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In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von kaltem Atmosphärendruckplasma (CAP) auf die Oberfläche des dentalen Restaurationsmaterials Amalgam untersucht.
Bisher liegen in der Literatur noch keine vergleichbaren Untersuchungen vor.
Die Amalgamprüfkörper wurden aus dem kupferhaltigen Non-Gamma-2-Amalgam Amalcap plus (Ivoclar Vivadent, Schaan, Liechtenstein) hergestellt, welches in zylinderförmige Polyoxymethylenformen kondensiert wurde. Die Kaltplasma-Behandlung erfolgte mit dem kINPen® (neoplas GmbH, Greifswald, Deutschland) in 3 Behandlungsgruppen. Gruppe A wurde 60 Sekunden rasternd, Gruppe B 30 Sekunden stationär und Gruppe C 5 Minuten stationär mit CAP behandelt.
Die Amalgamprüfkörperoberflächen wurden jeweils vor und nach der Plasmabehandlung untersucht. Die mikroskopische Dokumentation erfolgte hierbei mittels Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM), die chemische Analyse durch die Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS). Für die Beurteilung der Oberflächenrauheit wurden Weißlichtinterferometer und Profilometer eingesetzt. Zur Ermittlung der Hydrophilität kam die Kontaktwinkelmessung zum Einsatz.
Optisch traten in Behandlungsgruppe A und B keine Veränderungen auf. Lediglich bei den 5 Minuten plasmabehandelten Amalgamproben waren leichte Veränderungen erkennbar, die vor allem im Bereich der Poren und der optisch dunkleren Cu6Sn5-Phase lokalisiert waren und sich mikroskopisch braun-orange beziehungsweise dunkelgrau bis schwarz darstellten. Mittels Focused Ion Beam (FIB) präparierte Querschnitte zeigten hierbei keine Veränderungen in der Tiefe, sodass anzunehmen ist, dass die Effekte sich auf die direkt mit dem Plasma in Kontakt stehende Oberfläche beschränken.
Eine Veränderung der Oberflächenrauheit konnte in keiner Behandlungsgruppe festgestellt werden.
Direkt nach der Plasmabehandlung zeigte sich in allen Behandlungsgruppen eine Hydrophilisierung der Oberfläche. Diese war in Gruppe C am stärksten ausgeprägt. Allerdings haben sich bereits nach 2 Tagen die Ausgangswerte wieder eingestellt, der Effekt war also reversibel. Elementar hat durch die Plasmabehandlung im Rahmen eines Reinigungseffekts der oberflächliche Kohlenstoffanteil deutlich abgenommen, der Sauerstoffanteil hingegen zugenommen. Gleichzeitig stieg das Zinn/Quecksilberverhältnis zugunsten des Zinns. Zusätzlich ist es in Gruppe A zu einer Verschiebung des Cu 2p-Peaks in Richtung einer geringeren Bindungsenergie gekommen, das Kupfer lag also nicht mehr einwertig, sondern zunehmend zweiwertig vor.
Mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) war es zudem möglich, die an der Oberfläche optisch differenzierbaren Phasen des Amalgams zu charakterisieren.
Insgesamt kann festgestellt werden, dass es in durchgeführten Untersuchungen keine Hinweise gab, die darauf schließen lassen, dass es durch die Einwirkung von CAP auf Amalgamrestaurationen zu unerwünschten Effekten bezüglich der Oberflächeneigenschaften kommt, die sich negativ auf Patienten oder Behandler auswirken könnten. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die klinische Praxis sicherzustellen, sind allerdings noch weitere Untersuchungen notwendig.
Hintergrundinformationen: Bakterien gehören zu den ältesten Lebensformen und sind ein elementarer Bestandteil aller ökologischen Lebensräume auf der Erde. Der Mensch als Holobiont ist ein eigenständiges Ökosystem mit einer Vielzahl von ökologischen Nischen und einer großen bakteriellen Vielfalt. Durch innere oder äußere Einflüsse kann es zu Veränderungen der Umweltbedingungen kommen, die eine veränderte Zusammensetzung des Mikrobioms zur Folge haben. Eine solche Dysbiose wirkt sich auf den Gesundheitszustand des Menschen aus und kann zu schweren Krankheiten führen. Das orale Mikrobiom gehört mit zu den komplexesten Mikrobiomen des Menschen. Es bildet eine natürliche Barriere gegen Krankheitserreger und beugt somit u.a. lokalen Krankheiten wie Karies oder Parodontitis vor. Die Metaproteomik ermöglicht es, die exprimierten Proteine des Mikrobioms und deren Interaktion mit dem Wirt zu untersuchen. Diese Technologie überwindet somit die Beschränkung auf Laborkulturen und ermöglicht die Untersuchung des Mikrobioms direkt in seinem natürlichen Lebensraum. Die Metaproteomik bietet eine Reihe von Instrumenten zur Vertiefung des Verständnisses des oralen Mikrobioms hinsichtlich des Gesundheitszustandes des Menschen.
