Die antimikrobielle photodynamische Therapie (apdt) Ein Fallbericht

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1 Die antimikrobielle photodynamische Therapie (apdt) Ein Fallbericht über die Behandlung der Parodontitis marginalis mithilfe der apdt unter Verlaufskontrolle mittels Bakterienbestimmung Michel Vock Schlüsselwörter Zusammenfassung antimikrobielle photodynamische Therapie, apdt, APD, PDL, PAD, Dioden-Laser, real-time polymerase-chain-reaction (PCR) Durch die antimikrobielle photodynamische Behandlung werden die Leitkeime der Parodontitis marginalis und Periimplantitis (Actinobacillus actinomycetemcomitans, Bacteroides forsythus, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Prevotella gingivalis, Treponema denticola) bis zu über 92% eliminiert und dies über eine Zeitspanne von 4-6 Monaten. Dieser Fallbericht zeigt die Anwendung der apdt (HELBO theralite laser: 660 nm, 100 mw, cw; HELBO blue photosensitizer; HELBO 3D pocket probe) bei einer Parodontitis marginalis und die Verlaufskontrolle der Bakterienbesiedelung mittels Poolanalyse durch real-time PCR (meridol perio diagnostics). Die Bakterienbestimmung wurde vor der apdt, direkt nach der Lasertherapie und bei der Reevaluation acht Wochen nach der apdt durchgeführt. Die Auswertung zeigt, dass direkt nach der apdt die Leitkeime zu 99% eliminiert sind und auch bis zur Reevaluation 8 Wochen danach auf diesem Stand bleiben. Einleitung Die antimikriobielle photodynamische Therapie (apdt) Aus der Photo-Biostimulation ist bekannt, dass eine Lichtwelle von einem geeigneten Chromophor absorbiert werden kann. Dabei übernimmt das Chromophor-Molekül die Photoenergie des Lichtstrahls. Diese Bestrahlung führt zur Entstehung zytotoxischer Arten, insbesondere Singulett- Sauerstoff 1,2. Durch die Absorption eines Photons durch den Photosensibilisator mit einer Wellenlänge, die seinem Absorptionsmaximum entspricht, wird das Photosensibilsatormolekül (überwiegend Porphyrine) in einen hohen Energiezustand versetzt (Triplett-Zustand). Seine Energie wird dann auf ein Sauerstoffmolekül übertragen, was zur Erzeugung von Singulett-Sauerstoff führt. Dieser Mechanismus kann zur Elimination von Bakterien verwendet werden, wobei der Singulett-Sauerstoff die Bakterienmembran und die DNS schädigt 3,4,5,6. Singulett-Sauerstoff ist sehr toxisch und stark oxidierend. Da er nur ca. 0.1 μm diffundiert und sehr kurzlebig ist (10 9 s), wird der zelluläre Schaden auf das Gebiet beschränkt, das mit Photosensitizer angereichert ist und auf das Licht einstrahlt. In der Zahnheilkunde und in der Medizin gibt es viele apdt-anwendungen. Allen gemeinsam ist die Zerstörung von Krankheitserregern in Form von Bakterien, Pilzen und Viren 7,8. Damit die lokale photodynamische Reaktion in den gewünschten Zellen überhaupt stattfinden kann, muss sich der Photosensitizer in den Tumorzellen oder den Zellmembranen der Bakterien ansammeln können. Die Porphyrine haben eine große Affinität zur Lipidschicht der Bakterienzellwände. Der überschüssige Farbstoff muss vor 27

2 Die antimikrobielle photodynamische Therapie (apdt) Ein Fallbericht der Belichtung unbedingt entfernt werden. Die Tatsache, dass die letale Photosensibilisierung nicht artenspezifisch ist, ist von Vorteil, da sie das Eliminieren aller Bakterien in einer Mischinfektion ermöglicht. Ist eine absolute Spezifität erforderlich, bietet die Konjugation des Photosensitizers mit einem monoklonalen Antikörper für den Zielorganismus eine geeignete Strategie, um eine selektive apdt zu erreichen 9. Die apdt ist eine effiziente Alternative zu Antibiotika und Antiseptika, vor allem bei den Infektionen, die von Erregern ausgelöst