Antibakterielle Aktivität selbstkonditionierender Adhäsive in vitro

Einführung

Fortschritte in der minimal-invasiven Füllungstherapie sind eng mit der Einführung von Adhäsivsystemen in den 1960er/1970er Jahren verbunden; Gluma (Fa. Heraeus Kulzer) war eines der ersten Adhäsive [30–32]. Dentaladhäsive wurden zunächst in Generationen, der Reihenfolge ihrer Entwicklung durch die Industrie, in Generationen eingeteilt [9]. Erste Adhäsivsysteme (1. und 2. Generation) sind nicht mehr in Gebrauch. Es erfolgte ausschließlich eine Schmelzätzung, und die Ankopplung hydrophober Monomere zur hydrophilen Schmierschicht gelang nicht. Nachfolgend wurde versucht, durch Interaktionen der Kalziumionen in der Schmierschicht und/oder dem dentalen Substrat und den polymerisierbaren Phosphaten im Bis-GMA-Kunststoff eine bessere Adhäsion zum Dentin herzustellen. Ein dauerhafter Verbund mit der lose abgegrenzten Schmierschicht scheiterte bei zu geringen Haftfestigkeitswerten von 2–8 MPa [23] und durch Bildung von Randspalten.

Bis Mitte der 1990er Jahre folgten Adhäsivsysteme (3. bis 5. Generation), die durch Erzeugung eines mikroretentiven Reliefs die Haftung auf Schmelz und Dentin zum hydophoben Füllungsmaterial ermöglichten. Dies gelang durch eine selektive Schmelzkonditionierung und Dentinvorbehandlung und später durch Phosphorsäureätzung und Spülung (Etch&Rinse-Technik).

Der Mechanismus der Selbstkonditionierung charakterisiert die modernen Adhäsivsysteme (6. und 7. Generation) in den späten 1990er Jahren bis 2000 und heute. Ätzmittel und Primer sind kombiniert und es folgt ein hydrophober Verbund; also mehrere Komponenten in zwei Schritten bzw. Ätzmittel, Primer und Adhäsiv sind in einer Komponente kombiniert (Einflaschensystem).

Die heutige Einteilung der Adhäsivsysteme folgt nun der Strategie, ob eine Phosphorsäureätzung und Spülung (Etch&Rinse) der Zahnhartgewebe vorgenommen wird oder nicht und wie hoch die Anzahl der Arbeitsschritte ist. Etch&Rinse-Adhäsive (1) werden nach Arbeitsschritten in Drei-Schritt- bzw. Zwei-Schritt-Adhäsive unterteilt. Selbstkonditionierende Adhäsive (2) mit saurem Primer ohne vorherige Phosphorsäureätzung der Zahnhartgewebe benötigen einen oder zwei Arbeitsschritte, und (3) Multi-Mode Adhäsive vereinen in einem Flaschensystem Etch&Rinse- oder selbstkonditionierende Adhäsive als Untergruppen [9].

Je nach klinischer Situation bzw. Vorzug und Erfahrung des Zahnarztes erfreuen sich aber alle heute auf dem Dentalmarkt etablierten Adhäsivsysteme großer Beliebtheit. Da Universaladhäsive (Multi-Mode) erst vor 5 Jahren eingeführt wurden, können für sie noch keine Langzeiterfahrungen vorliegen [3,9,13].

Wirken Adhäsive antibakteriell?

Nach einer Umfrage von Blunk [2] strebten 83 % von 700 Zahnärzten eine bakterienfreie Kavität an, die sie mit Kavitätentoilette in der Rangfolge mittels Phosphorsäure > H2O2 > Chlorhexidin > Alkohol zu erreichen versuchten. Die Desinfektion selbst hat aber nach Ernst et al. [7] einen negativen Einfluss auf den Haftverbund und die Dauerfestigkeit der Restauration zum Zahnhartgewebe. 70 % der Zahnärzte stellten sich ein antibakteriell wirkendes Adhäsiv per se gut vor und 98 % wollten es sofort nutzen. Ob die heute auf dem Markt befindlichen Adhäsive auch antibakteriell wirken, ist mit Ausnahme von Clearfil Protect Bond (Kuraray Noritake, Japan) aber mehrheitlich unbekannt. Deshalb wurden In-vitro-Studien herangezogen, um eine begleitende antimikrobielle Wirkung der Adhäsive zu erhellen.

