Zahnfüllungen nach natürlichem Vorbild

So wird es beim Zahnarzt auch in zehn Jahren noch klingen. Aber was die Füllung angeht, könnte in Zukunft die Nanotechnologie in der Zahnmedizin Einzug halten, meint Bert Müller, Materialwissenschaftler an der Universität Basel.

"Im Bereich vom Zahn weiß man, dass man Karies wegbohrt und dort eine Füllung hineingibt, die in alle Richtungen gleich ist. Wenn man etwas Natur-Analoges machen würde, wie man es in der Natur sieht, dann würde man versuchen, Ausrichtungen zu machen im Dentin, von bestimmten Nanoröhrchen zum Beispiel."

Also eine passgenaue Füllung des Dentins, das ist der von Zahnschmelz umgebene, knochenähnliche innere Teil des Zahns. Im Röntgenbild erkennt der Zahnarzt allerdings nur die grobe Struktur: Zwei Schichten, innen Dentin und außen der Zahnschmelz. Der sieht im Röntgenbild weiß wie Knochen aus, weil er wesentlich mehr Mineralien enthält als das grau erscheinende Dentin. Doch über die Feinstruktur eines Zahns war bis vor Kurzem kaum etwas bekannt.

"Wenn man etwas weiter hinunter möchte, möchte man nicht nur den Schmelz und das Dentin sehen, sondern auch Strukturen im Inneren vom Dentin wie die Kanälchen, die dort vorhanden sind. Man möchte gerne wissen, was die Struktur ist. Und um das zu erforschen, braucht man sehr intensive Röntgenstrahlung."

Der Basler Forscher hat deshalb die stärksten Röntgenstrahlen genutzt, die der Wissenschaft zur Verfügung stehen: sogenannte Synchrotrons. Zu diesen Strahlenquellen reisten Bert Müllers Mitarbeiter mit Zähnen von Patienten im Gepäck – nachdem sie einige Monate geduldig auf Messzeit gewartet hatten.

"Üblicherweise hat man eine Vorlaufzeit von etwa einem halben Jahr. Wir können also nicht, wie üblich, jeden Tag ins Labor gehen oder das in der Klinik benutzen. Sondern wir müssen vorher einen Antrag schreiben, damit wir Zugang haben zu diesen sehr intensiven Röntgenquellen."

Das Warten hat sich gelohnt. Am DESY in Hamburg und am schweizerischen Paul-Scherrer-Institut gelang es den Forschern, Zahnscheiben Punkt für Punkt mit den starken Röntgenstrahlen zu durchleuchten. Später wurden die einzelnen Aufnahmen wie bei einer Computertomografie wieder zu einem Bild zusammengesetzt. Zum ersten Mal wurde dabei der innere Aufbau von Zähnen im Maßstab von Nanometern sichtbar. Sowohl was den mineralischen Anteil angeht als auch das Bindegewebegerüst aus dem Eiweiß Kollagen.

"Man bekommt Informationen über die Mineralien und deren Kristallite. Man bekommt auch Informationen über die Periodizitäten vom Kollagen. Also man bekommt wirklich die gesamte Nanostruktur von so einem Zahn heraus."

Und da zeigt sich: Die Mineralkristalle im Dentin sind zur Mitte des Zahns hin ausgerichtet. Im unteren Zahnbereich liegen sie also etwa waagerecht. Im Zahnschmelz zeigen die Kristalle dagegen senkrecht nach oben. Sie sind genau im rechten Winkel zu den Dentinkristallen orientiert. Eine Zahnfüllung, die sich die Natur zum Vorbild nimmt, müsste genau so aufgebaut werden, sagt Bert Müller.

"2Da wir gesehen haben, dass diese Nanostrukturen etwa senkrecht zueinander angeordnet sind, müsste man eine Füllung für das Dentin und eine für den Schmelz machen und könnte damit vielleicht ähnlich stabile Strukturen erreichen, wie wir das vom natürlichen Zahn kennen, der ja mehrere Jahrzehnte hält. Es wäre natürlich besser, auch wenn die Materialien in der Zahnmedizin heute schon sehr gut sind, wenn die Füllungen noch länger halten können.""

Das ist bis jetzt eine Vision. Doch in Basel arbeiten die Forscher an der Umsetzung. Eine Füllung, die Nanoröhrchen enthält, ist dabei keine Utopie. Schwieriger ist es, sie genau in der Orientierung einzubringen, die die Natur vorgibt.

"Wir müssen uns darüber im Klaren sein, dass wir dort kein Synchrotron anwenden können. Das muss ja am Stuhl in der Zahnarztpraxis passieren können und innerhalb von einem kleinen Zeitfenster, das zur Verfügung steht. Das ist natürlich schon ein langer Weg. Hier sollte man eher ein Jahrzehnt rechnen als unbedingt zu sagen: Das haben wir gleich morgen."