Mit Zinn gegen den Biofilm

Zinnionen aus Zinnfluorid hemmen bakterielle Enzyme und stören so den Bakterienstoffwechsel. Eine amerikanische Forschergruppe stellte bereits in den 1970er-Jahren in einer Studie fest, dass Zinnfluorid die Adhäsion von Bakterien an Schmelz und die Zell-Zell-Kohäsion beeinträchtigt [Tinanoff et al., 1976]. In der Folge untersuchten Forscher meist bereits auf dem Markt befindliche Mundspüllösungen mit verschiedenen Wirkstoffkombinationen, zum Beispiel Zinn und Fluorid [Kensche et al., 2017]. In der aktuellen Studie von WissenschaftlerInnen aus Dresden und Homburg/Saar sollte nun herausgefunden werden, welcher Wirkstoff für welchen Effekt verantwortlich ist. Dafür wurden unterschiedliche Fluorid- und/oder Zinnverbindungen untersucht.

Verwendet wurden Test-Mundspüllösungen mit reinem Aminfluorid, Natriumfluorid, Natriummonofluorphosphat, Zinnfluorid (alle 500 ppm) und Zinnchlorid (gleicher Zinnanteil wie in Zinnfluorid) sowie Leitungswasser als Kontrolle. Insgesamt zwölf ProbandInnen trugen Prüfkörper aus Rinderschmelz, eingebettet in eine Schiene, zunächst eine Minute im Mund. So entwickelte sich eine Pellikel unter In-situ-Bedingungen. Danach spülten sie eine Minute lang mit jeweils einer Versuchslösung beziehungsweise der Kontrolllösung. Zwischen dem Spülen lagen immer zwei Tage als Auswaschperiode. Nach der Spülung mit den Testlösungen trugen die Freiwilligen die Testplättchen für acht Stunden über Nacht im Mund.

Die Wissenschaftler untersuchten

• die Bakterienmenge, die an den Schmelzplättchen anhaftete, und die Glukanbildung mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie (DAPI),

• adhärente vitale und tote Bakterien mit der Vital-Fluoreszenz-Doppelfärbung (BacLightTM-Methode),

• die Ultrastruktur der Pellikel mit Transmissions-Elektronen-mikroskop (TEM),

• und die Frage, ob sich Zinnionen in den initialen Biofilm integriert haben (energiedispersive Röntgenspektroskopie [EDX]).

In der Kontrollgruppe (Leitungswasser) war über die Hälfte der Schmelzplättchenoberfläche mit einer ersten Bakterienschicht bedeckt, während nach der Zinnfluorid- und Zinnchloridspülung nur einzelne Bakterienzellen und kleinere Aggregate zu finden waren. Der Unterschied war signifikant. Glukane gab es auf allen Schmelzproben, insbesondere rund um die adhärenten Bakterienzellen. Keine der Test-Lösungen hatte einen reduzierenden Effekt auf die Glukanbildung.

Weniger lebende und tote adhärente Bakterien fanden sich nach der Aminfluorid- und der Zinnfluoridspülung, verglichen mit der Kontrolle und der Natriumfluoridgruppe. Signifikant weniger tote Bakterien detektierten die Wissenschaftler nach Zinn- und Aminfluoridspülung verglichen mit der Natriummonofluorphosphat-Spülung.

Die Ultrastruktur der Pellikel wies nach Spülung mit Natriumfluorid und Natriummonofluorphosphat keine signifikanten Unterschiede zur Kontrolle auf. Nach Aminfluorid- und Zinnfluoridspülung waren die Unterschiede zur Kontrolle signifikant. Bei der Aminfluorid-Gruppe war die Pellikelschicht dicker als bei der Kontrolle. Bei der Zinnfluoridgruppe war die Basalschicht der Pellikel dichter (elektronendichter) und wies einzelne Zinn-Präzipitate auf. Beide Spülungen (Amin- und Zinnfluorid) hinterließen eine dickere Pellikel als die anderen Testspülungen. Die Spülung mit Zinnchlorid demineralisierte die oberste Schmelzschicht und nachfolgend infiltrierten Zinnionen die Schmelzoberfläche. Präzipitate von Zinn wurden sichtbar.

Nach der einminütigen Spülung mit Zinnfluorid und -chlorid und der achtstündigen Exposition der Schmelzplättchen im Mund der Freiwilligen konnten die Wissenschaftler Zinnionen in der Pellikel nachweisen.

Die veränderte Zusammensetzung und Dicke der Pellikel nach Spülung mit Zinnfluorid scheint die Anhaftung von Bakterien und die nachfolgende Ausbildung eines Biofilms zu beeinflussen. Eine In-vitro-Studie von Algarni et al. kam ebenfalls zu dieser Erkenntnis [Algarni et al., 2015]. Sie fanden heraus, dass nach einer Zinnfluoridanwendung mehr Proteine in die Pellikel integriert waren. Sie beeinflussen die Ausfällung von Kalziumfluorid(CaF2)-Reaktionsprodukten auf der Zahnoberfläche und erhöhen die Wirksamkeit einer Fluoridbehandlung.