Ziele: Ein Ziel dieser Dissertation war es einen Arbeitsablauf für die Durchführung von Metaproteomstudien des oralen Mikrobioms zu erarbeiten, beginnend bei der Probensammlung über die Präparation der Proben für die Massenspektrometrie bis hin zur bioinformatischen Auswertung. Diesen Arbeitsablauf galt es für das Mikrobiom des Speichels sowie für die Biofilme auf der Zunge und des supragingivalen Plaques zu etablieren bzw. zu adaptieren. Darauf aufbauend wurden Metaproteomstudien durchgeführt, um die drei Mikrobiome bei gesunden Probanden hinsichtlich ihrer exprimierten Proteine, deren metabolischer Bedeutung und Interaktionen mit dem Wirt sowie deren taxonomische Zuordnung zu studieren.
Studiendesign: Die Dissertation umfasst drei Studien mit drei unterschiedlichen Kohorten. Allen Studien ist gemein, dass die Kohorten sich aus oral gesunden Probanden im Alter von 20-30 Jahren zusammensetzten.
In der ersten Studie verglichen wir die Salivette® sowie den Paraffinkaugummi anhand von fünf Probanden, um die effektivste Methode zur Sammlung von Speichel für Metaproteomstudien zu identifizieren.
In der zweiten Studie wurden die Mikrobiome von Speichel und Zunge anhand von 24 Probanden miteinander verglichen und dafür eine Auswertestrategie entwickelt, um der Komplexität dieser Metaproteomstudie gerecht zu werden.
Im Rahmen unserer dritten randomisierten Einzelblindstudie, die auf einem Cross-over-Design basierte, erhielten 16 Probanden vier unterschiedliche lokale Behandlungsschemata, um deren Auswirkung auf das Plaque-Mikrobiom zu untersuchen. Die Behandlungen bestanden aus zwei Lutschtabletten, die Bestandteile des Lactoperoxidase-Systems in unterschiedlichen Konzentrationen enthielten, einer Lutschtablette mit einem Placebo-Wirkstoff sowie Listerine® Total Care™ Mundspülung als Positivkontrolle.
Alle Proben wurden, basierend auf einem Bottom-Up-Ansatz, unter Verwendung von nano LC-MS/MS Massenspektrometern in einer datenabhängigen Messstrategie (DDA, data- dependant acquisition mode) vermessen. Die bioinformatische Auswertung erfolgte für die erste Studie mit Hilfe der Proteome Discoverer Software. Für die Studien zwei und drei wurde die Trans-Proteomic Pipeline eingesetzt. Die taxonomische sowie funktionelle Zuordnung der identifizierten Proteine erfolgte für alle Studien anhand der Prophane Software.
Ergebnisse:
Für den Paraffinkaugummi konnten wir mit 1.005 bakteriellen Metaproteinen dreimal so viele Metaproteine identifizieren im Vergleich zur Salivette® mit 313 Metaproteinen. 76,5 % der Metaproteine der Salivette® wurden ebenfalls mit dem Paraffinkaugummi gefunden. Insgesamt wurden 38 Genera und 90 Spezies identifiziert, wovon 13 Genera und 44 Spezies nur mit dem Paraffinkaugummi identifiziert werden konnten. Die größte funktionelle Diversität wurde ebenfalls mit dem Paraffinkaugummi detektiert.
Das Metaproteom des Speichel- und Zungen-Mikrobioms basiert auf 3.969 bakteriellen Metaproteinen sowie 1.857 humanen Proteinen. Die Anzahl der nur für das Zungen-Mikrobiom identifizierten Metaproteine, war doppelt so hoch, im Vergleich zum Speichel.
Die Metaproteine konnten 107 Genera sowie 7 Phyla zugeordnet werden. Funktionell wurden für das Speichel-Mikrobiom signifikant höhere Metaproteinabundanzen für die Zellmotilität gefunden. Beim Zungen-Mikrobiom hingegen wiesen die Metaproteine der Biosynthese von sekundären Metaboliten, Signaltransduktion oder der Replikation höhere Abundanzen auf.
