Einleitung: Biofilme gelten als die ursprüngliche Form des Lebens. Biofilme haben sich als Lebensform so gut bewährt, dass sie über die gesamte Zeit überlebt, sich weiterentwickelt und aufgrund dessen weit verbreitet haben. Ökologisch gesehen, besitzen sie eine große Bedeutung an den globalen Stoffwechselkreisläufen. Weiterhin spielen sie eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese von chronischen Erkrankungen. So stellen im Organismus auftretende Biofilme die Ursache für zahlreiche, teils lebensbedrohliche Infektionen, wie die Endokarditis dar. In der Mundhöhle bilden die sich in der dentalen Plaque befindlichen Bakterien Säuren, welche Karies verursachen und im parodontalen Sulkus proliferierend zur Entstehung von Parodontopathien führen können. Neben ihren krankheitsauslösenden Effekten besitzen Biofilme auch lebensnotwendige Eigenschaften. Sie sind zum Beispiel Bestandteil der natürlichen Darmmikrobiota und tragen dort zur Verdauung, Immunmodulation sowie zur Versorgung des Organismus mit Vitaminen bei. Ziel dieser Übersichtsarbeit war es einen aktuellen Stand über die Ätiologie und Pathogenese von Biofilmen im Allgemeinen und die spezielle Bedeutung der dentalen Plaque bei der Pathogenese der Parodontitiden im Besonderen zu evaluieren. Material und Methoden: Die Bearbeitung der Thematik erfolgte anhand einer systematischen Literaturrecherche. Hierzu wurden internationale Quellen zusammengetragen und ausgewertet. Zum Auffinden von themenrelevanten Quellen dienten entsprechende Keywords. Diese Schlagwörter wurden einheitlich in den Datenbanken verwendet und sowohl in englischer als auch deutscher Sprache formuliert. Für die Auswahl der Datenbanken waren ausschlaggebend das Fachgebiet, der Evidenzgrad und die Zugänglichkeit. Primär erfolgte die Suche in der „Cochrane Library“, da dort Studien mit dem höchsten Evidenzgrad erfasst sind. Weiterhin wurden die Metadatenbanken „PubMed“ der American National Library of Medicine und „DIMDI“ verwendet. Zur Verwaltung der Literatur kam die Literaturverwaltungssoftware „Citavi“ zur Anwendung. Ergebnisse: Unabhängig von deren Lebensraum weisen alle Biofilme gemeinsame Merkmale auf. Am wichtigsten für die Biofilmentstehung ist die Produktion einer extrazellulären polymeren Matrix, in welche die Bakterien eingebettet und dadurch besser vor äußeren Einflüssen, wie Scherkräften und Austrocknung geschützt sind. Weitere wichtige Effekte des multibakteriellen Zusammenlebens innerhalb der Plaque sind Stoffwechseloptimierungen, die Virulenzsteigerung, eine erhöhte Resistenz gegenüber antimikrobiellen Substanzen, interzelluläre Kommunikation mittels Quorum sensing und die sich dadurch ergebende Möglichkeit der gezielten Expression von Genen. Auch die Etablierung von wachstumsfördernden Umgebungsbedingungen resultiert aus dem bakteriellen Zusammenschluss. Im Vergleich zu anderen Biofilmen zeichnet sich die orale Mikrobiota durch ihre besonders hohe Heterogenität und damit Komplexität aus. Unter normalen Bedingungen gehen die Plaquebakterien mit dem Wirtorganismus eine Symbiose ein. Dieser mutualistische Zustand wird als mikrobielle Homöostase bezeichnet. Während die residente orale Mikrobiota vom Nährstoffangebot und Lebensraum profitiert, trägt sie zur Abwehr pathogener Keime bei. Nur durch das Zusammenspiel verschiedener Einflussfaktoren, die Initiierung einer Entzündungsreaktion sowie die bakteriellen Interaktionsmöglichkeiten innerhalb des Biofilms, kommt es zur Krankheitsentstehung. Pathogene Plaquebakterien spielen eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese der Parodontitis. Die Zusammensetzung von supragingivaler