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·Fachbeitrag ·Kongressbericht

Antimikrobielle Photodynamische Therapie: Die Forschung geht weiter

| Bei der antimikrobiellen Photodynamischen Therapie (aPDT) werden Keime oder Krebszellen mit einem Photosensitizer für eine anschließende Laserbestrahlung empfindlich gemacht. Die Anwendung in der Zahnheilkunde liegt in erster Linie bei der Eradikation von Keimen in Parodontaltaschen und im Wurzelkanal, wobei die Anwendungsmöglichkeiten dieses Therapieverfahrens noch nicht ausgereizt sind. Auf der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft für Grundlagenforschung (AfG) in Mainz wurden Verfahren vorgestellt, mit denen sich die aPDT effektiver gestalten lässt. |

 

Aufgrund der bisher verfügbaren Daten kann die aPDT als viel versprechender adjuvanter Therapieansatz sowohl in der Parodontologie als auch in der Endodontie angesehen werden. Vor allem die Vermeidung möglicher Nebenwirkungen konventioneller Therapieansätze ‒ wie beispielsweise der systemischen Antibiose ‒ lässt die adjunktive aPDT als geeignet erscheinen, bestehende Behandlungskonzepte sinnvoll zu ergänzen.

 

Bakterien, die in dichten Biofilmen ‒ zum Beispiel der Plaque ‒ vorkommen, sind recht widerstandsfähig gegen eine antimikrobielle Therapie. Die photodynamische Therapie wird als eine Alternative zu antimikrobiellen Zusätzen zur Unterbindung subgingivaler Spezies sowie zur Parodontitis-Behandlung vorgeschlagen. Hierbei werden die Bakterien durch einen Farbstoff sensibilisiert und dann Laser- oder Infrarotlichtlicht ausgesetzt.

 

Doch auch unter der photodynamischen Therapie ist die antibakterielle Wirkung gegen Biofilm-Bakterien reduziert ‒ wenn auch nicht in dem Ausmaß, wie es bei der Behandlung mit Antibiotika unter ähnlichen Bedingungen berichtet wird. [1] So tötete in einer amerikanischen Studie die aPDT circa 63 Prozent der kolonisierten Bakterien ab, bei Biofilmen zeigte die aPDT einen viel geringeren Effekt: Hier wurden nur 32 Prozent der Bakterien abgetötet. [2] Ursächlich dafür ist die extrazelluläre Matrix des Biofilms, in die die Bakterien eingebettet sind und die eine Schutzwirkung ausübt.

Licht in den dunklen Kanal

In die extrazelluläre Matrix können chemische Stoffe schwer eindringen, wodurch die Mikroorganismen durch Spüllösungen praktisch nicht angreifbar sind. Ziel muss es deshalb sein, diese extrazelluläre Matrix zu knacken, die aus Zucker, Eiweißen, Fettbausteinen und anderen Biomolekülen besteht und die bis zu mehreren Millimetern dick werden kann. Hier setzt die Forschung an: Zum einen werden verschiedene Photosensitizer getestet, zum anderen experimentiert man mit Substanzen, die den Matrixschleim auflösen oder in ihn eindringen.

 

Der im Moment gebräuchlichste Sensitizer ist Toluidinblau. Eine zusätzliche vorherige Verwendung gewebeauflösender und schmierschicht-entfernender Detergenzien wie zum Beispiel Natriumhypochlorit oder EDTA kann im Wurzelkanal bereits eine bessere Penetration des Farbstoffs in die Dentinkanälchen ermöglichen und somit grampositive und gramnegative Leitkeime gleichermaßen mit der Photodynamischen Therapie inaktivieren. [3]

 

Ein anderer vielversprechender Photosensitizer, der zurzeit erforscht wird, ist das zahnfarbene SAPYR®. Es zeigt eine deutliche antibakterielle Wirkung gegen E. faecalis ‒ sowohl im Mono- als auch im Polyspezies-Biofilm. Zudem bewirkt er ein Ablösen von Bakterien aus dem Biofilm. Hierbei lösen sich nach der photodynamischen Therapie keine lebenden Bakterien ab, berichten Wissenschaftler der Universität Regensburg. [4]

 

An der Universität Jena wird mit Temoporfin (mTHPC) gearbeitet, einem sehr lipophilen Photosensitizer der zweiten Generation. Um die Effizienz der aPDT zu steigern, werden liposomale mTHPC-Träger-Systeme untersucht, die den Farbstoff besser eindringen lassen. [5] Ziel einer aktuellen Studie war es, die antimikrobielle Wirkung von mTHPC, gekoppelt an Liposome (LIP) und sogenannte flexiblere Invasome (INV) auf E. faecalis im infizierten Wurzelkanalsystem zu evaluieren.

 

Nach Inkubation mit LIP und INV (24h) wurde das gesamte Kanalsystem mit Laserlicht bestrahlt (652nm, 100J/cm²). Die photodynamische Behandlung mit LIP und INV hatte eine signifikante antimikrobielle Wirkung bis zu einer Dentintiefe von 600 µm zur Folge und führte unmittelbar an der Wurzelkanalwand zu einer bakteriellen Reduktion von bis zu 3,6 log10-Schritten. Im Vergleich zur CHX-Kontrolle konnte durch die aPDT mit Invasomen eine signifikant höhere bakterielle Suppression nachgewiesen werden. [6] Anhand der vorliegenden Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass sich die photodynamische Behandlung mittels an Liposomen und Invasomen gekoppelten mTHPC zu einer vielversprechenden Methode bei der endodontischen Therapie von hartnäckigen Enterokokken-Infektionen entwickeln könnte.

