Die in vivo antibakterielle Wirkung von Kupfer in einem zahnärztlichen Zinkoxid-Phosphatzement

Die in vivo antibakterielle Wirkung von Kupfer in einem zahnärztlichen Zinkoxid-Phosphatzement

In vivo antibacterial activity of copper in a zinc phosphate dental cement

Malinski, Felix

Doctoral thesis

Date of Examination: 2017-05-09

Date of issue: 2017-04-24

Advisor: Bürgers, Ralf Prof. Dr.

Referee: Wiegand, Annette Prof. Dr.

Referee: Wiese, Karl Günter Prof. Dr. Dr.

Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0023-3E22-3

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Abstract

English

Antibacterial additives of medical biomaterials have been introduced as a promising approach to reduce the risk of infection. The aim of this study was to investigate antimicrobial effects of copper in a dental zinc phosphate cement under oral conditions using a realistic in-situ-model. Twenty volunteers (10, female, 10 male, average age 26 years) participated in this clinical trial and were divided into two groups with 10 volunteers each (5 male, 5 female). One group 1 received divided specimens (n= 40), one half made of dental zinc phosphate cement containing copper (Hoffmann´s Kupfer Cement) the other half made of conventional zinc-phosphate cement (Hoffmann´s Cement). The group 2 was treated with specimens (n=40) completely made of phosphate cement containing copper or conventional phosphate cement. Four sspecimens were fixed on custom made splints and exposed to the oral cavity for 12 h. Bacterial morphology and biofilm accumulation were determined by scanning electron microscopy (SEM). Furthermore elementary composition of both cements was analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The average biofilm accumulation of all specimens varied from 35-55%. There was no significant difference between both tested cements in both groups (G1: p= 0.4, G2p= 0.7). Age and gender had an influence on the biofilm accumulation in both groups (G1p <0.001, G2p< 0.001) Young female volunteers showed less biofilm accumulation. The EDX-Analysis showed typical elementary composition for both cements. There was no significant difference concerning the copper concentration in both test cements detectable by EDX-Analyses. In conclusion, copper in the tested cement had no remarkable antimicrobial effect and influence on biofilm accumulation.

Keywords: cement; antibacterial; copper; in vivo

German

Die Verwendung von antibakteriellen Zusätzen in Biomaterialien kann das Risiko einer Infektion reduzieren. Ziel dieser klinischen Untersuchung war es, die antimikrobielle Wirkung von Kupfer in einem bereits klinisch etablierten kupferhaltigen Zinkoxid-Phosphatzement zu überprüfen. Hierzu wurde anhand eines realistischen In-situ-Modells die mikrobielle Besiedlung des kupferhaltigen (Hoffmann´s Kupfer Cement) mit einem konventionellen Zinkoxid-Phosphatzement (Hoffmann´s Cement normalhärtend) verglichen. An dieser klinischen Studie nahmen 20 Probanden (10 Frauen und 10 Männer, Durchschnittsalter 26 Jahre) teil. Das Probandenkollektiv wurde in zwei Gruppen mit jeweils 10 Probanden (5 Männer, 5 Frauen) aufgeteilt. Eine Gruppe erhielt geteilte Probekörper (n=40), deren eine Hälfte aus kupferhaltigem und die andere aus konventionellem Zinkoxid-Phosphatzement gefertigt waren. Die andere Gruppe wurde mit Probekörpern (n=40) vollständig aus jeweils kupferhaltigem bzw. konventionellem Zinkphosphat-Zement versorgt. Vier Zementprobenwurden auf individuell hergestellte Oberkiefer-Tiefziehschienen befestigt und für 12 Stunden von den Probanden getragen. Die Zementproben wurden mit dem Rasterelektronenmikroskop untersucht und die prozentuale Biofilmakkumulation auf der Probekörperoberfläche vermessen. Des Weiteren wurde anhand einer EDX-Analytik die elementare Zusammensetzung beider Prüfzemente untersucht. In der vorliegenden Untersuchung waren die Oberflächen der Probekörper im Mittel zwischen 35-55% mit Biofilm bedeckt. Bezüglich der Biofilmakkumulation konnte sowohl in der Gruppe mit den ganzen (p= 0.4) als auch den geteilten Probekörpern, (p= 0.7) kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Prüfzementen festgestellt werden. Das Alter und Geschlecht der Probanden schien jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Biofilmakkumulation zu haben, so dass in beiden Gruppen bei jüngeren weiblichen Probanden unabhängig vom Prüfzement die niedrigste Plaqueakkumulation gemessen wurde (G1p <0.001, G2p< 0.001). Die EDX-Spektren der beiden Prüfzemente zeigten im festen Zementanteil die für Zinkoxid-Phosphatzement typischen Hauptelemente Zink, Sauerstoff und Magnesium. Ein zu erwartender Kupferanteil konnte anhand der EDX-Spektren in keinem der Prüfzemente ausreichend nachgewiesen werden. Fasst man die Ergebnisse dieser klinischen Untersuchung zusammen, so konnte die antimikrobielle Wirkung von Kupfer in einem Zinkoxid-Phosphatzement nicht bestätigt werden.