3-D-gedruckte Restaurationen als neue Therapiemöglichkeit

Zu den großen Fortschritten in der Zahnmedizin durch die Einführung der CAD/CAM-Technologie (computer-aided design / computer-aided manufacturing) gehört die Etablierung von Zirkondioxidkeramik als Zahnersatzwerkstoff. Erst durch die Verbreitung industrieller Fräsanlagen im Dentalbereich konnte das Material umfangreich in der Zahnmedizin Anwendung finden. Der große Vorteil des Materials besteht darin, im Zweifelsfall vollkommen metallfreie Versorgungen zu ermöglichen. Es erlaubt den vollkeramischen Einsatz im belasteten Seitenzahnbereich ebenso wie vergrößerte Brückenspannweiten. Auch als Material für enossale Implantate findet es zunehmend Verwendung. Es ist sicher nicht übertrieben davon auszugehen, dass der Siegeszug der CAD/CAM-Technologie und hier insbesondere die subtraktive Fertigung wesentlich mit dem Erfolg von Zirkondioxid verbunden ist und umgekehrt. Die Qualität von auf diesem Weg erstelltem Zahnersatz hat inzwischen ein derart hohes Niveau erreicht, dass größere Entwicklungssprünge in den vergangenen Jahren ausgeblieben sind und in naher Zukunft auch nicht erwartet werden.

Der größte Nachteil der CAD/CAM-gestützten subtraktiven Fertigung besteht jedoch darin, dass nur ein Bruchteil des in der Regel sehr hochwertigen Materials am Ende das Werkstück bildet und nicht zerspant wird. Damit einhergehend besteht – abhängig vom Material – teilweise ein hoher Verschleiß der Fräswerkzeuge.

Die additive CAD/CAM-unterstützte Fertigung hat deshalb insbesondere für die Herstellung von Schienen, Schablonen, individuellen Abformträgern und Einsetzschlüsseln bei großen prothetischen Rehabilitationen Verbreitung gefunden. Wirtschaftlich ist dies interessant, aber eine zahnmedizinische Therapieerweiterung lässt sich bislang hieraus nicht ableiten. Dies könnte sich nun ändern.

Seit einigen Jahren werden 3-D-Druck-Materialien für temporäre Versorgungen für die beliebten DLP- und SLA-Drucker (Tabelle 1) angeboten (zum Beispiel VarseoSmile Temp, BEGO, Bremen, Deutschland) – seit Februar 2020 sogar keramisch gefüllte Hybridmaterialien für definitive Restaurationen (VarseoSmile Crown plus, BEGO, Bremen, Deutschland). Sie erlauben die Herstellung von definitivem Zahnersatz wie Einzelzahnkronen, Inlays, Onlays und Veneers sowie von mehrgliedrigen Brücken als provisorische Versorgung. Sowohl natürliche Zähne als auch Implantate können als Pfeiler genutzt werden.

Das klinische Verschleißverhalten und die Farbveränderungen von 3-D-gedruckten Restaurationen wurden bisher wissenschaftlich nicht untersucht. Untersucht wurde dagegen das Abrasionsverhalten von ungefüllten Kompositen im Vergleich zu Keramiken – in vivo wie auch in vitro [Güth et al., 2019; De Angelis et al., 2020; Dederichs et al., 2020; Hao et al., 2018]. Allerdings wurden hier keine 3-D-gedruckten Restaurationen und auch kein keramisch gefülltes Hybridmaterial verwendet, so dass eine Vergleichbarkeit zu den Untersuchungen des Autorenteams nur schwer möglich ist. Bei dem an der Charité verwendeten Hybridmaterial VarseoSmile Crown plus handelt es sich um eine Kompositematrix, die mit Keramikpartikeln gefüllt ist. Der Gesamtanteil an anorganischen Füllstoffen (Partikelgröße 0,7 μm) beträgt 30 bis 50 Massen-Prozent. Dieses Material zeichnet sich durch eine niedrige Alterungs- und Verfärbungsneigung aus. Die Anfertigung von ästhetisch hochansprechenden Restaurationen ist möglich. Diverse, ans bekannte VITA®-classical-System angelehnte Farbtöne (A1 bis D4) stehen zur Verfügung. In-vitro-Studien belegen hohe Bruchlasten und zahnähnliche Abrasionseigenschaften. Bereits geringste Wanddicken von nur 1 mm führen bei einer hohen Biegefestigkeit von 116 MPa bis 150 MPa (abhängig vom Fertigungs- beziehungsweise Bearbeitungsprozess) und einem Elastizitätsmodul von 4.090 MPa zu einer hohen Formstabilität und Festigkeit der Restauration. Die Wasserlöslichkeit liegt bei < 1 µg/mm3. Dieser niedrige Wert vermindert Verfärbungen durch Nahrungsmittel und Getränke. Eine Befestigung mit dualhärtenden Befestigungskompositen wird empfohlen. Bei dieser Zementierungsart konnten in Abzugsversuchen mit Kräften zwischen 800 bis 1.000 Newton (ohne und nach Kausimulation) keine Dezementierungen beobachtet werden. Auch ein Auswaschen des Befestigungskomposites oder ein sich bildender Randspalt konnte nicht nachgewiesen werden. Spannungen auf die Zementfuge sind durch angenäherte Wärmeausdehnungskoeffizienten vermindert. Eine hohe Biokompatibilität und eine dementsprechend geringe Zytotoxizität führten zur Zulassung als Medizinprodukt der Klasse IIa.