Hauptsächlich wurde der Agar-Diffusionstest mit Papierscheibe oder Reservoir genutzt oder humane und bovine Dentinscheiben als Trägermaterial für die Adhäsive (Tab. 1). Mit Dentinscheiben sollte gleichzeitig die Permeabilität des Dentins für die Inhaltsstoffe überprüft und eine Näherung an die klinische Situation erreicht werden. In den In-vitro- Studien wurden mit 1 bis 9 Referenzstämmen zwischen 2 und 10 selbstkonditionierende Adhäsive geprüft (Tab. 1); die Adhäsive wurden nicht immear polymerisiert.

Vorliegend sollten selbstkonditionierende Adhäsive ausschließlich nach Polymerisation auf Dentinscheiben im Agar- Diffusionstest gegenüber Bakterienarten untersucht werden, deren Habitat der Kavitätenboden ist.

Material und Methoden

Selbstkonditionierende Adhäsive

22 Adhäsivsysteme wurden in die In-vitro- Untersuchungen einbezogen (Tab. 2). Zehn Adhäsive sind als Einflaschensysteme (CPA) im Handel und die übrigen als Mehrflaschensysteme (CP+A) erhältlich.

Indikatorstämme

Neun Referenzstämme, drei Aktinomyzeten (A. odontolyticus R22/580, A. israelii IMET 10972, A. naeslundii ATCC 27044), drei Laktobazillen (L. casei IMET 10692, L. coryniformis DSMZ 20001, L. plantarum DSMZ 2601) und drei Streptokokken (S. sanguinis OMZ 9S, S. sobrinus OMZ 176, S. mutans NCTC 10449) wurden ausgewählt.

Dentinscheiben

200 Dentinscheiben (DS) wurden aus dem koronalen Drittel retinierter kariesfreier Weisheitszähne mit dem EXAKT-Trennschleifsystem 300 CP (Fa. EXAKT Apparatebau GmbH, Norderstedt) gewonnen. Pro Zahn standen maximal zwei DS zur Verfügung. Ein mittlerer Durchmesser von 10,8 mm wurde nach Ausmessen von 100 DS ermittelt; die mittlere Dicke lag zwischen 0,7 und 0,8 mm (Abb. 1).

Agar-Diffusionstest

Die Adhäsive wurden auf sterile DS (Varioklav Dampfsterilisator Typ 500, Oberschleißheim, 121 °C, 15 Min.) nach Herstellerangaben aufgetragen und mit der LEDLampe (Light Emitting Diodes; Free Light 2, 3M) polymerisiert (Abb. 1). Gewichtsbestimmungen der aufgetragenen Mengen wurden vorgenommen; sie lagen zwischen 2 und 4 mg. Die beschichteten DS wurden unter aseptischen Bedingungen (Heraeus Laminair, HBB 2448, Hanau, Deutschland) auf inokulierten Agar aufgelegt. Mit jedem Indikatorstamm wurden Dreifachbestimmungen vorgenommen. Die Petrischalen wurden 48 Stunden anaerob bei 35 ± 2 °C (Brutschrank 5042EK7N2, 95 % N2 und 5 % CO2, Heraeus) bebrütet (Abb. 1). Entstandene Hemmhöfe im Bakterienrasen um die DS wurden metrisch erfasst. Als Positivkontrolle wurde 1 % Chlorhexidin (10 ?l) auf den DS und Papierscheiben mitgeführt und als Negativkontrolle 0,9%ige NaCl. Zur Datenpflege und Prüfung auf Unterschiede (gepaarter T-Test) zwischen den Hemmhofzonen im Bakterienrasen der Aktinomyzeten, Laktobazillen und Streptokokken wurde das Statistikpaket SPSS (Version 23) herangezogen. Das Signifikanzniveau wurde auf ? < 0,05 festgelegt.

