Der sanfte Weg gegen Karies und Parodontitis?

Die Mundhöhle als Ökosystem

Zahn- und Zahnfleischerkrankungen sind noch immer weit verbreitet. Aktuelle Zahlen der Fünften Deutschen Mundgesundheitsstudie (DMS V) zeigen, dass nahezu jeder im Verlauf seines Lebens von Karies und Paradontose betroffen ist. Dabei nimmt die Zahl der Betroffenen mit zunehmendem Alter zu [1]. Mikrobielle Biofilme auf den Zahnflächen und am Zahnfleischrand sind die Hauptursache für diese Erkrankungen. Studien zeigen, dass neuartige Produkte das ökologische Gleichgewicht der Plaque zugunsten der wünschenswerten Arten verschieben können.

Bakterielle Biofilme entstehen überall dort, wo Mikroorganismen nicht durch mechanische Kräfte regelmäßig entfernt werden können. Häufig sind in diesen Biofilmen neben Bakterien und Archaeen auch Viren, Pilze und Protozoen zu finden. Diese Mikroorganismen leben teilweise in Symbiose miteinander, können aber genauso um einen Lebensraum und das damit verbundene Nährstoffangebot konkurrieren. Die Zusammensetzung des Nährstoffangebotes wiederum beeinflusst die Entwicklung des Biofilms.

Auch die Beschaffenheit der Oberflächen, auf denen Biofilme anhaften und kolonisieren, ist eine wichtige Einflussgröße: Zähne, Zahnfleisch, Speichel, Zunge, Schleimhäute, der Gaumen (harter und weicher) und auch die Mandeln sind typische orale Kompartimente. Nicht zuletzt wirkt auch die Zungenbewegung auf die Bildung von Biofilmen ein und es gibt Unterschiede zwischen vestibulär (nach außen gewandt) und oral (zum Mundraum hin), vorderer und hinterer Mundraum. Als wichtigste Faktoren für diese ökologischen Nischen sind hier das Sauerstoffangebot, die Speichelfließrate, der pH-Wert und die Nährstoffverfügbarkeit zu nennen.

Die Kolonisierung der Mundhöhle beginnt sofort nach der Geburt des Kindes. Während die Plazenta steril ist, werden die ersten Mikroorganismen bereits bei der Geburt auf die Neugeborenen übertragen und wandern von der Vagina, respektive Haut in die Mundhöhle ein. Bei einer natürlichen Geburt sind zunächst vaginale Mikroorganismen der Mutter dominierend, und bei einer Geburt mit Kaiserschnitt sind vorwiegend deren Hautkeime in der Mundhöhle anzufinden. Dies scheint jedoch kein grundsätzlicher Risikofaktor für eine erhöhte Kariesprävalenz, also dem Anteil der Kinder mit einer Karies zu sein [2]. Der Stillvorgang ist eine weitere Quelle für die bakterielle Übertragung von der Mutter auf das Neugeborene. Im späteren Leben gleichen sich die Mundflora des Kindes und der Mutter an. Dies ist hauptsächlich durch eine Mutter- Kind-Übertragung des Speichels zu begründen, zu der es beispielsweise bei der Benutzung des gleichen Bestecks kommt. Mit zunehmendem Lebensalter kommen noch weitere Faktoren wie Ernährung, Mundhygiene, Alter, Einnahme von Medikamenten (zum Beispiel Antibiotika) hinzu, sodass jede Person ein für sich individuelles orales Mikrobiom besitzt.

