Modifizierung des initialen Biofilms durch natürliche Extrakte in-situ

Abstract

Die Zahnerosion wird als der säurebedingte Verlust von Zahnhartsubstanz definiert. In erster Linie entstehen Erosionen aus nichtbakteriellem chemischem Angriff, in der Regel durch saure Speisen oder Getränke. Die Prävalenz der Zahnerosion ist stetig am Steigen. Der initiale Bio-film (Pellikel), welcher durch selektive Adsorption von Speichelproteinen auf dem Zahnschmelz gebildet wird, hat eine große Bedeutung für den Schutz der Zähne. Ein möglicher präventiver Ansatz zum Schutz der Zähne ist die Modifizierung der Pellikel durch Naturextrakte, die als Spüllösungen angewendet werden können. Eine Modifizierung des initialen Biofilms durch Naturextrakte könnte die Zusammensetzung der Pellikel ändern und dabei die Permeabilität für saure Noxen reduzieren. Ziele dieser Studie sind durch Modifizierung der Pellikel die Schutzfunktion der Naturextrakte gegen erosiven Mineralverlust zu analysieren und die chemische Stabilität der Pellikel zu unter-suchen. Der Biofilm wurde bukkal 3 min in-situ auf Schmelzprüfkörpern gebildet. Dann wurde die Mundhöhle 30 s mit einer der Spüllösungen (Tanninsäure 10 mg/ml, Chitosan 5 mg/ml und experimentelles Hopfenextrakt) gespült. Zum einen wurden die Schmelzprüfkörper nach unterschiedlichen Tragezeiten für 60 s in Salzsäure inkubiert. Zum anderen wurden verschiedene chemische Elutionsprotokolle durchgeführt, um die Stabilität der modifizierten Pellikel zu untersuchen. Dabei wurden Ultrastruktur und Säurebeständigkeit des Biofilms mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Nach der Verwendung von natürlichen Extrakten wurden morphologische Veränderungen der Pellikel mittels TEM und REM deutlich sichtbar. Die Dichte der Pellikel war nach der Nutzung der Spüllösungen im Vergleich zu der Wasserkontrolle erhöht. Die schützende Eigenschaft dieser proteinhaltigen Schicht gegen die Demineralisierung und die Verstärkung dieser Eigenschaft durch die Modifizierung mit verschiedenen Naturextrakten wurden durch die in-situ-Versuche gezeigt. Außerdem wurde durch Verwendung der natürlichen Extrakte eine Erhöhung der chemischen Stabilität der Pellikel festgestellt. In Abhängigkeit von der Testlösung und Tragezeit reichten die erosiven Veränderungen von der initialen Demineralisierung bis hin zum vollständigen Verlust der äußeren Schmelzschicht unter Freilegung der Schmelzprismenstruktur. Trotz der interindividuellen Schwankungen wurde eine Säureresistenz von den behandeltetn Proben mit einem experimentellen Hopfenextrakt nach 30 min Tragezeit gezeigt. Tanninsäure (10 mg/ml) verursachte aufgrund der Denaturierung von Pellikelproteinen ebenfalls eine elektronendichtere Pellikel im Vergleich zur Wasserkontrolle. Der Kontakt mit Chitosan (5 mg/ml) verursachte eine Zunahme der Pellikeldicke, die sogar nach 30 minütiger intraoraler Exposition verstärkt wurde. Die untersuchten Naturextrakte bewirkten ultrastrukturelle Pellikelveränderungen. Die dadurch induzierte Pellikelverdickung kann die schützenden Eigenschaften verbessern. Es lässt sich schlussfolgern, dass durch Spülungen mit Naturextrakten die chemische Stabilität der Pellikel erhöht wird und ein Schutzeffekt gegenüber der Erosion erzielt wird. Allerdings kann die erosive Wirkung nicht vollständig verhindert werden. In Zukunft sollten in Bezug auf den schützenden Effekt von Naturstoffen gegen Erosionen auf dem Schmelz noch weitere Untersuchungen erfolgen.

Dental erosion is defined as the loss of tooth structure caused by an acidic diet. Its prevalence is still increasing. The initial biofilm (pellicle) - resulting from the selective adsorption of salivary proteins to the enamel - plays an important role in tooth protection. Plant extracts as rinsing solu-tions are a possible approach to improve the protective properties of the pellicle. Changes of the pellicle`s composition after rinsing with different plant extracts can reduce the permeability during acidic attack. Aims of this work are to investigate the influence of these plant extracts on the protective prop-erty of the pellicle against mineral loss and to study the chemical stability of the modified pellic-le. First, the pellicle was formed in-situ on enamel specimens for 3 min. Then we performed a 30 sec mouth rinsing with one of the plant solutions (tannic acid 10 mg/ml, chitosane 5 mg/ml, ex-perimental hop extract). On the one hand, the specimens were incubated after different intraoral exposure times for 60 sec in hydrochloric acid. On the other hand, different elution protocols were analyzed to investigate the stability of the modified pellicle. Ultrastructure and acid re-sistance of the biofilm were evaluated by transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). After using natural extracts morphological changes of the pellicles were clearly visible by TEM and REM. In comparison to the control (water rinsing), the rinsing with the natural extract led to an increased biofilm density and higher resistance to acids. The protective property of this against demineralization and enhancement of this property by modification with various natural extracts was demonstrated by in situ experiments. In addition, an increase in the chemical stabi-lity of the pellicles was found by using the natural extracts. Depending on the test solution and intraoral exposure time, the erosive changes ranged from the initial demineralization to the com-plete loss of the outer enamel layer exposing the enamel prism structure. Despite interindividual fluctuations, an acid resistance of experimental hop extract was shown after 30 min intraoral exposure time. Tannic acid (10 mg/ml) also caused more electron-dense pellicles compared to water control, due to the denaturation of pellicle proteins. Treatment with chitosan (5 mg/ml) caused an increase in pellicle thickness, which was exacerbated even 30 minutes after in situ exposure. Various natural extracts showed ultrastructural pellicle changes. The different rinses showed an acid-protective effect compared to the control rinse. The induced pellicle thickening can positi-vely alter the protective properties of the pellicles against tooth wear. Modification of the pellicle increases the chemical stability and has a protective effect against erosion. However, the erosion can not be completely prevented. Further investigations should be performed in future conside-ring the protective effect of natural products against erosion on the enamel.