werden, welche von Natur aus resistent sind oder eine Resistenz gegen herkömmliche Bakteriostatika ausgebildet haben. Da die Ausbildung einer Resistenz gegen das photochemisch eingeleitete Abtöten unwahrscheinlich ist, kann die apdt-therapie mehrfach bei demselben Patienten oder an derselben Stelle appliziert werden. Die apdt wird in der Zahnheilkunde hauptsächlich zur Therapie der Parodontitis marginalis und Periimplantitis verwendet 10,11,12,13,14. Eine weitere Anwendung ist zur Prävention der alveolären Ostitis und des Dolor post extractionem 15. Statistisch zeigte sich bei allen Therapien nach der Anwendung der apdt eine signifikante Reduktion der Keime (> 95%) 10,11,12,13. Die Keimbestimmung mittels polymerase-chain-reaction PCR Zur Verlaufskontrolle der photodynamischen Therapie wurde der meridol perio diagnostics Test angewendet. Es ist ein diagnostischer Test, welcher die quantitative Bestimmung der sechs wichtigsten Markerkeime der Parodontitis marginalis und der Periimplantitis sowie der Gesamtkeimzahl ermöglicht. Die Analyse der parodontalpathogenen Keime erfolgt anhand eines modernen molekularbiologischen Verfahrens, der real-time PCR (PCR= polymerase chain reaction). Ausgangspunkt für die Analyse ist die isolierte gereinigte Erbsubstanz der Bakterien, die DNA. Bei der herkömmlichen PCR werden kleinste Mengen DNA durch Vervielfältigung nachweisbar. Ein Enzym, die Taq-Polymerase, vervielfältigt die gesuchten, artspezifischen Zielsequenzen. Für jede Zielsequenz werden als Start- und Erkennungspunkt für das Enzym zwei sequenzspezifische Primer (kurze DNA-Fragmente) verwendet. Diese binden an die bakterielle DNA und ermöglichen den Ablauf der Reaktion und damit die Vervielfältigung der Ausgangssequenz in einem exponentiellen Prozess. Das Ergebnis der Reaktion kann über weitere Laborschritte sichtbar gemacht werden. Die herkömmliche PCR liefert eine Endpunktbestimmung, die verlässliche Quantifizierung der in der Ausgangsprobe vorhandenen Bakterien ist nicht möglich. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Real-Time-PCR in einem vollautomatisierten und validierten Prozess eine exakte Quantifizierung der Zielsequenz. Der Einsatz eines zusätzlichen, ebenfalls artspezifischen Primers (TaqMan -Sonde) bedingt die hohe Spezifität der Methode. Im Vergleich zur herkömmlichen PCR müssen bei der Real-Time-PCR drei Primer anstelle von zwei Primern die gesuchte, artspezifische DNA erkennen. Während der Vervielfältigung der DNA wird der fluoreszensmarkierte Primer von der Zielsequenz abgespalten und zerstört. Bei diesem Abbau wird ein Lichtsignal freigesetzt, das durch automatische Laserdetektion im Reaktionsgefäß online gemessen und aufgezeichnet wird. Die Intensität des Lichtsignals ist direkt proportional zur Menge des gebildeten Produktes und zur Ausgangsmenge des gesuchten Erregers in der Plaqueprobe. Im Gegensatz zur herkömmlichen PCR sind keine weiteren Laborschritte notwendig. Folgende Keime werden als aussagefähige Marker für das Auslösen pathologischer Prozesse angesehen und mit meridol perio diagnostics quantitativ erfasst: Actinobacillus actinomycetemcomitans Porphyromonas gingivalis Tannerella forsythensis (früher: Bacteroides forsythus) Treponema denticola Fusobacterium nucleatum ssp. Prevotella intermedia Durch die Technologie der Real-Time-PCR bietet meridol perio diagnostics hohe Spezifität verbunden mit hoher Sensitivität und exakter Keimzahlbestimmung 16,17. Die Nachweisgrenze liegt mit 100 Bakterienzellen pro Erregertyp weit unter den Grenzen der bisher verfügbaren Methoden. Zusätzlich zur Bestimmung der parodontalpathogenen Keime wird die Anzahl der in der Probe enthaltenen