Abstract
Poly(milch-co-glykolsäure) oder PLGA ist ein biologisch abbaubares Polymer, das in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen eingesetzt wird. Speziell PLGA-Materialien werden auch für den Dentalbereich in Form von Gerüsten, Filmen, Membranen, Mikropartikeln oder Nanopartikeln entwickelt. PLGA-Membranen wurden mit vielversprechenden Ergebnissen untersucht, entweder allein oder in Kombination mit anderen Materialien in Knochenheilungsverfahren. PLGA-Gerüste wurden zur Regeneration von geschädigtem Gewebe in Verbindung mit einer stammzellenbasierten Therapie eingesetzt. Es gibt stichhaltige Beweise dafür, dass die Entwicklung von PLGA-Mikro- und Nanopartikeln für eine Vielzahl von zahnmedizinischen Bereichen wie Endodontie, Karies, Zahnchirurgie, Zahnimplantate oder Parodontologie von Nutzen sein kann. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die jüngsten Fortschritte bei PLGA-Materialien und ihre potenzielle Verwendung im Dentalbereich zu untersuchen.
1. Einleitung
Poly(milch-co-glykolsäure) oder PLGA ist eines der am erfolgreichsten verwendeten synthetischen biologisch abbaubaren Polymere im medizinischen Bereich, das von der US Food and Drugs Administration und der Europäischen Arzneimittelagentur zugelassen ist. Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit, Flexibilität und minimale Nebenwirkungen sind die Hauptvorteile beim Einsatz dieses Polymers für biomedizinische Anwendungen. Die wichtigsten Synthese- und Abbauprozesse sind in Abbildung 1 dargestellt. In der vorliegenden Arbeit werden die derzeitigen Anwendungen von PLGA in der Zahnmedizin und die Beziehungen zwischen verschiedenen zahnmedizinischen Bereichen wie Endodontie, Parodontologie, Karies, Zahnchirurgie oder Zahnimplantaten und verschiedenen PLGA-Materialien (Membranen, Gerüste, Filme und Nano- oder Mikropartikel) ausführlich beschrieben.
2. PLGA in der Zahnmedizin
PLGA-Materialien erweisen sich als wirksam in einer Vielzahl von zahnmedizinischen Anwendungen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Sie werden auf vielfältige Weise eingesetzt, z. B. bei der Entwicklung von Schrauben zur Knochenfixierung, bei der Behandlung von Parodontoseerregern, bei der Herstellung von Wangenschleimhaut oder bei der direkten Überkappung der Pulpa. PLGA kann bei der Parodontalbehandlung zur besseren lokalen Verabreichung von Antibiotika und zur Verringerung der systemischen Nebenwirkungen der allgemeinen Antibiotikagabe in Form von PLGA-Implantaten, -Platten und -Zahnfilmen verwendet werden. Auch Gelkompositgewebe aus PLGA können zur Knochenregeneration eingesetzt werden, da hochgradig abbaubare PLGA- und SiO(2)-CaO-Gelvliese, die eine Woche lang simulierter Körperflüssigkeit ausgesetzt waren, zur Ablagerung einer Schicht von Apatitkristallen auf ihrer Oberfläche führten. Das granulare Komposit aus mit Gatifloxacin beladenem PLGA und b-Tricalciumphosphat ist ein lokales Verabreichungsmittel für die Behandlung von Osteomyelitis, da das Komposit Gatifloxacin langsam abgeben konnte und in vitro eine ausreichende bakterielle Aktivität gegen Streptococcus milleri und Bacteroides fragilis, die für Osteomyelitis verantwortlichen Mikroorganismen, zeigte. Außerdem konnten GFLX-beladenes PLGA und βTCP nach nur 4-wöchiger Implantation die Entzündung deutlich reduzieren und die Osteokonduktion und Vaskularisierung der behandelten Stellen im Kaninchenunterkiefer unterstützen. Darüber hinaus ist sterilisiertes PLGA-Gerüst ein vielversprechendes Material für die Herstellung von Tissue-Engineered Bukkalschleimhaut. Darüber hinaus können PLGA-Komposite mit Biokeramik für die direkte