Implantologie allgemein

antimikrobielles Gel, Dekontaminationsverfahren, mikrobiologische Untersuchung, Periimplantitis, Reinigungswirkung

Grundsätzliche Gedanken zum Einsatz eines antimikrobiellen Gels im Rahmen der Therapie einer Periimplantitis

Applikation des antimikrobiellen Gels auf Implantat.
Applikation des antimikrobiellen Gels auf Implantat.

Im Rahmen einer in-vitro-Studie zur Beurteilung einer grundsätzlichen Eignung eines aus der Parodontaltherapie bekannten antimikrobiellen Gels wurde dessen Einsatz im Periimplantitis-Modell erprobt. In einem ersten Schritt wurden Implantate, die vorgängig mit pathogenen Keimen beimpft und anschließend mit dem Gel beschichtet wurden, zunächst rasterelektronenmikroskopisch auf Wirkung des Gels auf die Implantatoberfläche untersucht, sowie die antimikrobielle Wirkung des Gels getestet.

Aufgrund der hierbei gewonnenen Erkenntnisse erfolgte eine zweite Untersuchungsreihe mit Hilfe in Kunststoffkiefern simulierter periimplantärer, kraterförmiger Defekte. Die im simulierten Defekt eingebrachten Implantate wiesen drei freiliegende Schraubenwindungen auf und wurden erneut mit pathogenen Keimen beimpft. Hier folgten nach Applikation des Gels erneut rasterelektronenmikroskopische, aber auch mikrobiologische Untersuchungen. Konnte in Versuchsphase 1 bezüglich der antimikrobiellen Wirkung eine fast vollständige Elimination der auf der Implantatoberfläche befindlichen Bakterien festgestellt werden, so gelang im simulierten Periimplantitis- Modell zwar eine deutliche Reduktion der Bakterien, jedoch konnte keine Dekontamination im eigentlichen Sinne festgestellt werden.

Einleitung

Die in der initialen Phase der oralen Implantologie gefürchteten frühen Komplikationen sind seit geraumer Zeit zum seltenen Phänomen geworden. Gründe für diese erfreuliche Entwicklung sind in wesentlichen Verbesserungen der Implantatoberflächen, verbesserten Insertionstechniken und den neuen Möglichkeiten zur Verbesserung des prospektiven Implantatlagers zu suchen.

Mit der enorm gestiegenen Zahl inserierter Implantate ist aber auch eine signifikante Zunahme an Spätkomplikationen zu verzeichnen [1, 4, 12]. Diese manifestieren sich in der Regel nach vielen Jahren Tragezeit der Suprakonstruktion im Sinne eines periimplantären Knocheneinbruchs am künstlichen Zahnpfeiler [17, 20, 21, 25]. Oftmals vergesellschaftet mit einer insuffizienten bzw. nachlassenden Mundhygiene des Patienten führen diese periimplantären Läsionen unbehandelt zum Verlust des künstlichen Zahnpfeilers und der entsprechenden Suprakonstruktion [5, 11, 13, 14].

Die Erarbeitung von Therapien für die Periimplantitis wird von vielen Autoren als eine der aktuellen wesentlichen Herausforderungen der Implantologie gesehen [15, 18-20, 26]. Unbestritten ist hierbei die Forderung, die vom Knochen entblößten Implantatareale zu reinigen und zu desinfizieren. Im Allgemeinen hat sich für letzteren Schritt der Begriff „Dekontamination“ durchgesetzt [3, 16]. Es werden verschiedenen Verfahren für die Dekontamination als geeignet angegeben [3, 6, 8, 16, 21-24].

Ziel dieser Untersuchung war es, den Einsatz eines antimikrobiellen Gels auf dessen grundsätzliche Eignung zum Einsatz in der Therapie der Periimplantitis im in-vitro Versuch zu testen.

