Einfluss einer experimentellen Mundspüllösung aus der Fragaria vesca auf die bakterielle Biofilm-Bildung auf Zahnschmelz in-situ

Abstract

Background: Oral biofilm is a complex community of microorganisms that colonise the surfaces of the oral cavity and is influenced by factors such as diet and oral hygiene. This biofilm can lead to oral diseases such as caries and periodontitis and has systemic effects on health. Chlorhexidine is a widely used antiseptic to control biofilms, but causing various side effects. There is increasing interest in natural alternates, such as plant extracts, which may also have antimicrobial and anti-adhesive properties on the oral biofilm. Material and Method: Five healthy subjects aged between 22 and 27 years took part in the in-situ study. Enamel specimens were prepared from the lower anterior teeth of cattle, which were attached to individual plastic splints with silicone. The volunteers underwent a total of four tests with three different mouthwash solutions: A negative control (water), a positive control (chlorhexidine) and two trials with the wild strawberry leaf extract. The trials lasted 48.5 h and included two rinsing protocols. The rinsing time was always 60 seconds and took place after 3 min, 12 h, 24 h, 36 h (rinsing protocol 1) and additionally after 48 h (rinsing protocol 2). The test specimens in rinsing protocol 1 were removed after 48 h. In rinsing protocol 2, the samples were removed after 48.5 h. The test specimens were then analysed using fluorescence microscopy, scanning electron microscopy and, in some cases, transmission electron microscopy. Results: On average, the five volunteers showed a biofilm coverage of 35.93 % in rinsing protocol 1 after 48 h and 39.28 % in rinsing protocol 2 after 48.5 h in the negative control with water. When the wild strawberry leaf extract was used, the coverage was in rinsing protocol 1 54.83 % (48 h) and 54.44 % in rinsing protocol 2 (48.5 h). In the replicate extract trial, a biofilm coverage in rinsing protocol 1 of 20.52 % (48 h) and 24.36 % in rinsing protocol 2 (48.5 h) was achieved. The positive control with chlorhexidine resulted in a coverage of 0.11 % in rinsing protocol 1 after 48 h and 0.08 % in rinsing protocol 2 after 48.5 h. With regard to the viability of the biofilm, the average values after the application of water were 60.85 % in rinsing protocol 1 after 48 h and 59.47 % in rinsing protocol 2 after 48.5 h. Rinsing with wild strawberry leaf extract significantly reduced the viability from 48.28 % after 48 h to 26.31 % after 48.5 h. The replicate extract experiment recorded a viability of 33.97 % in rinsing protocol 1 after 48 h and 28.50 % in rinsing protocol 2 after 48.5 h. When CHX was used, viability was 50.83 % in rinsing protocol 1 after 48 h and 49.60 % in rinsing protocol 2 after 48.5 h. The results indicate that the wild strawberry leaf extract significantly reduces the viability of the biofilm, while the coverage remains increased, compared to the negative control and CHX. There were strong individual differences present between the test subjects. Conclusion: The results show that CHX has a consistent anti-adhesive effect and is still considered the gold standard for oral biofilm control, although it is associated with the known side effects. In contrast, wild strawberry leaf extract showed potential for biofilm reduction, but its efficacy varied widely. The antibacterial effect of the extract was demonstrated in all subjects and was particularly evident in the reduction of the viability of the existing biofilm. Further studies are required to optimise the conditions under which the wild strawberry leaf extract can develop a reliable anti-adhesive effect. For the first time, an antimicrobial effect of the extract was demonstrated in a 48-hour test, which makes it a promising mouth rinse that could possibly serve as an alternative to CHX in the future.

