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Main Title: Charakterisierung von subgingivalen Biofilmen von Patienten mit aggressiver Parodontitis vermittels der Rasterelektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und konfokaler Laser Scanning Mikroskopie
Translated Title: Characterization of subgingival biofilms in patients with aggressive periodontitis by means of scanning electron microscopy, transmissions electron microscopy and confocal laser scanning microscopy.
Author(s): Schaudinn, Christoph
Advisor(s): Szewzyk, Urich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Parodontitis ist eine durch bakteriellen Biofilm und der körpereigenen Immunantwort verursachte entzündliche Erkrankung des Zahnhalteapparates, die zu einem irreversiblen Verlust desselben führen kann und neben der Karies als häufigste Infektionskrankheit in der westlichen Welt angesehen wird. Um den parodontalen Biofilm zerstörungsfrei untersuchen zu können, wurden zu diesem Zweck konstruierte Biofilm- Carrier in Parodontaltaschen von Patienten mit aggressiver Parodontitis eingesetzt. Die auf diesen Carriern gebildeten Biofilme wurden nachfolgend mit elektronenmikroskopischen Methoden und dem konfokalen Laser Scanning Mikroskop dokumentiert. Als Pioniere bei der Besiedlung der Carrieroberflächen wurden vor allem begeißelte Stäbchen, Treponemen und Matrix- bildende Bakterien gefunden. An diesen adhärierten dann weitere Bakterien, so dass sich kleine, einschichtige Mikrokolonien bildeten, die sich flächenmäßig immer weiter ausdehnten. Großflächige Kolonien wuchsen schließlich an ihren Rändern in einander über, so dass schließlich ein zusammenhängender Biofilm entstand. Bemerkenswert war die Häufigkeit, mit der begeißelte Stäbchen im subgingivalen Biofilm gefunden wurden, wobei sie stets mit ihren Geißeln an anderen Bakterien adhärierten. Das Erscheinungsbild der exopolymeren Matrix (EPS) wies eine ungeahnte Vielfalt auf. Dies zeigte sich besonders in der charakteristischen Gestalt und Musterung der EPS- Kapseln auf den transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahmen. Auch bei Co-Aggregationsereignissen spielte EPS eine wichtige Rolle. Hierbei bildete die EPS das „Klebematerial“ zwischen den Co-Aggregationspartnern, durch das die Bakterienzellen in enger Nachbarschaft gehalten wurden. Ein anderer Aspekt von Co-Aggregationen konnte bei der Dokumentation der Entwicklung von sogenannten “Maiskolben” gezeigt werden. Im Endstadium dieser Entwicklungssequenz existierte das zentrale Langstäbchen nur noch als leerer Zelltorso, während alle umgebenen Bakterien deutlich Zytoplasmas aufwiesen. Die Auswertung der Biofilme auf den einzelnen Carriern ergab ein sehr heterogenes Bild. Die Bakterienmenge pro Carrier konnte sich trotz gleicher Verweilzeit des Carriers und vergleichbarer klinischer Parameter sehr stark unterscheiden. Dies gilt sogar für unmittelbar benachbarte Parodontaltaschen. Insgesamt wurden nur wenige allgemeingültige Zusammenhänge zwischen dem klinischen Behandlungserfolg und der Menge und Zusammensetzung der mikrobiologischen Gemeinschaft festgestellt. Sechs Monate nach der Behandlung wiesen die Carrier eine zumeist deutlich geringere Gesamtbakterienlast als vor der Behandlung auf, wobei Kokken und pleomorphen Stäbchen einen größeren Anteil am Biofilm ausmachten. Bei dem Versuch klinische Patientendaten und mikrobielle Parameter miteinander in Beziehung zu setzen, ergab sich schließlich eine stark positive Korrelation zwischen der medianen Gesamtbakterienlast pro Carrier und der prozentualen Anzahl von tiefen Parodontaltaschen pro Patient.
Periodontitis is an inflammatory disease of the dental ligament, caused by bacterial biofilm along with the host immune response, which can lead to an irreversible loss of the teeth. Besides caries, periodontitis is regarded as the most frequent infection disease in the western hemisphere. In order to be able to examine periodontal biofilm without disruption, biofilm carriers were constructed and inserted into the periodontal pockets of patients with aggressive periodontitis. The biofilm formed on these carriers were subsequently documented with electron microscopic methods and the confocal laser scanning microscope (cLSM). Flagellated rods, treponemes and EPS-producing bacteria were observed among the first pioneers to colonize the carrier surface. In a second step, other bacteria were found adhering to these pioneers, forming mono-layered colonies. When large macro-colonies began to overlap at their edges, a coherent, multilayered biofilm with regional divergent morphotypes had eventually developed. Noteworthy is the frequency, with which flagellated rods were found in subgingival biofilms. On these occasions, it became evident, that it was typically the flagella, which adhered to other bacteria. The appearance of the exopolymeric substance (EPS) showed an unexpected variety, as reflected in the diameter and characteristic-staining pattern of EPS capsules on transmission electron microscopic (TEM) images. In co-aggregation events EPS played an important role, too. On these occasions, the EPS represented the "glue" between the co-aggregation partners, by means of which the bacterial cells were held in close neighborhood. Another aspect of co-aggregation could be demonstrated in a sequence of images showing the development of so-called “corn-cobs”. In the final stage of the development the central long rod existed only as an empty cell torso, while all surrounding bacteria showed normal cytoplasm content. The evaluation of subgingival biofilm on their carriers proved a very heterogeneous picture. Even though the same morphotypes were usually found throughout the periodontal sites of one and the same patient, their proportional shares could vary considerably. This observation was even valid for adjacent periodontal sites. All together, only few universal rules could be established between the post-treatment success and the development of the microbiological community in terms of amount and composition. Six months after the initial periodontal treatment the carrier exhibited generally a noticeably lower total bacterial load; and coccus-like and pleomorphic rods were found more often. The attempt to compare clinical data with the respective microbial parameters resulted in a strong positive Spearman- correlation between the median total bacterial load per carrier and the proportional number of deep periodontal sites per patient.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-25338
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2661
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2364
Exam Date: 22-Sep-2009
Issue Date: 5-Feb-2010
Date Available: 5-Feb-2010
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Biofilm
Elektronenmikroskopie
Parodontitis
Biofilm
Electron microscopy
Periodontitis
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