Material und Methodik

Es wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt:

a) Phase I:
Dekontaminationsverfahren an fabrikneuen, sterilen Implantaten, welche mit Bakterien beimpft und anschließend mit dem antimikrobiellen Gel benetzt wurden.

b) Phase II:
Dekontaminationsverfahren an fabrikneuen Implantaten, die in einem Kunststoffkiefer mit simuliertem Knochendefekt gesetzt, anschließend mit Bakterien beimpft und nachfolgend der Konfrontation mit dem antimikrobiellen Gel ausgesetzt wurden.

Phase I: Dekontaminationsverfahren an keimbeimpften Implantaten

Zur Beurteilung einer grundsätzlichen Eignung des Dekontaminationsverfahrens wurden fabrikneue ITI-Implantate (Fa. Straumann, Basel) im Institut Bioscientia für Medizinische Diagnostik (Freiburg) mikrobiologisch bearbeitet und untersucht.

1. Kontamination der Implantate – mikrobiologisches Vorgehen

Die Implantate wurden mit einer Keimsuspension in Kontakt gebracht und beimpft (Übernachtkulturen des MRSA ATCC 33591):

Die Implantate wurden mittels einer sterilen Pinzette in jeweils eine 10 ml Pepton-Hefeextrakt-Bouillon gegeben. Die Röhrchen wurden bei 36 Grad Celsius und 5 – 10 % CO2 für 48 Stunden inkubiert. Nach 48 Stunden Inkubation wurde die Flüssigkeit abgesaugt und das Implantat mit einer sterilen Pinzette zurück in das Ausgangsgefäß überführt und der unmittelbaren Weiterverarbeitung zugeführt.

Es wurden nur die Implantate untersucht, welche ein mittleres Bakterienwachstum aufwiesen, diejenigen mit sehr schwachem und schwachem Wachstum wurden aussortiert. Es wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt. Pro Versuchsreihe wurden je 4 Implantate getestet.

2. Dekontaminationsverfahren an kontaminierten, vollständigen Implantatkörpern

Nach Abschluß der mikrobiologischen Arbeiten wurden 3 von 4 Implantaten mit dem antimikrobiellen Gel im Sinne eines Dekontaminationsverfahrens für 2 Minuten konfrona tiert und direkt danach dem Institut zur mikrobiologischen Untersuchung zugeführt. Ein Implantat diente als Positivkontrolle, hier wurde keine Dekontamination durchgeführt.

Antimikrobielles Gel

Zum Einsatz kam ein antimikrobielles Gel (PERISOLV, Fa. Regedent, CH-Zürich), dessen Einsatz aus der Parodontologie bekannt ist. Dort wird es zur adjuvanten Reinigung und Dekontamination des äußeren Zahnwurzelbereiches und des umliegenden Gewebes eingesetzt [10]. Ferner wird eine aufweichende Wirkung des Gels auf degenerative Gewebe vor der Depuration von Zahnfl eischtaschen in der Literatur beschrieben [9]. Nach Angaben des Herstellers hat das Gel keine Auswirkungen auf gesunde Gewebe [9], hingegen jedoch eine antimikrobielle Wirkung [2, 7].

Zusammensetzung des Gels

Das Gel enthält Aminosäuren (Glutaminsäure, Leucin und Lysin), Carboxymetylcellulose, Titandioxid und ultrareines Wasser und weist einen pH-Wert unter 10 auf. Die transparente Flüssigkeit (wird unmittelbar vor der Anwendung beigemischt) ist eine 0,95 % Natriumhypochloritlösung. Dabei entstehen aus dem Hypochlorit sowie den Aminosäuren kurzlebige sogenannte Chloramine (NCA) als aktive Substanzklasse. Diese Substanzen sind Bestandteil der körpereigenen Immunabwehr [9].

Zubereitung des Gels

Eine Lagerung des Sets (Gel und Flüssigkeit) erfolgte unter Kühlschranktemperaturen. Das Set wurde eine Stunde vor der Anwendung aus dem Kühlschrank genommen und der Inhalt auf Zimmertemperatur gebracht.

