Influence of thermocycling and coffee immersion on surface roughness and bacterial adherence of additively manufactured permanent resin based materials

Die klebrige Angelegenheit: Warum Ihre Zahnkrone ein Bakterienhotel sein könnte

Stellen Sie sich vor, Ihr Mund ist eine belebte, chaotische Stadt. Er ist warm, feucht und die Temperatur ändert sich ständig, wenn Sie an heißem Kaffee nippen oder in ein Eis beißen. In dieser Stadt suchen winzige mikroskopische Mieter – Bakterien – ständig nach einem Platz zum Verweilen. Einige dieser Mieter sind Unruhestifter; sie lieben es, an Oberflächen zu haften, unordentliche Nachbarschaften namens Biofilme aufzubauen und Karies zu verursachen. Lange Zeit haben Zahnärzte diese „Gebäude“ (Kronen und Brücken) aus massiven Materialblöcken geschnitzt, aber heute verwenden sie immer häufiger 3D-Drucker, um sie Schicht für Schicht aufzubauen, wie beim Stapeln von Pfannkuchen.

Doch nur weil ein Gebäude 3D-gedruckt ist, bedeutet das noch lange nicht, dass es perfekt ist. Im Laufe der Zeit kann die Hitze eines heißen Getränks, gefolgt von der Kälte einer Winterbrise (ein Prozess, den Wissenschaftler Thermocycling nennen), das Material unter Stress setzen und dazu führen, dass es Risse bekommt oder rauer wird. Und wenn Sie Kaffee trinken, kann die dunkle, klebrige Flüssigkeit die Oberfläche verfärben und deren Textur verändern. Die große Frage ist: Verwandelt diese Aufrauhung eine glatte, leicht zu reinigende Krone in eine höckerige, klebrige Falle, an der Bakterien gerne hängen bleiben? Wenn die Oberfläche rauer wird, werden die Bakterien dann glücklicher? Diese Studie taucht genau in dieses Szenario ein und testet drei verschiedene 3D-gedruckte Kronenmaterialien darauf, wie sie sich gegenüber dem täglichen Alltag von heißem Kaffee und Temperaturschwankungen schlagen und wie viele Bakterien beschließen, dort einzuziehen.

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Das Experiment: Ein 3D-gedrucktes Rennen gegen die Zeit und den Kaffee

In dieser Studie ließen Forscher ein hochkarätiges Rennen zwischen drei verschiedenen 3D-gedruckten Resin-Materialien für permanente Zahnkronen antreten: VarseoSmile TriniQ, SprintRay Ceramic Crown Resin und Tera Harz C&B TC-80DP. Sie haben sie nicht nur betrachtet; sie haben sie einem kräftezehrenden Trainingslager unterzogen, das jahrelangen realen Verschleiß in nur einem Monat simuliert.

Zuer Sie erstellten kleine, scheibenförmige Proben aus jedem Material und polierten sie, bis sie so glatt wie eine frisch asphaltierte Straße waren. Dann teilten sie sie in drei Gruppen auf. Die erste Gruppe war das „Kontroll“-Team, das einen Tag lang in warmem Wasser gelassen wurde. Die zweite Gruppe durchlief 10.000 Zyklen des Thermocyclings, was bedeutet, dass sie abwechselnd in eiskaltes Wasser (5 °C) und kochend heißes Wasser (55 °C) getaucht wurden. Dies simuliert den Stress beim Trinken von heißem Kaffee und anschließend kaltem Soda. Die dritte Gruppe erhielt die „Doppelbelastung“: Sie musste sowohl die 10.000 Temperaturzyklen als auch 30 Tage lang in einer starken Tasse Instantkaffee baden.

Nach diesem Qualifikationstest maßen die Forscher zwei Dinge. Zuerlich verwendeten sie ein superpräzises Lasermikroskop, um die Oberflächenrauheit (wie holprig die Straße ist) zu messen. Zweitens führten sie zwei Arten von Bakterien ein: Streptococcus mutans (den berüchtigten Karies verursachenden Unruhestifter) und Streptococcus sanguinis (einen frühen Besiedler, der beim Aufbau des ersten Biofilms hilft). Sie zählten exakt, wie viele Bakterien an jeder Scheibe hafteten.

Die Ergebnisse: Glatt gewinnt, Rau verliert

Die Ergebnisse waren klar und konsistent, wie eine Geschichte mit einem vorhersehbaren, aber wichtigen Ende.

