International Journal of Computerized Dentistry, 04/2016

Der medizinische Einsatz des 3-D-Drucks und Bioprintings nahm seine Anfänge bereits 1984. Über den Druck anorganischer Vorlagen zur Herstellung beispielsweise biologischer Scaffolds entwickelten sich Methoden der direkten additiven Fertigung biologischen und organischen Materials sowie der Ansatz, spezielle Gewebe, Proteine oder sogar Zellen direkt mit zu inkludieren. Gerade in den letzten Jahren gewinnen diese Technologien im Bereich der regenerativen Medizin immer mehr an Relevanz. Mit wachsender Bedeutung dürfen jedoch ökonomische und gesellschaftliche Aspekte der additiven Fertigung nicht außer Acht gelassen werden. Dies betrifft insbesondere die Ausbildung und Aufklärung von Fachpersonal, die Aufklärung von Gesellschaft und Politik sowie die Etablierung einer einheitlichen, optimalerweise global angepasste rechtliche Regulation. Schlagwörter: 3-D-Druck, Bioprinting, additive Fertigung, regenerative Medizin, Geschichte, gesellschaftliche Aspekte, rechtliche Regulation

Eine der größten Herausforderungen in der regenerativen Medizin ist nach wie vor die funktionelle und strukturelle Wiederherstellung von verloren gegangenem Knochen. In vielen Fällen wird für die Rekonstruktion von Knochengewebe autologer Knochen verwendet, allerdings ist dieser nur begrenzt verfügbar und der Eingriff bedeutet immer eine zusätzliche Belastung für den Patienten. Deshalb kommen immer häufiger alternative biokompatible Materialien bei der Knochenaugmentation zum Einsatz. Um in diesem Zusammenhang die strukturelle Funktion des Knochens zu gewährleisten, werden - je nach medizinischer Indikation - Gerüste verwendet, die in die Knochendefekte eingebracht und fixiert werden. Trotzdem stellt jede individuelle klinische Situation den Chirurgen vor die Herausforderung, standardisierte Gerüste an die jeweilige Patientensituation anpassen zu müssen, was in vielen Fällen nicht uneingeschränkt möglich ist. Deshalb entwickelte sich in den letzten Jahrzehnten besonders der 3-D-Druck oder die additive Fertigung von Gerüsten zu einem der innovativsten Ansätze in der Chirurgie, um Patienten individualisiert und besser behandeln zu können. Zahlreiche Materialien sind für den 3-D-Druck verfügbar und je nach Bearbeitungsbedingungen dieser Materialien auch verschiedene Druckverfahren. Neben den konventionellen Druckverfahren ist im Kontext der medizinischen additiven Fertigung das sogenannte 3-D-Bioprinting ein weiterer vielversprechender Ansatz. Mit diesem Verfahren ist es möglich, menschliche Zellen eingebettet in speziellen Trägersubstanzen zu drucken, um funktionelle Gewebe zu generieren. Sogar das direkte Drucken in Knochendefekte oder Läsionen ist möglich. Der 3-D-Druck verbessert schon jetzt die Behandlung von Patienten und verfügt über das Potenzial, die regenerative Medizin in Zukunft zu revolutionieren. Schlagwörter: 3-D-Druck, additive Fertigung, Bioprinting, Knochenregeneration, regenerative Medizin, Gerüste, biokompatible Materialien

Bereits vor drei Jahrzehnten hat man begonnen, das Potenzial des medizinischen 3-D-Drucks oder "Rapid Prototyping" für eine verbesserte Behandlung von Patienten zu erkennen. Seither konnten immer mehr medizinische Indikationen in unterschiedlichen chirurgischen Disziplinen durch dieses neue Verfahren verbessert werden. Zahlreiche Beispiele konnten den enormen Nutzen des 3-D-Drucks bei der medizinischen Versorgung von Patienten durch beispielsweise das präoperative Planen von komplexen Operationen, Reduktion von Implantationsschritten und Narkosezeiten oder durch Hilfestellung bei intraoperativer Orientierung zeigen. Am Anfang eines jeden individuellen 3-D-Models werden zunächst patientenspezifische Daten auf der Basis von CT, MRT oder Ultraschalldaten generiert, die anschließend mittels einer "Computer-aided design/Computer-aided manufacturing" (CAD/CAM)-Software digital bearbeitet werden. Die so erhaltenen Datensätze können verwendet werden, um schließlich dreidimensional gedruckte Modelle oder Implantate zu generieren. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsgebieten in den unterschiedlichen medizinischen Bereichen wie beispielsweise Bohr- und Positionierungsschablonen oder chirurgische Führungen in der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie oder patientenspezifische Implantate in der Orthopädie. Des Weiteren gibt es in der Gefäßchirurgie die Möglichkeit, Pathologien wie Aortenaneurysmen mittels 3-D-Druck darzustellen, um die chirurgische Versorgung besser planen zu können. Obwohl "Rapid Prototyping" von individuellen und patientenspezifischen Modellen und Implantaten in der regenerativen Medizin bereits sehr erfolgreich angewendet wird, sind die meisten Materialien, die für den 3-D-Druck verwendet werden, noch nicht für die Implantation in den Körper geeignet. Deshalb wird es in Zukunft notwendig sein, neuartige Therapieansätze und neue Materialien zu entwickeln, um natürliche Gewebe vollständig wiederherzustellen. Schlagwörter: 3-D-Druck, Rapid Prototyping, patientenspezifisch, individuelle Implantate, Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, Orthopädie, Gefäßchirurgie

