Kupferhaltiges Chitosan-Polyphosphat-Gerüst – Eine vielversprechende Innovation für die regenerative Endodontie

Die Regeneration von Zahnpulpa und Dentin gilt als eines der spannendsten Forschungsfelder der modernen Zahnmedizin. Besonders bei unreifen Zähnen mit nekrotischer Pulpa und apikaler Parodontitis stellt die Wiederherstellung der Vitalität des Zahns eine große Herausforderung dar.

Klassische Behandlungsverfahren wie die Apexifikation stoppen das Fortschreiten der Erkrankung, fördern jedoch keine weitere Wurzelentwicklung. Regenerative endodontische Verfahren (REPs) versprechen dagegen eine echte Geweberegeneration – doch Infektionen und Verkalkungen des Wurzelkanals bleiben zentrale Probleme.

Ein Forschungsteam der Dalhousie University (Kanada) hat nun ein neuartiges Gerüst entwickelt, das gleich mehrere dieser Herausforderungen adressiert: ein Kupfer-beladenes Chitosan-Polyphosphat-Gerüst (Chi-PP-Cu).

Eine synergetische Kombination: Chitosan, Polyphosphat und Kupfer

Das entwickelte Scaffold kombiniert drei bioaktive Komponenten mit komplementären Eigenschaften:
Chitosan, ein natürliches Biopolymer aus Chitin, ist bekannt für seine Biokompatibilität, antimikrobiellen Eigenschaften und Zellfreundlichkeit.
Polyphosphat (PP), ein anorganisches Polyanion, fördert die Zellproliferation und hemmt zugleich unerwünschte Verkalkungsprozesse durch Calcium-Chelation.

Kupferionen (Cu²⁺) wirken stark antibakteriell und regen zugleich die Angiogenese und Gewebebildung an.
Die Kombination dieser drei Komponenten führte zu einem porösen, dreidimensionalen Scaffold mit hoher Wicking-Fähigkeit (0,5 mm/s), das Feuchtigkeit effizient transportieren und somit die Zellmigration in den Wurzelkanal fördern kann.

Optimierte Freisetzung und Biokompatibilität

Für die Herstellung wurde mittelmolekulares Chitosan (DDA ≥ 90 %, 125 kDa) verwendet. Durch die Komplexierung mit Polyphosphat entstand ein stabiles Polyelektrolyt-Netzwerk, das die Freisetzung von Kupferionen deutlich verlangsamte. Bereits nach 24 Stunden waren nur etwa 9 % des geladenen Kupfers freigesetzt – ein entscheidender Vorteil gegenüber reinen Chitosan-Kupfer-Systemen, die Kupfer sehr schnell abgeben und dadurch zytotoxisch wirken können. Die niedrigste getestete Konzentration (Chi-PP-Cu1) setzte ca. 10 ppm Kupfer frei – genug, um Bakterien wie Enterococcus faecalis zu hemmen, aber ohne die Zellvitalität zu beeinträchtigen. In vitro blieb die Viabilität von Fibroblasten und Stammzellen der apikalen Papille (SCAP) erhalten, während höhere Kupferkonzentrationen (≥ 20 ppm) zu Zelltod führten.

Zellfreundlich, antibakteriell und anti-kalzifizierend

In biologischen Tests zeigte das Gerüst eine Bakterienhemmung von bis zu 68 % über 14 Tage gegenüber E. faecalis, einem der häufigsten Erreger persistierender Wurzelkanalinfektionen. Zugleich unterstützte das Scaffold die odontogene Differenzierung von SCAP-Zellen – ein entscheidender Schritt für die Neubildung des Dentin-Pulpa-Komplexes.

Bemerkenswert ist auch, dass die Polyphosphat-Komponente die Verkalkung in den Zellkulturen signifikant hemmte, ohne die Differenzierung der Zellen zu beeinträchtigen. Dies ist klinisch relevant, da eine übermäßige Mineralisierung den Wurzelkanal verschließen und so den Erfolg regenerativer Therapien verhindern kann.

Biologisch abbaubar und klinisch relevant

Nach 28 Tagen war etwa die Hälfte des Gerüsts abgebaut, was auf eine gute biologische Abbaubarkeit und potenzielle klinische Einsetzbarkeit hinweist.
Dank der konischen 3D-Form, die der Wurzelgeometrie nachempfunden wurde, lässt sich das Material zudem praktisch in den Wurzelkanal applizieren.
Die Forscher sehen in dieser Entwicklung einen entscheidenden Schritt hin zu antibiotikafreien Biomaterialien für die regenerative Endodontie.

Fazit
Das kupferhaltige Chitosan-Polyphosphat-Gerüst vereint:
- Biokompatibilität und Abbaubarkeit
- kontrollierte antimikrobielle Wirkung
- Hemmung unerwünschter Verkalkung
- Förderung der Zellvitalität und Differenzierung
Diese Eigenschaften machen das Material zu einem vielversprechenden Kandidaten für die endodontische Geweberegeneration – insbesondere für den Einsatz bei Kindern und Jugendlichen, deren Zähne sich noch in der Entwicklung befinden.
Künftige Studien werden zeigen, ob das System auch in vivo seine Wirksamkeit bestätigt und den Weg zu einer neuen Generation kupferhaltiger Chitosan-Biomaterialien für die Zahnheilkunde ebnet.

Quelle
Moussa, H., Mello, I., Leung, B., & Filiaggi, M. (2025). Chitosan-Polyphosphate Scaffold Loaded with Copper for Endodontic Regeneration: A Laboratory Study. Dalhousie University, Halifax, Canada. https://doi.org/10.1101/2025.10.30.685681

Erstveröffentlichung: 20.11.2025

Letzte Revision: 20.11.2025