Forschungsbericht 2010 - Medizinische Hochschule Hannover

ZAHN- MUND- UND KIEFERHEILKUNDE
Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie
und Präventive Zahnheilkunde
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Direktor: Prof. Dr. Werner Geurtsen
Tel.: 0511 / 532-4816 • E-Mail: [email protected] • www.mh-hannover.de/269.html
Forschungsprofil
Die Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive Zahnheilkunde ist Teil des Zentrums für Zahn-, Mundund Kieferheilkunde. Klinische und wissenschaftliche Schwerpunkte sind die Kinderzahnheilkunde und Prophylaxe,
die konservierende Zahnheilkunde (Zahnhartsubstanzlehre einschließlich Kariologie und konservierend-restaurative
Zahnheilkunde) die Endodontie, die Parodontologie und (Peri-)Implantologie sowie zellbiologische Untersuchungen
zur Biokompatibilität von zahnärztlichen Füllungsmaterialien und die Stammzellforschung.
Die Klinik für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive Zahnheilkunde verfügt neben einem Zellkultur- und
Molekularbiologielabor über ein Histologielabor sowie ein Rasterelektronenmikroskop als etablierte wissenschaftliche
Forschungseinrichtung. In der Forschungsevaluation an niedersächsischen Hochschulen und Forschungseinrichtungen
2004 wurde die von der Abteilung betriebene Forschung als erstklassig bezeichnet.
Forschungsprojekte
Vergleichende Analyse des osteo/odontogenetischen Differenzierungspotenzials humaner Stammzellen
aus der dentalen Pulpa und der dentalen apikalen Papille in vitro
Mesenchymale Stammzellen sind eine wichtige Quelle für Vorläuferzellen im Hinblick auf „Tissue Engeneering“ und
Regeneration von Geweben. Ihre Kapazität, sich in viele Linien verschiedenster Körperzellen zu differenzieren, eröffnet ein weites Feld für solche Zellen in der Zukunft, u.a. auch deren Verwendung für die regenerative Zelltherapie
in der Zahnheilkunde. Dies setzt allerdings eine genaue Kenntnis und Anwendung derjenigen Stimuli voraus, welche
die Zellen in die gewünschte Richtung differenzieren lassen. Bisher ist es gelungen, Stammzellen aus verschiedenen
(auch adulten) Geweben dentalen Ursprungs, wie z.B. der Pulpa, dem parodontalen Ligament oder aus extrahierten
Milchzähnen zu isolieren. In dem vorliegenden Projekt wurden Stammzellen aus der dentalen apikalen Papille (SCAP)
oder aus der Pulpa (DPSCs) permanenter Zähne isoliert mit dem Ziel, das Differenzierungsvermögen dieser humanen
mesenchymalen Stammzellen näher zu charakterisieren.
Methoden: Die Zellkulturen (DPSCs und SCAP) wurden von Weisheitszähnen (ohne abgeschlossenes Wurzelwachstum) junger, gesunder Spender etabliert, deren Einverständniserklärung schriflich eingeholt wurde [s. Abb. 1a-c].
Die Zellkulturen wurden zunächst angezüchtet [s. Abb. 1d-g und Wachstumskurven] und dann mit Differenzierungsmedien induziert, die Dexamethasone, KH2PO4 und β-Glycerophosphat enthielten. Die anschließende Analyse mit
verschiedenen Stammzellenmarkern wie STRO-1, CD146, CD34 und CD45 wurde per Durchflußzytometrie (FACS) durchgeführt. Weiterhin wurden die induzierten Zellkulturen auf deren Zellmorphologie, Wachstumseigenschaften und auf
mineralisierende Eigenschaften untersucht. Dabei wurde das Mineralisierungspotential durch Bestimmung der alkalischen
Phosphatase und der Bildung von Kalziumphosphat-haltigen Noduli mittels Alizarin Red-Färbung untersucht, wobei letztere Methode auch eine quantitative Auswertung erlaubt. Am Tag 0, 9 und 15 nach Beginn der Stimulierung mit Differenzierungsmedium wurde zusätzlich die Expression typischer Marker für osteogene/odontogene Differenzierung (Dentin SialoForschungsbericht 2010
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Abb. 1: (a, b, c): Weisheitszähne junger, gesunder Spender im Stadium ihrer Wurzelentwicklung wurden zur Etablierung der SCAP
und DPSCs Zellkulturen verwendet. (d, f) SCAP Zellkulturen 3 und 7 Tage nach ihrer enzymatischen Dissoziation und Aussaat. (e,
g) DPSCs Kulturen nach 7 und 14 Tagen (Scale Bar 25μm). Die Wachstumskurven beider Zellarten zeigen ein etwas schnelleres
Wachstum der SCAP-Zellkulturen.
phosphoprotein-DSPP, Bone Sialoprotein-BSP, Osteocalcin-OCN, Alkalische Phosphatase-ALP) durch RT-PCR ausgewertet.