Anderes Licht, andere Technik

Eine andere Lichtquelle als den roten Diodenlaser nutzen Wissenschaftler der Universität Freiburg: Sie arbeiten mit visuellem Licht und wassergefiltertem Infrarot-A (vis+wIRA). Für den Einsatz von vis+wIRA werden in verschiedenen medizinischen Bereichen (wie zum Beispiel der Wundheilung) ermutigende Ergebnisse berichtet. Ferner wurde ein antimikrobieller Effekt von vis+wIRA in Kombination mit Toluidinblau nachgewiesen.

 

Ziel einer aktuellen Arbeit aus Freiburg war nun die Untersuchung des antimikrobiellen Effekts von vis+wIRA auf die orale initiale Adhäsion und den in situ gebildeten oralen Biofilm mit verschiedenen Sensitizern. Als Photosensitiser wurden hier Toluidinblau (TB), Chlorin E6 (CE6) und Tetrahydroporphyrin-Tetratosylat (THPTS) in einer jeweiligen Konzentration von 100 µg/ml verwendet.

 

Alle Photosensitizer konnten die Anzahl adhärierter Mikroorganismen reduzieren: Im Vergleich zu der Negativkontrolle wurde die initiale Adhäsion um bis zu 3 log10-Stufen reduziert. Die Lebendkeimzahl des reifen oralen Biofilms wurde um 3 bis 4 log10-Stufen durch TB und CE6 reduziert, während THPTS einen geringeren Abtötungseffekt von 1 bis 2 log10-Stufen zeigte. [7]

 

In dieser Arbeit konnte erstmalig gezeigt werden, dass die aPDT mittels vis+wIRA nicht nur gegen den initialen, sondern auch gegen den reifen oralen Biofilm einen hohen antimikrobiellen Effekt aufweist. Weitere Untersuchungen sollen die Effizienz dieser Methode zur Prävention und Therapie von Periimplantitis und Parodontitis nachweisen.

Selbst die Polymerisationslampe kann manche Keime töten

Selbst die Bestrahlung mit sichtbarem Licht einer bestimmten Wellenlänge alleine ‒ ohne Applikation eines Photosensitizers ‒ kann manche Bakterien abtöten. Dies ist möglich, da diese Keime endogene Moleküle wie Porphyrine und Flavine bilden, die als Photosensitizer wirken.

 

So führte eine Lichtdosis von 151 J/cm2 nach Bestrahlung für 120 sec mit der bluephase® C8 in Versuchen der Universität Regensburg zu einer Reduktion des A. actinomycetemcomitans von mehr als 5 log10-Stufen. Es zeigte sich, das bei A. actinomycetemcomitans nach Anregung bei 460 nm Singulettsauerstoff (1 O2) erzeugt wird. Auf andere Keime hat das Licht der Polymerisationslampe aber keinen Einfluss: Blaues Licht zeigte zum Beispiel bei E. coli keinerlei toxischen Effekt.

 

Quellen

  • [1] Photodynamische Therapie: Weniger effektiv gegen Biofilm-Bakterien, Zahnmedizin Report 2010; (2): 7.
  • [2] Fontana C R et al. The antibacterial effect of photodynamic therapy in dental plaque-derived biofilms. J Periodontal Res (2009) 44: 751-759.
  • [3] Cieplik F et al.: Photosensitizer SAPYR: Super Antimicrobial Photodynamic Reduction of Enterococcus faecalis in Mono- and Polyspecies Biofilms. 65. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene & Mikrobiologie und Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Infektiologie, Rostock, 22.-25. September 2013.
  • [4] H-J Nerl: Photodynamische Inaktivierung von Streptococcus mutans, Escherichia coli und Aggregatibacter actinomycetemcomitans unter Verwendung von Photosan. Dissertation, Regensburg, 2011.
  • [5] Fahr A. Terpenhaltige Liposomen zur kutanen Applikation des Photosensibilisators Temporfin. 13. Jahrestagung der Gesellschaft für Dermopharmazie, Heidelberg, 31. März 2009.
  • [6] Dr. Stefan Kranz Endodontische Photodynamische Suppression von Enterococcus faecalis mit mTHPC gekoppelt an Liposome und Invasome. 46. Jahrestagung der AfG, Mainz, 9.-10. Januar 2014.
  • [7] Karygianni L et al. Effizienz der photodynamischen Therapie mittels visuellem Licht und wassergefiltertem Infrarot-A auf den oralen Biofilm. 46. Jahrestagung der AfG, Mainz, 9.-10. Januar 2014.
  • [8] Cieplik et al. Inaktivierung von A. actinomycetemcomitans durch Bestrahlung mit blauem Licht unter Anregung seiner endogenen Photosensitizer. 46. Jahrestagung der AfG, Mainz, 9.-10. Januar 2014.

 

Volltexte

Quelle: Ausgabe 03 / 2014 | Seite 5 | ID 42516922