Ergebnisse

Die Hemmhöfe im Bakterienrasen der Indikatorstämme waren bei Verwendung von Dentin- bzw. Papierscheiben mit 1%igem Chlorhexidin (Positivkontrolle) im Mittel mit 24,9 ± 4,8 mm bzw. 25,9 ± 3,2 mm gleich groß (p = 0,627 ns). 0,9%iges NaCl (Negativkontrolle) erwies sich als nicht antibakteriell (Tab. 3). Eine Barriere durch Verwendung von DS konnte somit ausgeschlossen werden.

Vierzehn Adhäsive wirkten antibakteriell; darunter waren 6 gegen alle drei Bakteriengattungen gerichtet (Tab. 4). Bei den Laktobazillen wurden Hemmhöfe zwischen 12 und 17 mm registriert, bei den Streptokokken zwischen 12 und 24 mm und bei den Aktinomyzeten zwischen 13 und 28 mm (Abb. 2). Selbstkonditionierende Adhäsive im Einflaschensystem hemmten in der Reihenfolge Streptokokken (13,8 mm) vor Laktobazillen (13,3 mm) und Aktinomyzeten (13,1 mm) und Adhäsive im Mehrflaschensystem Aktinomyzeten (14,8 mm) vor Streptokokken (13,8 mm) und Laktobazillen (13,5 mm). Signifikante Unterschiede in der antibakteriellen Aktivität der Adhäsive (Bakteriengattungen bzw. -stämme, Flaschensysteme, p > 0,05) bestanden nicht (Tab. 5).

Diskussion

Die vorliegende Studie befasste sich mit der antibakteriellen Wirkung von 22 selbstkonditionierenden Dentinadhäsive der 7. Generation, eine der bislang umfangreichsten Studien dazu (Tab. 2). Zuvor hatten Imazato et al. [16] 8 selbstkonditionierende Adhäsive untersucht (Tab. 1). Neun von 22 in Tabelle 2 aufgezeigten Adhäsive wurden auch von anderen Arbeitsgruppen untersucht (Tab. 6) [10,11,12, 18,29,36,38,40]. Adper Prompt L-Pop und A.R.T. Bond wurden unpolymerisiert auf Papierscheiben und im Reservoir untersucht [36]. Feuerstein et al. [10] polymerisierten AdheSE im Reservoir und Walter et al. [40] iBond auf der Papierscheibe. In Übereinstimmung zu den vorliegenden Ergebnissen erwies sich iBond als antibakteriell und untermauert weiterhin, dass Dentinscheiben in vitro keine Barriere für antibakterielle Untersuchungen sein müssen.

Auch Türkün et al. [38], Gebauer [11] und Gondim et al. [12] untersuchten Clearfil Protect Bond, Clearfil SE Bond und Xeno III auf Dentinscheiben; ebenso wurden Papierscheiben und Reservoire herangezogen (Tab. 2, 6). Gondim et al. [12] hatten keine Polymerisation vorgenommen.

Angaben zur getesteten Probemenge differieren im Schrifttum; die Angaben liegen zwischen 10 und 50 µl und beziehen sich gewöhnlich nicht auf das Gewicht nach der Polymerisation [1,11,12,16,35,38,40]. In der vorliegenden Studie konnten aus etwa 2 bis 4 mg polymerisierten Materials Inhaltsstoffe in den Agar diffundieren und auf die Indikatorstämme einwirken.

Türkün et al. [38] verwendeten humane und Gebauer [11] bovine DS. Beide Dentinarten sind nach Schmalz et al. [34] in ihren Permeabilitätseigenschaften vergleichbar und das Alter der Dentinscheiben dürfte keine Rolle spielen. Letzteres konnten Özer et al. [26] durch die gleichbleibend gute Qualität adhäsiver Verbindungen in Abhängigkeit zum Zahnalter aufzeigen. Das Alter der DS aus den verwendeten kariesfreien retinierten Weisheitszähnen ist somit von untergeordneter Bedeutung. Vorliegend wurden nur koronale pulpanahe Dentinscheiben mit deutlich größeren Dentintubuli im Vergleich zum pulpafernen Dentin verwendet, um eine annähernd vergleichbare Diffusion von „Inhaltsstoffen“ zu erreichen.

