In-Vitro-Studie von kalt atmosphärischem Plasma
gegen Bakterien und Biofilmen im Zusammenhang mit parodontalen oder periimplantären Erkrankungen
Autoren: Jungbauer G., Favaro L., Müller S., Sculean A. & Eick S.
Publikation: The In-Vitro Activity of a Cold Atmospheric Plasma Device Utilizing Ambient Air against Bacteria and Biofilms Associated with Periodontal or Peri-Implant Diseases, Antibiotics, 2022, 11(6), 752.
Zuerst veröffentlicht: https://www.mdpi.com/2079-6382/11/6/752
Zusammenfassung:
Konventionell wird der bei parodontalen und periimplantären Erkrankungen entstehende Biofilm mechanisch abgetragen und mit Beigabe von Antibiotikum behandelt. Durch den allgemein hohen Einsatz von Antibiotika ist eine Suche nach alternativen Behandlungsmethoden erforderlich, wobei hierbei eine Behandlung mit kalt atmosphärischem Plasma (KAP) neue Methode ein vielversprechendes Potential aufweist.
Das Ziel der In-Vitro-Studie war es, die Auswirkung von KAP auf eine log10-Stufen-Reduktion von koloniebildenden Einheiten (KbE) unterschiedlicher planktonischer Bakterienspezies zu untersuchen. Eine Behandlung von Multispezies-Biofilmen fand ebenfalls statt. Des Weiteren wurde die Adhäsion von gingivalen Fibroblasten auf Dentin- und Titanproben vor und nach der Plasmabehandlung betrachtet.
In der Studie wurde zur Erzeugung von KAP der piezobrush® PZ3 mit dem Modul Nearfield von relyon plasma verwendet, der ursprünglich für nicht-medizinische Anwendungen entwickelt wurde. Abbildung 1 zeigt den experimentellen Aufbau. Das durch eine Kombination aus piezoelektrischer Direktentladung und dielektrischer Barriereentladung entstehende Plasma wurde durch eine Erdung effizient auf das Substrat entladen. Es erreichte bei einer Leistungsaufnahme beschränkt auf 8 W eine Temperatur von etwa 50 °C, wobei der Behandlungsabstand 2 mm betrug.
Die bakterizide Wirkung von KAP wurde auf insgesamt 11 Bakterienspezies (u.a. P. gingivalis, T. forsythia, und F. alocis) untersucht. Die Behandlungszeiten beliefen sich auf 10, 30, 60, und 120 s. Im Vergleich zu den unbehandelten Proben konnte eine Reduktion von ≥3 log10 KbE bei 10 von 11 Bakterienspezies bereits nach 30 s festgestellt werden, nach 120 s konnte die Detektionsschwelle an KbE von 8 der 11 Spezies unterschritten werden.
Ein starker Einfluss auf Biofilme konnte durch Versuche mit KAP ebenfalls aufgezeigt werden. Diese wurden aus den bereits untersuchten planktonischen Bakterienspezies kultiviert. Abbildung 2 zeigt die Versuchsergebnisse auf Dentin. Die Anzahl an KbE der unbehandelten Biofilme war im Mittel >8 log10, wobei ein stark zeitabhängiger Rückgang durch die Plasmabehandlung festgestellt wurde. Nach 120 s fand eine mittlere Reduktion von 2,43 log10 statt. Die Biofilmmasse änderte sich im Gegensatz zur metabolischen Aktivität durch die Behandlung nicht signifikant. Letztere konnte nach einer Behandlungsdauer von 120 s um 95 % reduziert werden. Analog wurden für Titanoberflächen ähnliche Ergebnisse erzielt.
Die Adhäsion von gingivalen Fibroblasten konnte vor allem auf Titan festgestellt werden. In Abbildung 3 ist nach einer Behandlungsdauer von 120 s im Gegensatz zu Dentin eine deutliche Erhöhung der Fibroblasten-Konzentration von 800 auf 1200 Zellen/mm2 einzusehen, was das Potential von KAP zur Vorbehandlung von Titanimplantaten unterstreicht.
Fazit:
Zusammenfassend wird aufgezeigt, dass KAP, in der Studie erzeugt durch den piezobrush® PZ3, als effektives Bakterizid eingesetzt werden kann. KAP hat einen stark hemmenden Einfluss auf Biofilme und kann als Vorbehandlung von Titanimplantaten eingesetzt werden, um ein schnelleres Verwachsen mit Kieferknochenmaterial zu ermöglichen. Insbesondere die deutliche Erhöhung der Fibroblasten-Konzentration begünstigt eine schnellere Wundheilung. Die Möglichkeiten der Behandlung von parodontalen und periimplantären Erkrankungen mit KAP wurden mit den vielversprechenden Ergebnissen dieser Studie aufgezeigt und bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen.
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