Überkappung der Pulpa verwendet werden, indem entweder Wachstumsfaktoren in PLGA-Mikropartikel eingearbeitet werden oder indem die Pulpa mechanisch exponierter Zähne direkt mit PLGA-Kompositen überkappt wird. Bei der direkten Überkappung der Pulpa mit PLGA wurde jedoch kein Hartgewebe beobachtet, und es kam zu einer Pulpanekrose, was auf die geringe Haftung von PLGA an der Pulpa zurückzuführen ist, obwohl die Biokompatibilität im Zelltest nachgewiesen wurde. PLGA-Verbundwerkstoffe mit Biokeramik sind also nach wie vor eine bessere Option für die Überkappung der Pulpa als PLGA allein, da sie im Vergleich zu Kalziumhydroxid besser auf das Gewebe reagieren. Die vielversprechenden Ergebnisse der PLGA-Materialien deuten darauf hin, dass weitere Studien erforderlich sind, vor allem in Bezug auf die Abgabe von Substanzen an das Zahngewebe oder die Fähigkeit der PLGA-Komposite, die Pulpa zu überdecken.
3. PLGA-Membranen
Eine Vielzahl polymerer bioresorbierbarer Membranen wird bei Knochenregenerationstechniken verwendet, da sie ein einstufiges Verfahren ermöglichen und so die Beschwerden des Patienten, die Kosten und mögliche chirurgische Komplikationen verringern. Auch bei der Parodontaltherapie wird durch den Einsatz von Membranen eine größere Knochenregeneration erreicht. In Anbetracht dessen wurden PLGA-Membranen mit vielversprechenden Ergebnissen untersucht, entweder allein oder, in jüngerer Zeit, in Kombination mit anderen Materialien. Tabelle 1 zeigt die Vielfalt der Tier- und Humanstudien zu PLGA-Membranen in der Zahnmedizin.
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PLGA-Membranen wurden für die parodontale Regeneration untersucht. Scaling- und Wurzelplanungsverfahren mit anschließender Platzierung von PLGA-Membranen führten zu einem signifikanten klinischen Attachment und Knochenaufbau in Defekten distal der zweiten Molaren des Unterkiefers, während vor kurzem eine bioaktive und resorbierbare PLGA-Membran in Kalvarienbergdefekten zur Verbesserung der Knochenheilung bei Kaninchen verwendet wurde. Die Zugabe verschiedener aktiver Substanzen zu PLGA-Membranen führte zu besseren Ergebnissen. So wurde eine PLGA-Membran, die mit einem Atelokollagen-Gel mit rhBMP-2 beschichtet war, zur Rekonstruktion von Unterkiefertransversalen und -defekten verwendet, und die histologischen Analysen deuten darauf hin, dass die PLGA-Membran allmählich absorbiert und durch faseriges Binde- oder Knochengewebe ersetzt wurde. Darüber hinaus wurden PLGA-gepfropfte Hyaluronsäure-Doppelschichtfolien erfolgreich für die gesteuerte Knochenregeneration bei Ratten getestet, was zu einer 63,1 %igen Deckung des Knochendefekts führte, ohne negative Auswirkungen. Hyaluronsäure-PLGA wurde in Form von 150 nm großen Nanopartikeln synthetisiert und anschließend in einen HA-PLGA-Zweischichtfilm von 33 Mikron eingearbeitet, der innerhalb von 12 Wochen vollständig abgebaut und absorbiert wurde. Auch kombinierte makroporöse bioresorbierbare Membranen für die Knochenheilung wurden aus einer Kombination von Polymilchsäure-co-Glykolsäure-co-ε-Caprolacton (PLGC) hergestellt. In einer 6-monatigen Studie am Unterkiefer von Hunden wurden verschiedene PLGC-Membranen allein oder verstärkt mit Titan verwendet, und alle zeigten mehr Knochen als die Kontrollen, auch wenn die Membranen allein oder zusammen mit autologem Knochen verwendet wurden. In neueren Studien wurden PLGA-Membranen verwendet, die mit Sauerstoffplasma und SiO2-Nanopartikeln behandelt wurden und die in einem kürzlich durchgeführten Experiment an Kaninchenschädeln eine 59%ige Knochenneubildung fördern konnten, viel mehr als PLGA-Membranen allein.
