Untersuchungen zur Zytotoxizität von dentalen Füllungsmaterialien am Beispiel von Amalgam und Gallium-alloy

Abstract

Amalgam wird in der Zahnheilkunde schon seit 1819 als Füllungsmaterial eingesetzt. Die prob-lematische Biokompatibilität des Amalgams wurde jedoch nicht oder nur wenig beachtet. Galli-um und Indium wurden in den 1950er Jahren als Ersatz für Quecksilber verwendet und ein Fül-lungswerkstoff, Gallium-alloy, entwickelt, der mit dem konventionellen Amalgam vergleichbar war. Die in vitro Untersuchungen zur Biokompatibilität wurden in den 1990er Jahren in erster Linie an Fibroblasten durchgeführt. Die Versuchsdauer war jedoch meist zu kurz, um klinisch bedeutsame Aussagen treffen zu können.

In der vorliegenden Arbeit wurde das toxische Potential von Amalgam und Gallium-alloy an Zel-len der Organe Leber (Zelllinie Chang-Liver) und Niere (Zelllinie A-498) anhand zellbiologi-scher Testverfahren untersucht. Dabei wurde die toxische Wirkung anhand der Reduktion der Vitalität der Zellen untersucht und bei beiden Füllungsmaterialien miteinander verglichen. Des Weiteren wurde der Zusammenhang zwischen dem pH-Wert des Speichels und der Verweildau-er des Füllungsmaterials im künstlichen Speichel berücksichtigt. Bei der Untersuchung wurden zwei Speichelersatzlösungen, NaCl/Laktat mit einem pH-Wert von 2,3 und Fusayama mit einem pH-Wert von 5,25, verwendet. Die maximale Inkubationsperiode lag bei 56 Tagen. Die toxische Wirkung der beiden Füllungsmaterialien auf die Zelllinien kam aber nur bei den in der Spei-chelersatzlösung NaCl/Laktat inkubierten Probekörpern zustande. Dies war auf die korrosions-bedingte Freisetzung von Füllungsbestandteilen bei einem pH-Wert von 2,3 zurückzuführen. Bei den Zellen beider Zelllinien, die mit den Extrakten von den in der Speichelersatzlösung NaCl/Laktat inkubierten Amalgam und Gallium-alloy Probekörpern behandelt wurden, war ei-ne signifikante Reduktion der Zellvitalität zu beobachten, die bei der geringeren Verdünnung der Extrakte zum Zelltod führte. Im Gegensatz dazu war bei beiden Zellstämmen, die mit den Extrakten der in der Speichelersatzlösung Fusayama inkubierten Amalgam und Gallium-alloy Probekörper behandelt wurden, keine signifikant vitalitätsvermindernde Wirkung der Extrakte festzustellen. Eine höhere Verdünnung verzögerte und verminderte bei beiden Zellstämmen die toxische Wirkung. Eine dosisabhängige Reduktion der Zellvitalität bis hin zum Absterben der Zellen fand dennoch statt. Zusammenfassend zeigte sich, dass bei den Amalgam Probekörpern im Vergleich zu den Gallium-alloy Probekörpern die toxische Wirkung der Extrakte erst verzö-gert und auch vermindert auftrat. Somit besaßen die Amalgam Extrakte eine geringer ausge-prägte Toxizität als die Gallium-alloy Extrakte.

Im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass von Amalgam und Galli-um-alloy eine toxische Wirkung auf A-498 und Chang-Liver Zellen ausgeht. Dabei scheint im Falle des Amalgam vor allem die hohe Konzentration von Kupferionen und beim Gallium-alloy die hohe Konzentration von Galliumionen für diese Wirkung verantwortlich zu sein. Im direkten Vergleich lässt sich eine stärkere toxische Wirkung des Gallium-alloy feststellen, so dass in der hier vorliegenden Untersuchung das Füllungsmaterial Gallium-alloy als Amalgamersatz nicht empfohlen werden kann.

Amalgam has been applied as filling material in dentistry even since 1819. However, the problematic biocompatibility of Amalgam has not or rarely been regarded. In the 1950s Gallium and Indium were used as substitutes for Mercury. At the same time, Gallium-alloy, was developed as a new filling mate-rial and thus comparable to conventional Amalgam. The in vitro investigations on biocompatibility have predominantly been taken on fibroblasts during the 1990s. Still, the test period was mostly too short to make statements of clinical significance.

The present dissertation analyses the toxic potential of Amalgam and Gallium-alloy by applying cell-biological test methods on liver cells (cell line Chang Liver) and kidney cells (cell line A-498). The toxic effect was measured by the reduction of cell vitality. The toxic effect produced by both filling materials was compared. In addition, the coherence between the pH-value of the saliva and the incubation pe-riod of the filling material being embedded in artificial saliva, was considered. Two artificial saliva so-lutions, NaCL/lactat with a pH-value of 2,3 and Fusayama with a pH-value of 5,25, were used for this investigation. The maximum incubation period amounted to 56 days. The toxic effect of both filling materials on the cell lines was only produced by the test objects which were incubated in NaCL/lactat. This fact could be attributed to the release of filling components at a pH-value of 2,3. A significant re-duction of cell vitality could be observed as an impact on the cells of both cell lines which had been treated with extracts of both Amalgam and Gallium-alloy test objects incubated in NaCL/lactat. The reduction of cell vitality lead to cell death using a lower dilution of the extracts. In contrast to this, there was no significant reduction of cell vitality of both cell lines seen which was caused by the ex-tracts incubated in Fusayama. A higher dilution retarded and decreased the toxic effect at both cell lines. A dose-dependant reduction of cell vitality right to cell dying was still caused. Finally, the toxic effect of the Amalgam test objects compared to the Gallium-alloy test objects appeared to be first re-tarded and then reduced. In consequence, the Amalgam extracts disposed of a lower cell toxicity than the Gallium-alloy extracts.

In the context of this dissertation it could demonstrated that there is a remarkable toxic effect on A-498 cells and Chang liver cells caused both by Amalgam and Gallium-alloy. In case of Amalgam, espe-cially the high concentration of copper ions, and in case of Gallium-alloy, the high concentration of Gallium ions seems to be responsible for the toxic effect. The direct comparison of both filling materi-als indicates a higher toxicity of Gallium-alloy. In consequence, Gallium-alloy can not be recom-mended as substitute of Amalgam.