  • Abb. 1: Periimplantärer Defekt – Simulationsmodell: In Kunststoffkiefer, die ansonsten für Insertionsübungen verwendet werden, wurden kraterförmige Defekte gesetzt (a-c). In deren Mitte wurden fabrikneue Implantate so eingebracht, dass mindestens drei Gewindegänge frei lagen. Die Implantat-Kunststoffkiefer-Einheiten wurden autoklaviert und dann zur Weiterverarbeitung freigegeben. Für die Anwendungen der Serie II wurden die Kiefer vorgängig in kleinere Implantat-Defektmodell- Kiefereinheiten zerlegt, die besser in die Brutöfen und Nährmedienröhrchen passten (d-e).
  • Abb. 2: Herstellung des antimikrobiellen Gels Perisolv. Das Grundbesteck (a) wird gekoppelt (b) und vermischt (c-d). Danach ist das Gel fertig zur Anwendung (e-f).
  • Abb. 1: Periimplantärer Defekt – Simulationsmodell: In Kunststoffkiefer, die ansonsten für Insertionsübungen verwendet werden, wurden kraterförmige Defekte gesetzt (a-c). In deren Mitte wurden fabrikneue Implantate so eingebracht, dass mindestens drei Gewindegänge frei lagen. Die Implantat-Kunststoffkiefer-Einheiten wurden autoklaviert und dann zur Weiterverarbeitung freigegeben. Für die Anwendungen der Serie II wurden die Kiefer vorgängig in kleinere Implantat-Defektmodell- Kiefereinheiten zerlegt, die besser in die Brutöfen und Nährmedienröhrchen passten (d-e).
  • Abb. 2: Herstellung des antimikrobiellen Gels Perisolv. Das Grundbesteck (a) wird gekoppelt (b) und vermischt (c-d). Danach ist das Gel fertig zur Anwendung (e-f).

Beide Bestandteile (Gel und Flüssigkeit) befanden sich in Spritzen, die miteinander verbunden (verschraubt) wurden. Nun konnte ein Vermischen der Komponenten durch Hinund Herdrücken der Stempel der Spritzen erfolgen, sodass nach 10 bis 15 Mischvorgängen eine gute Durchmischung gewährleistet war. Das angemischte und einsatzfähige Gel wurde in der Transparentspritze mit einer nicht invasiven/ stumpfen Kapillarspitze versehen und auf die Implantate aufgetragen (Abb. 2).

3. Verbringen der Implantate zur mikrobiologischen Untersuchung

Die Implantate wurden direkt nach der Anwendung des Gels in Röhrchen mit einer sterilen Nährfl üssigkeit eingebracht und dem Institut zur mikrobiologischen Untersuchung zugeleitet. Die Proben wurden im Mikrobiologischen Institut mittels klassischer (Platten-)Anzüchtung weiterverarbeitet.

4. Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen der Implantate

Im Institut Straumann wurden ferner einige der dekontaminierten Implantate rasterelektronenmikroskopisch untersucht.

Ergebnisse der Phase 1 – Dekontaminationsverfahren an den vollen Implantatkörpern

Rasterelektronenmikroskopische Untersuchung

Der „Bakterienrasen“ auf den Implantaten war dort, wo das Perisolv aufgetragen worden war, an einigen Stellen unterbrochen bzw. aufgelöst bis entfernt.

An den darunterliegenden, vom Bakterienrasen befreiten Stellen, war eine intakte, unveränderte Implantatstruktur festzustellen.

Auch an Implantaten, die lediglich mit Perisolv konfrontiert wurden, aber vorgängig nicht beimpft worden sind, wurde durch das Gel keine Veränderung der Implantatoberfläche festgestellt.

Zusammenfassend ergaben die Auswertung der REMBilder das Fehlen einer Veränderung der Implantatoberfläche durch das Gel und die teilweise Auflösung des beimpften Keimbelags.