Ergebnisse: Die FACS-Analysen der DPSCs und SCAP Zellkulturen waren für die Marker STRO-1, CD146 und CD34 positiv,
wobei deren prozentualer Anteil von der Stammzellart und dem jeweiligen Spender abhängig waren. Im Gegensatz
dazu waren alle Stammzellkulturen negativ für den hämatopoetischen Marker CD45 (s. Abb. 2).
Abb. 2: Single-Parameter-Histogramme zeigen (je ein repräsentatives Experiment) die Expression der Oberflächenmarker der
mesenchymalen Stammzellen STRO-1, CD146, CD34 und CD45 in DPSCs und SCAP Kulturen. (Rote Linie: Isotypkontrolle, Grüne
Linie: Marker von Interesse)
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Abb. 3: (a, b, c) Repräsentative Darstellung von SCAP (a, b) und DPSCs (c) mittels Phasenkontrastmikroskopie eine Woche nach Beginn
der Induktion der Differenzierung. In den adhärenten Monolayern der Zellen konnten die Migration, Bildung von Aggregaten mit hoher
Dichte (a) längliche 3D-Strukturen (b) oder Kolonie-Cluster (c) beobachtet werden, die auch in den Zellkulturschalen makroskopisch
zu erkennen waren. Abb. 3a-c zeigen die Randbereiche der Kulturplatten. D-f zeigt die AR-S-Färbung im zentralen Teil von SCAP
Kulturen 1 (d), 2 (e) und 3 (f) Wochen nach Induktion der Differenzierung. Die Mineralisierung scheint innerhalb der organisierten
Strukturen eingeleitet zu werden (d), als auch in zufällig verteilten mineralisierten Knötchen auf der ganzen Kulturschale. 3 Wochen
nach Induktion reifen mineralisierte Gewebe (braun) (f), welche den gesamten Monolayer bedecken. In den DPSC Kulturen 1 (g), 2
(h) und 3 (i) Wochen nach Induktion begann die Mineralisierung in den Zentren der zellulären Aggregate (g) und nahm schrittweise
während der nächsten zwei Wochen (h, i) zu. In den nicht induzierten Kontrollen von SCAP (j, k) und DPSC (l) Kulturen konnten
zwar auch organisierte Strukturen beobachtet werden, aber die Mineralisierung war nach 3 Wochen sehr gering und auf ein paar
spontane Knötchen (Maßstab 25 um) beschränkt. AR-S Quantifizierung zur Auswertung des gebildeten mineralisierten Gewebes
in DPSCs und SCAP Kulturen, welche zur Differenzierung mit Osteo / odontogenen Medium für eine Gesamtdauer von 21 Tagen
induziert wurden. Die Daten sind Mittelwerte der gemessenen OD /μg Gesamt-Protein ± SD (n = 6). Der Stern zeigt die statistisch
signifikanten Unterschiede an Mineralisierung der SCAP im Vergleich zu den DPSC Zellkulturen nach 7, 14, und 21 Tagen (p < 0,05).
Beide Stammzelltypen (DPSCs und SCAP) hatten ein sehr aktives Migrations-, Organisations- und Mineralisierungspotenzial und waren in der Lage mineralisierte 3D-Strukturen zu produzieren, die sowohl qualitativ
mikroskopisch als auch quantitativ durch die Farbreaktion mit Alizarin S nachgewiesen werden konnten [s. Abb.
3]. Die Auswertung der RT- PCR zeigte, dass die relevanten Differenzierungsmarker BSP, DSPP, und OC von den
Zellen progressiv exprimiert wurden und innerhalb der mineralisierten Strukturen nachweisbar waren [s. Abb. 4].
Diskussion und Fazit: Diese Daten bestätigen unsere Arbeitshypothese, dass die entsprechenden mineralisierten Strukturen
Eigenschaften von reparativem Dentin bzw. Osteodentin besitzen. Ferner haben die SCAP Zellen ein signifikant höheres
Proliferationsvermögen und Mineralisierungspotenzial im Vergleich zu den DPSCs. Diese Ergebnisse sind für das „zahnmedizinische Tissue Engineering“ von grosser Bedeutung, beispielsweise zur Regeneration von Zähnen und Knochen.
Das vorliegende Forschungsprojekt zeigt, dass verschiedene orale Stammzellentypen das Potenzial für die Züchtung
unterschiedlicher Zahnhart und -weichgewebe besitzen und deswegen bereits mittelfristig am Menschen angewendet
werden können. Um jedoch die Wunschvorstellung einer möglichen Züchtung ganzer Zähne als natürlichen autologen
Ersatz fehlender Zähne in die Realität umzusetzen, besteht noch ein erheblicher Forschungsbedarf.