Weitere Studien konzentrierten sich auf das In-vivo-Verhalten verschiedener Membranen wie Kollagen, Polylactid/Polyglycolid-Copolymer und Zitronensäure-Copolymer. Die Ergebnisse zeigen keine statistischen Unterschiede zwischen diesen Membranen. Auch die PGA/PLA-Polyglykol/Polymilchsäure-Copolymer-Membran führte zu relativ ähnlichen Ergebnissen im Vergleich zur Anwendung von Kollagenmembranen. Außerdem wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede festgestellt, wenn anstelle der PLGA-Membranen Bindegewebstransplantate verwendet wurden, was darauf hindeutet, dass bessere Ergebnisse erzielt wurden, wenn der Polymermembran Hydroxylapatit zugesetzt wurde. Eine kürzlich durchgeführte Studie an 40 Patienten kam zu dem Schluss, dass die PLGA-Membran in der Lage war, die Knochenregeneration erfolgreich zu beurteilen, aber die Kontrollgruppe zeigte bessere Ergebnisse bei der Aufrechterhaltung der horizontalen Dicke des regenerierten Knochens und wies weniger Weichteilkomplikationen auf. Insgesamt scheint der Prozess der Zugabe von knochenfördernden Faktoren oder anderen Materialien zu den PLGA-Membranen die Ergebnisse bei der Regeneration von Knochengewebe zu verbessern.
4. PLGA-Gerüste
PLGA-Gerüste werden derzeit als eigenständige Biomaterialien, als Zellträger oder zur Verabreichung von Medikamenten verwendet. Die Forschung in der Medizin profitiert von der Entwicklung der PLGA-Gerüste, die viele potenzielle Anwendungen in Bereichen wie Herzgeweberegeneration, Wundheilung, gesteuerte Knochenregeneration von Knochengewebe, Abgabe von Wachstumsfaktoren und Genen und Kultur von Stammzellen begründen. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Anstrengungen im Bereich des Knochengewebe-Engineerings unternommen, um biologisch abbaubare Gerüste zu entwickeln, die sowohl eine ausgezeichnete Biokompatibilität als auch mechanische Eigenschaften aufweisen, die denen von natürlichem Knochengewebe ähneln. PLGA-Gerüste wurden zur Regeneration von geschädigtem Gewebe eingesetzt, z. B. bei der Knochenbildung oder in der regenerativen Zahnheilkunde in Verbindung mit einer stammzellbasierten Therapie. Tabelle 2 zeigt Studien über die Anwendung von PLGA-Gerüsten in der Knochenheilung und -regeneration. Die Knochenbildung wurde mit PLGA-Trägern erreicht, in die autogenes Knochentransplantat oder verschiedene knochenfördernde Substanzen wie das knochenmorphogenetische Protein-2 BMP-2 oder Simvastatin eingearbeitet wurden. Die in der Zahnimplantattherapie dringend benötigte Augmentation des Alveolarkamms konnte ebenfalls von den PLGA-Materialien profitieren, da atrophische Stellen mit bioresorbierbarem PLGA, Knochenallotransplantat und einem osteoinduktiven Protein wie rhBMP-2 rekonstruiert wurden. Bei Ratten, die nach der Extraktion mit PLGA/PEG1 behandelt wurden, waren die Sockel nach nur 4 Wochen Implantation deutlich größer. Auch PLGA-Gerüste, die mit Simvastatin und SDF-1α beladen waren, förderten die Knochenregeneration in Kalvarienbeindefekten von Mäusen signifikant stärker als Kontrollen. Darüber hinaus zeigte die Zugabe von rekombinanten humanen morphogenetischen Knochenproteinen zu den PLGA-Gelatine-Schwammgerüsten eine signifikant höhere Knochenbildung ohne immunologische oder andere unerwünschte Reaktionen bei der Augmentation des Alveolarkamms bei Hunden .
