Eine In-vitro-Bewertung der antimikrobiellen Aktivität eines Fastens

Apr 07, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 16021 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Ziel dieser Studie ist es, die antimikrobielle Aktivität des schnell abbindenden iRoot Fast Set Root Repair Material (iRoot FS), des Mineraltrioxidaggregats (MTA) und des Biodentins zu bewerten. Zur Durchführung des Agar-Diffusionstests, des Direktkontakttests und des Übertragungseffekttests gegen E. faecalis und P. gingivalis wurden die Materialien frisch gemischt oder 1 bzw. 7 Tage stehen gelassen, außerdem wurden die pH-Werte gemessen. Die Daten wurden durch eine Varianzanalyse und eine einfaktorielle ANOVA oder den Dunnett-T3-Test und den Tukey-Post-hoc-Test für Mehrfachvergleiche (α = 0,05) analysiert. Im Direktkontakttest zeigten alle drei Materialien nach 20-minütiger Aushärtung eine gute antibakterielle Aktivität. Die antibakteriellen Eigenschaften der drei Materialien nahmen mit zunehmender Abbindezeit ab (p < 0,05). Die Suspension aller drei Materialien zeigte hohe pH-Werte (11–12) und es wurde kein signifikanter Unterschied beobachtet (p > 0,05). Mit der Verlängerung der Abbindezeit nahm der pH-Wert von iRoot FS und Biodentine leicht ab (p < 0,05). Frisches iRoot FS, Biodentine und MTA töteten E. faecalis und P. gingivalis wirksam ab, ihre antimikrobielle Wirkung nahm jedoch nach 24 Stunden ab und ließ nach 7 Tagen nach dem Mischen deutlich nach. iRoot FS, Biodentine und MTA zeigten während dieses 7-tägigen Experiments eine Tendenz zur Alkalität.

Endodontische Chirurgie ist eine Option zum Erhalt von Zähnen, die an einer nicht heilenden apikalen Parodontitis leiden, wenn eine erneute Wurzelkanalbehandlung fehlgeschlagen ist oder nicht möglich ist1. Ein ideales Wurzelfüllmaterial sollte bestimmte Eigenschaften aufweisen, darunter Biokompatibilität, Versiegelungsfähigkeit, Dimensionsstabilität und geringe Löslichkeit2. Außerdem sollte ein ideales Wurzelfüllmaterial über eine antimikrobielle Aktivität verfügen, um das Bakterienwachstum zu hemmen und endodontisches chirurgisches Versagen durch weitere Mikroleckage zu verhindern3.

Mineraltrioxidaggregat (MTA) gilt aufgrund seiner starken klinischen Leistung als „Goldstandard“ für Wurzelfüllmaterial4. In den letzten Jahren gelangten verschiedene Arten von Materialien auf den freien Markt2. Biodentine ist eine neue Version eines anorganischen Zements auf Kalziumsilikatbasis und wird kommerziell als „bioaktiver Dentinersatz“ bezeichnet5. Darüber hinaus wurde kürzlich ein neuartiger vorgemischter Calciumphosphat-Silikat-Zement, iRoot Fast Set Root Repair Material (iRoot FS, Innovative Bioceramix), auf den Markt gebracht, der als dauerhaftes Wurzelkanalreparaturmaterial bei endodontischen Behandlungen und apikalen Operationen eingesetzt wird6.

Bisherige Studienergebnisse waren hinsichtlich der Messung der antimikrobiellen Aktivität der verwendeten retrograden Füllungsmaterialien inkonsistent. MTA-Produkte wurden in vielen Artikeln mit inkonsistenten Methoden untersucht7,8,9. Es wurden auch einige Studien zu Biodentine10,11 durchgeführt, für iRoot FS wurde jedoch keine gefunden. Ziel dieser Studie war es daher, die antimikrobielle Aktivität dieser drei retrograden Füllmaterialien zu bewerten: MTA, Biodentine und iRoot FS.