Der orale Biofilm (Plaque) regeneriert sich nach der mechanischen Entfernung (Zähneputzen), wobei anzumerken ist, dass sich insbesondere in den Zahnzwischenräumen eine mechanische Plaqueentfernung mit Hilfe herkömmlicher Bürsten als nahezu unmöglich darstellt. Das Haftvermögen des Biofilmes an den Glattflächen des Zahnes wird bei der Entwicklung eines Biofilmes zunächst durch die Pellikel bestimmt. Als Pellikel wird eine dünne Schicht aus Proteinen und Mucinen hauptsächlich aus dem Speichel bezeichnet. Die Pellikel dient primär dem Schutz des Zahnschmelzes, bietet jedoch auf der anderen Seite Bindestellen für unterschiedliche Bakterien. Zu diesen frühen Kolonisieren zählen vorwiegend Bakterien der Gattung Streptococcus, Actinomyces, Veillonella und Neisseria [3]. Die frühen Kolonisierer bilden die basale Schicht des Biofilms. Wird der Biofilm nicht entfernt, können weitere Mikroorganismen anhaften. Die Mikroorganismen sind wählerisch und interagieren nicht mit jedem anderen Bakterium oder Pilz. Daher benötigt es so genannte Brückenkeime (zum Beispiel Fusobakterien), die eine Verbindung zu den späten Besiedlern (beispielsweise Synergistes, Tannerella und Porphyromonas-Arten) des äußeren Biofilms schaffen. Diese Schicht ist mitunter fakultativ anaerob, was einen möglichen Eintritt in Zahnfleischtaschen begünstigen kann (Abbildung 1).

Das orale Mikrobiom besitzt eine hochkomplexe Struktur, die aus einer Vielzahl von Mikroorganismen besteht (Plaque 1011 Keime pro g, Speichel 109 Keime pro g), die wiederum zu über 600 bekannten Arten gehören. Biofilme sind häufig sehr resistent gegen äußere Einflüsse, weil von nahezu allen Mikroorganismen sogenannte Extrazelluläre Polymere Substanzen (EPS) produziert werden. EPS sind eine Mischung aus Mehrfachzuckern, Proteinen, Nukleinsäuren und Fetten. Die EPS schaffen eine Struktur für die Mikroorganismen, sodass diese in dem Biofilm vor dem menschlichen Immunsystem und sogar vor Antibiotika geschützt werden können[4].

IN KÜRZE

  • Bakterielle Biofilme entstehen überall dort, wo Mikroorganismen nicht durch mechanische Kräfte regelmäßig entfernt werden können. Häufig sind in diesen Biofilmen neben Bakterien und Archaeen auch Viren, Pilze und Protozoen zu finden. Die Plaque enthält circa 1011 Keime pro g, der Speichel 109 Keime pro g, die wiederum zu über 600 bekannten Arten gehören.
  • Die Kolonisierung der Mundhöhle beginnt sofort nach der Geburt des Kindes. Mit zunehmendem Lebensalter kommen noch weitere Faktoren wie Ernährung, Mundhygiene, Alter, Einnahme von Medikamenten (zum Beispiel Antibiotika) hinzu, sodass jede Person ein individuelles orales Mikrobiom besitzt.
  • Karies und Parodontitis sind typische Erkrankungen der Mundhöhle. Die Karies ist eine Säure-Auflösung der Zahnhartsubstanz (Hydroxylapatit) unter bakterieller Beteiligung. Bei der Parodontitis liegt dauerhaft eine pathologische Interaktion (Reizzustand) zwischen Biofilm und Zahnfleisch (Immunsystem) vor.
  • Zahnpflegepräparate enthalten viele unterschiedliche Inhaltsstoffe, die zur mechanischen Biofilmentfernung sowie zur chemischen Biofilmkontrolle dienen. Primäres Ziel der modernen oralen Biofilmkontrolle ist häufig nicht mehr das Abtöten von Bakterien (unspezifische antimikrobielle Wirkung), sondern die Verschiebung des ökologischen Gleichgewichts hin zur Homöostase.
Die polymikrobielle Plaque zwischen Zahnoberfläche und Zahnfleisch
ABB. 1 | Die polymikrobielle Plaque zwischen Zahnoberfläche und Zahnfleisch

Methoden zur Charakterisierung oraler Biofilme

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Streptococcus mutans. S. mutans kann häufig bei kariösen Zähnen identifiziert werden, zählt aber entgegen früherer Annahmen nicht zu den alleinigen Auslösern.
ABB. 2 | Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Streptococcus mutans. S. mutans kann häufig bei kariösen Zähnen identifiziert werden, zählt aber entgegen früherer Annahmen nicht zu den alleinigen Auslösern.

