SitemapImpressumDatenschutzerklärungdeutschenglish
MHH Logo

Forschungsbericht 2007

Oxidative Schäden durch zahnärztliche Kunststoffbestandteile an oralen Zellen

Volk J, Leyhausen G, Geurtsen W

 

Alle zahnärztlichen Kunststoffe geben auch nach einer bestmöglichen Polymerisierung organische Inhaltsstoffe ab, welche zunächst in der Mundhöhle freigesetzt werden. Sie wirken lokal auf die dort vorhandenen Zellen ein. Die Fragestellung unseres ersten Teils des Forschungsprojekts ist: Welchen Einfluß hat die durch den Photoinitiator Campherchinon (CQ) induzierte intrazelluläre Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies („reactive oxygen species“, ROS) auf zentrale Stoffwechselleistungen von oralen primären humanen Fibroblasten? CQ ist einer der am meisten verwendeten Photoinitiatoren in zahnärztlichen Adhäsiven und Kompositen, der auch nach der Polymerisation in Eluaten dieser Materialien nachgewiesen wird. Auch ohne Bestrahlung mit Licht induziert CQ in humanen Fibroblasten die Bildung hoher Konzentrationen von ROS. In ersten Experimenten untersuchten wir die Wirkung von CQ (0,05 mM bis 2,5 mM) auf den intrazellulären Glutathiongehalt und auf die Bildung von ROS in humanen Gingiva- (HGF) und Wurzelhautfibroblasten (WHF) mit fluoreszenzspektroskopischen Methoden.

 

Die Ergebnisse zeigten, dass niedrige Konzentrationen von CQ in beiden Zellarten zu einer erhöhten Bildung von ROS beitragen, in der Folge einen massiven Konzentrationsabfall an Glutathion (GSH) bewirken und damit den Oxidationsschutz der Zelle erniedrigen. Die intrazelluläre ROS-Bildung und der intrazelluläre GSH-Abfall korrelierten mit einer erhöhten Zytotozixität von CQ.

 

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde die Wirksamkeit antioxidativer Enzyme (Superoxiddismutase (SOD), Katalase) und antioxidativer nicht-enzymatischer  Agenzien (GSH, N-Acetyl-cystein (NAC)) untersucht, um die Art der durch CQ induzierten ROS näher zu charakterisieren (Abbildungen 1A-C). In Zellen, die mit CQ in Kombination mit den jeweiligen thiolhaltigen Antioxidativa GSH (ohne Abbildung) oder NAC behandelt wurden, konnte eine massive Reduktion der intrazellulären ROS-Bildung im Vergleich zu nur mit CQ behandelten Zellen nachgewiesen werden (Abbildung 1A). Während Katalase die Entstehung von ROS nicht messbar verringerte (Abbildung 1B), zeigte SOD in Kombination mit 2,5 mM CQ einen deutlichen antioxidativen Effekt (Abbildung 1C). Diese Ergebnisse zeigen, dass es sich bei einem Teil der durch CQ induzierten ROS um Superoxidradikale handelt.

Ein weiterer Teil des Forschungsprojekts befasst sich mit der Fragestellung, ob die durch CQ induzierten ROS zu Schäden an der DNA der behandelten Zellen führen können. In einem zellfreien System konnte gezeigt werden, dass durch CQ induzierte Schäden an Plasmid-DNA in Form von Doppelstrangbrüchen auftreten. Die DNA-Spaltungsaktivität von CQ wurde anhand der Konversion von zirkulärer, superhelikaler Plasmid-DNA (supercoiled circular, SC) in relaxierte DNA (nicked circular, NC) untersucht. In darauffolgenden Experimenten konnte mit Hilfe des Comet Assays (single cell gel electrophoresis, SCGE), eine mikroelektrophoretische Methode zur Bestimmung gentoxischer Effekte, nachgewiesen werden, dass bereits 0,05 mM CQ nach 3 Stunden in HGF zu einer signifikanten DNA-Schädigung führt (Abbildung 2). Während dieser 3 Stunden erfolgten gleichzeitig ein schneller, CQ-konzentrationsabhängiger Anstieg der intrazellulären ROS (bei 1,0 mM CQ um 4-fach und bei 2,5 mM CQ um ca. 12-fach  erhöht im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen; Abbildung 1C) und eine Abnahme des reduzierten Glutathions. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Gentoxizität von CQ durch die Bildung von ROS vermittelt wird.

Zusammengefasst zeigen unsere bisherigen Ergebnisse, dass Substanzen aus zahnärztlichen Kunststoffen den Metabolismus (Glutathionhaushalt, reaktive Sauerstoffspezies, Apoptose) beeinträchtigen und Schädigungen der DNA induzieren können. Die Vitalität oraler Zellen kann bereits in sehr geringen Konzentrationen, wie sie in der Mundhöhle auftreten können, negativ beeinflusst werden. Die systemischen Effekte auf intestinale Zellen sind bisher noch wenig untersucht und werden zentraler Bestandteil unserer zukünftigen Forschungsprojekte sein. Einen weiteren Schwerpunkt unserer Untersuchungen bilden die Ursachen, die zur Auslösung von Apoptose und Gentoxizität führen. Die Identifizierung und Aufklärung potentiell pro-apoptotischer und mutagener Wirkmechanismen dieser Materialien liefern u.a. wichtige Daten für die Entwicklung biokompatibler Alternativen zu bereits verwendeten Füllungsmaterialien.  Förderung: DFG

-Abbildungen werden später noch ergänzt-