Bakterien ermittelt. Dies schließt auch nicht-pathogene Keime ein und erlaubt eine Beurteilung der mikrobiologischen Gesamtbelastung in der parodontalen oder periimplantären Tasche, woraus sich Konsequenzen für die Therapie ergeben. Eine verlässliche Quantifizierung der Bakterienzahlen ist wichtig, um die Behandlung einer Parodontitis effektiv planen und überprüfen zu können. Das Ziel der Behandlung ist entweder die vollständige Eliminierung der am Krankheitsgeschehen beteiligten Keime oder deren deutliche Reduktion. Da die gesuchten Markerkeime obligat oder fakultativ anaerob sind, sollten möglichst tiefe Taschen untersucht werden. Generell sollte die Taschentiefe zum Zeitpunkt der Probenentnahme bereits anhand von klinischen Parametern bestimmt sein. Somit wird eine Probenentnahme 28

3 Abb. 1 HELBO blue photosensitizer. Abb. 2 HELBO theralite laser. Abb. 3 HELBO probe. 3D pocket Abb. 4 Parodontalstatus, Anfangsbefund. aus Taschen, welche aufgrund der Sondierung spontan bluten, vermieden. Die Entnahme einer subgingivalen Plaqueprobe zur Diagnostik der assoziierten Markerkeime sollte nach einer ersten Vorbehandlung erfolgen, damit die unspezifische Begleitflora bereits deutlich reduziert ist. Aus eiternden Taschen sollten keine Proben entnommen werden, da Eiter die Zahl der spezifischen Keime ausdünnen und fälschlich zu negativen Ergebnissen führen kann. Die Papierspitzen mit den subgingivalen Plaqueproben werden in dem/den mitgelieferten Proberöhrchen in der Originalverpackung an die GABA AG gesandt. Innerhalb einer Woche nach Eingang der Proben im Labor werden einem die Untersuchungsergebnisse per Post oder Fax zugesendet (Abb. 5 bis 7). Fallbericht Im Jahre 2003 führten wir als erste Privatpraxis die antimikrobielle photodynamische Lasertherapie in der Schweiz ein. Das mittlerweile etablierte apdt-konzept der Firma HELBO (s. auch: überzeugt durch seine Einfachheit und die wissenschaftlich erforschte Effizienz. Seit Einführung dieses Behandlungskonzepts zur Therapie der Parodontitis marginalis haben wir mittlerweile über mehrere Hundert Patienten behandelt. Es zeigte sich, dass die unterstützende apdt einen Langzeiterfolg der Parodontitisbehandlung garantiert. Es ist aber klar zu betonen, dass die apdt nie eine alleinige Therapie der Parodontitis ist, sondern die allgemeinen Behandlungsrichtlinien immer dazugehören (Diagnostik, supra- und subgingivale Zahnsteinentfernung, professionelle Zahnreinigung, strenges Recall). Das apdt-system (HELBO, Walldorf, Deutschland) besteht aus mehreren Komponenten: HELBO blue photosensitizer: Phenothiazinchlorid (Abb. 1) HELBO theralite laser: 660 nm, 100 mw (= Leistung Laserquelle), cw (Abb. 2) HELBO 3D pocket probe (max. abgegebene Leistung 40 mw): Energie wird dreidimensional abgegeben (Abb. 3) Nach dem Erfassen des Parodontalstatus, der Entfernung des supra- und subgingivalen Zahnsteins und der Mundhygiene-Instruktion wird die apdt folgendermaßen durchgeführt: Applikation des HELBO blue photosensitizer in die Parodontaltaschen Einwirkzeit von 1 Minute abwarten Entfernung des überschüssigen Photosensitizers aus der Parodontaltasche mittels Spülung Laserapplikation (= Belichtung und Aktivierung des Photosensitizers) von 10 s pro Zahnsextant (mesiobukkal, bukkal, distobukkal, mesio-oral, oral, disto-oral). Dies entspricht ca. 3 J/cm 2 pro Zahn Entfernung des supragingivalen Farbstoffes mittels Polierpaste Der Fallbericht zeigt einen 65-jährigen Patienten mit einer mittelschweren Parodontitis marginalis. Der Parodontalstatus (Abb. 4) zeigt die typische Verteilung der Parodontaltaschen im posterioren Segment. Nach der Initialtherapie wurde vor und direkt nach der apdt eine Keimbestimmung mittels meridol perio diagnostics durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen vor der apdt einen relativen Anteil der pathogenen Keime an der Gesamtkeimanzahl von 30.81% (Abb. 5). Die gemessenen Leitkeime waren: Porphyromonas gingivalis (20.18%), Tannerella forsythensis (1.93%), Treponema denticola (8.66%) und 29