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Abb. 4: zeigt repräsentative Agarosegele mit RT-PCR-Produkten von DPSCs und SCAP Zellkulturen an den Tagen 0, 9 und 15 nach
Induktion der Differenzierung. In beiden Kulturen zeigt die Basline-Expression dieser Gene (Tag 0) eine zeitabhängige Erhöhung mit
verlängerter Inkubation unter differenzierenden Kulturbedingungen bis hin zum Tag 15. [BSP, Bonesialoprotein (Produkt: 322bp),
OC, Osteocalcin (Produkt: 137bp), DSPP, Dentin sialophosphoprotein (Produkt: 422bp), GAPDH, Glycerinaldehyd-3-PhosphatDehydrogenase (Housekeeping Kontrolle) (Produkt: 226bp)]
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Projektleitung: Leyhausen, G., Volk, J., Geurtsen, W., Bakopoulou, A.; Förderung: BMBF/MHH
Weitere Forschungsprojekte
Verbundprojekt: Marine Naturstoffe II: Biomimetische medizinische und zahnmedizinische Materialien
mit nanoskaliger Struktur
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Projektleitung: Geurtsen, W. (Prof. Dr. med. dent.); Kooperationspartner: Müller, WEG (Prof. Dr. med.), Schröder
(Prof. Dr. med.), Tremel (Prof. Dr. med.); Förderung: BMBF/ MHH
Zahnärztliche Gesundheitsfrühförderung und Langzeitprävention - Kariesprävalenz bei Mutter und
Kind -V. Phase
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Projektleitung: Günay, H. (Prof. Dr. med. dent.), Meyer, K.(Dr. med. dent.), Khorshidi-Böhm, M.
Partnerbehandlung im Rahmen der systematischen Parodontaltherapie
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Projektleitung: Günay, H. (Prof. Dr. med. dent.), Weinspach, K. (ZA), Nicksch, S. (Dr.med.dent.), Staufenbiel, I. (Dr.
med.dent.), Lindau, G.; Arabi, A.
Optische Differenzierung (von Zahnhartsubstanz und Komposit) verschiedener Substanzen bzw.
Strukturen - eine in-vitro-Studie
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Projektleitung: Günay, H.(Prof. Dr. med. dent.), Jacker-Guhr, S. (Dr.med.dent.), Roßnagel, A-M.(ZÄ);
Kooperationspartner: Laserinstitut
Zahnärztliche Gesundheitsfrühförderung für Mütter und Kinder aus sozial benachteiligten Familien
- ein Begleitprojekt von „Pro Kind-Niedersachsen/Bremen
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Projektleitung: Günay, H. (Prof. Dr. med. dent.), Herrmann, P. (ZÄ), Meyer, K. (Dr. med. dent.), Jürgens, I, Dawidowicz, M.
PAR-Zustand und Aufklärung von Diabetikern - Erhebung während eines deutschlandweiten Projektes
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Projektleitung: Günay, H. (Prof. Dr. med. dent.), Papaefthimiou, E., Weinspach, K.(ZA), Staufenbiel, I. (Dr. med. dent.),
Nicksch, S.(Dr. med. dent.)
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Intraoraler hBD-2 und LL-37-Spiegel bei ALL unter HD-MTX
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Projektleitung: Schilke, R. (Dr. med. dent.); Kooperationspartner: Grigull (PD Dr. med. dent.), Bals (Prof. Dr.), Peters,
Wuttke
Wissenstand zu kariesdeterminierenden Parametern bei Kinder- und Zahnärzten
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Projektleitung: Schilke, R. (Dr. med. dent.)