  • Abb. 3: Phase I: Fabrikneue, sterile Straumann-Implantate wurden für die Untersuchung eingesetzt. Die Implantate, die für die REM-Auswertung vorgesehen waren, wurden zunächst in den Original-Haltern belassen, die MRSA-Keimsuspension in eine sterile Einwegspritze aufgezogen (a) und auf das Implantat im Originalbehältnis (b-c) aufgebracht. Im Anschluss daran erfolgte der sofortige Transport zur REM-Untersuchung. Die Implantate, die für die mikrobiologische Untersuchung vorgesehen waren, wurden den Behältnissen entnommen und direkt in die MRSA-Keimsuspension (d-e) eingebracht. Nach einer einminütigen Beimpfungszeit wurden die Implantate entnommen und mit der Perisolv-Flüssigkeit beschichtet (f-g). Nach der vom Hersteller vorgegebenen Einwirkzeit wurden die Implantate in die bereitgestellte Röhrchen mit dem Nährmedium (h) eingebracht und der mikrobiologischen Untersuchung zugeleitet.
  • Abb. 4: REM-Aufnahmen: Fabrikneue, sterile Straumann-Implantate wurden mit einer Keimsuspension beimpft und bebrütet. Die Aufnahme (a) zeigt den Bakterienrasen auf einem solchermaßen verarbeiteten Implantat. Nach der Perisolv-Applikation zeigt sich an vielen Stellen des Implantates ein abgelöster Keimbelag, die Implantatoberfläche ist quasi vom Bakterienrasen befreit (b-c). An diesen „freigelegten Stellen“ ist die Implantatstruktur unverändert, das aufgebrachte Perisolv hat also nicht zu einer Veränderung der Implantoberfläche per se geführt.
  • Abb. 3: Phase I: Fabrikneue, sterile Straumann-Implantate wurden für die Untersuchung eingesetzt. Die Implantate, die für die REM-Auswertung vorgesehen waren, wurden zunächst in den Original-Haltern belassen, die MRSA-Keimsuspension in eine sterile Einwegspritze aufgezogen (a) und auf das Implantat im Originalbehältnis (b-c) aufgebracht. Im Anschluss daran erfolgte der sofortige Transport zur REM-Untersuchung. Die Implantate, die für die mikrobiologische Untersuchung vorgesehen waren, wurden den Behältnissen entnommen und direkt in die MRSA-Keimsuspension (d-e) eingebracht. Nach einer einminütigen Beimpfungszeit wurden die Implantate entnommen und mit der Perisolv-Flüssigkeit beschichtet (f-g). Nach der vom Hersteller vorgegebenen Einwirkzeit wurden die Implantate in die bereitgestellte Röhrchen mit dem Nährmedium (h) eingebracht und der mikrobiologischen Untersuchung zugeleitet.
  • Abb. 4: REM-Aufnahmen: Fabrikneue, sterile Straumann-Implantate wurden mit einer Keimsuspension beimpft und bebrütet. Die Aufnahme (a) zeigt den Bakterienrasen auf einem solchermaßen verarbeiteten Implantat. Nach der Perisolv-Applikation zeigt sich an vielen Stellen des Implantates ein abgelöster Keimbelag, die Implantatoberfläche ist quasi vom Bakterienrasen befreit (b-c). An diesen „freigelegten Stellen“ ist die Implantatstruktur unverändert, das aufgebrachte Perisolv hat also nicht zu einer Veränderung der Implantoberfläche per se geführt.

Mikrobiologie

In der Phase I gelang es weitestgehend ein Abtöten der Keime auf den Implantaten zu erzielen, lediglich bei einer Probe der Serie BI wurden MRSA-Keime nachgewiesen.

Fazit der Versuchsreihe 1 – Dekontaminationsverfahren an den vollen Implantatkörpern:

Das zum Einsatz gekommene Gel ist in der Lage eine ausgeprägte Schädigung von pathologischen Keimen, die sich an Implantatoberflächen befinden, zu erzielen, ohne diese Oberfläche in deren Struktur zu verändern.