1. Das Rennen um die Rauheit
Die Studie fand heraus, dass das Altern die Oberflächen definitiv unebener machte. Die glattesten Oberflächen waren jene, die gar nicht gealtert waren. Sobald die Materialien die 10.000 Temperaturzyklen durchlaufen hatten, wurden sie rauer. Aber die wahren Champions der Rauheit waren diejenigen, die nach den Hitzestunden im Kaffee gebadet hatten.

• Der Gewinner: Tera Harz C&B TC-80DP blieb selbst nach der Belastung das glatteste der Gruppe. Seine Rauheit (gemessen als Ra) stieg nach dem Kaffee-Bad nur auf 0,11 ± 0,03 µm an.
• Der Verlierer: VarseoSmile TriniQ endete mit der rauesten Oberfläche und erreichte nach der Kaffee-Behandlung 0,18 ± 0,04 µm.
• Das Mittelfeld: SprintRay Ceramic Crown Resin landete in der Mitte mit 0,15 ± 0,03 µm.

Die Forscher stellten fest, dass die Materialien zwar unterschiedlich reagierten, das Muster jedoch für alle gleich war: Hitze machte sie rauer, und das Hinzufügen von Kaffee machte sie noch rauer. Interessanterweise war die Wechselwirkung zwischen dem spezifischen Material und dem Alterungsprozess kein komplexes Rätsel; das Altern machte einfach alles auf ähnliche Weise rauer.

2. Die bakterielle Invasion
Hier wird die Geschichte klebrig. Die Forscher fanden eine direkte Verbindung: Je rauer die Oberfläche, desto mehr Bakterien blieben an ihr hängen. Es ist wie bei einem Klettverschluss; je mehr Haken (Rauheit) man hat, desto mehr Schlaufen (Bakterien) können sich verfangen.

• Der bakterielle König: Streptococcus mutans (das Karies verursachende Bakterium) war wesentlich klebriger als Streptococcus sanguinis. Über alle Materialien und Bedingungen hinweg zeigte S. mutans eine höhere Adhäsion.
• Das Worst-Case-Szenario: Das Material mit der höchsten bakteriellen Adhäsion war VarseoSmile TriniQ nach der Thermocyclierung und dem Eintauchen in Kaffee, mit 4,20 ± 0,28 log₁₀(KBE/mm²).
• Das Best-Case-Szenario: Tera Harz C&B TC-80DP wies die niedrigste bakterielle Adhäsion auf, mit 3,15 ± 0,20 log₁₀(KBE/mm²) für S. mutans zu Beginn, was nach dem Kaffee-Bad auf 3,65 ± 0,24 anstieg.

Die Studie wies die ursprüngliche Vermutung (die Nullhypothese), dass der Materialtyp oder die Alterung keine Rolle spielen würden, ausdrücklich zurück. Die Daten bewiesen das Gegenteil: Sowohl der Typ des Materials als auch das Alterungsprotokoll veränderten die Oberflächenrauheit und die Anzahl der anhaftenden Bakterien signifikant. Die Studie stellte jedoch auch fest, dass die Interaktion zwischen dem Material und der Alterung keine einzigartige, unvorhersehbare Überraschung für ein bestimmtes Paar darstellte; das Altern machte einfach alles schlechter, nur in unterschiedlichem Maße.

Das Fazppit: Glatt ist süß

Diese Studie legt nahe, dass es wichtig ist, wie gut eine 3D-gedruckte permanente Krone verarbeitet ist, wobei das Material ebenfalls eine Rolle spielt. Das Material Tera Harz C&B TC-80DP erwies sich als am widerstandsfähigsten gegen das Rau und Klebrigwerden, während VarseoSmile TriniQ am anfälligsten dafür war, uneben und bakterienanziehend zu werden.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass eine raue Oberfläche (durch Hitze und Kaffee) eher dazu neigt, ein Spielplatz für Bakterien zu werden, insbesondere für das Karies verursachende S. mutans. Obwohl die Zahlen eine starke Verbindung zwischen Rauheit und Klebrigkeit zeigten, erinnerte uns die Studie auch daran, dass es nicht nur um Unebenheiten geht; auch die chemische Zusammensetzung des Materials spielt eine Rolle. Aber für den Moment ist die Botschaft klar: Halten Sie diese 3D-gedruckten Kronen so glatt wie möglich, denn eine glatte Oberfläche ist eine Oberfläche, an der Bakterien nur schwer greifen können.