Hintergrund: Der orale Biofilm ist eine komplexe Gemeinschaft von Mikroorganismen, die sich auf den Oberflächen der Mundhöhle ansiedelt und durch Faktoren wie die Ernährung und der Mundhygiene beeinflusst wird. Dieser Biofilm kann zu oralen Erkrankungen wie Karies und Parodontitis führen und auch systemische Auswirkungen auf die Gesundheit haben. Chlorhexidin ist ein weit verbreitetes Antiseptikum zur Kontrolle des Biofilms, welches diverse Nebenwirkungen hat. Es gibt ein zunehmendes Interesse an natürlichen Alternativen, wie Pflanzenextrakte, die ebenfalls antimikrobielle und antiadhäsive Eigenschaften auf den oralen Biofilm aufweisen können. Material und Methode: An der in-situ Studie nahmen fünf gesunde Probanden im Alter von 22 bis 27 Jahren teil. Für die Versuche wurden Schmelzprüfkörper aus den unteren Frontzähnen von Rindern hergestellt, die auf individuellen Kunststoff-Trageschienen mit Silikon befestigt wurden. Die Probanden durchliefen insgesamt vier Versuche mit drei verschiedenen Mundspüllösungen: eine Negativkontrolle (Wasser), eine Positivkontrolle (Chlorhexidin) und zwei Versuche mit einem Walderdbeerblatt-Extrakt. Die Versuche gingen über 48,5 h und beinhalteten zwei Spülprotokolle. Die Spülzeit betrug jeweils 60 s und erfolgte nach 3 min, 12 h, 24 h, 36 h (Spülprotokoll 1) und zusätzlich nach 48 h (Spülprotokoll 2). Die Entnahme der Prüfkörper im Spülprotokoll 1 erfolgte nach 48 h. Im Spülprotokoll 2 erfolgte die Entnahme nach 48,5 h. Im Anschluss fand eine Analyse der Prüfkörper mittels Fluoreszenzmikroskopie, Rastelektronenmikroskopie und teilweise mit der Transmissionselektronenmikroskopie statt. Ergebnisse: Im Durchschnitt ergab sich bei den fünf Probanden bei der Negativkontrolle mit Wasser im Spülprotokoll 1 nach 48 h eine Biofilmbedeckung von 35,93 % und im Spülprotokoll 2 nach 48,5 h von 39,28 %. Bei der Anwendung des Walderdbeerblatt-Extrakts betrug die Bedeckung im Spülprotokoll 1 54,83 % (48 h) und im Spülprotokoll 54,44 % (48,5 h). In der zweiten Versuchsrunde, 12 Monate nach der ersten Versuchsrunde, wurde im Spülprotkoll 1 eine Bedeckung von 20,52 % (48 h) und im Spülprotkoll 2 von 24,36% (48,5 h) erreicht. Die Positivkontrolle mit Chlorhexidin führte zu einer Bedeckung von 0,11 % im Spülprotokoll 1 nach 48 h und 0,08 % im Spülprotkoll 2 nach 48,5 h. Hinsichtlich der Viabilität des Biofilms zeigte sich, dass nach der Anwendung von Wasser die Durchschnittsswerte bei 60,85 % im Spülprotkoll 1 und 59,47 % im Spülprotokoll 2 lag. Die Spülung in der ersten Versuchsreihe mit dem Walderdbeerblatt-Extrakt reduzierte die Viabilität nach 48 h (Spülprotkoll 1) deutlich von 48,28 % auf 26,31 % nach 48,5 h (Spülprotkoll 2). Die zweite Versuchsreihe verzeichnete im Spülprotokoll 1 eine Viabilität von 33,97 % nach 48 h und im Spülprotkoll 2 28,50 % nach 48,5 h. Bei der Anwendung von CHX lag die Viabilität im Spülprotkoll 1 bei 50,83 % nach 48 h und im Spülprotkoll 2 bei 49,60 % nach 48,5 h. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Walderdbeerblatt-Extrakt die Viabilität des Biofilms erheblich reduziert, während die Bedeckung im Vergleich zur Negativkontrolle und zu CHX erhöht bleibt. Es zeigten sich starke individuelle Unterschiede bei den Probanden. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass CHX eine konstante antiadhäsive Wirkung aufweist und weiterhin als Goldstandard für die orale Biofilmkontrolle gilt, obwohl es mit den bekannten Nebenwirkungen verbunden ist. Im Gegensatz dazu zeigte der Walderdbeerblatt-Extrakt zwar Potenzial zu Reduktion von Biofilmen, jedoch variierte seine Wirksamkeit stark. Der antibakterielle Effekt des Extrakts konnte bei allen Probanden nachgewiesen werden und zeigte sich besonders deutlich durch die Reduktion der Viabilität des vorhandenen Biofilms. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Bedingungen zu optimieren, unter denen der Walderdbeerblatt-Extrakt eine zuverlässige antiadhäsive Wirkung entfalten kann. Erstmals konnte ein antimikrobieller Effekt des Extrakts im 48 h Versuch gezeigt werden, was ihn als vielversprechende Mundspüllösung erscheinen lässt, die zukünftig möglicherweise als Alternative zu CHX fungieren könnte.