Während noch vor einigen Jahren häufig planktonische Kulturen von Mikroorganismen hinsichtlich ihrer Stoffwechselvorgänge, Virulenzfaktoren, etc. untersucht wurden, werden heutzutage immer häufiger In-vitro-Biofilmmodelle genutzt. Solche Biofilmmodelle können aus Bakterien einer Art hergestellt werden (Monospezies), oder aber auch mit Bakterien verschiedener Arten gleichzeitig (Polyspezies) inokuliert werden. Auch Kombinationen aus Bakterien und Pilzen können in Polyspeziesbiofilmen untersucht werden [5]. Generell ist bei Biofilmmodellen mit mehreren Arten darauf zu achten, dass die Bedingungen (pH-Wert, Substrat, Temperatur, aerob/anaerob, etc.) für alle Bakterien gleichermaßen geeignet sein sollten.

Biofilmmodelle sind wichtig, um grundlegende Mechanismen, Interaktionen und Prozesse verstehen zu können. Um die tatsächlich vorhandene orale Mikroflora und deren Prozesse untersuchen und verstehen zu können, sind Invivo- Proben (zum Beispiel humane Plaqueproben) unerlässlich. Bei der Untersuchung selbiger konnte in den letzten Jahren ein enormer Fortschritt der Technologie beobachtet werden. Herkömmliche Methoden beruhten auf der klassischen Mikrobiologie. Das Probenmaterial wird auf mikrobiologischen Kulturplatten mit unterschiedlicher Nährstoffzusammensetzung ausgestrichen. Diese werden anschließend für einen zuvor definierten Zeitraum in Brutschränken mit verschiedenen Bedingungen inkubiert. Anschließend folgen physiologische Tests zur Identifizierung, PCR-Methoden mit spezifischen Zielsequenzen (zum Beispiel der 16S rRNA) oder molekularbiologische Untersuchungen wie zum Beispiel TRFLP (Terminale Restriktions Fragmentlängen Polymorphismus), DGGE (Denaturierende Gradienten Gelelektrophorese) und FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung). Klassische Nachweismethoden können häufig nur für eine Identifikation von leicht kultivierbaren Spezies genutzt werden. So war es auch nicht unüblich, dass insbesondere Streptococcus mutans besonders häufig identifiziert und vor allem mit einer Karies in Verbindung gebracht wurde (Abbildung 2).

Mit der Etablierung moderner molekularbiologischer Untersuchungsmethoden (zum Beispiel Metatranskriptomanalysen) ist es heute möglich, die tatsächliche Struktur und die stoffwechselaktiven Mikroorganismen des Mikrobioms noch genauer abzubilden. Ein weiterer großer Fortschritt sind In-situ-Studien, weil sie auf definierten Prüfkörpern (zum Beispiel polierten Zahnschmelzproben) unter In-vivo-Bedingungen der Mundhöhle durchgeführt und als Ganzes untersucht werden können [6]. Eine gängige Methode ist die sogenannte Lebend-Tot-Färbung, um stoffwechselaktive (lebende) Bakterien von Bakterien mit poröser Zellwand (tot) zu unterscheiden und mittels Fluoreszenzmikroskopie zu quantifizieren [6]. Fast genauso häufig werden In-vivo-Proben gesammelt und mittels Next Generation Sequencing (NGS) analysiert [7].

Um Bakterien voneinander zu unterscheiden, wird eine zuvor bestimmte Region (bei oralen Proben häufig die variable Region 4) der 16S rRNA (ribosomale RNA, aus der zusammen mit Proteinen die Ribosomen aufgebaut sind) ausgewählt. Die 16S rRNA ist ca. 1500 Basenpaare lang und besteht aus insgesamt 9 variablen Regionen, die von Art zu Art unterschiedlich sind. Dazwischen sind hochkonservierte Regionen codiert, die bei allen Bakterienarten identisch sind. Auch Pilze oder Einzeller können anhand der Sequenzen ihrer ribosomalen RNA klassifiziert werden (hier: 18S rRNA). Die Sequenzen ribosomaler RNAs sind sehr gut untersucht und von Art zu Art spezifisch, weshalb sich diese für die Klassifizierung diverser Mikroorganismen gut eignet. Inzwischen gibt es mehrere Datenbanken, mit denen die erhaltene Sequenz abgeglichen und zugeordnet werden kann (zum Beispiel Human Oral Microbiome Database, homd.org). Aktuell können sogar aktive Gene (Transkripte) sequenziert werden, sodass anhand der vorliegenden Sequenz eine Zuordnung zu einem Protein und somit auch zu einem (oder teilweise auch mehreren) Mikroorganismen gelingen kann.