Das neue keramisch gefüllte Hybridmaterial ist für die additive Herstellung vorgesehen. Im Vergleich zu subtraktiv zu bearbeitenden Hybridkeramiken erfolgt die Herstellung der Restaurationen schneller. Der 3-D-Druck als additives Verfahren führt außerdem zu einem weit geringeren Materialverlust. Lediglich die Supportstrukturen sind nicht weiter zu verwenden. Der Materialaufwand kann so deutlich reduziert werden. Für eine definitive Krone fallen Materialkosten von weniger als zwei Euro bei einer Materialnutzung von weniger als zwei Gramm pro Restauration an.

Neben einem kompatiblen 3-D-Drucker wird die zum System korrespondierende Nesting-Software benötigt. Diese spezielle Software verteilt die gewünschten Schablonen unter bestmöglicher Materialausnutzung auf dem Material. Sie ist somit ein wichtiger Faktor bei der Wirtschaftlichkeit und der Kostenreduzierung des 3-D-Drucks. Des Weiteren wird ein Nachbelichter benötigt. Dieser ist von besonderer Bedeutung, da die endgültige Mechanik und Biokompatibilität der gedruckten Restaurationen nur durch die vollständige Aushärtung mit einem validierten Nachbelichter erreicht werden kann. Die Herstellung von bis zu 20 Restaurationen gleichzeitig ist je nach Drucker in weniger als einer Stunde möglich. Hinzu kommt die Ausarbeitungszeit, die mit regulären Gummis und Polierern erfolgen kann. Sofern ein Intraoralscanner vorhanden ist, ermöglicht das System eine kosteneffiziente Herstellung von temporärem und definitivem Zahnersatz in nur einer Behandlungssitzung in weniger als zwei Stunden.

Für den Gebrauch als definitiver Zahnersatz wird eine für vollkeramische Restaurationen vergleichbare Präparation erforderlich. Empfohlen wird eine Hohlkehl- oder Stufenpräparation. Die Mindestwandstärke sollte 1 mm betragen und die Präparationsgrenze eindeutig identifizierbar sein. Auf spitze Kanten ist zu verzichten. Ein Abrunden mit Polierinstrumenten wird empfohlen. Mit welchen klinischen Langzeitergebnissen als Alternative zu etablierten Werkstoffen wie Keramiken und Metalllegierungen gerechnet werden kann, bleibt abzuwarten.

Eine echte Therapieerweiterung ergibt sich, wenn das 3-D-Druck-Material für non-invasive Rekonstruktionsmaßnahmen verwendet wird. Durch das additive Verfahren lassen sich Onlays für unregelmäßige Zahnoberflächen passgenau drucken. Während beim Fräsen von Hybridkeramik bei dünnen, spitz auslaufenden Restaurationsrändern mit deren Fraktur zu rechnen war, können solche Formen mit der additiven Technologie problemlos gefertigt werden. Schichtstärken von 0,3 mm über eine größere Fläche – beispielsweise zur Umgestaltung von Schneidezähnen – sind technisch ebenfalls realisierbar, obgleich diese geringen Schichtstärken noch nicht für die Anwendung zugelassen sind.