Phase II: Testung der Wirkung des antimikrobiellen Gels an kontaminierten Implantaten, die in einem Kunststoffkiefer mit simuliertem periimplantärem Stützgewebsdefekt eingebracht wurden

Nach der ersten Versuchsphase, die eine grundsätzliche Eignung des Gel-Einsatzes prüfen sollte, wurde eine zweite Versuchsphase durchgeführt.

1. Vorbereitung der simulierten periimplantären Defekte

Hier wurden Implantate in Kunststoffkiefer (Fa. Straumann) eingebracht, in welchem zuvor standardisierte Defekte in Form eines kraterförmigen (periimplantären) Defektes angebracht wurden.

In die Mitte dieser Defekte wurden die Implantate in die Kunststoffkiefer eingebracht, so dass die oberen drei Gewindegänge nicht im Kunststoff versenkt wurden.

Solchermaßen wurde eine für eine manifestierte Periimplantitis typische Defektsituation simuliert. Der besseren Weiterverarbeitung wegen wurde der Kiefer auseinandergesägt, so dass kleine Kunststoffkiefer-Implantat-Einheiten entstanden. Diese wurden autoklaviert.

2. Kontamination der Implantate

Im Anschluss wurden die freiliegenden Implantatareale mit einer Keimsuspension kontaminiert und die Keimsuspension wurde auch in den Defekt selbst eingebracht, bis dieser randständig ausgefüllt war.

Es wurden 2 Versuchsreihen durchgeführt. Pro Versuchsreihe wurden je 4 Implantate getestet.

Mikrobiologisches Procedere:

Die MRSA ATCC 33591-Keimsuspension wurde hergestellt und in BHI-Bouillon suspendiert. Die Keimzahl lag ungefähr bei 108-109 Keimen pro ml.

Von den angezüchteten Bakterien wurden jeweils 100 ?l in den Knochenspalt pipettiert. Dies entspricht ca. 107-108 Keimen pro 100 ?l. Die Kunststoffkiefer-Implantat-Einheiten wurden mit der Keimsuspension „Übernachtkulturen des MRSA ATCC 33591 (ATCP Stamm)“ in Kontakt gebracht und beimpft.

3. Dekontaminationsverfahren an simulierten periimplantären Defekten

In 3 von 4 Defekten wurde PERISOLV-Gel in den Knochenspalt appliziert (Details siehe Kapitel „Phase I“). Es erfolgte eine Einwirkzeit des Gels von 2 Minuten. Ein Implantat diente als Positivkontrolle, hier wurde keine Dekontamination durchgeführt

4. Verbringen der Implantate zur mikrobiologischen Untersuchung

Die Implantate wurden anschließend mittels einer sterilen Pinzette in jeweils eine 10 ml BHI-Bouillon (Hirn-Herz-Glucose) gegeben.

Die Kunststoffkiefer-Implantat-Einheiten wurden in einen Anzuchtofen gelegt. Damit die Atmosphäre feucht blieb, wurde ein kleiner Erlenmeyerkolben mit sterilem Aqua dest. in den Topf gestellt. Für 2 Tage wurden die Kiefer aerob bei 36 °C inkubiert.

Nach 2 Tagen Inkubation waren die Knochenspalten von Kieferteil 1 trocken und von den Kiefern 2 bis 6 noch ganz leicht feucht. Die Flüssigkeit aus den Implantatvertiefungen wurde abpipettiert.

Die Implantate wurden direkt nach der Anwendung des Gels in Röhrchen mit einer sterilen Nährflüssigkeit eingebracht und dem Institut Bioscentia zur mikrobiologischen Untersuchung zugeleitet. Die Proben wurden im Mikrobiologischen Institut mittels klassischer (Platten-)Anzüchtung weiterverarbeitet.

Ergebnisse der Phase II:

In der Phase II konnten in 5 von 6 dekontaminierten Kieferspalten als auch in der Kontrolle MRSA-Keime nachgewiesen werden.

