Antibakterielle Wirkung von kupferhaltigen Zementen
Dentale Zemente dienen der Fixierung von Zahnersatz auf Zähnen und Implantaten (auch „Pfeiler“). Sie befinden sich daher am Übergang von Pfeiler und Krone – und somit in einem für den Erfolg kritischen Bereich: Hier können Biofilme durch das Verursachen von sekundärer Karies zum Versagen des Zahnersatzes führen. Einen Zement biokompatibel und zugleich antimikrobiell zu gestalten ist daher eine Möglichkeit der Prophylaxe von biologischen Komplikationen bei Zahnersatz.
Unter dieser Zielsetzung wurden in diesem Projekt die antimikrobielle Wirksamkeit gegen Bakterien und Pilze sowie die Verträglichkeit gegenüber tierischen Zellen eines Kupferzusatzes zu konventionellem Zink-Oxid-Phosphatzementes getestet. Hierzu wurden zunächst die Materialeigenschaften wie Oberflächenrauheit oder freie Oberflächenenergie untersucht, da diese großen Einfluss auf biologische Wechselwirkungen haben.
Li.: Oberflächentopographie, Tastschlittenverfahren; Re.: Oberflächenrauheit, Tastschlittenverfahren
Der zweite Schritt beinhaltete die mikrobiologischen Untersuchungen. Hier wurden Kulturen von Pilzen, Bakterien und tierischen Zellen in Kontakt mit konventionellem und mit Kupfer versetztem Zement gebracht und deren Wachstumsverhalten mittels unterschiedlicher Tests (CCK8, Biolumineszenz ATP-Assay, Resazurin-Assay, Lichtmikroskopie, REM) verglichen. Im parallel stattfindenden klinischen Arm der Studie wurden Probekörper aus den Zementen von Probandinnen und Probanden getragen und nach 24 Stunden wurde die Anlagerung von Mikroorganismen evaluiert.
(a) Bild Streptokokken auf kupferfreiem Zement, REM, 2500x
(b) Bild Anlagerung von Biofilm auf Probekörper nach 24 h Tragedauer kupferhaltiger Zement REM
(c) Bild Fehlfarbenbild zur digitalen Auswertung besiedelter Bereiche
In-vivo-Biofilmbildung von neuartigen implantatprothetischen Werkstoffen
Die Versorgung von Zahnlücken und zahnlosen Kiefern mittels Implantaten ist eine hunderttausendfach erprobte und bewährte Methode, Patientinnen und Patienten sehr hochwertig und mit vorhersagbarem Erfolg zu versorgen. Parallel zur Parodontitis, bei der Mikroorganismen in Wechselwirkung mit dem körpereigenen Immunsystem zu Zahnlockerung und sogar –verlust führen können, kann sich jedoch an Implantaten eine Periimplantitis entwickeln. Da dentale Implantate nicht über die Abwehrmechanismen und Regenerationsfähigkeit natürlicher Zähne verfügen, kann eine Periimplantitis zum Verlust des Implantates führen. Die Therapie ist aufgrund der künstlichen in den Körper eingebrachten Materialien schwer – daher muss der Fokus neben der Therapie vor allem auf der Prophylaxe liegen!
Im Zuge der materialtechnischen Weiterentwicklung in der Zahnmedizin wurden Werktstoffe wie Polyetheretherketone (PEEK) und neuartige Hochleistungskeramiken aus Zirkoniumdioxid entwickelt, die nun durch ihre Eigenschaften neue Therapieoptionen eröffnen. Gerade Keramiken zeigen exzellente Biokompatibilität mit reduzierter Biofilmanlagerung und Titan ist bereits seit längerer Zeit ein Material für Implantate.
In dieser Studie sollten daher die Eigenschaften verschiedener auf dem Markt erhältlicher Biomaterialien in Bezug auf die mikrobiologische Anlagerung und Plaquebildung in vivo untersucht werden d.h. durch das Tragen von Probekörpern durch Probandinnen und Probanden.
Um einen direkten Vergleich der Materilien zu ermöglichen wurden Multi-Probekörper entwickelt. So konnten die Einflüsse unterschiedlicher Biofilmbildung in unterschiedlichen Stelllen der Mundhöhle ausgeschlossen werden.
Im ersten Schritt wurden wie in anderen Studien auch die materialwissenschaftlichen Untersuchungen vorgenommen.
(a) Probekörper (6´6mm) zur In-vivo-Biofilmbildung mit 4 verschiedenen Materialien aus der Implantatprothetik: Zirkoniumoxidkeramik, PEEK (Hersteller 1), Titan, PEEK (Hersteller 2), (im Uhrzeigersinn)
(b) Oberflächenbild in Fehlfarben mit Rauheitswerten der Fläche
In darauf folgenden Schritt wurden die Probekörper getragen und dann unter einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop nach entsprechender Fluoreszenz-Färbung untersucht und verglichen.
(a) PEEK Hersteller 1, 10x Vergrößerung, Lebendfärbung – gut sichtbar ist die höhere Anlagerung von Mikroorganismen an Rauheiten der Oberfläche
(b) Titan, 40x Vergrößerung, Schnitt durch Biofilm, – einzelne Mikroorganismen, vornehmlich stäbchen- und kokkenförmige, sind zu erkennen