Fünf Mikrogramm ProRoot MTA (Dentsply, York County, PA, USA), Biodentine™ (Septodont, Saint Maur des Fosses, Frankreich) und iRoot FS (Innovative Bioceramix, BC, Kanada) wurden gemäß den Anweisungen des Herstellers vorbereitet und platziert auf sterilen Filterpapieren mit 5 mm Durchmesser. Die Testproben wurden wie von Damlar et al.3 beschrieben in drei Gruppen eingeteilt. Kurz gesagt wurden die 20 Minuten nach dem Mischen getesteten Proben als „frische Proben“ bezeichnet, die am ersten Tag nach dem Mischen getesteten Proben als „1-Tages-Proben“ und die am siebten Tag nach dem Mischen getesteten Proben als „7-Tage-Proben“. Proben'. Alle Materialien konnten vor dem Experimentieren in einer 100 % feuchten Atmosphäre bei 37 °C aushärten. Für die Kontrollgruppen wurden sterile Filterpapiere mit 5 mm Durchmesser vor jedem Test jeweils 5 Sekunden lang in 0,12 % Chlorhexidin (CHX) bzw. sterile Kochsalzlösung getaucht.

Die oralen Mikroorganismenstämme E. faecalis (ATCC 19433) und P. gingivalis (ATCC 33277) wurden vom State Key Laboratory of Oral Diseases der Sichuan-Universität, Chengdu, China, bezogen. E. faecalis wurden in Hirn-Herz-Infusionsbrühe (BHI-Brühe, Becton, Dickinson and Company, USA) und BHI-Agarplatte kultiviert, während P. gingivalis in BHI-Brühe und Blutagarplatte, ergänzt mit 0,0005 % Hämin, 0,0001 % Vitamin K, kultiviert wurde Beide Stämme wurden anaerob (N2 80 %; H2 10 %; CO2 10 %) bei 37 °C inkubiert.

Für jeden Bakterienstamm wurde eine Bakteriensuspension hergestellt und die Trübung auf 0,1 OD eingestellt, was etwa 108 koloniebildenden Einheiten (KBE)/ml entspricht. Dann wurden 100 μl P. gingivalis-Suspension auf Blutagarplatten ausgestrichen, während E. faecalis auf BHI-Agarplatten ausgestrichen wurde. Mit einem sterilen Kratzer wurde die Bakteriensuspension auf die Agarplatte geimpft, um einen Wachstumsrasen zu erzeugen. Die Platten wurden 5 Sekunden lang bei Raumtemperatur getrocknet, bevor die mit den Materialien, steriler Kochsalzlösung oder CHX beschichteten Filterpapiere auf jede Platte gelegt wurden. Die Platten wurden 48 Stunden lang anaerob (N2 80 %; H2 10 %; CO2 10 %) bei 37 °C kultiviert, bevor der Durchmesser des um die Materialien gebildeten Halos (Hemmzone) beobachtet wurde. Die Tests wurden dreifach durchgeführt.

Die mit den Materialien oder steriler Kochsalzlösung beschichteten Filterpapiere wurden auf den Boden von Platten mit 96 Vertiefungen gelegt, anschließend wurden 200 μl der Bakteriensuspension (107 KBE/ml) in jede Vertiefung in direktem Kontakt mit den Materialien gegeben. Nach einer einstündigen anaeroben Kultivierung bei 37 °C wurde die aus jeder Vertiefung übertragene Bakteriensuspension seriell verdünnt. Das Überleben der Mikroorganismen wurde durch Kultivieren von 100-µL-Aliquots auf BHI-Agarplatten nach 103- bis 105-facher Reihenverdünnung bestimmt. Anschließend wurden die Kolonien auf den Platten gezählt und der KBE/ml-Wert berechnet. Der Verlust der Lebensfähigkeit wurde nach der folgenden Formel berechnet: Verlust der Lebensfähigkeit = (KBE-Kontrolle – KBE-Probe)/KBE-Kontrolle. Die Tests wurden dreifach durchgeführt.

Die Verschleppungseffekte der retrograden Füllmaterialien wurden mit einigen Modifikationen anhand der von Ozcan et al.12 beschriebenen Verfahren bewertet. Die mit den Materialien oder steriler Kochsalzlösung beschichteten Filterpapiere wurden auf den Boden von 96-Well-Platten gelegt und sterile Kochsalzlösung (20 μl) wurde in direkten Kontakt mit den Materialien gebracht. Nach einstündiger Inkubation bei 37 °C wurden 230 μl Kulturbrühe in jede Vertiefung gegeben. Nach vorsichtigem Mischen mit einer Pipette wurden 20 μl der Brühe in ein Röhrchen mit 960 μl Kulturbrühe überführt. Dann wurden 20 μL der Bakteriensuspension (1,5 × 108 KBE/ml) in das Röhrchen gegeben. Zehnfache Reihenverdünnungen wurden hergestellt und zur Koloniebildung auf BHI-Agarplatten ausplattiert. Nach 48-stündiger Inkubation bei 37 °C wurde das Überleben der Bakterien zwischen Versuchsgruppen und Kontrollgruppen verglichen, um die antimikrobielle Aktivität der Materialien zu untersuchen. Die Tests wurden dreifach durchgeführt.

