Wirkungsmechanismus von erosionsinhibierenden Sn/F-Zahnpasten im Schmelz: Effekte von Putzkörpern in experimentellen Formulierungen mit und ohne Chitosan : Eine Studie zur Zinnaufnahme und Ultrastruktur

Abstract

Zinn und Chitosan haben gute antierosive Eigenschaften. Die Effekte von Zinn in Zahnpasten sind im Vergleich mit Mundspüllösungen jedoch deutlich geringer. Bei Zusatz von Chitosan konnten ermutigende Resultate erzielt werden. Zahnpasten sind komplexe Formulierungen. Wirkstoffe, Hilfsstoffe sowie Abrasiva können interagieren, über deren Einfluss bei Erosionen ist bislang nur sehr wenig bekannt. Die aktuelle Studie sollte zur Aufklärung des Wirkungsmechanismus beitragen und folgende Fragen untersuchen: Kommt es bei Sn2+-Zahnpasten zur Zinnaufnahme im Schmelz? Adsorbieren Abrasiva Zinn, verringert sich so die Verfügbarkeit von Zinn? Beeinflussen Abrasiva die Zinnaufnahme im Schmelz, welchen Einfluss haben sie auf die Ultrastruktur? Erhöht Chitosan die Aufnahme von Zinn in den Schmelz? Beeinflusst Chitosan die mögliche Zinnadsorption an Abrasiva? Verändert Chitosan die Effekte von Abrasiva auf die Ultrastruktur von Schmelz?In einer Vorgängerstudie zur erosionsinhibierenden Wirkung von experimentellen Zahnpastenformulierungen mit unterschiedlichen Abrasiva sowie Chitosan erfolgte die Proben-Herstellung und Versuchsdurchführung. Humane Schmelzproben (n=15/Gruppe) wurden periodisch demineralisiert (10 Tage, 0,5% Zitronensäure; 6x2 Min/Tag). 14 Gruppen wurden für 2x2 Min/Tag in Slurries getaucht. Weitere 14 Gruppen wurden zusätzlich während der Eintauchzeit in einem Zahnbürst-Simulator gebürstet (15 s). Die Negativ-Kontrolle wurde ausschließlich erodiert.Zu der Zahnpasten-Basisformulierung (3500 ppm Sn, 1400 ppm F, Basisgehalt Abrasiva), jeweils mit und ohne Chitosan, kamen differente Mengen Abrasiva (5, 10, 15, 20% Silika oder 20% Polyethylen). Ein Testprodukt enthielt nur Wirkstoffe, keine Abrasiva; die Placebo-Gruppe nur 20% Silika.Es wurde hier die Zinnmenge im Schmelz und auf Abrasiva untersucht (EDX-Analyse; Gew%). Externe Messungen (GABA International) zur Zinnverfügbarkeit in den Slurries sowie Substanzverlustwerte (Vorgängerstudie) kamen hinzu. Weiter erfolgten REM-Aufnahmen der Schmelzproben und Rauheitsmessungen.Nach allen Anwendungen zinnhaltiger Formulierungen konnte Zinn auf der Probenoberfläche nachgewiesen werden. Chitosan-Gruppen hatten signifikant höhere Zinnwerte (Slurry: 2,7 ± 0,5 - 3,7 ± 0,6 Gew%; mit Bürstbehandlung: 2,2 ± 0,3 3,3 ± 0,6 Gew%) als Gruppen ohne Chitosan (Slurry: 1,6 ± 0,3 1,7 ± 0,2 Gew%; mit Bürstbehandlung: 0,9 ± 0,2 1,8 ± 0,2 Gew%). Die Zinnaufnahme war unabhängig vom Abrasivatyp. Keine Abrasiva-Gruppen wiesen den höchsten Zinngehalt auf, und das mit bis zu dreifach höheren Werten (ohne Chitosan: Slurry 3,2 ± 0,7, mit Bürstbehandlung 3,1 ± 0,7 Gew%; mit Chitosan: Slurry 7,3 ± 0,8, mit Bürstbehandlung 8,6 ± 1,9 Gew%).Die Korrelation der Zinnwerte mit den Substanzverlustwerten der Vorgängerstudie ergab: Der Substanzverlust war umso geringer, je höher die Zinnaufnahme war. Dies war besonders deutlich in den Chitosan-Gruppen sowie bei Bürstbehandlung.Auf Silika-Abrasiva konnte erstmals adsorbiertes Zinn nachgewiesen werden, auf Polyethylen-Abrasiva nicht. Chitosan verringerte die Adsorption von Zinn nicht. Verschiedene Abrasiva-Konzentrationen und Chitosan-An/Abwesenheit hatten auf die mittlere Rautiefe und Ultrastruktur der Schmelzoberfläche keine Signifikanz.Es wurde bei Anwendung von Sn2+-Zahnpasten Zinn im Schmelz nachgewiesen, der Wirkungsmechanismus entspricht scheinbar dem von Sn2+-Mundspüllösungen. Abrasiva reduzieren die Zinnaufnahme deutlich. Zinn adsorbiert an Silikapartikel, damit reduziert sich dessen Verfügbarkeit, was die geringere Wirksamkeit im Vergleich zu Mundspüllösungen zum Teil erklären kann. Chitosan erhöht die Zinnaufnahme im Schmelz stark, jedoch nicht die Zinnverfügbarkeit in den Slurries. Anscheinend bildet Chitosan protektive Beschichtungen auf der Zahnoberfläche.Die qualitative sowie quantitative Analyse der Ultrastruktur der Schmelzproben ergab keine eindeutigen Zusammenhänge. Hier sind tiefergehende Studien mit verbesserten Untersuchungskriterien in Zukunft notwendig. Tin and Chitosan have promising anti-erosion properties. However, in comparison to mouthrinses, the