und subgingivaler Plaque differenziert deutlich voneinander. Bei chronisch und aggressiv verlaufender Parodontitis weist die subgingivale Plaquezusammensetzung keine signifikanten Unterschiede auf. Es gibt jedoch Hinweise auf spezielle Subspezies, die mit besonders schweren Verlaufsformen in Zusammenhang gebracht werden. Einzelne Bakterienspezies sind aber nicht in der Lage die Pathogenese einer Parodontitis zu initiieren. Schlussfolgerung: Neben der mechanischen Eradikation des supra- und subgingivalen Biofilms mittels verschiedener Behandlungsmöglichkeiten, stellt die Prävention, in Form einer Entzündungsprophylaxe, eine effektive Therapieoption dar. Nur wenn das natürliche Gleichgewicht zwischen oraler Mikrobiota und Wirtsorganismus aufrechterhalten wird, kann die Entwicklung einer Parodontitis vermieden werden. Neue, sich aus der Wissenschaft ableitende Therapieansätze, wie der Einsatz von Quorum sensing - Inhibitoren und probiotischen Stoffen, erfordern weitere Erforschung, um sie für den praktischen Einsatz nutzbar zu machen.:Abkürzungsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis II 1. Einleitung 1 1.1. Allgemeines zu Biofilmen 2 1.2. Natürliches Vorkommen von Biofilmen 4 1.3. Bildung von Biofilmen 5 1.3.1. Initiale Adhäsion 6 1.3.2. Proliferation und Reifung 7 1.3.3. Dispersion 8 1.4. Biofilmstrukturen 10 1.4.1. Aufbau von Biofilmen allgemein 10 1.4.2. Aufbau der dentalen Plaque 12 1.5. Quorum sensing 17 1.6. Immunreaktionen auf Biofilme 19 1.7. Bedeutung von Biofilmen in der Medizin 23 2. Fragestellung 29 3. Material und Methode 30 4. Ergebnisse 34 4.1. Eigenschaften der dentalen Plaque 34 4.2. Bedeutung der oralen Plaque in der Zahnmedizin 40 4.2.1. Karies 41 4.2.2. Parodontopathien 41 4.2.3. Endodontale Infektionen 49 4.2.4. Periimplantitis 50 4.3. Therapieansätze für bakterielle Erkrankungen 51 4.3.1. Therapieoptionen biofilmbasierter Krankheiten 52 4.3.2. Therapie spezieller biofilmbasierter oraler Erkrankungen 53 5. Diskussion 57 6. Zusammenfassung 60 7. Literatur - und Quellenverzeichnis Iv 8. Anhang XXIV 8.1. Abbildungsverzeichnis XXIV 8.2. Tabellenverzeichnis XXIV

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The majority of currently marketed fluoride varnishes (FV) have not been evaluated for their effectiveness in preventing dental caries. Fundamental research on FVs and how different formulations affect adherence to teeth, fluoride release into saliva and uptake by teeth is virtually non-existent. The objective of this work was to investigate the anti-caries potential, measured as fluoride release into saliva, change in surface microhardness of early enamel caries lesions, and enamel fluoride uptake, of multiple commercially available FVs. We have found that FVs differed in their release characteristics, rehardening capability, and ability to deliver fluoride to demineralized lesions. In addition to our in vitro work, we have conducted a clinical study that aimed to compare saliva and plaque fluid fluoride concentrations following the application of three commercially available FV treatments at predetermined post application time points. We also investigated the change in fluoride concentration in saliva and plaque fluid fluoride from baseline to each post application predetermined time point. We found that FVs varied in their release of fluoride into saliva and plaque fluid but shared common trends in release characteristics. The outcomes of our in vitro and in vivo investigations demonstrate a great variation in anti-caries potential of FVs. This may be attributed to different compositions and physical properties of the tested FVs.