4 Die antimikrobielle photodynamische Therapie (apdt) Ein Fallbericht Abb. 5 meridol -Ergebnisse vor der apdt. Abb. 6 meridol -Ergebnisse direkt nach der apdt. Fusobacterium nucleatum (0.04%). Direkt nach der apdt waren noch 0.14% der Gesamtanzahl der Bakterien pathogen (Abb. 6). Dies zeigt die effiziente Eliminierung der pathogenen Keime durch die photodynamische Lasertherapie. Doch wie lange hält diese Keimreduktion an? Um dies zu eruieren, haben wir vor der Reevaluation (acht Wochen nach apdt) erneut die Keimanzahl bestimmt (Abb. 7). Erstaunlicherweise waren hier noch weniger 30

5 Abb. 7 meridol -Ergebnisse bei der Reevaluation (8 Wochen nach apdt) Keime vorhanden als direkt nach der apdt (noch 0.06%). Auch zeigte sich bei der Reevaluation eine deutliche Verbesserung der Taschentiefen (Abb. 8). Natürlich setzt so ein gutes Ergebnis auch eine kompromisslose Kooperation vonseiten des Patienten voraus. Nur durch eine optimierte Mundhygiene und deren professionelle Instruktion können so gute Therapieerfolge erzielt werden. Bei uns wird daher routinemäßig ein striktes Parodontitistherapie-Schema eingehalten (Abb. 9). Die Messungen der parodontalpathogenen Leitkeime zeigt uns aber, dass auch nach acht Wochen noch eine keimfreie Tasche vorhanden ist. Durch unser Recallsystem wird dementsprechend der Parodontitispatient alle drei bis vier Monate mit der apdt therapiert. So können wir sicher sein, dass wir ein stabiles Langzeitergebnis garantieren können, aber natürlich nur solange der Patient auch motiviert mitarbeitet. Daher wird bei jeder Sitzung eine erneute Remotivation durchgeführt. Nur ein informierter und instruierter Patient wird einen akzeptablen Erfolg aufweisen können. Ein großer Vorteil der apdt ist, dass sie der gut instruierten Dentalhygienikerin oder Prophylaxeassistentin delegiert werden kann, da es sich bei dem Laser um einen Klasse 2M-Laser handelt. Diese Sachlage ermöglicht ein regelmäßiges Recall durch diese Praxismitarbeiterinnen und entlastet den Praxisinhaber. Abb. 8 Parodontalstatus bei der Reevaluation. Fazit Die Parodontitis ist eine weit verbreitete Erkrankung und wird in Zukunft einen großen Teil der zahnärztlichen Tätigkeit beanspruchen, da die Patienten bis ins späte Lebensalter ihre eigenen Zähne behalten. Zusätzlich werden die Periimplantitis-Fälle drastisch steigen. Im Jahr 2005 wurden in Deutschland ca Implantate gesetzt. Davon werden ca. 4 10% Periimplantitis-Fälle (= ). Die Therapie ist immer mühsam und war bis jetzt eher erfolglos. Durch die apdt ist eine effiziente und erfolgreiche Therapie der Periimplantitis möglich geworden 12,13,14. Bis jetzt wurde die Parodontalbehandlung vielmals mit Antibiotika unterstützt. Dieses Medikament zeigte sehr gute Therapieerfolge, vorausgesetzt der Patient hielt sich streng an das Dosierungs- und Anwendungsschema. Leider zeigten sich aber unerwünschte Nebenwirkungen 31