pH-Wertveränderungen von Nährlösungen mit unterschiedlichem Substratangebot durch probiotische
und kariogene Laktobazillen
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Projektleitung: Schilke, R. (Dr. med. dent.); Förderung: DGZ
Klinische Studie von Venus XY in Klasse II-Kavitäten - eine Multicenterstudie
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Projektleitung: Geurtsen, W. (Prof. Dr. med. dent.), Lührs, A.-K. (OÄ Dr. med. dent.); Förderung: Heraeus Kulzer GmbH
Chronische pulpale Neurotoxizität zahnärztlicher Füllungsmaterialien in vivo
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Projektleitung: Volk, J. (Dr. rer. nat.), Lührs, A.-K. (Dr. med. dent.); Förderung: DGZMK
Molecular interactions of dental resins with human oral and intestinal cells
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Projektleitung: Volk, J. (Dr. rer. nat.), Geurtsen, W. (Prof. Dr. med. dent.); Förderung: DFG
Fallbezogene interdisziplinäre Curriculumsentwicklung für die klinische Ausbildung in der Zahnmedizin
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Projektleitung: Rahman, A. (Dr. med. dent.); Förderung: DGZMK
Originalpublikationen
Dimitrouli M, Günay H, Geurtsen W, Lührs AK. Push-out strength
of fiber posts depending on the type of root canal filling and resin
cement. Clin Oral Investig 2011;15(2):273-281
Microvascular response to the subperiosteal implantation of
self-inflating hydrogel expanders. Int J Oral Maxillofac Implants
2010;25(5):979-984
Günay H, Meyer K. Interdisziplinäre Gesundheitsfrühförderung Ein Frühpräventionskonzept für die Verbesserung der Zahn- und
Mundgesundheit von Mutter und Kind. Prävention und Gesundheitsförderung 2010;5(4):326-339
Abstracts
Heuer W, Winkel A, Kohorst P, Lutzke A, Pfaffenroth C, Menzel
H, Bach FW, Volk J, Leyhausen G, Stiesch M. Assessment of the
Cytocompatibility of Poly-(N-hexylvinylpyridinium) Used as an
Antibacterial Implant Coating. Advanced Engineering Materials
2010;12(11):B609-B617
Manolova-Doytchinov, Ekaterina: Retention verschiedener konfektionierter Wurzelstifte in Abhängigkeit vom Befestigungszement und
der Beschaffenheit der Stiftoberfläche.
Lührs AK, Görmann B, Jacker-Guhr S, Geurtsen W. Repairability of
dental siloranes in vitro. Dent Mater 2011;27(2):144-149
Nicksch, Sonja: Effizienz einer interdisziplinären Veranstaltung für
Schwangere zur Zahn- und Mundgesundheit.
Nicksch S, Meyer K, Rahman A, Hillemanns P, Günay H. Effizienz
einer interdisziplinären Veranstaltung für Schwangere zur Zahn- und
Mundgesundheit. Dt Zahnaerztl Z 2010;65(10):562-570
Schaefer W, Rahman A, Bauss O. Pulpavitalität nach kieferorthopädischer Extrusion traumatisierter Oberkieferschneidezähne. DZZ
2010;65(5):254-258
Spanier T, Rahman A, Günay H. Kenntnisstand von Müttern 3-jähriger Kinder über die zahnärztliche Gesundheitsfrühförderung. DZZ
2010;65(10):571-576
von See C, Gellrich NC, Bormann KH, Rahmann A, Rücker M.
Forschungsbericht 2010
2010 wurden 26 Abstracts publiziert.
Promotionen
Reichel, Alexandra: Die Prothetische Bedeutung endodontisch
behandelter Zähne in der zahnärztlichen Praxis.
Wissenschaftspreise
Schilke, Reinhard (Dr. med. dent.): Hypomineralisation on deciduous
and permanent teeth (Vortragspreis der Deutschen Gesellschaft für
Kinderzahnheilkunde).
Schilke, Reinhard (Dr. med. dent.): Kenntnisstand von Zahn- und
Kinderärzten zu oralen Auswirkungen von Kindesvernachlässigung
und -misshandlung (Posterpreis der Deutschen Gesellschaft für
Sozialpädiatrie und Jugendmedizin).
Volk, Joachim (Dr. rer. nat.): Einfluss von TEGDMA und BisEMA
auf den Metabolismus von Parodontal-Ligamentzellen (Poster-
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preis auf der 24. DGZ-Jahrestagung im Rahmen des Deutschen
Zahnärztetages).
Weitere Tätigkeiten in der Forschung
Günay, Hüsamettin (Prof. Dr. med. dent.): Zahnärztliche Gesundheitsfrühförderung für Mütter und Kinder aus sozial benachteiligten Familien: ein Begleitprojekt von „Pro Kind-Niedersachsen
/ Bremen / Sachsen (In Kooperation mit der Stiftung Pro Kind,
Kriminologisches Forschungsinstitut Niedersachsen; Verankerung
des Konzepts der „zahnärztlichen Gesundheitsfrühförderung“ im
Mutterpass und Kinderuntersuchungsheft; Implementierung einer
optischen Methode zur klinischen Differenzierung von Zahnhartsubstanz und zahnfarbenen Füllungsmaterialien (In Kooperation
mit Hannoversches Zentrum für Optische Technologien (HOT) - eine
Forschungsinitiative der Leibniz Universität Hannover und des Laser
Zentrums Hannover).
Geurtsen, Werner (Prof. Dr. med. dent.): Hauptschriftleiter „Deutsche Zahnärztliche Zeitschrift“; Gründungs-Mitschriftleiter der
Zeitschrift „Clinical Oral Investigations“; Editorial Board Mitglied
`Clinical Oral Investigations`; Editorial Board Mitglied `Journal of
Dental Research`.
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