Photodynamische Therapie, Photosan, Parodontitis, Chlorhexidinglukonat, Fibroblasten, humane, ex vivo Gingivageweb (Schwein), photodynamic therapy, Photosan, periodontitis, chlorhexidine gluconat, fibroblasts, human, ex vivo porcine gingival model
Eine weltweite Zunahme von Antibiotikaresistenzen sowie vielseitige Schädigungen des gesunden Gewebes in der Mundhöhle durch den Einsatz von Antiseptika wie Chlorhexidinglukonat als Adjuvans zur mechanischen Therapie in der Behandlung von Parodontitis und Karies erfordern die Entwicklung neuer Therapiekonzepte. Eine mögliche Alternative stellt die photodynamische Inaktivierung parodontopathogener ...
Abstract (German)
Eine weltweite Zunahme von Antibiotikaresistenzen sowie vielseitige Schädigungen des gesunden Gewebes in der Mundhöhle durch den Einsatz von Antiseptika wie Chlorhexidinglukonat als Adjuvans zur mechanischen Therapie in der Behandlung von Parodontitis und Karies erfordern die Entwicklung neuer Therapiekonzepte. Eine mögliche Alternative stellt die photodynamische Inaktivierung parodontopathogener Keime unter Verwendung eines mit Licht angeregten Photosensibilisators dar, ohne dem umliegenden gesunden Gewebe zu schaden. So wurde in der vorliegenden Arbeit sowohl die Toxizität von Photosan auf NHDF-Zellen und ex vivo Gingivagewebe (Schwein) nach Bestrahlung untersucht, als auch Versuche zur Lokalisation und zellulären Aufnahme von Photosan durchgeführt. Mit Photosan wurde bei NHDF-Zellen zunächst mittels Fluoreszenz-mikroskopie eine steigende intrazelluläre Akkumulation des Farbstoffes abhängig von einer zunehmenden Inkubationszeit nachgewiesen, beim ex vivo Gingivagewebe (Schwein) kam es ebenfalls zu einer deutlichen Zunahme der Fluoreszenzsignale, jedoch war eine Penetration des Farbstoffes über das Stratum corneum hinaus nicht festzustellen. Die nachgewiesene Co-Lokalisation von Photosan in NHDF-Zellen mit Lyso-Tracker® Green zeigte nach einer Inkubationszeit von 24 Stunden eine Lokalisation von Photosan in den Lysosomen. Mit Hilfe eines spektroskopischen Nachweisverfahrens konnte gezeigt werden, dass Photosan von NHDF-Zellen in Abhängigkeit der Inkubationszeit aufgenommen wird. Unterschiedliche Konzentrationen (0-100 µg/ml) von Photosan, verschiedene Inkubationszeiten (5 min, 15 min, 90 min) und unterschiedliche Licht-intensitäten (4,8 J/cm², 24 J/cm², 72 J/cm²) wurden benutzt, um die Phototoxizität gegenüber NHDF-Zellen mit dem MTT-Test zu bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass die Phototoxizität von Photosan abhängig von der Konzentration, der Inkubationszeit und der applizierten Lichtintensität ist. Bei 5-minütiger Inkubation und 2-minütiger Bestrahlung (4,8 J/cm², 40 mW/cm²) liegt die Konzentration von Photosan, bei der mehr als 50% der Zellen absterben bei 50 µg/ml, bei 5-minütiger Inkubation und 30-minütiger Bestrahlung (24 J/cm², 40 mW/cm²) bereits bei 0,5 µg/ml Photosan. Bei einer 90-minütigen Inkubation und 30-minütigen Bestrahlung (72 J/cm², 40 mW/cm²) sinkt die Überlebensrate bei Farbstoffkonzentrationen von 0,1 µg/ml auf weniger als 50%. Bei dem mehr angewandten ex vivo Gingiva-Modell (Schwein) konnte exemplarisch gezeigt werden, dass eine kurze Inkubations (5 min, 15 min)-und Bestrahlungsdauer (2 min) geringer Toxizität und eine längere Inkubations (90 min)-und Bestrahlungsdauer (10 min, 30 min) steigender Toxizität zugeordnet werden kann.
Translation of the abstract (English)
The worldwide rise in antibiotic resistance as well as versatile damages of the healthy tissue in the oral cavity by the use of antiseptics such as chlorhexidine gluconate as an additional to the mechanical therapy in the treatment of periodontitis and caries has driven research to the development of new antibacterial strategies. A possible alternative represents photodynamic inactivation of ...
Translation of the abstract (English)
The worldwide rise in antibiotic resistance as well as versatile damages of the healthy tissue in the oral cavity by the use of antiseptics such as chlorhexidine gluconate as an additional to the mechanical therapy in the treatment of periodontitis and caries has driven research to the development of new antibacterial strategies. A possible alternative represents photodynamic inactivation of periodontopathogenic bacteria using a photosensibilisator activated by visible light to kill pathogens without harming the surrounding healthy tissue. In this study the toxicity of Photosan as a new photosensitizer was examined after illumination using NHDF-cells and ex vivo porcine gingival, and the localization and cellular uptake of Photosan were investigated. Firstly by means of fluorescence microscopy a rising intracellular accumulation of Photosan was proven in the NHDF-cells dependent on an increasing incubation time. Using the ex vivo porcine gingival model there was likewise an explicit increase of the fluorescence signals, however there was no penetration of the photosensibilisator beyond the Stratum corneum. Colocalization of Photosan in NHDF-cells with Lyso Tracker® Green showed a localization of Photosan into the lysosomes after an incubation period of 24 hours. Further spectroscopic experiments demonstrated that Photosan was taken up by NHDF-cells depending on the incubation time. Different concentrations (0-100 µg/ml) of Photosan, different incubation times (5 min, 15 min, 90 min) and different light intensities (4.8 J/cm², 24 J/cm², 72 J/cm²) were used to determine the phototoxicity against NHDF-cells using the MTT assay. The results of the present study demonstrated that the phototoxicity of Photosan depends on the concentration, the incubation time and the applied total light intensity. After incubation for 5 min and illumination for 2 min (4.8 J/cm², 40 mW/cm²) the concentration of Photosan, which kills more than 50% of the cells is 50 µg/ml, after incubation for 5 min and illumination for 30 min (24 J/cm², 40 mW/cm²) it is already 0,5 µg/ml Photosan. An incubation for 90 min and illumination for 30 min (72 J/cm², 40 mW/cm²) causes a significant decrease in viability, so concentrations of 0,1 µg/ml kill more than 50% of the NHDF-cells. Using the more realistic ex vivo porcine gingival model it could be shown that a short incubation (5 min, 15 min) and illumination (2 min) reveals a lower toxicity, whereas a longer incubation (90 min) and illumination (10 min, 30 min) causes a rising toxicity.
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