Für die pH-Wert-Messung wurden 25 mg jedes endodontischen Materials gemischt und gleichmäßig auf dem Boden der 24-Well-Platte verteilt und vor dem Experimentieren in einer 100 % feuchten Atmosphäre bei 37 °C aushärten gelassen, dann 1 ml destilliertes Wasser (pH = 7,4) wurden jeweils nach 20 Minuten, 1 Tag und 7 Tagen in jede Vertiefung gegeben. Nach 1 Stunde wurde die Lösung aus den Vertiefungen entnommen und 10 Minuten lang bei 10.000 U/min zentrifugiert, und die pH-Messung wurde mit einem Five Easy PluspHFEP20 pH-Meter (METTLER TOLEDO, Zürich, Schweiz) durchgeführt.

Die Daten wurden einem Homogenitätstest der Varianz unter Verwendung des Levene-Tests unterzogen. Daten mit homogener Varianz wurden dann statistisch unter Verwendung einer einfaktoriellen ANOVA mit dem Post-hoc-Tukey-Test verglichen. Für Daten, die eine heterogene Varianz zeigten, wurde der T3-Test von Dunnett angewendet. Die statistische Analyse wurde mit SPSS 21.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) durchgeführt und p < 0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.

Mit Ausnahme der Positivkontrolle wurde im Agar-Diffusionstest keine Hemmzone beobachtet.

Die Ergebnisse der DCT mit E. faecalis und P. gingivalis sind in Abb. 1a und b dargestellt. Die Negativkontrollen zeigten in allen Testperioden Bakterienwachstum. Alle drei Materialien zeigten im frisch gemischten Zustand die höchste antimikrobielle Wirkung gegen E. faecalis und P. gingivalis (p < 0,05). Frisches ProRootMTA, iRoot FS und Biodentine hemmten die meisten E. faecalis (ProRootMTA 77,5 %, iRoot FS 91,2 %, Biodentine 80,7 %). Die antimikrobielle Aktivität von iRoot FS gegen E. faecalis war jedoch nach der Einstellung von 1 geringer als bei den anderen beiden Materialien oder 7 Tage (p < 0,05). Was die antimikrobielle Aktivität gegen P. gingivalis betrifft, so hemmten Fresh ProRootMTA und Biodentine fast alle P. gingivalis (ProRootMTA 97,9 %, Biodentine 98,9 %), während iRoot FS das Wachstum aller P. gingivalis (100 %) hemmte. Es wurde jedoch keine statistische Signifikanz zwischen den Materialien beobachtet. iRoot FS und Biodentine führten nach eintägigem Abbinden zu einer nahezu vollständigen Hemmung, während die Wirkung von MTA vergleichsweise geringer war (p < 0,05). Die 7-Tage-Proben der drei Testmaterialien zeigten im Vergleich zu den anderen Zeitintervallgruppen eine deutlich geringere Wachstumshemmung von P. gingivalis (p < 0,05), während Biodentine die relativ höchste antimikrobielle Wirkung zeigte (p < 0,05).

Ergebnis des Direktkontakttests gegen (a) E. faecalis und (b) P. gingivalis.

Eine Übertragung der antimikrobiellen Wirkung aus den Materialien wurde nicht beobachtet (P > 0,05) (Abb. 2).

Ergebnis des Verschleppungseffekttests gegen (a) E. faecalis und (b) P. gingivalis.

Die pH-Werte des Sickerwassers der Materialien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Alle drei endodontischen Materialien zeigten in allen beobachteten Zeitintervallen eine signifikant starke alkalische Wirkung. Beim frischen Mischen der Materialien wurde kein signifikanter Unterschied festgestellt, und iRoot FS wies nach 1 oder 7 Tagen Aushärten die niedrigsten pH-Werte auf (P < 0,05).