Bei Verwendung eines diamantierten Trennbandes mit einer Körnung von 53 bis 63 µm hatten die in der vorliegenden Studie verwendeten DS eine Dicke zwischen 0,7 und 0,8 mm. Bei der Kavitätenpräparation kommen diamantierte Schleifinstrumente mit einer Körnung von 100 bis110 µm zum Einsatz. Auf den Oberflächen der DS entstand analog zur Klinik eine Schmierschicht, deren rasterelektronenmikroskopisches Bild bei 8 ausgewählten Adhäsive nach Polymerisation auf den Dentinscheiben rasterelektronenmikroskopisch betrachtet wurde. Durch die Brechung der Dentinscheiben konnte die Eindringtiefe der Adhäsive beurteilt und ein Eindruck über die Oberflächenbeschaffenheit der mit Adhäsiv beschichteten und polymerisierten Dentinscheibe gewonnen werden. Bei allen Untersuchungsproben konnte eine einwandfrei benetzte Oberfläche in der Übersichtsaufnahme registriert werden. An der Bruchkante ließ sich die entstandene Hybridschicht mit ausgebildeten Tags in einer Größenordnung von circa 6 bis 20 µm in den Dentintubuli nachweisen (Abb. 3). Die Hemmhofgrößen aller Indikatorstämme in der Positivkontrolle mit 1%iger Chlorhexidinlösung unterstreichen das hohe Maß an erreichter Standardisierung (Tab. 3).

Gondim et al. [12] und Türkün et al. [30] setzten Dentinscheiben mit einer Dicke von 0,4 und 2 mm ein. Die Dicke von Rinderdentinscheiben lag im Schrifttum zwischen 0,2 und 0,5 mm [11, 35].

In Übereinstimmung zu Schmalz et al. [35], Türkün et al. [38], Gebauer [11] und Gondim et al. [12] erwiesen sich Clearfil Protect Bond und Clearfil SE Bond und ebenso Xeno III als antibakteriell, sodass selbstkonditionierende Adhäsive mehrheitlich als antibakteriell wirkend angesehen werden dürften. Zur Polymerisation wurde in der vorliegenden Studie eine LEDLampe der 2. Generation genutzt. Nach Knezevic et al. [22] und Uhl et al. [39] wird durch LED-Lampen bei geringerer Temperaturentwicklung während des Polymerisationsvorganges der Gefahr einer unphysiologischen Erwärmung der Pulpa vorgebeugt. Die von Ernst et al. [8] und Lins [25] beobachtete ausreichende Aushärtetiefe bei Kompositen durch Halogen- und LED-Lampen dürften sich auf Dentin- Adhäsive übertragen lassen. Nach Gondim et al. [12] setzt die Licht-Aktivierung die antibakterielle Aktivität der Komponenten herab. Die Autoren untersuchten Clearfil Protect Bond, Clearfil SE Bond, Clearfil Tri-S Bond und Xeno-III mit Papier- und Dentinscheiben; die Dentinscheiben mit einer Dicke von 0,4 mm wurden als Diffusionsbarriere diskutiert. In der vorliegenden Studie lag die Dicke der Dentinscheiben zwischen 0,7 und 0,8 mm.