In jüngster Zeit sind diverse Aspekte der digitalen Zahnmedizin weiterentwickelt worden. Hierzu zählen neue Materialien, die navigierte Implantation, digitale Abformungen, virtuelle Artikulatoren und schließlich der computergestützte Prozess der Gestaltung und Herstellung der prothetischen Restauration. In diesem Fallbericht wird die prothetische Behandlung eines Patienten im vollständig digitalen Workflow vorgestellt. Ein 39-jähriger Patient wurde mit dem Wunsch einer Restauration der fehlenden Zähne im Ober- und Unterkiefer-Seitenzahnbereich vorstellig. In eine schmale Einzelzahnlücke (regio 15) wurde ein Straumann- NNC-Implantat mithilfe computerassistierter Planung und Navigation inseriert. Für den Rest der fehlenden Zähne wurden nach optischer Abformung mit einem intraoralen Scanner (iTero) und Datentransfer in einen virtuellen Artikulator (Ceramill artex) Zirkonoxid-Brücken mit einem CAD/CAM-System hergestellt. Die Rehabilitation des Patienten im vollständig digitalen Workflow ist eine vielversprechende Technologie bezüglich der Genauigkeit, Senkung der Arbeitsbelastung sowie einer besseren Kontrolle über das Endprodukt und die Minimalinvasivität. Diese Vorteile gegenüber konventionellen Methoden können sich zudem positiv auf die Patientenzufriedenheit auswirken. Schlagwörter: digitale Zahnmedizin, intraoraler Scanner, virtueller Artikulator, navigierte Implantation, keramische Restaurationen

Die kieferorthopädische Behandlung mit festsitzenden Apparaturen wird heute in aller Regel mit vorprogrammierten Straight-Wire-Brackets aus Metall oder Keramik vorgenommen. Ziel: Das Ziel der Untersuchung war es, zu eruieren, ob es möglich ist, einen vollständig digitalen Workflow mit individuell konstruierten und 3-D-gedruckten Brackets klinisch umzusetzen. Material und Methoden: Für die Demonstration wurde ein Edgewise-Bracket mittels CAD-Software konstruiert. Auf der Grundlage eines Intraoralscans wurden nach der Segmentierung des Malokklusionsmodells diese Brackets virtuell auf den Zähnen positioniert und ein Set-up zur Zielokklusion erstellt. Anhand der nun vorgegebenen Zahnposition wurde die Vorlage für eine in der Horizontalebene individualisierte Bogenform generiert. Die Brackets wurden in der Basis kongruent zur Form der Zahnoberfläche modifiziert und eine Positionierungsschablone zur korrekten Anbringung der Brackets hinsichtlich Angulation und Position konstruiert. Brackets, Positionierungsschablone und eine auf der virtuellen Zielokklusion konstruierte Retentionsschiene wurden mittels eines DLP-Druckers dreidimensional gedruckt. Anschließend wurden die Bögen anhand der Vorlage individuell vorgebogen. Ergebnis: In der Behandlungssequenz konnte erstmalig gezeigt werden, dass mit dem vorliegenden vollständig digitalen Workflow die Therapie mit einem individualisierten, 3-D-gedruckten Bracketsystem grundsätzlich möglich ist. Neben den technischen Aspekten werden auch in der Behandlung aufgetretene Probleme diskutiert und mögliche zukünftige Entwicklungen skizziert. Schlagwörter: kieferorthopädische Behandlung, digitaler Workflow, 3-D-gedruckte Brackets