La rupture de la plaque d'athérome carotidienne est la première cause des infarctus cérébraux. Pour prévenir ces accidents, l'endartérectomie carotidienne est le traitement le plus utilisé. La vulnérabilité de la plaque est en relation avec les efforts que le sang applique sur la plaque. Ces actions sont différentes suivant les propriétés constitutives, mécaniques et géométriques de la plaque. Plusieurs auteurs ont développé des modèles numériques de la plaque d'athérome carotidienne à partir desquels une analyse mécanique a permis de caractériser les déformations et les contraintes en lien avec la rupture de la plaque. Néanmoins, les caractéristiques d'une plaque vulnérable sont encore mal connues. Dans ce manuscrit, un modèle numérique de plaque d'athérome carotidienne est développé en interaction fluide-structure dans le but mieux comprendre comment les actions mécaniques du sang sur la plaque sont affectées par les propriétés mécaniques et géométriques de la plaque. Plusieurs résultats sont en concordance avec la littérature : la vulnérabilité de la plaque est associée à la sévérité de sténose et à l'épaisseur de la chape fibreuse. De plus une analyse de l'écoulement du sang, de la déformation de la plaque et des contraintes dans la plaque révèle que les effets de l'écoulement du sang sont amplifiés si la plaque est courte, si la pente en amont de sténose est raide ou si la morphologie de la plaque est irrégulière et asymétrique. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives dans la compréhension de la vulnérabilité de la plaque. / The rupture of carotid atheromatous plaques is the major cause of cerebrovascular thromboembolic events such as strokes and ischemic attacks. To prevent this issue, carotid endarterectomy is the preferred treatment. The vulnerability of the plaque is related the mechanical action of the blood onto the plaque. This action is different according to the plaque morphology, the plaque constitution and the mechanical properties of the constituents. Several authors developed computational models to perform mechanical analyses for carotid atherosclerotic plaques and to identify critical mechanical descriptors as stresses or strains related to plaque rupture. But the question of which plaque characteristics affect the plaque rupture is not closely elucidated. In this manuscript a fluid structure interaction model is developed, questioning how the mechanical action of the blood onto an atheromatous plaque is affected by the mechanical and geometrical properties of the plaque. Many results are in agreement with the literature: the vulnerability of atheromatous plaques is related to the degree of severity of the endoluminal stenosis and the thickness of the fibrous cap. Moreover the resulting flow patterns, wall shear stresses, plaque deformations and stresses in the fibrous cap reveal that the effects of the blood flow are amplified if the plaque is short, if the slope upstream stenosis is steep or if the plaque morphology is irregular and asymmetric. These results offer new perspectives for understanding the vulnerability of plaques.

Les maladies artérielles périphériques athéromateuses sont graves : l'atteinte des troncs supra-aortiques est à risque d'accident vasculaire cérébral et l'atteinte des artères des membres inférieurs est à risque d'amputation et de décès cardiovasculaire. Le développement de stratégies innovantes capables d'optimiser le diagnostic précoce et le traitement de ces maladies est un enjeu considérable.Nous montrons une corrélation entre deux biomarqueurs inflammatoires, les microparticules leucocytaires (MPL) et la lipoprotéine phospholipase A2, et l'instabilité de la plaque carotidienne définie histologiquement, dans une population de patients porteurs d'une sténose carotidienne serrée. Les MPL sont élevées de façon significative et indépendante y compris chez les patients asymptomatiques porteurs d'une sténose carotidienne serrée instable. Ainsi, le taux circulant de MPL aider à sélectionner les meilleurs candidats à une chirurgie carotidienne préventive parmi les patients ayant une sténose carotidienne serrée asymptomatique. Deuxièmement, nous montrons que l'administration ex vivo d'érythropoïétine (EPO) améliore les capacités proangiogéniques des progéniteurs endothéliaux circulants tardifs in vitro et in vivo sur un modèle d'ischémie de patte de souris nude. Ces effets semblent médiés par la sous-unité CD131 du récepteur à l'EPO. Si ces résultats se confirment chez l'homme, l'EPO pourrait être utilisée pour améliorer les capacités de revascularisation des progéniteurs endothéliaux circulants tardifs circulants humains avant réinjection autologue comme produit de thérapie cellulaire chez des patients atteints d'ischémie critique des membres inférieurs. / Atherosclerotic peripheral arterial diseases are frequent and severe. They undertake the functional and vital prognosis of patients: lesions of supra-aortic trunks are at risk of stroke and lesions of lower limb arteries are at risk of amputation and cardiovascular death. The development of innovative strategies that optimize early diagnosis and therapeutic management of these diseases is thus a considerable challenge.In this work, we show a correlation between inflammatory biomarkers, leukocyte microparticles and lipoprotein phospholipase A2, and carotid plaque instability defined histologically, in a population of patients with tight carotid stenosis with or without neurological symptoms. Leukocyte microparticles are elevated significantly and independently including asymptomatic patients with tight unstable carotid stenosis. Thus, the circulating levels of leukocyte microparticles could be a tool in the future to select the best candidates for carotid surgery among patients with asymptomatic carotid stenosis tight.Second, we show that ex vivo administration of erythropoietin improves the proangiogenic capacity of late circulating endothelial progenitor in vitro and in vivo in a mouse model of hindlimb ischemia. These effects appear mediated by CD131 subunit of the receptor for erythropoietin. If these results are confirmed in humans, erythropoietin could be used to improve the revascularization capacity of late circulating endothelial progenitor before reinjection as autologous cell therapy product in patients with critical ischemia of the lower limbs.