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Komposit-PLGA/CaP-Gerüste wurden auch in Knochenregenerationsverfahren (allein oder in Kombination mit Osteoblastenzellen ) eingesetzt. Das zweischichtige PLGA/CaP-Biomaterial (Kalziumphosphat) führte bei Furkationsdefekten der Klasse II bei Hunden zu einer stärkeren parodontalen Regeneration als herkömmliche flexible Membranen und zeigte größere Knochenvolumina, Trabekelzahlen und Trabekeldicken. Neben PLGA/CaP haben sich auch andere Komposite wie PLGA/Apatit-Scaffolds und PLGA/β-Tricalciumphosphat-Scaffolds als bioeffektiv für die Knochenbildung erwiesen. Bei parodontalen Defekten von Hunden wurden nach einer Behandlung mit rhGDF-5, das auf Beta-Tricalciumphosphat (Beta-TCP)-Partikel aufgetragen und in ein bioresorbierbares Poly(milch-co-glykolsäure)-Komposit (PLGA) eingetaucht war, deutlich mehr Zement und Knochen gebildet. Außerdem wurden PLGA-Gerüste allein oder in Kombination mit Zellen für die Augmentation der Kieferhöhle verwendet. Die Knochenregeneration wurde durch die Aussaat von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark oder von Stammzellen aus der Zahnpulpa auf ein PLGA-Gerüst erreicht. Außerdem hat sich gezeigt, dass PLGA/Hydroxylapatit-Gerüste die Zellproliferation und Differenzierung von Stammzellen fördern. Auch Knochen wurden regeneriert, indem ein PLGA/Hydroxylapatit-Gerüst mit entdifferenzierten Fettzellen oder ein PLGA-Calciumphosphat-Gerüst mit Stammzellen aus dem Knochenmark besiedelt wurde. Die Zugabe von Knochenmarkstammzellen zu den PLGA-Calciumphosphat-Gerüsten führte zu einer 20-mal stärkeren Knochenbildung als die Gerüste allein.
Polymere Materialien wurden als Gerüste verwendet, um die dentalen Stammzellen mit dem Ziel zu leiten, zahnähnliche Strukturen zu schaffen. PLGA-Materialien wurden für die Regeneration von Dentin oder zur Herstellung dentinähnlicher Strukturen verwendet. Forscher konnten Zahnmarkstammzellen auf PLGA-Gerüsten aussäen und züchten, und diese Gerüste wurden in Kaninchen transplantiert und schienen osteodentinähnliche Strukturen sowie röhrenförmige, zweischichtige Strukturen aus vertikal ausgerichteten, parallelen Röhrchen zu erzeugen, die röhrenförmigem Dentin ähneln. Darüber hinaus entstanden aus PLGA/Tricalciumphosphat mit Zahnknospenzellen dentinähnliche und pulpaähnliche Gewebe. Stammzellen aus dem Zahnmark von Schweinen wurden auf PLGA-Gerüsten ausgesät und in Rattenkanäle von extrahierten Zähnen implantiert, die in frische postextrahierte Alveolen von Mini-Schweinen eingesetzt wurden. Nach 10 Wochen Implantation zeigte die histologische Analyse eine neu gebildete organische Matrix, die sich durchgängig an den Kanalwänden ablagerte, sowie das Vorhandensein einer kontinuierlichen Schicht von polarisierten oder nichtpolarisierten Zellen, die eine säulen- oder spindelförmige Morphologie aufwiesen. Außerdem regenerierten Stromazellen aus dem Fettgewebe auf einem PLGA-Gerüst den Knochen, das parodontale Ligament und die Zementschicht. Tabelle 3 zeigt die wichtigsten Anwendungen von PLGA-Scaffolds in der regenerativen Zahnmedizin.