  • Ergebnisse der Phase II.
  • Abb. 5: Phase II: Fabrikneue, sterile Straumann-Implantate wurden in simulierte Knochendefekte im Kunststoffkiefer eingebracht. Diese Implantat-Kunststoffkiefer-Einheit wurde autoklaviert und anschließend eine MRSA-Lösung in die simulierten Periimplantitisdefekte eingebracht (a-b). Im Anschluß erfolgte eine Bebrütung in einem speziellen Ofen. Das Ergebnis lieferte einen Keimnachweis „massenhafter“ MRSA-Keime. Zu diesem Zeitpunkt erfolgte die Applikation des Perisolv Gels (c-d). Nach der vom Hersteller vorgegebenen Einwirkzeit wurden die Proben direkt in eine BHI-Bouillon gegeben (e) und die Proben zur weiteren mikrobiologischen Untersuchung weitergeleitet.
  • Ergebnisse der Phase II.
  • Abb. 5: Phase II: Fabrikneue, sterile Straumann-Implantate wurden in simulierte Knochendefekte im Kunststoffkiefer eingebracht. Diese Implantat-Kunststoffkiefer-Einheit wurde autoklaviert und anschließend eine MRSA-Lösung in die simulierten Periimplantitisdefekte eingebracht (a-b). Im Anschluß erfolgte eine Bebrütung in einem speziellen Ofen. Das Ergebnis lieferte einen Keimnachweis „massenhafter“ MRSA-Keime. Zu diesem Zeitpunkt erfolgte die Applikation des Perisolv Gels (c-d). Nach der vom Hersteller vorgegebenen Einwirkzeit wurden die Proben direkt in eine BHI-Bouillon gegeben (e) und die Proben zur weiteren mikrobiologischen Untersuchung weitergeleitet.

Dieses Ergebnis war bei 3 von 5 Kieferspalten massenhaft und bei 2 von 5 deutlich. An einem Implantat ließ sich zudem ein Bacillus Species nachweisen, welcher jedoch als Umweltkontaminant zu betrachten ist.

Anzuchtversuche nach Dekontamination

Kulturell ließen sich nach der Dekontamination und nach einfacher Trockenlegung der Kieferspalten (Kontrolle) vereinzelt Keime anzüchten.

Vorläufiges Fazit

In beiden in-vitro-Studienphasen erzielten die Applikation eines antimikrobiellen Gels zufriedenstellende Dekontaminationsergebnisse aus mikrobiologischer Sicht im Vergleich mit anderen Dekontaminationsverfahren. Es war bei allen Proben eine signifikante Senkung der Keimzahl zu beobachten ? eine Keimelimination indes konnte lediglich in der ersten, nicht jedoch in der zweiten der beiden Studienphasen erzielt werden.

REM-Bilder der Implantate, die dem beschriebenen Procedere unterzogen wurden, zeigten, dass das antimikrobielle Gel keine Veränderung an der Implantatoberfläche erzielt und eine gewisse Potenz zur Auflösung eines (aufgeimpften) Bakterienrasens aufweist.

Einschränkend auf die Wertung der Ergebnisse muss deutlich festgestellt werden, dass es sich hier um reine invitro Ergebnisse im nicht-menschlichen Milieu und ohne echte entzündliche Komponente handelt. Somit können unsere Ergebnisse über die grundsätzliche Eignung des vorgestellten Verfahrens als erster Ansatz gewertet werden, keinesfalls kann jedoch eine Aussage bezüglich der definitiven Dekontaminationswirksamkeit der getesteten Verfahren getroffen werden.

Danksagung

Wir danken in besonderem Maße Herrn Dr. Brodner (Institut Bioscentia, Freiburg) und dem Institut Straumann (CH-Basel) für die wertvolle Unterstützung bei der Mikrobiologischen Testphase und bei der Erstellung der rasterelektronischen Bilder.

Der Straumann Deutschland GmbH danken wir für die Zurverfügungstellung der Kunststoffkiefer und der Implantate. Ohne deren aufwändige und wertvolle Arbeit wäre die vorliegende Studie nicht möglich gewesen.


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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Georg Bach - ZTM Christian Müller

Bilder soweit nicht anders deklariert: Dr. Georg Bach , ZTM Christian Müller


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