L'histoire géologique de la péninsule de Basse Californie et du golfe de Californie est intimement liée à l'évolution de la marge occidentale de la plaque nord-américaine au cours des 80 derniers millions d'années. Deux évènements géologiques remarquables ont eu lieu (a) au Mésozoïque, lorsque la plaque Farallon-Kula est entrée en subduction le long de la côte ouest de l'Amérique du Nord, et (b) au Cénozoïque moyen, lorsqu'une nouvelle activité magmatique est apparue, mettant en place les laves calco-alcalines de l'arc de Comondu. <br />Au cours du Néogène, l'activité magmatique de la partie centrale de la péninsule de Basse Californie subit un changement très important vers 12,5 Ma. Combinées aux résultats antérieurs, nos datations K-Ar nouvelles démontrent que le volcanisme calco-alcalin de l'arc de Comondu cède progressivement la place à des associations magmatiques inhabituelles liées à l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique. Les laves correspondantes se répartissent en six champs volcaniques (Jaraguay, San Borja, San Ignacio, Santa Rosalía, Santa Clara, La Purísima) mis en place du Miocène supérieur au Quaternaire, sur près de 600 km le long de la Basse Californie. Ces associations magmatiques comprennent : (1) les adakites mises en place entre 12,5 et 8,2 Ma dans les champs volcaniques de Santa Clara, Santa Rosalia et Jaraguay ; (2) les basaltes enrichis en Nb (NEB) des champs volcaniques de Santa Clara et Santa Rosalia (11,2 à 7,4 Ma); (3) les basaltes et les andésites basaltiques de composition tholéiitique, émis dans les champs volcaniques de La Purisima et San Ignacio entre 11,3 et 7,2 Ma et qui montrent une signature de subduction très atténuée ; (4) les trachy-basaltes alcalins de type OIB qui affleurent au nord-ouest de Jaraguay dans les mesas de San Carlos et Santa Catarina, mises en place entre 9,3 et 7,5 Ma ; et enfin (5) les basaltes magnésiens, les andésites basaltiques magnésiennes et les andésites magnésiennes ("bajaites") émis dans tous les champs volcaniques entre 14,6 et 5,3 Ma, et particulièrement, d'après nos datations isotopiques nouvelles, entre 8,5 et 3,8 Ma à Jaraguay et entre 3,7 et 1,8 Ma à San Borja. Finalement, au cours du Plio-Quaternaire, la mise en place de magmas de compositions très contrastées est aussi démontrée dans la péninsule et dans les îles du golfe de Californie comme celle de San Esteban que nous avons plus particulièrement étudiée.<br />La fusion des coins des lèvres de la fenêtre asthénosphérique, due à l'érosion thermique, permet la genèse de liquides adakitiques, qui réagissent avec le coin du manteau situé au-dessus de la plaque plongeante, ce processus étant à l'origine des sources des NEB et "bajaites". Ces liquides adakitiques se sont infiltrés dans le coin du manteau de Basse Californie, après la fin de la subduction de la jeune plaque océanique Farallon et pendant l'ouverture de la fenêtre sous la péninsule entre 12,5 et 8 Ma. La signature géochimique de la série des andésites magnésiennes (teneurs élevées en MgO, Cr, Co et Ni ; appauvrissement en terres rares lourdes et Y ; enrichissement important en Sr et Ba ; et appauvrissement relatif en Rb et Th par rapport aux autres éléments en trace très incompatibles) témoigne de l'origine de ces laves par déshydratation-fusion d'un manteau lithosphérique riche en pargasite, à des profondeurs d'environ 80 km. Ce processus a lieu à des températures supérieures à 1050-1075°C, ce qui reflète bien le flux thermique élevé existant dans le coin du manteau.<br />En résumé, nous proposons que la mise en place de ces associations magmatiques peu habituelles en contexte de subduction soit liée à l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique pendant le Miocène supérieur. Celle-ci résulterait de la déchirure de la partie jeune de la plaque plongeante Farallon, s'initiant à partir de la fenêtre de Californie préexistante et se propageant parallèlement à la fosse de subduction sur plus de 600 km. Le volcanisme adakitique plio-quaternaire du golfe de Californie et de sa marge occidentale serait le résultat de la fusion partielle, déclenchée par le flux thermique élevé accompagnant l'ouverture, de fragments de croûte océanique préalablement incorporés au sein du manteau lithosphérique lors de la déchirure de la plaque plongeante Farallon.

