Untersuchung der Biokompatibilität von 3D-Druckmaterialien zur Herstellung von temporären und definitiven Kronen und Brücken

Woitalka, Sophie (2024): Untersuchung der Biokompatibilität von 3D-Druckmaterialien zur Herstellung von temporären und definitiven Kronen und Brücken: Zytotoxizität, Apoptose und Entzündungsmarker. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Zielsetzung In den letzten Jahren zeichnete sich eine rasante Verbreitung der additiven Fertigung in der Zahnmedizin ab. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines möglichen Einflusses von 3D-druckbaren Materialien auf orale Zellen. Es besteht dabei größtes Interesse, einen Vergleich zu bereits langjährig etablierten Materialien hinsichtlich deren Biokompatibilität herzustellen. Material und Methoden Es wurden neun verschiedene - additiv, CAD/CAM- bzw. konventionell gefertigte - zahnmedizinische direkte und indirekte Restaurationsmaterialien [Tetric Evo Ceram (Ivoclar Vivadent), Tetric CAD (Ivoclar Vivadent), Varseo Smile Crown + (BEGO), NextDent C&B (NextDent), Protemp IV (3M ESPE), Telio CAD (Ivoclar Vivadent), Varseo Smile Temp (BEGO), TEMP Print (GC), P pro Krone und Brücke (Straumann)] Zellkultur-Versuchen an humanen gingivalen Fibroblasten (HGF-1) unterzogen, um deren Biokompatibilität zu detektieren. Von jedem Material wurden kreisrunde Probekörper mit einer Fläche von 162,84 mm² und einer Schichtstärke von 1 mm hergestellt. Zur Herstellung von Eluaten erfolgte ein Einlegen der Plättchen in Medium („DMEM (1X) + GlutaMAX-I“, 10% FBS, 100 U/ml Penicillin und 100 µg/ml Streptomycin) für sieben Tage sowie eine anschließende Probenfiltration mittels eines 0,2 µm Membranfilters (VWR, 2 µm Polyethersulfon Membran). Um den Einfluss der Materialien auf den Zellstoffwechsel zu untersuchen, wurden Assays zur Detektion der Zellviabilität (Colorimetric Cell Viability Kit – WST-8), der Einleitung der Apoptose (Caspase-Glo 3/7-Assay) und des Einflusses auf die Entzündungsregulation (ELISA – Human IL-6-Immunoassay) durchgeführt. Die Studie baut auf insgesamt drei Versuchsdurchläufen auf. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte deskriptiv und mittels nicht-parametrischer Tests (Kruskal-Wallis-Test, Mann-Whitney-U-Test, Signifikanzniveau 0,05). Dabei kam das Programm SPSS (v28, SPSS Inc, Chicago, IL, Vereinigte Staaten von Amerika) zum Einsatz. Ergebnisse Bei dem WST-8-Assay zeigte kein Material eine Reduktion der Zellvitalität um mehr als 30% auf, so dass kein Werkstoff laut DIN EN ISO 10993-5-Norm als zytotoxisch eingestuft wird. Die Zellüberlebensrate nahm hier in folgender Reihenfolge ab: TP (97,42%), P (94,94%), TEL (94,70%), TC (88,90%), VSC (87,52%), VST (86,96%), ND (85,42%), PT (74,24%), TEC (71,56%). Es konnte zwischen keinem Material ein signifikanter Unterschied detektiert werden. Durch das Caspase-Glo 3/7-Assay konnten signifikante Unterschiede mit einer mittleren Effektstärke zwischen dem Material PT (p = 0,018) sowie TEL (p = 0,022) und der Negativkontrolle aufgezeigt werden. Es war dabei folgende abnehmende Caspasenaktivität der untersuchten Materialien festzuhalten: TC, P, TEC, ND, VST, TP, VSC, TEL, PT. Das ELISA - Human IL-6-Immunoassay detektierte signifikante Unterschiede mit einer großen Effektstärke bezüglich der IL-6-Konzentration zwischen TEL und ND (p = 0,011), TEL und TP (p < 0,001), TEC und ND (p = 0,043), TEC und TP (p = 0,002) sowie TC und TP (p = 0,012). Dabei nahm die mittlere IL-6-Konzentration in folgender Reihenfolge ab: 517,07 pg/ml (TP), 407,79 pg/ml (ND), 304,97 pg/ml (VSC), 246,89 pg/ml (P), 224,91 pg/ml (VST), 217,64 pg/ml (PT), 208,85 pg/ml (TC), 187,17 pg/ml (TEC), 173,04 pg/ml (TEL). Schlussfolgerung Die Materialien können laut vorliegender Ergebnisse als biokompatibel eingestuft werden. Im Vergleich zu den bereits auf dem Markt etablierten Materialien wiesen die neuen 3D-Druck-Materialien gleichwertig einzustufende Ergebnisse auf. Lediglich im Hinblick auf die IL-6-Konzentration zeigten die additiven Materialien erhöhte Werte.