6 Die antimikrobielle photodynamische Therapie (apdt) Ein Fallbericht Abb. 5 apdt-therapieschema des Praxisteams Seuzach. Schritt Zeitachse Behandlung Behandler Bemerkung 1 0 Parodontalstatus + Erklärung Parodontitis (mündlich + schriftlich) und Therapieplanung; Parondontitisbroschüre mitgeben, Kosteninformation Zaz Patient muss verstehen um was es geht ansonsten keine Behandlung 2 < 1 M DS/RP 1. Kiefer + Instruktion Mundhygiene (PCR) Zaz+PA Nachfrage Broschüre 3 < 1 W DS/RP 2. Kiefer + prof. ZR 1. Kiefer + Reinstruktion Zaz+PA 4 2T < B > 1W photodynamische Lasertherapie (PDT) + prof. ZR (PCR) PA 5 1 W prof. ZR + Reinstruktion + Remotivation PA 1 / 4 Std 6 1 M prof. ZR + Reinstruktion + Remotivation PA 1 / 4 Std 7 Bedarf je nach Mundhygiene noch mehr prof. ZR nötig PA 8 2M < B > 3M Reevaluation (PCR) Zaz 9 < 1 M lokales DS/RP + lokales PDT + Remotivation Zaz M Recall Intervall je nach Motivation und Schweregrad; ZR PA 11 3T < B > 1W PDT PA PDT wird routinemässig durchgeführt alle 3 4 M T = Tag, W = Woche, M = Monat, B = Behandlung, Zaz = Zahnarzt, PA = Prophylaxeassistentin, PDT = photodynamische Lasertherapie, prof. ZR = professionelle Zahnreinigung, DS/RP = deep scaling/root planing, PCR = Bakterienbestimmung und Interaktionen mit anderen Medikamenten (z. B. Kontrazeptiva). Ein weiterer großer Nachteil der Antibiotikabehandlung ist leider die Förderung der Resistenzbildung der Bakterien. Laut WHO sind heutzutage weltweit nur noch zwei Antibiotika vorhanden, auf welche noch keine Resistenzen gebildet wurden. Dieser Aspekt ist ein großer Vorteil der apdt, da hier keine Resistenzbildung vonseiten der Bakterien möglich ist und keinerlei Nebenwirkungen vorhanden sind. Viele Untersuchungen bezeugen den nebenwirkungsfreien Einsatz der apdt in Betracht auf den Farbstoff und die applizierte Laserenergie All diese Aspekte zeigen, dass die apdt ein wertvoller und wichtiger Bestandteil der modernen Zahnheilkunde ist 24,25 und im Gebiet der Periimplantitistherapie sicher noch werden wird. Literatur 1. Ochsner M: Photophysical and photobiological processes in the photodynamic therapy in tumors. J Photocem Photobiol B 1997;39: Wilson M, Dobson J, Harvey W: Sensitization of oral bacteria to killing low-power radiation. Curr Microbiol 1992;25: Wilson M: Photolysis of oral bacteria and its potential use in the treatment of caries and periodontal disease. J Appl Bacteriol 1993;75: Wilson M, Wilson H: Laser treatment. US Patent 1997;5:611, Walsh LJ: The current status of low level laser therapy in dentistry. Part 2. Hard tissue applications. Aust Dent J 1997;42: Bhatti M, MacRobert A, Meghji S, Henderson B, Wilson M: A study of the uptake of toluidine blue O Porphyromonas gingivalis and the mechanism of lethal photosensitization. Photochem Photobiol 1998;68: Smetana Z, Malik Z, Orenstein A, Mendelson E, Ben-Hur E: Treatment of viral infections with 5-aminolvulinic acid and light. Lasers Surg Med 1997;21: Jackson Z, Meghji S, MacRobert A, Henderson B, Wilson M: Killing of the yeast and hyphal forms of Candida albicans using light-activated antimicrobial agent. Lasers Med Sci 1999;14: Bhatti M, MacRobert A, Henderson B, Shepherd P, Cridland J, Wilson M: Antibody-targeted lethal photosensitization of Porphyromonas gingivalis. Antimicrob Agents Chemother 2000;44: Dörtbudak O, Haas R, Bernhart T, Mailath-Pokorny G: Lethal photosensitization for decontamination of implant surfaces in the treatment of periimplantitis. Clin and Oral impl Res 2001;12: Dörtbudak O: Photodynamic therapy for bacterial reduction of periodontal microorganisms JOLA 2001;1:

7 12. Dörtbudak O, Hass R, Mailath-Pokorny G: Effect of low-power irradiation on bony implant sites. Clin Oral Impl Res 2002;13: Haas R, Dörtbudak O, Mensdorff-Pouilly N, Mailath G: Elinination of bacteria on different implant surfaces through photosensitization and soft laser. Clin Oral Impl Res 1997;8: Karapetian VE, Neugebauer J, Clausnitzer C, Zöller J: Comparison of different Periimplnatitis Treatment Methods. 19th Annual Meeting of the Academy of Osseointegration, San Fransisco, USA, Neugebauer J, Josza M, Kübler A: Die antimikrobielle photodynamische Therapie zur Prävention der alveolären Ostitis und des Dolor post extractionem. Mund Kiefer GesichtsChir 2004;8: Jervoe-Storm, P-M et al.: Comparison of culture and Real-Time PCR for detection of periopathogens.j Dent Res, (Spec Iss A) 2004; abstract Jepsen, S et al.: Short-term microbiological effects of subgingival debridement monitored Real-Time PCR. J Dent Res 2004;83 (Spec lss A); abstract Soukus NS, Wilson M, Burns T, Speight PM: Photodynamic effects of tolouidine blue on human oral keratocytes and fibroblasts and Streptococcus sanguis evaluated in vitro. Lasers Surg Med 1996;18: Komerik N, Nakanishi H, MacRobert AJ, Henderson B, Speight P, Wilson M: In vivo killing of Porphyromonas gingivalis toluidine blue-mediated photosensitization in an animal model. Antimicrob Agents Chemother 2003;47: Komerik N, Curnow A, MacRobert AJ, Hopper C, Speight PM, Wilson M: Fluorsecense biodistribution and photosensitising activity of toluidine bluo O on rat buccal mucosa. Lasers Med Sci 2002;17: Stringer G J: Lethal laser photosensitization in the treatment of dental caries. MDSc thesis, Univ. of Queensland, St.Lucia Silbert T, Bird PS, Milburn GJ, Walsh LJ: Disinfection of root canals laser dye photosensitization. J Dent Res 2000;79 (Spec.iss.): Lee M T: Photoactivated disinfection of E. faecalis in root canals using lasers. MDSc thesis, Univ. of Queensland, St.Lucia, Walsh LJ: The current status of laser applications in dentistry. Aust Dent J 2003;48: Moritz A (Hrsg): Orale Lasertherapie, Verlags- GmbH, Berlin Korrespondenzadresse Dr. med. dent. Michel Vock Turnerstrasse 22, CH-8472 Seuzach Tel.: info@laserzahnmedizin.ch The antimicrobial photodynamic therapy (apdt); A case report about the treatment of the periodontitis marginalis with the aide of the apdt Key words: Photodynamic therapy, PDT, PDL, PAD, APD, diode laser, real-time polymerase-chain-reaction (PCR) Summary The elimination of bacterial exciters concerning periodontitis marginalis and periimplantitis is the most important point of a successful therapy. Supported successful application in the tumor treatment the concept of the antimicrobial photodynamic therapy (apdt) led additive of a photosensitizer to successes in the fight against micro organisms. The key germs of the periodontitis marginalis and periimplantitis (actinobacillus actinomycetemcomitans, bacteroides forsythus, porphyromonas gingivalis, prevotella intermedia, prevotella gingivalis, treponema denticola) are eliminated the antimicrobial photodynamic laser treatment up to over 92% and this over a time interval of 4-6 months. This report shows the application of the apdt (HELBO theralite laser: 660 nm, 100 mw, cw; HELBO blue photosensitizer; HELBO 3D pocket probe) in the case of a periodontitis marginalis and the control of the pathogenic bacteria settling means of pool analysis real-time PCR (meridol perio diagnostics). The microbial diagnostic was evaluated before the apdt, directly after the laser therapy and at the reevaluation after 8 weeks. The evaluation shows that directly after the apdt the guidance germs are eliminated to 99% and is still remaining at the same level at the reevaluation 8 weeks later. An important advantage over an antibiotic therapy is that neither side effects nor resistance formations can occur. The safe, simple and successful application of the apdt enables the user to treat the periodontitis marginalis and periimplantitis over a long period of time avoiding surcigal interference. The apdt can be delegated with appropriate instruction to the dental hygienist or prophylaxis assistant. 33