Die in der vorliegenden Studie verwendete DCT ist eine quantitative und reproduzierbare Methode zur Simulation des Kontakts des Mikroorganismus mit retrograden Füllmaterialien13. Dieses Verfahren ermöglicht es uns, die antimikrobielle Wirkung von Testmaterialien in verschiedenen Stadien der Abbindereaktion zu beurteilen und hilft auch festzustellen, ob die Daten bakterizide oder nur bakteriostatische Wirkungen widerspiegeln, unabhängig von den Diffusionsraten der Wirkstoffe14. Im Jahr 2009 stellten Zhang et al. berichteten über ein modifiziertes DCT15, bei dem die MTA-Suspension so erhalten wurde, dass sie mit der Bakteriensuspension in Kontakt kam. Da die retrograden Füllmaterialien jedoch in direktem Kontakt mit den Mikroorganismen in den resezierten Wurzelkanälen standen16, könnte die in der vorliegenden Studie verwendete DCT die klinische Situation besser nachahmen. Der Agardiffusionstest (ADT) ist eine weitere Methode zur Bewertung der antimikrobiellen Aktivität von Wurzelfüllmaterialien3. Da das Ergebnis der ADT von der Materialdiffusionsfähigkeit im Medium abhängt3, sind die festen Wurzelfüllmaterialien möglicherweise nicht diffundierbar, was eine mögliche Erklärung für das negative Ergebnis der ADT in der vorliegenden Studie sein könnte. Daher scheint DCT für die Bewertung der antimikrobiellen Aktivität verfestigter Materialien geeigneter zu sein.

Die Ergebnisse der DCT könnten durch den Verschleppungseffekt der Materialien beeinflusst werden, da dieser zu einer Wachstumshemmung der getesteten Mikroorganismen führen kann17,18. In der vorliegenden Studie wurde kein Verschleppungseffekt beobachtet. Da die Wurzelfüllungsmaterialien unlöslich sind, ist dieses Ergebnis zu erwarten. Daher basieren die folgende Diskussion und Schlussfolgerung auf den Ergebnissen der DCT.

MTA wurde 1995 von Dr. Torabinejad innovativ als Wurzelfüllmaterial eingeführt19. Früheren Studien20,21 zufolge waren die antibakteriellen und antimykotischen Eigenschaften von MTA mit einem erhöhten pH-Wert verbunden. In der vorliegenden Studie zeigte ein Direktkontakttest eine antimikrobielle Wirkung von MTA sowohl gegen E. faecalis als auch gegen P. gingivalis. Eine frühere Studie2 von Parirokh et al. zeigten, dass MTA eine antibakterielle Wirkung gegen einige fakultative Bakterien ausübt, jedoch nicht gegen irgendeine Spezies absoluter Anaerobier. Eine andere Studie von Kim et al.22 ergab jedoch, dass frisch gemischtes ProRoot MTA im Scheibendiffusionstest eine Hemmzone für das Bakterienwachstum gegen P. gingivalis bildete. Da MTA in vielen Untersuchungen getestet wurde, jedoch zu widersprüchlichen Ergebnissen kam20, können solche Unterschiede auf die Verwendung unterschiedlicher Methoden, Bakterienstämme sowie aerober und anaerober Bedingungen zurückgeführt werden.

Biodentine wurde als Dentinersatzmaterial entwickelt. Neben einer kürzeren Abbindezeit wurde im Vergleich zu MTA auch eine geringere Porosität und weniger Leckage23, weniger Zahnverfärbungen24,25,26 und eine ausgezeichnete Biokompatibilität27 berichtet. In der vorliegenden Studie war die antimikrobielle Wirkung von Biodentine gegen E. faecalis ähnlich wie die von MTA, und die Wirkung war geringer, wenn sie 7 Tage nach dem Abbinden getestet wurde, was mit einer früheren Studie von Koruyucu et al.13 übereinstimmt. Da die Materialien während der Aushärtungsphase bei 100 % Luftfeuchtigkeit bei 37 °C gehalten wurden, könnte eine Erklärung darin liegen, dass die antimikrobiellen Komponenten zusammen mit der Abnahme des pH-Werts kontinuierlich freigesetzt wurden.

iRoot FS (Innovative Bioceramix, Vancouver, BC, Kanada) wurde als Wurzelkanalreparaturmaterial eingeführt. Als vorgemischtes Material verfestigt sich iRoot FS nur, wenn es einer feuchten Umgebung ausgesetzt wird. Frühere Studien haben berichtet, dass iRoot FS eine ähnliche apikale Versiegelungsfähigkeit und mechanische Eigenschaften wie MTA28 aufweist und dass iRoot FS eine kürzere Abbindezeit (anfänglich 18 Minuten und abschließend 57 Minuten) als MTA hat. Es bestehen große Potenziale für die klinische Anwendung von iRoot FS, da das Material zytokompatibel ist und gleichzeitig die Zelladhäsion, Proliferation, Differenzierung und Aufrechterhaltung der normalen Zellfunktion erleichtert29. Die antimikrobielle Wirkung von iRoot FS ist jedoch unbekannt. In der vorliegenden Studie zeigte iRoot FS eine zufriedenstellende antimikrobielle Wirkung, wenn es 20 Minuten oder 1 Tag nach dem Abbinden getestet wurde. Bei einem Test 7 Tage nach dem Abbinden war die Wirkung relativ geringer als bei MTA und Biodentine, was möglicherweise auf die kürzere Abbindezeit zurückzuführen ist.