Abstract

Objectives In recent years, a rapid spread of additive manufacturing in dentistry has become apparent. The aim of this work is to investigate the possible influence of 3D printable materials on oral cells. It is of great interest to compare the biocompatibility of these materials with those that have been established for many years. Materials and Methods Nine different - additive, CAD/CAM or conventional manufactured - dental direct and indirect restorative materials [Tetric Evo Ceram (Ivoclar Vivadent), Tetric CAD (Ivoclar Vivadent), Varseo Smile Crown + (BEGO), NextDent C&B (NextDent), Protemp IV (3M ESPE), Telio CAD (Ivoclar Vivadent), Varseo Smile Temp (BEGO), TEMP Print (GC), P pro crown and bridge (Straumann)] were subjected to cell culture test on Human Gingival Fibroblasts (HGF-1) to detect their biocompatibility. Circular specimens with an area of 162.84 mm² and a layer thickness of 1 mm were prepared from each material. For the preparation of eluates, the platelets were placed in medium („DMEM (1X) + GlutaMAX-I”, 10% FBS (fetal calf serum), 100 U/ml penicillin and 100 µg/ml streptomycin) for seven days, followed by sample filtration using a 0.2 µm membrane filter (VWR, 2 µm polyethersulfone membrane). To investigate the influence of the materials on cell metabolism, assays were performed to detect cell viability (Colorimetric Cell Viability Kit - WST-8), initiation of apoptosis (Caspase-Glo 3/7-assay) and influence on inflammatory regulation (ELISA - Human IL-6 immunoassay). The study was composed of a total of three experimental runs. Statistical analysis of the results was performed descriptively and by non-parametric tests (Kruskal-Wallis test, Mann-Whitney U test, significance level 0.05). The SPSS program (v28, SPSS Inc, Chicago, IL, United States of America) was used. Results In the WST-8 assay, no material showed a reduction in cell viability of more than 30%, so that no material is classified as cytotoxic according to the DIN EN ISO 10993-5 standard. The cell survival rate decreased here in the following order: TP (97.42%), P (94.94%), TEL (94.70%), TC (88.90%), VSC (87.52%), VST (86.96%), ND (85.42%), PT (74.24%), TEC (71.56%). No significant difference could be shown between any material. The Caspase-Glo 3/7-assay showed significant differences with a mean effect size between the PT (p = 0.018) and TEL (p = 0.022) materials and the negative control. It also proved the following decreasing caspase activity of the tested materials: TC, P, TEC, ND, VST, TP, VSC, TEL, PT. ELISA - Human IL-6 immunoassay detected significant differences with a large effect size regarding IL-6 concentration between TEL and ND (p = 0.011), TEL and TP (p < 0.001), TEC and ND (p = 0.043), TEC and TP (p = 0.002), and TC and TP (p = 0.012). Among them, the mean IL-6 concentration decreased in the following order: 517.07 pg/ml (TP), 407.79 pg/ml (ND), 304.97 pg/ml (VSC), 246.89 pg/ml (P), 224.91 pg/ml (VST), 217.64 pg/ml (PT), 208.85 pg/ml (TC), 187.17 pg/ml (TEC), 173.04 pg/ml (TEL). Conclusion According to the available results, the materials can be considered as biocompatible. Compared to the established materials already on the market, the new 3D printed materials showed results that could be classified as equivalent. Only with regard to the IL-6 concentration did the additive materials show increased values.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 17. Juli 2024
• 1. Bericht­erstatter:in: Huth, Karin