In unserer klinischen Praxis prüfen wir derzeit den Erfolg der additiven Fertigungstechnologie und des 3-D-Druck-Materials in Problemsituationen, die bisher nur unbefriedigend mit hohem zahntechnischem Aufwand oder umfangreich invasiven Behandlungsmaßnahmen lösbar waren.

Im Fall von ausgeprägtem Zahnhartsubstanzverlust durch Abrasion, Attrition oder Erosion (siehe Fallbericht 3) bieten die im 3-D-Druck gefertigten Versorgungen die Möglichkeit, eine neu angestrebte vertikale Höhe austesten zu können. Auf das Tragen einer Schiene kann verzichtet werden. Ästhetische Einbußen werden sofort ausgeglichen. Ein Voranschreiten des Verlusts der Zahnhartsubstanz wird verhindert. Außerdem muss bei der ohnehin reduzierten und angegriffenen Zahnhartsubstanz keine weitere Präparation der Zähne erfolgen. Eine mögliche Irritation der Pulpa kann durch den Verzicht auf Präparationsmaßnahmen vermieden werden. Ratsam ist es jedoch, Füllungen – insbesondere Amalgam-haltige – vor der Anfertigung zu entfernen und die Defekte in die Non-prep-Restaurationen einzubeziehen.

Die Restaurationen werden adhäsiv auf den Zähnen befestigt. Die Wahl des Materials erfolgt in Abwägung der erforderlichen Retentionskraft. Die angestrebte Bisshöhe kann ausgiebig getestet und bei Bedarf korrigiert werden. Der Abrasionsgrad erlaubt eine Beurteilung der Aktivität des Kausystems. Nach Justierung und Etablierung der neuen Kieferrelation lässt sich die Situation in eine definitive Versorgung im Sinne einer Einzelzahnversorgung „step by step“ überführen. Bei Verwendung digitaler Verfahren lässt sich das erprobte Kaurelief 1:1 übernehmen. Funktionelle Störungen durch Veränderung des Okklusionsreliefs lassen sich auf diesem Weg minimieren.

Kinder, die unter angeborenen oder erworbenen Erkrankungen der Zahnhartsubstanz leiden, erfahren nicht nur Hypersensibilitäten und Schmerzen durch ein geschwächtes Schmelzangebot, sondern müssen auch psychische Belastungen erdulden. Das veränderte Aussehen der Zähne kann zu Hänseleien und Ausgrenzungen führen. Die bisher oft verwendeten Kinderstahlkronen bieten ästhetisch kaum eine adäquate Verbesserung für die Kinder. Des Weiteren muss Zahnhartsubstanz durch das Präparieren geopfert werden. Der Einsatz der silbernen Kronen im Frontzahngebiet ist problematisch. Ursprünglich wurden die konfektionierten Metallkronen für Kinder mit ausgeprägter Kariesausprägung entwickelt. Mangels Optionen wurde deren Spektrum auf Kinder mit angeborenen und erworbenen Zahnhartsubstanzdefekten erweitert. Bei fehlender Ausbildung, fortgeschrittener Abnutzung und Schädigung ist ein Aufbau nicht nur aus ästhetischen, sondern insbesondere aus funktionellen Gründen erforderlich, um die Gesunderhaltung der Kiefergelenke zu gewährleisten.

Der Aufbau und die Umformung von Zähnen mit gedruckten Restaurationen kann auch hier ohne das Präparieren der Zähne erfolgen. Es ist daher ein non-invasives Verfahren. Da die Toleranz gegenüber langen Behandlungsintervallen bei Kindern reduziert ist, erscheint das Legen einer Kompositefüllung unter vollständiger Trockenlegung und dem manuellen Schichten des Materials als sehr aufwendig und belastend für den Patienten. Das Milieu der Mundhöhle stellt dabei eine besondere Herausforderung dar, da Komposite während der Verarbeitung sehr feuchtigkeitsempfindlich sind. Vom Behandler wird ein hohes Maß an Geschicklichkeit verlangt. Die Verklebung der gedruckten Kompositerestaurationen führt dazu, dass nur während eines kurzen Moments der Befestigung an den Zähnen auf die Feuchtigkeit geachtet werden muss. Die bereits fertig hergestellten, zahnfarbenen Restaurationen ersparen ein intraorales Modellieren und sind unabhängig von den Umständen und den Fähigkeiten des Behandlers.