Biofilm-assoziierte orale Erkrankungen

Karies und Parodontitis sind zwei prominente Beispiele für polymikrobielle Erkrankungen der Zähne und des Zahnhalteapparates ausgelöst durch bakteriellen Biofilme. Die Karies und Parodontitis unterscheiden sich in der Entstehung deutlich voneinander. Grundsätzlich lässt sich aber sagen, dass ein „guter“ Biofilm (gesunde Individuen) artenreicher ist als ein „schlechter“ Biofilm (Karies und Parodontitis), auch bekannt als ökologische Plaquehypothese [8]. Die ökologische Plaquehypothese soll in Kürze anhand der Karies erklärt werden: Karies ist die Folge eines gestörten Gleichgewichts (Dysbiose) der physiologischen Plaqueflora zugunsten kariogener Mikroorganismen. In der physiologischen Plaque sind diese häufig schon in geringer Zahl vorhanden. Bei neutralem pH-Wert machen die kariogenen Mikroorganismen (vor allem Mutans- Streptokokken und Laktobazillen) aber einen geringen Anteil der Plaqueflora aus. De- und Remineralisation der Zahnhartsubstanzen befinden sich bei normalem Speichelfluss (Ruhespeichel: ca. 0,3 mL/min, der fortwährend verschluckt und von den Speicheldrüsen kontinuierlich neu produziert wird) im Gleichgewicht (Homöostase).

Das ökologische Gleichgewicht und die Bedeutung der Mundhygiene
ABB. 3 | Das ökologische Gleichgewicht und die Bedeutung der Mundhygiene

Bei vermehrter Aufnahme fermentierbarer Kohlenhydrate (Zucker und Stärke) nimmt der pH-Wert in der Plaque ab und in der Folge wird die Vermehrung der kariogenen, säuretoleranten und zugleich starken Säurebildner gefördert. Die physiologische Plaque durchfährt eine teilweise dramatische Veränderung. Die natürliche Demineralisation (Herauslösen von Calcium- und Phosphationen aus der natürlichen Zahnstruktur) und Remineralisation (Einlagerung von Calcium- und Phosphationen aus dem Speichel in die angegriffene Zahnstruktur) sind nun nicht mehr im Gleichgewicht (Abbildung 3). Die Zunahme von kariogenen Keimen (Mutans-Streptokokken und Laktobazillen) führt zu einer Anhäufung an aggressiver Milchsäure (Stoffwechselendprodukt dieser Bakterien bei der Verstoffwechselung von Zucker und Stärke), die darüber hinaus schnell produziert wird und die Demineralisation der Zahnhartsubstanzen fördert (Abbildung 4).

Überblick über die Demineralisations- und Remineralisationsprozesse der Zahnhartsubstanz
ABB. 4 | Überblick über die Demineralisations- und Remineralisationsprozesse der Zahnhartsubstanz

Der pH-Wert der Plaque fällt dramatisch ab (pH < 5,5). Die Zusammensetzung des Biofilms verändert sich (Abbildung 3). Die Karies ist also eine Säure-Auflösung der Zahnhartsubstanz (Hydroxylapatit, Ca5(PO4)3(OH)) unter bakterieller Beteiligung. Diese Auflösung kann chemisch (vereinfacht) wie folgt beschrieben werden:

Ca5 (PO4)3 (OH)+ 4 H+ →5 Ca2+ + 3 HPO 2−4 + H2O

Bei der Parodontitis liegt dauerhaft eine pathologische Interaktion (Reizzustand) zwischen Biofilm und Zahnfleisch (Immunsystem) vor. Im gesunden Zustand befinden sich diese Interaktionen in einem physiologischen Gleichgewicht. Ist die Immunabwehr eines Menschen geschwächt (Rauchen, Stress, systemische Erkrankung, etc.) können die produzierten Virulenzfaktoren die Körperzellen schädigen und Bakterien eindringen (Dysbiose). In der Folge kommt es zu Interaktionen zwischen Bakterien und Wirt, die häufig zu einer Verschlimmerung der Entzündung führen.