Durch Kavitätentoilette ist der Zahnarzt bestrebt, einer Restbesiedlung des Kavitätenbodens vor einer definitiven Versorgung vorzubeugen. Nach Kneist et al. [20,21] sind 40 % klinisch akzeptabler Kavitätenböden noch mit Streptokokken, Laktobazillen und Aktinomyzeten in einer Keimzahlhöhe von 10^2–3 besiedelt. Für den Agar-Diffusionstest wurden deshalb kariogene, azidogene und azidurische Streptokokken (S. sanguinis, S. sobrinus, S. mutans) und Laktobazillen (L. casei, L. coryniformis, L. plantarum) als Indikatorstämme ausgewählt sowie basophile Aktinomyzeten (A. israelii, A. naeslundii, A. odontolyticus). Dreifachbestimmungen wurden zur Absicherung der Ergebnisse vorgenommen. Karanika-Kouma et al. [19], Imazato et al. [16], Schmidlin et al. [36] und Walter et al. [40] wählten nahezu gleiche Bakterienarten aus dem Biotop des Kavitätenbodens als Indikatorstämme aus; mit Ausnahme von Atac et al. [1] wurden jedoch nur ein bis vier Indikatorstämme eingesetzt (Tab. 1).

Selbstkonditionierende Dentinadhäsive werden direkt nach der Kavitätenpräparation auf den Kavitätenboden aufgetragen, der iatrogen nach Bearbeitung mit rotierenden Instrumenten von einer Schmierschicht bedeckt ist [5,27] (Abb. 3). Die Schmierschicht verringert einerseits die Permeabilität der Dentintubuli und beeinflusst andererseits die Diffusion von Monomeren [28]. Selbstkonditionierende Adhäsivsysteme modifizieren die Schmierschicht, damit Monomere in das Kollagen eindringen und nach der Polymerisation mit der Halogenlampe eine Hybridschicht bilden. Ein pH-Wert der sauren Primermonomere von < 3,0 ist erforderlich, um eine adäquate Hybridschicht ausbilden zu können [37].

Selbstkonditionierende Adhäsivsysteme können Fluorid enthalten, das für eine antibakterielle Wirkung verantwortlich gemacht wird [4]; eine herausragende antibakterielle Wirkung der fluoridhaltigen Adhäsive Futurabond DC und AdheSE One F lag in vitro nicht vor.

Die MDP-haltigen Adhäsivsysteme Clearfil Liner Bond 2V und Clearfil SE Bond und ebenso Clearfil Protect Bond wirkten antibakteriell gegenüber Streptokokken, Laktobazillen und Aktinomyzeten (Abb. 2); zuvor wurde von Gebauer [11] die antibakterielle Wirkung von Clearfil SE Bond gegenüber Streptokokken nachgewiesen. Insgesamt gibt es heute Hinweise dafür, dass der antibakterielle Effekt von Adhäsiven auf Zusätzen wie Methacryloyloxydecyldihydrogenphosphat (MDPB) [15,17] und Glutaraldehyd [6,14,33, 36,40] beruht. MDPB-haltige Bondingsysteme sollen nach Kuramoto et al. [24] einen protektiven antibakteriellen Effekt bei vorhandenem Randspalt haben. In der vorliegenden Studie konnte die antibakterielle Wirkung der MDPB-haltigen Adhäsivsysteme – insbesondere Clearfil Protect Bond – gegenüber Laktobazillen, Streptokokken und Aktinomyzeten untermauert werden (Abb. 2).

Schlussfolgerung

Von den ausgewählten selbstkonditionierenden Adhäsivsystemen erwiesen sich 2/3 (14 von 22) sowohl gegenüber Streptokokken und Laktobazillen als auch gegenüber basophilen Aktinomyzeten als antibakteriell. Neben Inhaltsstoffen wie Glutaraldehyd und MDPB dürfte vor allem der niedrige pH-Wert der Adhäsive für die antibakterielle Wirkung verantwortlich sein. Der Zahnarzt kann im Ergebnis der Studie bei der Mehrzahl der selbstkonditionierenden Dentinadhäsive von einer begleitenden antibakteriellen Wirkung am Kavitätenboden ausgehen.

Interessenkonflikt: Es besteht kein Interessenkonflikt der Autoren.

Näheres zu den Autoren des Fachbeitrages: Prof. Dr. Susanne Kneist, Dr. Friederike Wachall, Dr. Georg Seltmann

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