Im Rahmen von abgeschlossenen kieferorthopädischen Behandlungen mit unbefriedigendem Ergebnis können sowohl offene Bisse als auch andere nicht ausgleichbare Bisslagen mithilfe von gedruckten Restaurationen ausgeglichen werden. Das non-invasive Verfahren mittels einer Klebung bietet auch hier die bereits dargestellten Vorteile.

Nach Unfällen ist eine schnelle, ansprechende Versorgung der meist betroffenen Frontzähne unabdingbar. Gleichzeitig ist meist noch nicht sicher, wie sich die Prognose der Zähne darstellt. Ebenso verhält es sich mit parodontal geschädigten Zähnen, bei denen eine definitive kostenintensive Versorgung nicht verhältnismäßig wäre. 3-D-gedruckte Restaurationen aus zahnfarbenen Harzen können problemlos trepaniert werden. Zusätzliche PA-Schienungen können angebracht werden. Durch die Möglichkeit, auch dreigliedrige Brücken herstellen zu können, kann auf einen Interimszahnersatz mit handgebogenen Klammern, die die vorhandenen Pfeilerzähne potenziell noch zusätzlich schwächen könnten, in manchen Situationen gänzlich verzichtet werden. Auch auf das Tragen einer Schiene mit ersetzten Zähnen kann so in einigen Fällen verzichtet werden. Kürzlich endodontisch behandelte Zähne, bei denen die Entwicklung der apikalen Verhältnisse noch abgewartet werden soll, können ebenfalls langzeitprovisorisch mit 3-D-gedruckten Restaurationen versorgt werden. Gemäß einer Stellungnahme des Endodontie-Beirats der DGZ [Hülsmann und Schäfer, 2005] sollen endodontisch behandelte Zähne schnellstmöglich suffizient koronal versorgt werden. Dementsprechend wäre auch hier eine kostengünstige Lösung in Form von gedruckten Versorgungen das Mittel der Wahl.

Patienten, die ästhetische Verbesserungen zu Preisen unterhalb von denen für Keramikveneers wünschen, können von den ästhetischen Vorteilen der gedruckten Restaurationen aus keramisch gefülltem Hybridmaterial durch ein ansprechendes Verhältnis von Opazität und Transluzenz profitieren.

3-D-gedruckte Restaurationen bieten die Möglichkeit, einen volldigitalisierten Workflow einfach und schnell umsetzen zu können. Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist sehr gut aufgrund von niedrigen Materialkosten und einem reduzierten Zeitaufwand für den Behandler. Die notwendigen Investitionen für die Software und den Drucker sind vergleichsweise niedrig und rentabel. Die werkstoffkundlichen Eigenschaften des keramisch gefüllten Hybridmaterials sind adäquat für temporäre als auch für definitive Versorgungen. Ein immer breiter werdendes Indikationsspektrum macht 3-D-gedruckte Restaurationen attraktiv für den klinischen Alltag bei der Behandlung von Kindern und Erwachsenen. Im Rahmen der klinischen Studie an der Charité sollen diese mindestens drei Jahre lang getragen werden. Die Restaurationen müssen danach nicht zwangsläufig ausgetauscht werden – es besteht durchaus eine gute Chance, dass der Zahnersatz weit länger überlebt und die ästhetischen Eigenschaften beibehält. 

Dr. Elisabeth Prause

2012–2017: Studium der Zahnmedizin an der Charité – Universitätsmedizin, Berlin
1/2018: Approbation als Zahnärztin
2/2018–4/2020: Assistenzzeit in Berliner Zahnarztpraxen
elisabeth.prause@charite.de

Prof. Dr. Jeremias Hey, MME, M.SC.

Abteilung für Zahnärztliche Prothetik,
Alterszahnmedizin und Funktionslehre,
Institut für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Campus Benjamin Franklin,
Charité – Universitätsmedizin Berlin
Aßmannshauser Str. 4–6, 14197 Berlin

Univ.-Porf. Dr. Florian Beuer, MME

Abteilung für Zahnärztliche Prothetik,
Funktionslehre und Alterszahnmedizin,
Centrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde,
Charité – Universitätsmedizin Berlin
Aßmannshauser Str. 4–6, 14197 Berlin

ZTM Robert Nicic

Abteilung für Zahnärztliche Prothetik,
Alterszahnmedizin und Funktionslehre,
Institut für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Campus Benjamin Franklin,
Charité-Universitätsmedizin Berlin
Aßmannshauser Str. 4–6, 14197 Berlin

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