Spülungen mit Zinnfluorid führen offenbar zu einer Retention der Zinnionen innerhalb der Pellikelschicht. Somit dient diese als Reservoir für die antibakteriellen Zinnionen und entsprechend erhöhen sich die antibakteriellen, antiadhärenten Eigenschaften der Pellikel. Beide Lösungen – Zinnfluorid und Zinnchlorid – reduzierten die Anhaftung von Bakterien an der Schmelzoberfläche ohne deutliche Unterschiede zwischen beiden Spülungen. Die antiadhärente Wirkung haben die Zinnionen also unabhängig von der Kombination des Zinnions mit Fluorid oder Chlorid.

Zinnionen haben eine kariostatische Wirkung aufgrund ihrer antimikrobiellen Eigenschaften und ihrer hohen Affinität zu Apatitoberflächen. Die antimikrobiellen Eigenschaften resultieren nach Oppermann und Johansen aus der Hemmung der am Transport beteiligten mikrobiellen Enzyme und des Glukosestoffwechsels in Bakterienzellen [Oppermann und Johansen, 1980]. Darüber hinaus hemmen die Zinnionen die Säureproduktion innerhalb des Biofilms.

Die Verringerung der Anzahl lebender Bakterien innerhalb des Biofilms nach Spülung mit Aminfluorid führte die Gruppe um van der Mei auf die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den positiv geladenen Aminionen und den Oberflächen der anionischen Bakterienzellen zurück [van der Mei, 2008].

Die nach der Spülung mit Zinnchlorid geätzten und mit Zinnionen infiltrierten Bereiche auf der Schmelzoberfläche interpretieren die Autoren der vorliegenden Studie als Demineralisierung der Zahnoberfläche aufgrund des niedrigen pH-Werts der Zinn-Chlorid-Spüllösung (pH-Wert 3,5). Die Infiltrationszonen zeigen eine demineralisierte, geätzte Schmelzoberfläche, die mit proteinhaltigen Strukturen gefüllt ist.

In der Literatur werden diese Bereiche auch als Sub-Surface-Pellicle bezeichnet und Autoren früherer Studien nahmen an, dass sie eine Schutz- beziehungsweise Barrierefunktion haben, wodurch eine weitere Demineralisierung der Schmelzoberfläche vermieden wird [Meckel et al., 1965]. In der vorliegenden Studie waren diese Infiltrationsbereiche nach Spülen mit Aminfluorid [pH-Wert 3,6] nicht nachweisbar, obwohl beide Lösungen ähnliche pH-Werte hatten. Infolgedessen könnten die Fluoridkomponente in Zinnfluorid oder der etwas höhere pH-Wert der Grund sein, dass die Schmelzoberfläche nicht demineralisiert war.

Mundspüllösungen mit Zinn verändern die Pellikel-Ultrastruktur und haben eine antiadhärente Wirkung auf die anfängliche bakterielle Besiedlung. Sie haben ebenso wie reine Aminfluoridlösungen einen signifikanten Einfluss auf die Vitalität von Bakterien. Künftige Studien müssen nun zeigen, ob diese antiadhärenten Wirkmechanismen der Zinnionen auch bei der Verwendung zinnfluoridhaltiger Zahnpasten nachweisbar sind.

Dr. Kerstin Albrecht

Quelle:

Jasmin Kirsch, Matthias Hannig, Pia Winkel, Sabine Basche, Birgit Leis, Norbert Pütz, Anna Kensche & Christian Hannig: Influence of pure fluorides and stannous ions on the initial bacterial colonization in situ, Scientific Reports volume 9, Article number: 18499 Published: 06 December 2019

Algarni, A. A. et al. The impact of stannous, fluoride ions and its combination on enamel pellicle proteome and dental erosion prevention. PloS one 10, e0128196, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128196 (2015)

Kensche A, Kirsch J, Mintert S, Enders F, Pötschke S, Basche S, König B, Hannig C, Hannig M.: Impact of customary fluoride rinsing solutions on the pellicle‘s protective properties and bioadhesion in situ. Sci Rep. 2017 Nov 29; 7(1): 16584. doi: 10.1038/s41598–017–16677–8.

Meckel, A. H. The formation and properties of organic films on teeth. Archives of oral biology 10, 585–598, doi.org/10.1016/0003–9969(65)90004-x (1965)

Oppermann, R. V. & Johansen, J. R. Effect of fluoride and non-fluoride salts of copper, silver and tin on the acidogenicity of dental plaque in vivo. Scandinavian journal of dental research 88, 476–480 (1980)

Tinanoff, N., Brady, J. M. & Gross, A. The effect of NaF and SnF2 mouthrinses on bacterial colonization of tooth enamel: TEM and SEM studies. Caries research 10, 415–426, https://doi.org/10.1159/000260234 (1976)

van der Mei, H. C., Engels, E., de Vries, J. & Busscher, H. J. Effects of amine fluoride on biofilm growth and salivary pellicles. Caries research 42, 19–27, https://doi.org/10.1159/000111746 (2008)