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Obwohl sie vielversprechende Ergebnisse in einer Vielzahl von Anwendungen zeigen, ist die Biokompatibilität der PLGA-Gerüste umstritten. Die Abbauprodukte von PLGA (Milch- und Glykolsäure) können den pH-Wert in den umgebenden Geweben senken und in vivo Entzündungen oder Fremdkörperreaktionen hervorrufen. Außerdem haben die sauren Abbauprodukte das Potenzial, die Bildung von Apatitkristallen zu hemmen, was vermutlich zu einer mangelhaften Osteointegration führt. Die hydrophoben Eigenschaften der bioresorbierbaren Polyester wirken sich negativ auf ihre Zelladhäsion aus. Um die Entzündung zu verringern und die Biokompatibilität von PLGA zu verbessern, wurden verschiedene Partikel mit vielversprechenden Ergebnissen in die PLGA-Materialien eingearbeitet: Titan-Nanopartikel, Tripolyphosphat-Nanopartikel, demineralisierte Knochenpartikel und Nanoapatitpartikel. Außerdem wurden die PLGA-Gerüste mit Fibronektin funktionalisiert und die PLGA-Fasern mit einer Apatitschicht überzogen. Ein weiteres Problem ist die Tatsache, dass aerobe und anaerobe Mikroorganismen, die aus dem Speichel stammen, deutlich stärker an PLGA haften als an anderen polymeren Gerüsten (PLLA und PLLA-TCP). E. faecalis (ein Bakterium, das bei rezidivierenden endodontischen Infektionen vorkommt) und P. gingivalis (ein Parodontitis-Erreger) zeigten die stärkste Adhäsion an dem PLGA-Gerüst, was die Besorgnis über mögliche Implantat-assoziierte Infektionen verstärkt.
5. PLGA-Mikropartikel
Das Konzept der Verwendung von polymerbasierten Systemen mit verzögerter Wirkstofffreisetzung zur Aufrechterhaltung therapeutischer Wirkstoffkonzentrationen über längere Zeiträume ist seit Jahrzehnten anerkannt. Mikro- und Nanopartikel werden aufgrund ihrer Flexibilität bei der Herstellung und Verwendung gegenüber anderen Methoden bevorzugt. Mehrere medizinische Anwendungen von PLGA-Mikropartikeln umfassen die Verabreichung von Genen, die Krebstherapie und Impfstoffe. PLGA-Mikropartikel wurden erfolgreich in einer Vielzahl von zahnmedizinischen Bereichen untersucht, z. B. in der endodontischen Therapie, der Kariesimpfung, der regenerativen Zahnmedizin, der Zahnchirurgie oder der Parodontologie. Auch Tabelle 4 fasst die wichtigsten Anwendungen der PLGA-Mikropartikel in der Zahnmedizin zusammen.