Aktuelle Studien zeigen, dass bei der (chronischen) Parodontitis vorwiegend Bakterien des „roten-Komplexes“ (in Anlehnung an die Ampelfarben) gefunden werden: Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Treponema denticola. Neueste Metatranskriptomdaten verdeutlichen, dass bei P. gingivalis insbesondere die Arginindeiminase arcA hochreguliert ist [9]. Arginin ist eine Aminosäure, die im menschlichen Stoffwechsel, so auch im Zahnfleisch, für zahlreiche Vorgänge benötigt wird. Bei einer Parodontitis nutzen die Mikroorganismen diese als Nährstoff, sodass zelluläre Prozesse wie beispielsweise die Immunantwort teilweise zum Erliegen kommen können.

Klassische Wirkstoffe in der oralen Biofilmkontrolle

Antimikrobielle Wirkstoffe in der Zahnpflege
ABB. 5 | Antimikrobielle Wirkstoffe in der Zahnpflege

Der gesamte Mundraum wird von zahlreichen Mikroorganismen besiedelt. Spontane Infektionen sind selten, weil eine Homöostase aus Immunsystem beziehungsweise Speichel auf der einen Seite und der interbakteriellen Selbstkontrolle verschiedener Spezies auf der anderen Seite (zum Beispiel durch Bakteriozine) vorliegt. Bakteriozine sind Substanzen, die von Bakterien einer Art produziert werden und die toxisch für artverwandte Bakterien sein können. Diese Homöostase kann allerdings in eine Dysbiose umschlagen, wenn das Immunsystem supprimiert ist, die Mundhygiene vernachlässigt wird oder über einen längeren Zeitraum antimikrobielle Therapien durchgeführt werden müssen (zum Beispiel Antibiotikabehandlung). Fehlen kontrollierende Bakterien, können sich beispielsweise Pilze (etwa Candida albicans) rasch vermehren.

Zahnpflegepräparate wie Zahnpasten und Mundspülungen enthalten eine Vielzahl unterschiedlicher Inhaltsstoffe [10]. Die mechanische Biofilmentfernung wird insbesondere durch Putzkörper in der Zahnpasta erzielt. Hierzu zählen Putzkörper (abrasive Stoffe für die Plaqueentfernung) auf Basis von Silica, SiO2n H2O (auch Polykieselsäure genannt und auf Verpackungen als „Hydrated Silica“ gekennzeichnet) und Calciumcarbonat, CaCO3[10].

WAS IST IN ZAHNPASTA UND MUNDSPÜLUNG?

Darüber hinaus werden spezielle Wirkstoffe zur chemischen Biofilmkontrolle eingesetzt (siehe Tabelle 1 und Strukturformeln in Abbildung 5) [11, 12]. Bekannte antimikrobielle Substanzen sind unter anderem Chlorhexidin, Triclosan, Zinksalze und Zinn(II)salze, die im Folgenden näher vorgestellt werden sollen [11, 12]. In hohen Konzentrationen können diese Substanzen Biofilme abtöten (insbesondere Chlorhexidin). Allerdings nehmen die Konzentration und damit die antimikrobielle Wirkung der Substanzen unter Mundhöhlenbedingungen aufgrund des Speichelflusses relativ schnell ab. Man nimmt aber an, dass kleinste Konzentrationen ausreichen, um pathogene Eigenschaften der Bakterien zu minimieren (zum Beispiel Säureproduktion und Proteaseaktivität) (Abbildung 6) [11].

