Einfluss von zur Parodontaltherapie verwendeten Substanzen auf Zellen des equinen Parodontiums

Abstract

Parodontalerkrankungen werden bei Pferden mit hoher Prävalenz vorgefunden. Ursächlich lassen sie sich in den meisten Fällen auf erweiterte Interdentalräume im Backenzahnbereich mit Einschluss von Futterpartikeln zurückführen. Im weiteren Verlauf kommt es zu hochgradigen Entzündungen des Parodontiums mit Bildung von interdentalen und parodontalen Taschen, die wiederum eine Ansammlung von Futter ermöglichen, sodass ein Teufelskreis entsteht. Als mögliche Therapiemethoden kann nach gründlicher Reinigung eine Füllung der Taschen und Zahnzwischenräume erfolgen, wodurch dem Parodontium die Möglichkeit zur Regeneration geboten wird. Hierfür sind bereits verschiedene Substanzen aus der humanen Zahnmedizin im Einsatz. Diese sind für den Gebrauch am Menschen zwar zugelassen, allerdings häufig für andere Anwendungsgebiete als die Applikation in parodontale Wundräume. Die Wirkungen dieser Substanzen auf die speziellen Zellen des equinen Parodontiums sind bisher nicht untersucht worden.Die Studie soll ein pferdespezifisches in-vitro-Modell zur Evaluierung von zytotoxischen oder proinflammatorischen Substanzeffekten der Füllmaterialien hervorbringen. Vier verschiedene zahnmedizinische Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung wurden dafür exemplarisch verglichen. PeriCare® ist eine Paste, bestehend aus Calciumhydroxid in öliger Suspension, die speziell für die Behandlung von parodontalen Defekten zugelassen ist. Provicol® ist ein Zahnzement mit Zusatz von Calciumhydroxid, der unter anderem zur Befestigung von Kronen und Brücken verwendet wird. Calxyl® ist eine wässrige Calciumhydroxid-Suspension zur Zahnwurzelbehandlung und -füllung. Durch Bariumsulfat als Kontrastzusatz ist die Substanz röntgensichtbar. Honigum Pro/Mono ist ein Abdruckmaterial auf Silikon-Basis.Equine parodontale Fibroblasten wurden in vitro kultiviert und mit den Füllmaterialien für verschiedene Zeiträume inkubiert. Informationen über zytotoxische Effekte wurden mikroskopisch und durch MTT-Tests gewonnen. Darüber hinaus wurde mit RT-qPCR untersucht, ob und in welchem Umfang die Zellen pro- und antiinflammatorische Markergene exprimierten. Verglichen wurden die Ergebnisse mit den Expressionswerten von unbehandelten Zellen sowie von Zellen in einer, mit Lipopolysacchariden induzierten, Entzündungssituation.PeriCare® und Provicol® hatten keinen unerwünschten Einfluss auf die Vitalität und Proliferation der parodontalen Zellen. Calxyl® und Honigum führten hingegen zu unterschiedlich starken Beeinträchtigungen der Zellen. Honigum zeigte konzentrations- und zeitabhängig zytotoxische Eigenschaften. Die Viabilität der Zellen nahm ab und proinflammatorische Markergene wurden in einigen Fällen exprimiert. Calxyl® tötete einen Großteil Zellen innerhalb kurzer Zeit ab.Füllmaterialien, die in der Behandlung von parodontalen Erkrankungen Anwendung finden, sollten biokompatibel sein und im besten Falle regenerative Prozesse fördern. In unseren Versuchen konnten wir eine realitätsnahe Situation schaffen um den Einfluss verschiedener Substanzen auf equine parodontale Zellen zu testen. Allerdings konnte das gesamte, komplexe Zusammenspiel verschiedener Zellentypen und zahnmedizinischer Materialien, sowie der Einfluss von Bakterien, bei in-vitro-Versuchen nicht vollständig wiedergegeben werden. Somit lässt sich ohne die Ergebnisse klinischer Studien nicht sagen, ob negative Effekte, wie sie bei Honigum und Calxyl® gesehen wurden, auch in vivo auftreten. In der Pferdezahnmedizin finden Substanzen Verwendung, die im Humanbereich zwar zugelassen sind, häufig jedoch für ein anderes Anwendungsgebiet. Unsere Ergebnisse verdeutlichen die Relevanz, diese Substanzen zunächst auf ihre Verträglichkeit gegenüber Pferdezellen zu testen um negative Effekte zu vermeiden. PeriCare® und Provicol® scheinen ohne Einschränkungen im equinen Parodontium verwendbar zu sein, während bei Honigum und Calxyl® Vorsicht geboten ist. Es wird empfohlen, Substanzen, die in vitro eine hohe Biokompatibilität aufweisen, in klinischen Studien zu testen. Periodontal diseases have a high prevalence in horses. Pathology commonly starts with widened interdental spaces between cheek teeth, where particles of food can become trapped. Subsequently, the periodontium becomes highly inflamed, with formation of interdental and periodontal pockets. In these pockets food particles can accumulate. As therapeutical approach to get out of this vicious circle, interdental and periodontal spaces might be filled with dental materials after cleaning to enable regeneration of the periodontium. These filling materials are usually adopted from human dentistry, where they are used for different fields of application. Their effects on cells of the equine periodontium have not yet been investigated.This study will evaluate cytotoxic and proinflammatory effects of filling materials in a specific equine in vitro model. Four different dental materials have been tested and compared to each other. PeriCare® is a paste, consisting of an oily calcium hydroxide suspension, made specifically for the treatment of periodontal pockets. Provicol® is a temporary luting cement with calcium hydroxide which is used to affix crowns and bridges to teeth. Calxyl® radiopaque is a paste for endodontic treatments like pulp capping. It contains an aqueous suspension and barium sulfate as the radiopaque additive. Honigum (Pro/Mono), an impression material used to prepare implants, consists of monophase silicone.Equine periodontal fibroblasts were incubated with the dental materials for various periods of time. The possible cytotoxic effects were assessed microscopically and by MTT assay, and RT-qPCR analyses were performed to quantify the expression of pro- and anti-inflammatory marker genes. The data were compared to untreated controls and to cells in which inflammation was induced by lipopolysaccharide.PeriCare® and Provicol® did not harm the cells, but Calxyl® and Honigum had a negative influence on the cells. Honigum was cytotoxic in concentration- and time-depending manner, by showing decreasing viability and triggering expression of pro-inflammatory markers. Furthermore, Calxyl had disastrous effects on the viability of cells, killing nearly all of them immediately.High biocompatibility of the applied material is a general requirement for the treatment of periodontal disorders. At best, proliferation is used as indicator for a regenerative process. In our in vitro experiments we tried to create a realistic situation to get first information about the effects of dental materials on equine periodontal cells. To investigate more complex interactions of applied material with the tissues of the periodontium and also with bacteria under in vivo conditions, subsequent clinical studies are recommended. Until now, we cannot say if the negative effects we have seen with Honigum and Calxyl® are also going to occur in vivo.In equine dentistry, dental materials are used which are approved for the use in human dentistry, but for various fields of application. Our results show, that before adapting dental materials from human dentistry, it is crucial to initially test them in a specific equine model to investigate their biocompatibility on equine cells and to avoid negative effects. PeriCare® and Provicol® seem to be harmless, whereas Honigum and Calxyl® need careful further investigations. The results of this in vitro study need to be confirmed by clinical studies.