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In der Endodontie konnten PLGA- und Zein-Mikrosphären Amoxicillin in signifikanter Menge in den Wurzelkanal einbringen und die für eine angemessene endodontische Desinfektion erforderlichen Konzentrationen überwinden. Die Wahl fiel auf Amoxicillin, weil es gegen Enterococcus faecalis wirksam ist, einen Mikroorganismus, der für endodontische Misserfolge verantwortlich ist und gegen Wurzelkanalaufbereitung und intrakanale Verbände am resistentesten ist. Darüber hinaus könnten PLGA-Mikrosphären, die mit rekombinantem Streptococcus mutans glucan-binding protein D (rGbpD) inkorporiert sind, zu einem künftigen Dentalimpfstoff führen, wie eine Studie an immunisierten Ratten zeigt, die mit chitosanbeschichteten PLGA-Mikrosphären behandelt wurden. In PLGA-Mikrosphären eingearbeitete Wachstumsfaktoren induzieren die Bildung von tertiärem Dentin, während mit Thrombin beladene Poly(D,L-Lactid-co-glycolid)-Mikrosphären eine neue biologisch abbaubare hämostatische Vorrichtung bilden. Auch die Parodontologie kann von den kontrollierten Verabreichungseigenschaften von PLGA-Mikropartikeln profitieren. Für die Parodontalbehandlung und -regeneration wurde eine Vielzahl von Substanzen in die PLGA-Träger eingebaut und langsam lokal freigesetzt: Tetracyclin, Doxycyclin oder Chlorhexidin. PLGA-Mikrosphären, die mit Hydroxylapatit und Ofloxacin versetzt sind, wurden als lokales Medikamentenabgabesystem für die Parodontitisbehandlung hergestellt und zeigten gute Ergebnisse gegen S. aureus und E. coli, während PDLLA-PLGA-Mikropartikel, die mit Wachstums- und Differenzierungsfaktoren gefüllt sind, die Osteogenese, die Knochenreifung, die Neuausrichtung der Fasern und die Zementierung des Zahnhalteapparats im Oberkiefer von Ratten beschleunigen konnten. Die meisten Studien über PLGA-Mikropartikel konzentrieren sich auf die Knochenregeneration im Dentalbereich. Die intrazelluläre Verabreichung von Östrogen (ein Sexualsteroid, das die Knochenbildung fördert) mit Hilfe von kationischen PLGA-Mikropartikeln führt zu einer signifikanten Steigerung der osteogenen Differenzierung von mesenchymalen Stromazellen aus dem menschlichen Knochenmark, indem die Expression der osteogenen Differenzierungsmarker ALP und Cbfa-1 nach 1 und 2 Wochen verbessert wird. PLGA-Mikrosphären, die Simvastatin, Wachstumsfaktoren oder Dexamethason enthielten, verstärkten die Knochenbildung signifikant. Auch mit Wachstumsfaktoren beladene PLGA-Mikropartikel wurden zur besseren Osteointegration von Titanimplantaten verwendet, während biphosphonathaltige PLGA-Mikrosphären in Zukunft zur Behandlung der alveolären Knochenresorption eingesetzt werden können. Injizierbare PLGA-Mikrosphären, die Fluvastatin enthalten, wurden entwickelt, um die Osteogenese um Titanimplantate in der Tibia der Ratte zu fördern. Nach einer einzigen Injektion stimulierten die PLGA-Mikrosphären mit Fluvastatin sicher die Knochenbildung um Titanimplantate und verbesserten die mechanischen Eigenschaften des Knochens. Die biomechanische Retention von Implantaten wurde durch die Zugabe von insulinbeladenen PLGA-Mikropartikeln verbessert, wie eine Tierstudie an Typ-I-diabetischen Ratten ergab. Darüber hinaus wurden PLGA-Mikropartikel für eine bessere Osseointegration von Titanimplantaten verwendet, auch bei diabetischen Ratten vom Typ II, da der insulinähnliche Wachstumsfaktor I durch PLGA-Mikropartikel langsam über 30-40 Tage freigesetzt wurde und zu Knochenablagerungen um die Schnittstelle der Titanimplantate führte. Ein Gerüst mit PLGA-Mikropartikeln, die mit einem morphogenetischen Knochenprotein (rhBMP-2) beladen waren, bewirkte eine bessere Osseointegration des Implantats als das gleiche Gerüst mit dem direkt eingekapselten Protein ohne PLGA-Mikropartikel. Die Verwendung von Mikropartikeln warf auch einige praktische Probleme auf. So berichteten einige Autoren bei der Untersuchung der Partikel in der Implantattherapie über den Verlust von PLGA-Medikamenten während der Implantation. Verschiedene Ansätze, wie das Einbringen von mit PLGA-Mikrokugeln vermischtem Blut in das Implantatloch oder die Zugabe von mit PLGA vermischtem Blut auf den Titanimplantaten, führten aufgrund der mechanischen Reibung zu einem erheblichen Verlust von PLGA-Mikropartikeln.