Schematische Abbildung der Effekte von antimikrobiellen Substanzen in der Mundhöhle
ABB. 6 | Schematische Abbildung der Effekte von antimikrobiellen Substanzen in der Mundhöhle

Der Goldstandard in der oralen chemischen Biofilmkontrolle ist seit Jahrzehnten Chlorhexidin [12]. Chlorhexidin besitzt ein breites Wirkspektrum gegen grampositive und gramnegative Bakterien sowie Hefen. Zahlreiche klinische Studien zeigen die Wirksamkeit von Chlorhexidin in der Reduktion von Karies- und Zahnfleischerkrankungen. Häufig wird Chlorhexidin in Mundspülungen (Parodontologie) oder in Form von Chlorhexidinlacken eingesetzt (Kariestherapie). Eine Verwendung von Chlorhexidin in Zahnpasten ist selten, weil dieses mit anionischen Inhaltsstoffen wie anionischen Tensiden (zum Beispiel Natriumlaurylsulfat) oder anionischen Verdickern (zum Beispiel Carboxymethylcellulose) wechselwirken kann und die Effektivität so vermindert wird (Abbildung 7) [12].

Ein großer Vorteil von Chlorhexidin im Vergleich zu anderen Substanzen in der Biofilmkontrolle ist die hohe Substantivität, d. h. Wirkung über mehrere Stunden nach einmaliger Spülung. Chlorhexidin haftet an unterschiedlichen Oberflächen in der Mundhöhle (Zähne und Mundschleimhaut). Nachteilig bei der Verwendung von Chlorhexidin ist unter anderem, dass eine Verfärbung der Zahnoberflächen bei längerer Anwendungsdauer auftreten kann und auch, dass die physiologische Plaque (pathologisch) verändert werden kann [12].

Metallsalze wirken gegen grampositive und gramnegative Bakterien. Typische Metallionen, die in Zahnpflegepräparaten eingesetzt werden sind Zn2+ (zum Beispiel als Zinkchlorid, Zinkcitrat, Zinklactat) und Sn2+ (zum Beispiel als Zinn(II)chlorid, Zinn(II)fluorid). Einzelne Metallionen zeigen unterschiedlich starke antimikrobielle Aktivitäten [12]:

Ag+ > Cu2+ > Sn2+ > Zn2+ > Al3+

Wechselwirkung des Chlorhexidin-Dikations mit Natriumlaurylsulfat
ABB. 7 | Wechselwirkung des Chlorhexidin-Dikations mit Natriumlaurylsulfat

Triclosan ist ein polychloriertes Phenoxyphenol. Es wird häufig in Kombination mit einem Copolymer (Polyvinylmethylether- Maleinsäure-Copolymer; „PVM/MA-Copolymer“) verwendet, um die Substantivität zu erhöhen. Triclosan selbst hat nur moderate antimikrobielle Eigenschaften. Deshalb gibt es Ansätze, um synergistische Effekte zu erzielen, zum Beispiel durch den zusätzlichen Einsatz von Zinkcitrat [12].

Insgesamt gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Wirkstoffe für die orale Biofilmkontrolle. Dabei muss berücksichtigt werden, dass häufig mehrere Faktoren für die Biofilmkontrolle verantwortlich sind. Beim Zähneputzen sind dies zum Beispiel die Zahnbürste und die Zahnpasta mit Putzkörpern (mechanische Biofilmkontrolle) sowie weitere Substanzen (klassische biofilmkontrollierende Substanzen, Tenside, Aromastoffe, Konservierungsstoffe).

Biomimetische Konzepte in der oralen Biofilmkontrolle

In den vergangenen Jahren gab es ein zunehmendes Interesse an biomimetischen (Bio = Natur + Mimese = Nachahmen) Konzepten in der Zahnpflege. Primäres Ziel der modernen oralen Biofilmkontrolle ist häufig nicht mehr das Abtöten von Bakterien (unspezifische antimikrobielle Wirkung), sondern die Verschiebung des ökologischen Gleichgewichts hin zur Homöostase [7].

