Einfluss von Nano-Hydroxylapatit auf die Bildung von Kalziumfluoridglobulischichten auf Schmelz- und Dentinoberflächen in vitro

Abstract

Die kariesprotektive Wirksamkeit von Fluoriden ist seit vielen Jahrzehnten umfassend untersucht und mit hoher Evidenz belegt. Die topische Applikation verschiedener Fluoridpräparate gilt in der präventiven Zahnmedizin als Goldstandard der oralen Prophylaxemaßnahmen. Allerdings können Bakterienadhäsion oder säurebedingte Zahnhartsubstanzverluste bislang nicht vollständig verhindert werden. Hydroxylapatit-Partikel unterschiedlicher Größe könnten sich zu einem alternativen Wirkstoff in der Kariesprophylaxe entwickeln. Biomimetisches nanokristallines Hydroxylapatit wird für seine kariesprotektive Wirkung beworben. Die meisten Studien fokussieren sich allerdings auf das Potential hydroxylapatithaltiger Zahnpasten oder Mundspülungen, demineralisierte Oberflächenläsionen zu remineralisieren. Über den Einfluss von Hydroxylapatit auf die Fluoridierung ist bislang jedoch nur wenig bekannt. Das Ziel dieser In-vitro-Studie ist, die Wechselwirkungen zwischen Hydroxylapatit und verschiedenen Fluoridpräparaten zu untersuchen. Es wird angenommen, dass es in Anwesenheit von Hydroxylapatit möglich ist, reproduzierbare stabile Kalziumfluoriddeckschichten auf Schmelz- und Dentinoberflächen zu etablieren. Für diese Arbeit wurden Versuchsreihen mit Schmelz- und Dentin-Prüfkörpern aus extrahierten Rinderzähnen durchgeführt. Als Prüfprodukte dienten Natriumfluorid, Olaflur, elmex® Fluid, Hydroxylapatit und steriles Wasser als Referenz. In der ersten Versuchsreihe wurde die reine Fluoridierung der Prüfkörper und die reine Applikation von Hydroxylapatit getestet. Die Proben wurden 5 min in der Versuchslösung inkubiert. Die Oberflächenbedeckung wurde anschließend rasterelektronenmikroskopisch (REM) untersucht und durch Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) der Fluoridgehalt der Probe ermittelt. Um die Persistenz und Stabilität der entstandenen Kalziumfluoriddeckschicht zu testen, wurden die Proben 20 s lang mit der zahnärztlichen Multifunktionsspritze unter maximalem Druck und maximaler Wasserzufuhr abgesprüht. Bei der zweiten Versuchsreihe kamen Fluorid und Hydroxylapatit simultan als Gemisch zur Anwendung und im dritten Versuchsteil sequenziell nacheinander. Der Versuchsaufbau war dabei immer identisch.

Insgesamt lässt sich resümieren, dass die Applikation von Natriumfluorid, Olaflur und elmex® Fluid mit einer Fluoridkonzentration von jeweils 10.000 ppm bei einer Einwirkzeit von 5 min sowohl auf Schmelz- als auch auf Dentinoberflächen zur Bildung einer Kalziumfluoridglobulischicht geführt hat. Dabei besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen den Fluoridkonzentrationen vor und nach dem Absprühen mit der Multifunktionsspritze. Die nach Applikation des Gemisches aus Fluorid und Hydroxylapatit gefundenen Agglomerate sind bislang in der wissenschaftlichen Literatur nicht beschrieben. Sie weisen aber auf eine mögliche Reaktion der Fluoridpräparate mit dem Hydroxylapatit hin. Durch das simultane oder sequenzielle Hinzufügen der biomimetischen Substanz Hydroxylapatit kam es zu einer deutlich sichtbaren Veränderung der Struktur der Deckschicht. Es entstanden Agglomerate unterschiedlicher Größe, die sich morphologisch deutlich von den Fluoridglobuli unterschieden, die Oberfläche nicht homogen bedeckten und mit der Multifunktionsspritze abgesprüht werden konnten. Es konnte weder bei simultaner noch bei sequenzieller Applikation ein positiver Synergismus von Fluoriden und Hydroxylapatit im Hinblick auf die Ausbildung von Deckschichten nachgewiesen werden. Bezüglich Homogenität und Stabilität der Kalziumfluoridglobulischichten waren die reinen Fluoridverbindungen dem Gemisch aus Fluorid und Hydroxylapatit überlegen. Bei allen Versuchen konnten keine wesentlichen Unterschiede zwischen Schmelz- und Dentinoberflächen festgestellt werden.

During the last decades the efficacy of fluorides in the protection against caries has been examined extensively and verified. Topical application of different fluoride preparations is considered to be the gold standard of oral prophylaxis measures in preventive dentistry. However, neither bacterial adhesion nor acid-associated demineralization of dental hard tissue can be entirely prevented, yet. An alternative agent could develop from hydroxyapatite particles in a variety of sizes. Biomimetic nanocrystalline hydroxyapatite is advertised for its caries-preventive effect. As, most of the studies focus on the potential of hydroxyapatite toothpastes or mouthwashes to remineralize demineralized surface lesions, knowledge about the influence of hydroxyapatite on fluoridation is very limited. The purpose of this in vitro study is to analyze the interaction between hydroxyapatite and different fluoride preparations. It is hypothesized, that in the presence of hydroxyapatite, it is possible to establish reproducible, stable calcium fluoride layers on enamel and dentin surfaces. Test series based on enamel and dentine specimens, that were obtained from extracted bovine teeth, were conducted. Thereby, sodium fluoride, olaflur, elmex® Fluid and hydroxyapatite served as test products and sterile water as a reference product. In the first series of tests, the pure fluoridation of the specimens and the pure application of hydroxyapatite was tested. The samples were incubated for 5 min in the test solution. The surface coverage was examined by scanning electron microscopy (SEM) and the fluoride content of the sample was determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). In order to test the persistence and stability of the calcium fluoride layer, the samples were exposed to the spray of a dental multifunctional syringe for 20 seconds using maximum pressure and maximum water supply. In the second series of experiments, fluoride and hydroxyapatite were applied simultaneously in combination, and in the third part of the experiment they were used sequentially. It is detected that the application of sodium fluoride, olaflur and elmex® Fluid with a fluoride concentration of 10,000 ppm, each, and an exposure time of 5 min on both enamel and dentin surfaces leads to the formation of a calcium fluoride layer. Differences in the amount of fluoride before and after the exposure to the water jet of the multifunctional syringe are not observed.The agglomerates detected after application of the fluoride-hydroxyapatite mixtures have not been described in the scientific literature yet. But they refer to a possible reaction between fluorides and hydroxyapatite. The simultaneous or sequential addition of biomimetic hydroxyapatite led to a distinct change in the structure of the surface layer. Agglomerates of various sizes were formed, which were obviously different from the calcium fluoride globules in terms of morphology, did not cover the surface homogeneously and could be sprayed off with the multifunctional syringe. A positive synergism of fluorides and hydroxyapatite could not be demonstrated due to simultaneous or sequential application. In terms of homogeneity and stability of the calcium fluoride surface layer, the pure fluoride compounds were superior to the combination of fluoride and hydroxyapatite. Differences between enamel and dentine surfaces are not observed.