Die Vielzahl der zahnmedizinischen Anwendungen, bei denen PLGA-Partikel eingesetzt werden können, ist ermutigend. Die vielversprechenden Ergebnisse im Bereich der Knochenregeneration und der Parodontologie bedürfen noch weiterer Studien und klinischer Versuche. Insgesamt scheinen Mikropartikel aus Polymilchsäure-Polyglykolsäure ein vielversprechendes Mittel zur kontrollierten Verabreichung in der Zahnbehandlung zu sein.
6. PLGA-Nanopartikel
Mikro- und Nanopartikel werden hauptsächlich als gezielte Arzneimittelverabreichungssysteme mit dem Ziel entwickelt, die mit der Verwendung freier Arzneimittel verbundenen Nebenwirkungen zu minimieren. Zur Beschreibung von Nanopartikeln wurden verschiedene Begriffe verwendet: Nanocarrier, Nanovehikel, Nanosystem, Nanodisk, Nanowurm, Nanostäbchen, Nanoröhrchen, Arzneimittel-Polymer-Konjugate, Arzneimittel-Protein-Konjugate, Liposomen, Polymermizellen, Dendrimere und Arzneimittel-Nanokristalle. Nanopartikel bieten eine Vielzahl von Vorteilen, wie z. B. eine geringere Partikelgröße, die das Eindringen in die Zellen erleichtert, eine höhere Einschlusseffizienz für eine verstärkte Wirkstofffreisetzung, eine geringere minimale Hemmkonzentration und minimale bakterielle Konzentrationen, was bedeutet, dass eine bessere antibakterielle Aktivität mit einer geringeren Menge an Wirkstoff erreicht wird. Im medizinischen Bereich wurden PLGA-Nanopartikel als Genträger entwickelt und auch als Impfstoffträgersysteme oder in der Krebstherapie eingehend untersucht. Gezielte PLGA-Nanopartikel, nicht aber Mikropartikel, liefern spezifisch Antigene an menschliche dendritische Zellen.
Nanopartikel aus PLGA können für eine Vielzahl von Anwendungen in der Zahnmedizin verwendet werden, wie in Tabelle 5 dargestellt. Mit Minocyclin beladene PLGA-Nanopartikel zeigten eine bessere antibakterielle Aktivität als die Verwendung von freiem Minocyclin und können ein potenzielles Trägersystem für den Transport von Antibiotika zu parodontalen Geweben darstellen. Die Hemmzone von mit Minocyclin beladenen Nanopartikeln (9,2 mm) war größer als die von freiem Minocyclin (3,5 mm) gegen Aggregatibacter actinomycetemcomitans, den wichtigsten Erreger von Parodontalinfektionen. Darüber hinaus zeigten mit Methylenblau beladene PLGA-Nanopartikel eine stärkere photodynamische Wirkung als freies MB und töteten den Biofilm von E. faecalis (ein Mikroorganismus, der bei endodontischen Misserfolgen auftritt) in experimentell infizierten Wurzelkanälen menschlicher extrahierter Zähne um etwa eine Größenordnung ab. Auch mit Methylenblau beladene PLGA-Nanopartikel zeigten eine größere photodynamische Wirkung als freies MB in Suspensionen menschlicher Zahnplaquebakterien sowie in Biofilmen, die von 14 Patienten mit chronischer Parodontitis gesammelt wurden. So könnten PLGA-Nanopartikel, die mit einem Methylenblau-Photosensibilisator beladen sind, bei endodontischen Infektionen sowie bei der Verringerung der Bakterien im menschlichen Zahnbelag von Patienten mit chronischer Parodontitis eingesetzt werden. Darüber hinaus tragen PLGA-Nanopartikel wesentlich zur Verbesserung der Knochenregenerationstechniken bei, indem sie Wachstums- und Differenzierungsfaktoren mit vielversprechenden Ergebnissen liefern. Die Verabreichung von