Die in dieser Studie gemessenen pH-Werte lagen zwischen 11 und 12, alle drei Materialien wiesen einen stark alkalischen pH-Wert auf, was mit früheren Studien übereinstimmt20,30. Obwohl Biodentine in allen Zeitintervallen den höchsten pH-Wert aufwies, was seine überlegene antimikrobielle Wirkung 7 Tage nach dem Aushärten erklären könnte, zeigte es nicht die stärkste antibakterielle Aktivität gegen E. faecalis. Daher haben Zhang et al. Wie in einer früheren Studie31 erwähnt, kann die antibakterielle Wirkung nicht rational durch den pH-Wert allein erklärt werden. Darüber hinaus kann in klinischen Situationen ein wünschenswert hoher pH-Wert nach der MTA-Anwendung aufgrund der Pufferkapazität des Dentins nicht aufrechterhalten werden22.

Die Verwendung eines Modells für planktonische Bakterien einer einzelnen Spezies ist eine offensichtliche Einschränkung unserer Studie. Laut einer früheren Studie ist die Mikrobiota einer persistierenden periapikalen Infektion polymikrobiell, wobei E. faecalis und P. gingivalis vorherrschen, unabhängig von der Methode zur mikrobiellen Identifizierung32. Daher wurden in dieser Studie E. faecalis und P. gingivalis verwendet, um die antimikrobielle Eigenschaft dieser Materialien zu bewerten. Allerdings kommen in einem infizierten Wurzelkanal eine Vielzahl von Mikroorganismen parallel in Form von Multispezies-Biofilmen vor. Obwohl vereinfachte Labormodelle nicht die klinische Realität des infizierten Wurzelkanals darstellen, stellen sie wertvolle Instrumente zur vorläufigen Beurteilung der antibakteriellen Wirkung endodontischer Materialien dar, da sie standardisiert und kontrolliert werden können16. Diese Studie lieferte einen wesentlichen Einblick in die antimikrobielle Wirkung von iRoot FS und weitere Studien gegen Biofilme33 oder In-vivo-Studien sind erforderlich, um die verschiedenen Eigenschaften der retrograden Füllmaterialien besser zu verstehen.

Den Ergebnissen dieser Studie zufolge töteten frisches iRoot FS, Biodentine und MTA E. faecalis und P. gingivalis wirksam ab, ihre antimikrobielle Wirkung nahm jedoch nach 24 Stunden ab und ließ nach 7 Tagen nach dem Mischen deutlich nach. iRoot FS, Biodentine und MTA zeigten während dieses 7-tägigen Experiments eine Tendenz zur Alkalität.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich. Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

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Diese Autoren trugen gleichermaßen bei: Mengzhen Ji und Yaqi Chi.

Staatliches Schlüssellabor für orale Erkrankungen, Universität Sichuan, Nationales klinisches Forschungszentrum für orale Erkrankungen, Abteilung für Endodontie, Westchinesisches Krankenhaus für Stomatologie, Sichuan-Universität, Chengdu, 610041, China

Mengzhen Ji, Yaqi Chi, Ye Wang, Kaixin Xiong, Xuan Chen und Ling Zou

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MJ und LZ haben die Studie entworfen. YC, MJ, YWand KX führten die Studie durch und erstellten die Zahlen und die Tabelle. MJ, YC und YW analysierten die Daten. MJ, YC und XC haben das Manuskript verfasst. XC und LZ überarbeiteten das Manuskript kritisch hinsichtlich wichtiger intellektueller Inhalte.

Korrespondenz mit Ling Zou.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Ji, M., Chi, Y., Wang, Y. et al. Eine In-vitro-Bewertung der antimikrobiellen Aktivität eines schnell abbindenden endodontischen Materials. Sci Rep 12, 16021 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20454-7

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Eingegangen: 12. Mai 2022

Angenommen: 13. September 2022

Veröffentlicht: 26. September 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20454-7

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