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Die Forschung mit kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) eröffnet neue medizinische Behandlungsmöglichkeiten im Bereich der Tumorbehandlung, eine verbesserte Wundbehandlung und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im dentalen Bereich. Trotz eines zunehmenden Erkenntnisgewinns im Bereich der Plasmaforschung gibt es nach wie vor viele ungeklärte Fragen im Bereich der Anwendungssicherheit von kaltem Atmosphärendruckplasma. Da der kINPen® MED im intraoralen Bereich an Patient(inn)en Anwendung findet, ist es notwendig, Untersuchungen in Bezug auf mögliche Interaktionen zwischen den dentalen Restaurationsmaterialen und kaltem Atmosphärendruckplasma durchzuführen, um die Patientensicherheit während der Behandlungen mittels in vitro und in vivo Studien weiter auszubauen. Studien zur Untersuchung dieser Interaktionen fehlen bisher in der Literatur.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Einfluss von kaltem Atmosphärendruckplasma auf die Oberflächeneigenschaften von drei verschiedenen dentalen Kompositen zu untersuchen. Die dentalen Komposite Arabesk Flow, Arabesk Top und GrandioSO (VOCO GmbH, Cuxhaven, Deutschland) unterscheiden sich in Bezug auf ihren Füllerkörpergehalt (niedrig-, mittel-, hochgefüllt) voneinander. Die Plasmabehandlung erfolgte mittels des kINPen® (neoplas tools GmbH, Greifswald, Deutschland) über einen Untersuchungszeitraum von 19 Tagen zu sechs Zeitpunkten (0., 3., 5., 15., 17. und 19. Tag). Gruppe I diente als Kontrollgruppe und wurde nicht mit Plasma behandelt. Gruppe II wurde 30 Sekunden stationär und Gruppe III 60 Sekunden mäanderförmig mit kaltem Plasma behandelt. Im Rahmen der materialografischen Untersuchungen wurden insgesamt 2160 Profilometermessungen, 240 Raster-Kraft-Mikroskopie (AFM)-Messungen, 117 Photoelektronenspektroskopie(XPS)-Messungen und 27 Wasserkontaktwinkelmessungen durchgeführt.
Die statistische Analyse wurde für die einzelnen Gruppen der Profilometermessung durchgeführt. Aufgrund der schiefen Verteilung der Ergebnisse wurden nicht-parametrische Tests wie der Kruskal-Wallis- und der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test angewendet.
Im Ergebnis konnten in der Wasserkontaktwinkelmessung und der Photoelektronenspektroskopie Veränderungen der Probenoberfläche nach der 30 s stationären und der 60 s mäanderförmigen Plasmabehandlungsvarianten aufgezeigt werden. Nach der Plasmabehandlung zeigte sich in den XPS-Messungen mit der Häufigkeit der Behandlungen eine Abnahme der Kohlenstoffanteile und gleichzeitig steigende Sauerstoff- und Füllkörperanteile wie Silizium an der Probenoberfläche. Der vermehrte Einbau von Sauerstoffverbindungen nach den erfolgten Plasmabehandlungen resultierte im Rahmen der Kontaktwinkelmessungen in einer Entwicklung zu hydrophileren Oberflächen. Das Absinken der Kohlenstoffverbindungen und der Anstieg von Elementen der Füllkörper lässt ein Abtragen der Matrix zwischen den Füllkörpern der dentalen Komposite vermuten. Im Rahmen der AFM- und Profilometermessungen konnte keine eindeutige Veränderung der Oberflächenrauheit nach einer Plasmabehandlung festgestellt werden. Die in dieser Studie aufgezeigten Ergebnisse tragen zu einem ersten Erkenntnisgewinn im Themenbereich des plasmaassoziierten Risikopotentials in Bezug auf dentale Komposite bei. Es sind weiterführende Untersuchungen in diesem Zusammenhang nötig, um die aufgezeigten Ergebnisse dieser Studie in Bezug auf die intraorale Anwendungssicherheit der Plasmabehandlung für die Patient(inn)en weiter auszubauen.
Forschungsgegenstand dieser Arbeit war, ob eine Vorbehandlung der Wurzelkanaloberfläche mit kaltatmosphärischem Plasma (KAP) die Qualität der Wurzelkanalfüllung hinsichtlich der Wandständigkeit steigert. In der vorliegenden In-vitro Studie wurden zuvor standardisiert aufbereitete und sterilisierte Wurzelkanäle vor der Wurzelkanalfüllung mit KAP in unterschiedlichen Zeitintervallen (t1=30 s, t2=120 s) behandelt, während die Wurzelkanäle der Kontrollgruppe keiner Plasmabehandlung unterzogen wurden. Die präparierten Wurzelstümpfe wurden zwischen zwei voneinander getrennten Kammern fixiert. Zur Sicherstellung des Versuchsaufbaus wurden Testreihen zur Durchlässigkeit, Dichtigkeit und Fremdkontamination gebildet.
Anschließend wurden die Kammern mit CASO-Nährlösung gefüllt, wobei die Nährlösung der oberen Kammer am Wurzelkanaleingang mit dem endodontisch relevanten Bakterium E. faecalis kontaminiert wurde. Während des Versuchszeitraums von 63 Tagen wurde die Nährlösung der unteren Kammer mit der Wurzelspitze, deren Zugang einzig über den abgefüllten Wurzelkanal möglich war, jeden zweiten Tag mikrobiologisch auf Kontamination untersucht.