Neuere Ansätze beinhalten unter anderem den Einsatz von Probiotika [13], Speichelenzymen [7] und Calciumphosphatverbindungen wie Hydroxylapatit [6, 14]. Studien zeigen, dass zum Beispiel die regelmäßige Anwendung von Lutschtabletten mit Lactobacillus reuteri Zahnfleischentzündungen reduzieren kann [13]. Darüber hinaus gibt es Ansätze mit ausgewählten Speichelenzymen in Zahnpflegeprodukten, die die Ökologie des oralen Mikrobioms positiv beeinflussen können [7].

Interessant ist die Verwendung von partikulärem Hydroxylapatit, Ca5(PO4)3(OH), als Wirkstoff in Zahnpflegepräparaten. Da der menschliche Zahnschmelz zu circa 97 % aus Hydroxylapatit besteht, spricht man von einem biomimetischen Ansatz [6]. Es wurde gezeigt, dass sich reine Hydroxylapatit-Partikel unter Mundhöhlenbedingungen an die Zahnoberfläche anlagern können und die initiale bakterielle Kolonisation minimieren [6]. Überdies können Hydroxylapatit-Partikel mit Speichelproteinen (zum Beispiel Lactoferrin) funktionalisiert werden [15].

Zusammenfassung

Zahn- und Zahnfleischerkrankungen sind weit verbreitet und basieren primär auf der Anwesenheit bakterieller Biofilme. Die Charakterisierung von Biofilmen kann durch modernste Mikrobiomanalysen erfolgen, die Informationen über Bakterienzusammensetzung und -Diversität liefern können.

Moderne Zahnpflegepräparate enthalten unterschiedliche antimikrobielle Wirkstoffe zur Biofilmkontrolle. Hierzu zählen Chlorhexidin, Metallsalze und quartäre Ammoniumverbindungen, die allerdings häufig schädliche (Dysbiose auslösende) wie nützliche (Homöostase aufrechterhaltende) Bakterien abtöten (unspezifische antimikrobielle Wirkung). Aktuelle Entwicklungen zeigen, dass innovative Konzepte das ökologische Gleichgewicht der Plaque in der Mundhöhle zugunsten der „physiologischen kommensalen Bakterien” (Homöostase) verschieben oder die bakterielle Kolonisation an den Zahnschmelz minimieren, ohne ausgeprägte antimikrobielle Eigenschaften aufweisen. Beispiele sind biomimetische Ansätze, zum Beispiel auf Basis ausgewählter Speichelenzyme oder Hydroxylapatit.

Summary

Biomimetic approaches for the dental plaque control

Tooth and gum diseases are widespread and are primarily based on the presence of bacterial biofilms. The characterization of biofilms can be carried out by means of state-ofthe- art microbiome analysis that can provide information on bacterial composition and diversity. Modern oral care products mostly contain different antimicrobial agents for biofilm control. These include chlorhexidine, metal salts, and quaternary ammonium compounds, which, however, often kill harmful (dysbiotic) and useful bacteria (homeostatic) (unspecific antimicrobial effect). Recent developments show that innovative concepts shift the ecological balance of plaque in the oral cavity to “physiological commensal bacteria” (homeostasis) or minimize the bacterial colonization on enamel surfaces without having pronounced antimicrobial properties. Examples are biomimetic approaches, i.e. based on selected salivary enzymes or hydroxyapatite.

Schlagworte

Orales Mikrobiom, Karies, Biofilmkontrolle, Biomimetik

Literatur

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Die Autoren

Frederic Meyer

Frederic Meyer promovierte 2017 in Mikrobiologie und Epidemiologie über die Epidemiologie und Mikrobiomzusammensetzung von frühkindlicher Karies an der TU Braunschweig. Seit 2017 arbeitet er als Scientific Expert Communications Oral Care bei der Firma Dr. Kurt Wolff GmbH & Co. KG in Bielefeld.

Joachim Enax

Joachim Enax promovierte 2014 in Anorganischer Chemie über die Charakterisierung von Haifischzähnen und die Entwicklung biomimetischer Dentalkomposite an der Universität Duisburg- Essen. Seit 2015 arbeitet er als Scientific Expert Research Oral Care bei der Firma Dr. Kurt Wolff GmbH & Co. KG in Bielefeld.