefertigt. Sie sind an die individuelle Zahnstellung und teilweise die Zahnoberfläche angepasst, was die Behandlungszeit verkürzen könne, sagt Gall.

Kunststoff-3D-Druck unterstützt Zahnärztinnen und -ärzte ebenfalls schon heute in der Praxis, genauer gesagt bei der Planung komplexer Eingriffe. Schwindling von der Universitäts-Klinik für zahnärztliche Prothetik in Innsbruck zeigt ein beiges Kunststoffmodell, an dessen Oberseite noch die typischen Stützstrukturen des 3-D-Druckers erkennbar sind: „Das ist ein Teil eines Oberkiefers, ein Zahn ist für eine Krone präpariert. Das kann ich mir mit dem Modell außerhalb des Mundes nochmal genau anschauen, als Arbeitsunterlage.“

Zähne nachwachsen lassen

All diese neuen Materialien und Verfahren ändern nichts am grundsätzlichen Konzept von Zahnprothetik: Wenn ein Zahn kaputt geht oder fehlt, wird er von Zahnärztinnen und -ärzten künstlich nachgebaut. Doch wäre es nicht viel praktischer, wenn dieser einfach von selbst nachwachsen würde, wie bei Krokodilen oder Elefanten?

Genau daran forschen mehrere Teams auf der ganzen Welt. Am King’s College London gelang es 2013, in vitro Zähne aus menschlichen Zellen zu züchten und Mäusen zu implantieren. 2024 zeigte ein Team der Tufts University in den USA, wie Zahnkeime aus Schweinekiefern gemeinsam mit Zellen aus menschlichen Zähnen zu neuen Zähnen heranwachsen.

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Medikamentenstudie in Japan

An der Universitätsklinik von Kyoto in Japan startete vergangenes Jahr ein erstes medizinisches Trial mit einem Medikament, das Zähne nachwachsen lassen soll. Es unterdrückt die Funktion von Proteinen, die das Wachstum von Zähnen aus dem Keim unterbinden. Zunächst ist es für Menschen gedacht, denen wegen eines Gendefekts mehrere oder alle Zähne fehlen. 2030 soll das Medikament in Japan auf den Markt kommen. Ob es auch in Fällen funktioniert, in denen ein Zahn durch Karies oder Unfall verloren ging, ist noch unklar.

Bis man sich die langwierige Prozedur eines herkömmlichen Zahnersatzes sparen kann und einfach im eigenen Mund einen neuen Zahn nachwachsen lassen kann, wird es also noch viele Jahre dauern.