PLGA-Nanopartikeln, die mit knochenmorphogenetischem Protein-2 beladen sind, an mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark führte in vivo zu einer weitaus umfangreicheren Knochenbildung als die Implantation von Nanopartikeln, die nur mit BMP-2 beladen waren, oder von osteogen differenzierten Stammzellen. Außerdem wurden PLGA-Nanopartikel, die Simvastatin enthielten, verwendet, um die Osteogenese von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark zu verstärken, die für die Knochenregeneration weiter verwendet werden können. PLGA-Nanopartikel mit Wachstumsfaktoren wurden auch erfolgreich in der Implantattherapie eingesetzt, um die Knochenbildung neben der Oberfläche eines in den Knochen eingesetzten Zahnimplantats zu stimulieren. Die histomorphometrische Analyse ergab einen durchschnittlichen Knochen-Implantat-Kontakt von 44 % nach nur 12 Wochen Implantation in Kaninchen-Schienbeinen. Die in diesen Studien erzielten Ergebnisse sind vielversprechend, aber es sind weitere Experimente erforderlich, um die Auswirkungen der Anwendung von PLGA-Nanopartikeln bei Zahnbehandlungen zu testen.
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7. Einschränkungen von PLGA
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass PLGA-Membranen bis heute kontroverse Ergebnisse aufweisen, wenn sie allein in der Knochenregenerationstherapie eingesetzt werden. Einige Autoren weisen darauf hin, dass PLGA nur begrenzte positive Auswirkungen auf die Knochen- und Parodontalregeneration hat. Außerdem scheinen orale Mikroorganismen (wie S. mutans, E. faecalis, P. nigrescens, P. gingivalis, S. sanguis und C. albicans) in vitro gut an den PLGA-Gerüsten zu haften, was zu bakteriell bedingten Infektionen in vivo führen könnte. Die Forschung sollte intensiviert und erweitert werden, um die praktischen Probleme bei der Handhabung der PLGA-Mikropartikel zu überwinden. Wir müssen auch die unzureichenden Daten über PLGA-Nanopartikel im zahnmedizinischen Bereich berücksichtigen.
8. Schlussfolgerungen
Aufgrund ihrer Biokompatibilität wurden PLGA-Materialien in fast allen zahnmedizinischen Bereichen, von der Endodontie bis zur Parodontologie und Implantologie, erfolgreich untersucht. Die vielversprechenden Ergebnisse der In-vitro- und In-vivo-Experimente legen nahe, dass weitere Studien zu PLGA-Anwendungen in der zahnmedizinischen Forschung durchgeführt werden sollten.
Interessenkonflikt
Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt im Zusammenhang mit der Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.
Anerkennungen
Bogdan Calenic erkennt an, dass diese Arbeit teilweise durch das Sectorial Operational Programme Human Resources Development (SOPHRD) unterstützt wurde, das vom Europäischen Sozialfonds und der rumänischen Regierung unter der Vertragsnummer. POSDRU 141531. Daniela Miricescu bedankt sich für das Young Scientist Grant 2014-2016 der Universität für Medizin und Pharmazie Carol Davila, Bukarest, Rumänien. Maria Justina Roxana Virlan erkennt an, dass diese Arbeit teilweise durch das sektorale operationelle Programm zur Entwicklung von Humanressourcen (SOP HRD) unterstützt wurde, das vom Europäischen Sozialfonds und von der rumänischen Regierung unter der Vertragsnummer SOP HRD/159/1.5/S/135760.