Klinische Untersuchung der Beeinflussung der Biofilmbildung auf Füllungskompositoberflächen durch neuartige Möglichkeiten der aktiven Freisetzung von Wirkstoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt diente der Erforschung der Beeinflussung der Biofilmbildung auf Füllungskompositoberflächen durch neue Methoden der aktiven Wirkstofffreisetzung. Ziel dieser Forschungsarbeit war es, durch ausgewählte, die Oberflächeneigenschaften verändernde oder auch antibakterielle Substanzen bereits in die initiale Biofilmbildung einzugreifen. Zum einen sollte seitens der Polymerchemie neue Wirkstoffe zur Inkorporation in dentale Komposite synthetisiert werden. So konnte zunächst Triclosan als antibakterieller Wirkstoff acryliert bzw. methacryliert und als Comonomere einer Kompositmischung beigemengt werden. Entgegen den Erwartungen zeigten die Komposite mit kovalent gebundenem Wirkstoff aber keinen signifikanten bakteriziden Effekt im Vergleich zu den Standardkompositen. Nach mehreren versuchten Ansätzen konnte letztendlich Triclosan als antibakterielles Agens an Polymeren angebunden werden, so dass quatere Triclosan-Makromonomere synthetisiert werden konnten. Weiter wurden im Rahmen dieses Projektes Silber-Nanopartikel in einer auf (Meth)Acrylat-Cyclodextrin-Copolymer basierenden Polymermatrix synthetisiert. Beide Wirkstoffe stehen nun zur Einbringung in ein Komposit und zu weiteren werkstoffkundlichen und mikrobiologischen Prüfungen zur Verfügung. Der zweite Strang dieses Projektes (Zahnklinik) beinhaltete die Inkorporation kommerziell verfügbarer Träger- und Wirkstoffe. Dabei kamen als Trägerstoffe ein Zeolith und ein mikroporös vernetztes Allylmethacrylat in Form von Microbeads zum Einsatz. Als Wirkstoffe wurden wie geplant Triclosan als Bakterizid, und als Anti-Adhäsive hydrofunktionelles Polydimethylsiloxan (Tego protect 5000) und Dimethylpolysiloxan (Dimethicone) ausgewählt. Wir identifizierten außerdem ein radikalisch vernetzbares Siliconpolyetheracrylat (TegoRad), welches als Anti-Adhäsiv fungieren jedoch fest in die organische Matrix einpolymerisiert sein sollte. Die Trägerstoffe, Wirksubstanzen und Trägerstoff-/Wirksubstanz-Komplexe wurden durch rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen identifiziert. Nach werkstoffkundlichen Untersuchungen mussten bereits einige Pasten ausgeschlossen werden. Die verbliebenen Pasten zeigten allesamt eine signifikant deutlich verringerte Oberflächenenergie unter simulierter Abriebbeanspruchung auf. Auch der polare und der basische Anteil der Oberflächenenergie, denen entscheidende Bedeutung in der Bakterienadhäsion zugesprochen wird, waren signifikant verringert. Dabei gab es keine Unterschiede in den gemessenen Rauhigkeiten der Prüfkörper. Die quantitative Bestimmung der Proteinadhäsion zeigte in der Folge ebenfalls tendenziell verminderte Proteinmengen auf einigen Prüfpasten. Die Datenlage reicht aber aufgrund methodischer Probleme, die hohe Schwankungen nach sich ziehen, nicht aus, um endgültig statistische Aussagen zu treffen. Hierzu sind bereits laufende In-situ-Untersuchungen nötig, bei denen größere Proteinmengen gewonnen werden können. Die Untersuchungen zur Beeinflussung der Bakterienadhäsion mittels Vitalfluoreszenzmikroskopie zeigten höchst interessante Ergebnisse: Für die antibakterielle Paste konnten signifikante Effekte im Vergleich zur Standardpaste beobachtet werden. Es zeigte sich für alle Bakterienstämme (S. oralis, S. mitis, S. sanguinis, A. naeslundii und A. viscosus) und auch für die Gesamtmenge aller Bakterien zu allen Messzeitpunkten eine signifikante Verringerung der vitalen Bakterien und gleichzeitig eine signifikante Erhöhung der Anzahl der avitalen Bakterienzahl. Bei den anti-adhäsiven Pasten zeigte sich für alle untersuchten Bakterien nach 8h auf allen Prüfpasten eine signifikante Verminderung der vitalen Keime im Vergleich zur Standardpaste, aber nur selten korrespondierend eine Erhöhung der avitalen Anzahl. Dieser Effekt wurde auch nach 24 h für die Aktinomyzeten-Stämme beobachtet. Das einpolymerisierte Polysiloxan erwirkte auch noch nach 24 h eine signifikante Reduktion der Gesamt-Bakterienzahl. Dies korrespondiert mit dem am stärksten verringerten polaren Anteil der Oberflächenenergie für diese beiden Pasten. Interessanterweise erreicht die antibakterielle Paste lediglich eine Verschiebung vom vitalen zum avitalen Anteil der Bakterien, während die anti-adhäsiven Pasten auch teilweise insgesamt zur Verringerung der Gesamtzahl der Bakterien führten. Dies korreliert mit den erwarteten Effekten der Wirkstoffe. Die letzten In-vitro-Versuche zur Feststellung, ob durch eine natürliche Abrasion innerhalb von 24h die veränderten Oberflächenenergien erhalten bleiben, wurden begonnen. Es lässt sich ein erster Trend erkennen, dass bei physiologischer Abrasion die veränderten Oberflächenenergien permanent verändert bleiben. Sollte nach Abschluss der Experimente und statistischer Auswertung bestätigt werden, dass die Veränderung der Oberflächen permanent erhalten bleibt, so wäre die Arbeitshypothese im Gesamten für den In-vitro-Teil bestätigt. Somit wäre eine Beeinflussung des Biofilms durch die neuartige Freisetzung von Wirkstoffen in Füllungsmaterialien möglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A New Approach to Influence Pellicle Formation on Resin-based Materials. J Dent Res 89 (Spec Iss B): 1438, 2010
Rüttermann S., Bergmann N., Trellenkamp T., Raab W.H.-M., Ritter H., Janda R.
- A New Approach to Influence Surface-Free-Energy of Resin-Based Materials. J Dent Res 89 (Spec Iss B): 2297, 2010
Bergmann N., Rüttermann S., Trellenkamp T., Raab W.H.-M., Ritter H., Janda R.
- A new approach to influence contact angle and surface energy of resin-based dental restorative materials. Acta Biomaterialia, 2011 Mar;7(3)
Rüttermann S., Trellenkamp T., Bergmann N., Raab W.H.-M., Ritter H., Janda R.
- Beeinflussung der initialen Bakterienadhäsion durch neuartige Füllungsmaterialien. 25. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Zahnerhaltung e.V., 6./7.5.2011 in Düsseldorf, Autoreferate-Band ISBN 978-3-86611-454-8, pro literatur Verlag, Augsburg 2011
Rüttermann S., Beikler T., Raab W.H., Janda R., Bergmann N.
- Beeinflussung der initialen Biofilmbildung durch neuartige Füllungsmaterialien. 25. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Zahnerhaltung e.V., 6./7.5.2011 in Düsseldorf, Autoreferate-Band ISBN 978-3-86611-454-8, pro literatur Verlag, Augsburg 2011
Bergmann N., Beikler T., Raab WH., Janda R., Rüttermann S.