Die Wurzelkanalfüllungen der Testreihe mit einer 30-sekündigen KAP-Vorbehandlung sind bereits zu Beginn wandständiger als die der zwei anderen Testreihen, während die Wurzelkanäle mit einer 120-sekündigen KAP-Vorbehandlung bereits nach kurzer Zeit die meisten Kontaminationen verzeichnet. Auch im Verlauf des Versuchszeitraums zeigt die 30-sekündige Vorbehandlung durchschnittlich signifikant bessere Ergebnisse im Vergleich zu der Kontrollgruppe und der 120-sekündigen KAP-Vorbehandlung. Am Ende des Versuchszeitraums weist die Kontrollgruppe mit 64,3 % kontaminierten Nährlösungen in den unteren Kammern die höchste Durchlässigkeit für E. faecalis auf. Die besten Endergebnisse verzeichnet die Testreihe mit einer 30-sekündigen Vorbehandlung mit KAP (53,3 % kontaminierte Nährlösungen), ohne signifikanten Unterschied dicht gefolgt von der Testreihe mit einer 120-sekündigen KAP-Vorbehandlung (53,8 %).
Die Ergebnisse machen deutlich, dass sich eine 30-sekündige Vorbehandlung mit KAP vorteilhaft auf die Wandständigkeit der Wurzelkanalfüllung auswirkt, wohingegen die viermal längere Expositionszeit zumindest initial zur höchsten Rate an Bakteriendurchlässigkeit führt. Insgesamt war nach zwei Monaten in allen drei Testreihen bei über der Hälfte der Testsysteme eine Kontamination über den Wurzelkanal nachweisbar. Nach der Bakterienkontamination über den Wurzelkanal kommt es zu einem exponentiellen Wachstum der Bakterienpopulation der Nährlösung der unteren Kammer.
Die Zusammensetzung der Trägergase bestimmt den Wirkmechanismus des KAP. Außerdem können unterschiedliche Expositionszeiten von KAP andersartige Effekte erzeugen. Eine Erhöhung der Stichprobenanzahl könnte Abweichungen der Testreihen untereinander klarer herausstellen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die Expositionszeit mit dem maximalen Wirkeffekt einer Plasmavorbehandlung zu bestimmen. Um die Applikation von KAP am Patienten zu realisieren, sind neue Designs des Handstücks notwendig. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen eine vielversprechende Tendenz zur verbesserten Wandständigkeit der hier eingesetzten Wurzelkanalfüllung durch eine 30-sekündigen Vorbehandlung mit KAP.
Die dentale Plaque beeinflusst entscheidend die Ätiologie von Karies, Parodontitis und Periimplantitis. Die Plaque stellt nach wie vor eine therapeutische Herausforderung dar, weil ihre Eliminierung durch mechanische Reinigung aufgrund der schweren Zugänglichkeit nur unvollständig gelingt. Antiseptische Mundspülungen können zwar über die Senkung der Bakterienzahl das Plaquewachstum hemmen, allerdings ohne dabei die Plaque selbst zu eliminieren. Darüber hinaus sind nur wenige antiseptische Wirkstoffe aufgrund möglicher Nebenwirkung für die Daueranwendung geeignet. Als mögliche Option zur Inaktivierung der Mikroorganismen in der Plaque bei gleichzeitiger Plaqueelimination wurde die Anwendung von Argonplasma, erzeugt mit dem kinpen09, an S. sanguinis Biofilmen, kultiviert im Europäischen Biofilmreaktor (EUREBI) bzw. in der 24-Well-Platte, untersucht. In beiden Modellen konnte auf Titanplättchen innerhalb von 72 h ein homogener, stabiler, gut analysierbarer Biofilm (>6,9 log10 KbE/ml) erzeugt werden. Trotz der signifikant stärkeren Biofilmbildung im EUREBI war die erzielte Differenz von 0,4 log10 KbE/ml ohne praktische Relevanz, so dass beide Prüfmodelle gleichermaßen zur Erprobung der Wirksamkeit von Plasmaquellen geeignet sind. Verglichen mit der Kontrolle war in beiden Biofilmmodellen nach der längsten gewählten Einwirkungszeit von 180 s eine signifikante Reduktion des Biofilms um 0,6 log10 KbE/ml bzw. 0,5 log10 KbE/ml erreichbar. Im Vergleich zur Wirksamkeit des kinpen09 in anderen Studien bildet S. sanguinis offensichtlich einen schwierig eliminierbaren Biofilm aus, wobei die Reifungszeit des Biofilms sowie andere Plasmazusammensetzungen und Behandlungseinstellungen die vergleichsweise geringe Effektivität beeinflusst haben dürften. Um die Wirksamkeit gegen S. sanguinis Biofilme zu verbessern, sind weitere Untersuchungen mit reduziertem Abstand zwischen Plasmaquelle und Biofilm, veränderter Zusammensetzung des Plasmas sowie mit anderen Plasmaquellen erforderlich. Schlüsselwörter: S. sanguinis Biofilm, Biofilmreaktor, Mikrotiterplattenbiofilmmodell, kaltes Atmosphärendruckplasma, Argonplasma, kinpen09