Effect of milk and milk components on the in-situ pellicle
Final Report Abstract
Die aus adsorbierten Speichelbestandteilen gebildete Pellikel ist ein elementarer Mediater für alle molekularen und mikrobiellen Interaktionen an der Zahnoberfläche. Eine gezielte Modulation der physiologischen Pellikelbildung durch die Applikation geeigneter Biopolymere kann die protektiven Eigenschaften der In-situ-Pellikel signifikant verbessern. In diesem Forschungprojekt wurden anhand einzelner Probanden die initialen Bioadhäsionsprozesse in situ erstmalig systematisch unter dem Einfluss verschiedener Milcharten und Milchproteinisolate untersucht. Es wurden 0,3- und 3,8%ige H-Milch, 3,8%ige Frischmilch homogenisiert und nicht homogenisiert, H-Sahne, 3%iges natives mizellares Casein in synthetischem Milchultrafiltrat (SMUF), 3%iges nicht mizellares Caseinat in SMUF und caseinfreie Molke als Mundspülungen ausgewählt. Ein Hauptbestandteil des Milchproteins sind Caseine, deren amphiphile Eigenschaften und mizellare Aggregation einen potentiellen Effekt auf die Pellikel haben könnten. Grundlage für eine Beeinflussung der Pellikeleigenschaften ist die Adsorption der Biopolymere in die Pellikel. Es ist gelungen, nach verschiedenen Mundspülungen Caseine quantitativ mit Hilfe eines ELISA in der Pellikel nachzuweisen. Nach Etablierung des aufwendigen Verfahrens konnte gezeigt werden, dass insbesondere 3,8%ige H-Milch, 3,8%ige homogenisierte Frischmilch und mizellares Casein in SMUF zu einer Anreicherung von Caseinen in der 30-min-Pellikel führten. Sowohl die mizellare Struktur der Caseine als auch der Fettgehalt bzw. die Lipidverteilung in der Milch könnten die Anlagerung der Proteinkomplexe an die Pellikel beeinflussen. Weitere Informationen ergaben sich aus den umfassenden transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen. Die Ultrastruktur der über 120 min gebildeten In-situ-Pellikel wurde mit und ohne Mundspülungen zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert. Die lokalisiert sichtbaren Effekte zeigten eine große intra- und interindividuelle Variabilität. Mundspülungen mit homogenisierter H- und Frischmilch, sowie Mundspülungen mit 3% nativen Caseinmizellen in SMUF führten nachweislich zur Anlagerung kompakter globulärer Proteinstrukturen, häufig in Assoziation mit Lipidmizellen. Die amphiphilen Proteinkomponenten der Caseinmizellen bilden teilweise eine sekundäre Hüllschicht um Lipidmizellen, so dass eine wechselseitige Beförderung der jeweiligen Adsorptionsprozesse an die Pellikel denkbar ist. Dies korreliert mit den im Vergleich zur 0,3%igen Milch erhöhten Caseinmengen nach Spülung mit 3,8%iger Milch. Bemerkenswert war außerdem die nach Milchspülungen optimierte Proteinanlagerung an der Zahnoberfläche. Dies ist mit der hohen Affinität polarer Milchproteine an die negativ geladene Zahnoberfläche zu erklären. Nach 120 min Pellikelbildung waren in keiner Untersuchungsgruppe ultrastrukturelle Unterschiede im Vergleich zu den Referenzproben sichtbar. Vor dem Hintergrund einer möglichen funktionellen Anwendung von Milchspülungen in der Mundhöhle ist die Untersuchung der initialen bakteriellen Kolonisation ein richtungsweisender Aspekt dieses Forschungsprojektes. Es konnte gezeigt werden, dass weder die bakterielle Adhärenz an der Pellikeloberfläche, noch das Verhältnis vitaler zu avitalen Bakterien durch die angewandten Spülungen beeinflusst wurde. Dies korreliert mit Einzelbefunden der Transmissionselektronenmikroskopie, welche morphologisch veränderte und lysierte Bakterien detektierten. Nichtsdestotrotz gilt es, die in diesem Projekt anhand weniger Probanden gewonnenen Hinweise durch weitere Untersuchungen zu vertiefen. Dabei sollten sowohl der Fettgehalt als auch der Homogenisierungsgrad der untersuchten Milcharten berücksichtigt werden. Die potentielle Relevanz von Caseinmizellen als Carrier zur Entwicklung neuer Präventionsstrategien wurde im Rahmen dieses Forschungsprojektes bestätigt. Insbesondere die hohe Affinität der Caseine zur Bindung polarer Substanzen ist dabei ein möglicher sich anschließender Forschungsansatz.
Publications
- DGZ Tagung 2017: „Einfluss von Milch und Milchproteinisolaten auf die In–situ–Pellikel“
Pötschke S, Dürasch A, Kensche A, Henle T, Hannig C