Im Rahmen der Plaque-Studie identifizierten wir durchschnittlich 1.916 (± 465) bakterielle Metaproteine je Probe, die wir taxonomisch und funktionell 116 Genera sowie 1.316 Proteinfunktionen zuordnen konnten. Die Plaque inhibierende Wirkung von Listerine® zeigte sich durch eine Reduktion der Metaproteinidentifikation von durchschnittlich 23,5 % nach der Behandlung. Darüber hinaus zeigte die Mehrheit der bakteriellen Metaproteine reduzierte relative Abundanzen während für die Metaproteine humanen Ursprungs eine Erhöhung der Proteinabundanzen gegenüber der Kontrolle vor Behandlung zu verzeichnen war. Aus funktioneller Sicht waren insbesondere metabolische Prozesse, welche für das Zellwachstum und die Zellteilung wichtig sind, betroffen. Im Gegensatz dazu erhöhten sich durch die LPO Lutschtabletten sowohl die Identifikation der Metaproteine als auch die relative Abundanz für die Mehrheit der Proteine. Nach den durch die Metaproteomdaten erhaltenen funktionellen Informationen liegen Hinweise für einen wachsenden Biofilm vor. Die Metaproteine, die eine erhöhte Abundanz nach Behandlung mit den LPO-Dragees zeigten, wurden taxonomisch hauptsächlich Erst- (S. gordonii) und Zweitbesiedlern (F. nucleatum) sowie Bakterien zugeordnet, die einem gesunden Biofilm zuträglich sind.
Fazit: Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein vollständiger Metaproteom Arbeitsablauf von der Probensammlung, über die Probenpräparation bis hin zu Datenanalyse für das Speichel-, Zungen- und Plaque-Mikrobiom erarbeitet. In drei Studien konnten wir dessen Anwendbarkeit demonstrieren und erreichten vergleichbare Ergebnisse zu anderen Metaproteomstudien, beispielsweise bezüglich der Proteinidentifikation. Für die Sammlung von Speichelproben stellte sich der Paraffinkaugummi für Metaproteomstudien als die Methode der Wahl heraus. Für das Zungen-Mikrobiom veröffentlichten wir die ersten Metaproteomdaten. Darüber hinaus publizierten wir die erste Metaproteomstudie, welche die beiden Mikrobiome von Speichel und Zunge miteinander vergleicht. Hinsichtlich des Plaque-Mikrobioms handelte es sich ebenfalls um die erste Metaproteomstudie, die ein
anerkanntes und etabliertes zahnklinisches Modell mit den Vorzügen der Metaproteomiks verbindet. Die Ergebnisse liefern erste Daten, um (auf längere Sicht gesehen) ein Produkt zur täglichen Mundhygiene entwickeln zu können, welches die bakterielle Zusammensetzung des Plaque-Biofilms positiv beeinflusst.
Die Entscheidung für das optimale Füllungsmaterial in der zahnärztlichen Behandlung stellt für Patienten und auch deren behandelnde Zahnärzte heutzutage eine Herausforderung dar. Bei der Vielzahl an zahnärztlichen Materialien, die heute angeboten werden, stellt sich die Frage, welches Material sich am besten für die Behandlung von Zahnhartsubstanzdefekten eignet, insbesondere im Bereich der Molaren.
Um einen Anhaltspunkt zu erhalten, welches Material am besten geeignet ist, wurden in der vorliegenden Studie Zahnärzte in Deutschland befragt, wie sie ihre eigenen Molaren restauriert haben und wie haltbar diese Restaurationen sind.
Mit Hilfe einer Onlineumfrage wurden Daten von 299 Zahnärzten über die restaurative Behandlung ihrer Molaren erhoben. Nach der Korrektur bestand der Analysesatz aus 1719 Molaren von 288 Zahnärzten.
Im Ergebnis zeigt sich innerhalb der Grenzen dieser Studie, dass bei deutschen Zahnärzten Restaurationen aus metallischen Werkstoffen wie Gold, Amalgam oder Nichtedelmetallen in ihren Molaren überwiegen, wobei Gold den größten Anteil ausmacht. Unterschiede wurden in Bezug auf das Geschlecht, das Alter und die Region, in welcher der Zahnarzt tätig ist, festgestellt. Es zeigte sich außerdem, dass Zahnärztinnen zahnfarbene Materialien wie beispielsweise Restaurationen aus Keramik bevorzugen. Restaurationen aus Gold, Amalgam und Nichtedelmetall zeigten mit mehr als 20 Jahren die höchste Haltbarkeit.
