Inteligentne materiały do terapii alignerowej

Z alignerami z polimerów pamięci kształtu można zmniejszyć liczbę aparatów ortodontycznych w trakcie terapii. © Fraunhofer IAP / Aligners made of shape memory polymers can reduce the number of orthodontic splints in the therapeutic process. © Fraunhofer IAP

Skuteczne klinicznie, dopasowane, niewidoczne i komfortowe – wymagania wobec alignerów do terapii wad zgryzu są wysokie. Także od materiału używanego do produkcji aparatów korygujących. Zespół z Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP w Potsdam Science Park opracował we współpracy z Uniwersyteckim Szpitalem w Düsseldorfie materiał o wysokiej funkcjonalności, który umożliwia całkowicie nowe koncepcje leczenia i obniża koszty. Naukowcy postawili na polimery z właściwościami pamięci kształtu.

Nowy materiał łączy skuteczne ruchy zębów z bardziej efektywnym wykorzystaniem zasobów. »Alignery z polimerów pamięci kształtu umożliwiają kontrolę siły działającej na zęby i tym samym dostosowanie terapii do potrzeb pacjenta«, wyjaśnia dr Thorsten Pretsch, kierownik działu syntezy i technologii polimerów w Fraunhofer IAP, przedstawiając koncepcję. »Nasz aligner pozwala na realizację kilku etapów korekty zębów«, podkreśla Pretsch. Zalety: zmniejszenie liczby aparatów ortodontycznych w trakcie terapii, uniknięcie nadmiernych odpadów materiałowych i obniżenie kosztów leczenia.

Efekt pamięci dla korekty zębów

Polimery pamięci kształtu należą do materiałów inteligentnych. Z tych tworzyw można wyprodukować obiekty, które zmieniają swój kształt w ściśle określony sposób. Zewnętrzny bodziec, np. ciepło, wywołuje efekt pamięci kształtu. Szyna powoli zmienia swój kształt, co umożliwia przesuwanie niewłaściwie ustawionych zębów w pożądane położenie.

Podwójnie skuteczny materiał na alignery

Kierownik projektu w Fraunhofer IAP, M. Sc. Dennis Schönfeld, syntetyzował do zastosowania w terapii alignerów termoplastyczny poliuretan (TPU), który reaguje zarówno na ciepło, jak i na wodę o temperaturze ciała. W zależności od temperatury lub ilości wody, jaką materiał absorbuje, zmiana kształtu alignera może być rozłożona na dowolną liczbę kroków. Wyniki serii testów na modelach koron zębów potwierdzają funkcjonalność nowo opracowanego TPU: podczas termicznego leczenia zespół osiągnął przesunięcie jednego zęba siecznego o maksymalnie 3,5 milimetra. Dodatkowo udało się stopniowo zmieniać kształt szyny w wodzie o temperaturze ciała w określonym czasie. W przyszłości możliwe będzie wywoływanie efektu pamięci kształtu w jamie ustnej za pomocą śliny i realizacja kilku etapów korekty za pomocą jednej szyny. Sprytne dobranie grubości materiału oraz stopniowe podgrzewanie alignera pozwala także na kontrolę siły działającej na zęby. »Dla zastosowań ortodontycznych te właściwości niosą ze sobą szereg unikalnych korzyści – od drobnych korekt kształtu poprzez kontrolowane podgrzewanie, aż po zmniejszenie liczby etapów leczenia«, podkreśla Pretsch.

Zrównoważone podejście do terapii alignerami

Obecnie alignery wykonane są z materiałów, które wywołują nienaturalnie silne siły nacisku. Aby skorygować wadę zgryzu bez uszkodzenia otaczających tkanek, konieczne jest wykonanie wielu małych etapów leczenia. Na każdą fazę terapii powstaje wyjmowany, przezroczysty aparat. Badania zalecają ograniczenie ruchu zębów do maksymalnie 0,2 milimetra na aligner. Indywidualnie produkowane szyny generują wysokie koszty leczenia. W zależności od stopnia wady, zwykle potrzeba od trzydziestu do sześćdziesięciu alignerów, aby przez kilka miesięcy przesuwać zęby do pożądanego położenia. Zdolność nowo opracowanego polimeru do zmiany kształtu w małych, kontrolowanych krokach ma potencjał do zmniejszenia liczby etapów w leczeniu ortodontycznym w porównaniu z terapiami opartymi na tradycyjnych materiałach.

Technologia przyszłości w terapii dentystycznej

Dotychczas materiał na alignery, opracowany przez naukowców z Fraunhofer IAP, testowano na modelach koron zębów. Dalszy rozwój materiału w kierunku optymalizacji do zastosowań klinicznych jest głównym celem. Podstawę stanowią szczegółowe analizy biomechaniczne prowadzone przez Poliklinikę Ortodoncji Uniwersyteckiego Szpitala w Düsseldorfie. »Nasze badania wskazują, że nowo opracowany materiał wykazuje znacznie wyższą skuteczność, co oznacza duże korzyści dla leczenia ortodontycznego«, informuje profesor Drescher z Uniwersyteckiego Szpitala w Düsseldorfie. Zespół jest optymistyczny co do możliwości przeniesienia tej nowatorskiej technologii na zastosowania in vivo.

Wsparcie finansowe

Projekt »Polimery pamięci kształtu dla ortodoncji« 20400 BG realizowany przez FGW Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e. V. został dofinansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Klimatu w ramach programu wspierania badań przemysłowych (IGF) przez AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke« e.V., na podstawie decyzji Bundestagu.

Wyniki projektu opublikowano w czasopiśmie »Materials«, w specjalnym numerze »Materials and Techniques in Dentistry, Oral Surgery and Orthodontics«.