effects of Sn in toothpaste formulations are much less distinct. Encouraging results were found when adding chitosan. Toothpastes are complex formulations: Active ingredients can interact with recipients as well as with abrasives to a currently unknown extent. Overall, little is known about the mode of action of Sn/F toothpastes, particularly in combination with chitosan. Aim of the study was to examine the mode of action of such formulations and to address the following issues: Is there an uptake of Sn on enamel after application of Sn-containing toothpastes? Can abrasives adsorb Sn, does this affect the availability of Sn in toothpastes? Do abrasives affect the Sn uptake on enamel, what is the impact on the enamel structure? Is chitosan increasing the amount of Sn on the enamel surface? If Sn adsorbs to abrasives, is chitosan capable of reducing this effect? Does chitosan impact the effects of abrasives on the enamel structure?The present study uses samples deriving from a previous study investigating the effects of different types and amounts of abrasives as well as chitosan on the erosion/abrasion preventing efficacy of experimental Sn/F toothpastes. Human enamel specimens (n=15/group) were cyclically demineralised (10 days, 0.5% citric acid; 6x2 min/day). Fourteen groups were immersed in toothpaste slurries for 2x2 min/day. Further fourteen groups were additionally brushed in a brushing machine (15 s) within immersion time. Negative control was demineralised only. To the basic toothpaste formulation (3500 ppm Sn, 1400 ppm F, basic content of silica), with and without Chitosan, varying amounts of abrasives were added (5, 10, 15, 20% silica or 20% polyethylene). One formulation contained active ingredients only, but no abrasives. Placebo toothpaste contained 20% silica, but no active ingredients. In the present study, tin-uptake (wt%) was measured by energy-dispersive-X-ray-spectroscopy (EDX) on enamel as well as on abrasive surfaces. External analyses (GABA International) of availability of Sn in the slurries were taken into consideration as well as substance loss data from the precursor-trial of this study.Structural analyses were performed with scanning electron microscopy and profilometrc surface roughness measurements (Rz).All specimens treated with Sn-containing formulations led to distinct amounts of Sn on the sample surfaces. Chitosan formulations led to significantly higher tin-uptakes (slurry: 2.7 ± 0.5 and 3.7 ± 0.6 wt%; slurry/brushing: 2.2 ± 0.3 and 3.3 ± 0.6 wt%), than formulations without Chitosan (slurry: 1.6 ± 0.3 and 1.7 ± 0.2 wt%; slurry/brushing: 0.9 ± 0.2 and 1.8 ± 0.2 wt%). Sn-uptake was independent from the type of abrasives. Formulations without abrasives showed the highest Sn uptake reaching up to threefold higher values than the corresponding toothpastes with abrasives (without Chitosan: slurry 3.2 ± 0.7, slurry/brushing: 3.1 ± 0.7 wt%; with Chitosan: slurry: 7.3 ± 0.8, slurry/brushing: 8.6 ± 1.9 wt%). There was a clear linear relationship between tin-uptake and substance loss: Increased amounts of Sn on the surface were related to lower substance loss values. This relation was more pronounced in chitosan treated specimens and in the in the slurry/brushing-groups. In contrast to polyethylene, silica showed distinct amounts of Sn on the surface regardless of the presence or absence of chitosan. Enamel surface roughness and structural characteristics were not significantly influenced by the different amounts and types of abrasives or presence of chitosan.The application of Sn-containing toothpastes led to an uptake of Sn on the enamel surface indicating a similar mode of action as for mouthrinses. Abrasives clearly reduce the Sn uptake and Sn can be adsorbed to silica thus decreasing its availability. This could at least in part explain the limited efficacy of Sn-toothpastes compared to mouthrinses. Chitosan can increase amounts of Sn on enamel but did not increase its availability. This indicates that chitosan might establish protective layers on the enamel surface. Neither the amount and type of abrasives or chitosan nor the treatment mode seems to cause distinguishable effects on the surface structure of enamel. Further studies with refined evaluation criteria should investigate respective effects more detailed.