Es lässt sich jedoch eine Trendwende erkennen. So wählen insbesondere jüngere Zahnärzte neuere Materialien wie Komposit und Keramik für die restaurative Versorgung ihrer Molaren. Diese Materialien wurden in den vergangenen Jahren ständig weiterentwickelt und zeigen heutzutage deutlich verbesserte Eigenschaften was die Haltbarkeit und die Ästhetik betrifft, als noch vor einigen Jahren.
In Bezug auf die Entscheidungsfindung hinsichtlich eines gewählten oder auch empfohlenen Materials zeigt sich, dass die Entscheidung von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Wichtig sind beispielsweise die Eigenschaften der verschiedenen Materialien, ebenso wie die Lage, Art und Größe des Defektes. Auch die Mundhygiene beziehungsweise das Kariesrisiko haben einen Einfluss.
Da in der Zahnmedizin die Prävention immer weiter in den Fokus rückt ist anzunehmen, dass auch unter Zahnärzten die Anzahl der nötigen größeren Restaurationen im Seitenzahnbereich abnehmen und sich dementsprechend auch die Art der gewählten Materialien weiter verändern wird.
Durch das CEREC®-Verfahren mit dem Intraoralscanner Omnicam (Fa. Dentsply Sirona, York, USA) ist es möglich, digitale Abformungen zu erstellen und anschließend digital Restaurationen zu konstruieren. Für die korrekte Herstellung von prothetischen Restaurationen ist die Okklusion essenziell. Diese wird während der digitalen Aufzeichnung durch den Bukkalscan registriert. Im Anschluss wird das digitale okklusale Kontaktpunktmuster sichtbar.
In dieser Studie wurde die Genauigkeit der digitalen Okklusionsbestimmung im Vergleich zu Bissregistraten und intraoralen Kontaktpunktmuster untersucht.
Getestet wurden dazu 30 Probanden einer Altersgruppe zwischen 18 - 30 Jahren. Es handelte sich um 15 Frauen und 15 Männer mit nahezu naturgesundem Gebiss. Es wurden bei allen Probanden zwei zeitlich versetzte Bukkalscans durchgeführt und die durch Artikulationspapier markierten Kontaktpunkte auf den Kauflächen fotografiert. Anschließend erfolge die Herstellung eines Bissregistrates aus A-Silikon. Es erfolgten zeitgleich Elektromyogrammmessungen, um Muskelaktivität während der unterschiedlichen Registrierungsmethoden festzustellen.
Es konnte festgestellt werden, dass beim Vergleich der digitalen Okklusion zum intraoralen Kontaktpunktbild über Artikulationspapier zu 6,69 % weniger Kontaktpunkte durch CEREC® errechnet wurden. Die Kontaktpunktanzahl von der digitalen Okklusion zu den Bissregistraten unterschied sich zu 39,45 % deutlich. Mit dem Korrelationskoeffizienten nach Pearson wurde belegt, dass eine große Korrelation von r = 0,79 zwischen dem ersten Bukkalscan und dem klinischen Kontaktpunktmuster besteht. Beim Vergleich zum Bissregistrat lag der Korrelationskoeffizient bei r = 0,59. Das Ergebnis der Studie war, dass die Übereinstimmung bei der Anzahl der digitalen zu den intraoralen Kontaktpunkten größer war als zur Kontaktpunktanzahl bei Bissregistraten.
Auch bei den Ergebnissen des Elektromyogramms ist ein Unterschied zu erkennen. Es konnte festgestellt werden, dass während der Herstellung der Bissregistrate eine wesentlich höhere Muskelaktivität aufgezeichnet wurde. So wurden 22,99 % der maximalen Muskelaktivität während der Herstellung des Bissregistrates aufgebracht, während die Aktivität beim Bukkalscan im Durchschnitt (vor und nach dem Scannen der Zahnreihen) bei 14,38 % lag. Generell konnte kein Zusammenhang zwischen Muskelaktivität und Kontaktpunktanzahl erkannt werden.
Diese Studie ergab, dass die digitale Okklusion (generiert durch die CEREC® Omnicam) im Vergleich zum klinischen Kontaktpunktmuster verlässlich und für die Herstellung von Restaurationen im digitalen Workflow geeignet ist. Dem Verwender der CEREC® Omnicam wird empfohlen, die Kontaktpunkte vor dem Scan mittels Artikulationspapier zu markieren. So kann die digitale Okklusion am Computer überprüft und auf die Restauration übertragen werden.