Rupture of atherosclerotic plaque is one of the primary causes of death due to cardiovascular disease. The factors directing plaque progression to instability are poorly understood. It is well-known that arteries respond to changes in mechanical stress by remodeling, and that remodeling is mediated by the inflammatory response. Studies have shown that both mechanical stress and markers of inflammation are increased in the fibrous cap and shoulder regions of plaque, where rupture most often occurs. In this study we hypothesized that there are spatial relationships between the local mechanical environment and expression of markers of inflammation in atherosclerosis, and that these relationships are plaque-progression dependent. To test these hypotheses, we analyzed cross-sections at intervals along the length of human coronary atherosclerotic arteries. For each cross-section, a heterogeneous finite element model was developed to determine the spatial distribution of stress. In addition, novel techniques for quantifying inflammatory markers at high spatial resolution were used to determine the distributions of inflammatory markers. The distributions of stress and five markers of inflammation activated NF-kB, macrophages, MMP-1, nitrotyrosine, and microvessels - were then compared to determine whether spatial relationships exists. We demonstrated that the probability of activated NF-kB expression increases monotonically with increasing stress in all stages of plaque progression. This indicates that the relationship between mechanical stress and NF-kB activation is a player throughout the disease process. We found that the relationship between mechanical stress and macrophages is highly dependent on the state of plaque progression. In intermediate stages of progression macrophages increase with moderate stress but drop off again at very high stresses, while in the advanced stage macrophages continue to increase monotonically with stress. We found that MMP1 increases with stress in stages of progression where active remodeling is occurring, but decreases with stress in mature stable plaque. We found no relationship between mechanical stress and nitrotyrosine expression or microvessels. Taken together, these results support the role of mechanical stress in instigating and maintaining the inflammatory response, and help explain how mechanical input is able to direct the complex biological changes involved in remodeling.

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Background: Chronic plaque-type psoriasis is a major dermatosis, but a significant question is still unanswered: What defines severity in chronic plaque-type psoriasis? While objective assessments like the Psoriasis Area and Severity Index (PASI) have frequently been used in clinical trials, quality of life (QOL) questionnaires are currently becoming more and more popular. Objective: This article summarizes the most important objective and subjective measurements of severity in psoriasis. For every dermatologist it is critically important to distinguish between severe psoriasis and psoriasis that severely affects QOL. Even if the PASI also has disadvantages, it is the most adequate instrument available to evaluate severity in plaque-type psoriasis. Result: We provide reasons why PASI >12 defines severe, PASI 7–12 moderate and PASI <7 mild chronic plaque-type psoriasis. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

This thesis explores two possible ways of detecting soft plaque present in the coronary arteries, using CTA imagery. The coronary arteries are vessels that supply oxidized blood to the cardiac muscle and are thus important for the proper functioning of heart. Cholesterol or reactive oxygen species from cigarette smoke and other toxins may get adhered to the walls of coronary arteries and trigger chronic inflammation that leads to formation of the soft plaque. When the soft plaque grows bigger in volume, it occludes the blood flow to the cardiac muscle and finally results in ischemic heart attack. Moreover, smaller plaque can easily rupture due to the blood flow in arteries and can result in complications such as stroke. Hence there is a need to detect the soft plaque using non-invasive or minimally invasive techniques. In CTA imagery, the cardiac muscle appears as a dark gray color, while the blood appears as dull white color and the the calcified plaque appears as bright white. The soft plaque has an intensity which falls between the intensity level of the blood and cardiac muscle, making it difficult to directly segment the soft plaque using standard segmentation methods. Soft plaque in its advanced stages forms a concavity in the blood lumen. A watershed based segmentation method was used to detect the presence of this concavity which in turn identifies the location of the soft plaque. For segmenting the soft plaque at its earlier stages, a novel segmentation technique was used. In this technique the surface is evolved based on a region-based energy calculated in the local neighborhood around each point on the evolving surface. This method seems to be superior to the watershed based segmentation method in detecting smaller plaque deposits.

Background There is a transition towards minimally invasive restorative techniques in restorative dentistry based upon reducing bacterial viability and encouraging remineralization of caries infected tissue. To improve the predictability of the antibacterial and remineralization potential of carious dentine by either the application of medicaments or placement of restorative materials that encourage remineralization would be a significant benefit in disease management. Materials and Methods An experimental model was developed using a chemostat for in vitro analysis of the effects of silver fluoride followed by potassium iodide (AgF/KI) and ozone treatment on non demineralized and demineralized dentine. Electron Probe Micro Analysis (EPMA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) on the treated dentine were conducted to investigate ion transfer, and biofilm formation. Bacteria growth was measured by optical density. An in vitro caries model using a chemostat was developed to determine the ability of glass ionomer cement and composite resin to inhibit dentinal degradation in adjacent dentine and to measure ion exchange at the restorative interface. Tests were made to determine the bond strength between dentine and glass ionomer cement after application of silver fluoride to the surface of the dentine. Results S. mutans migrated through all dentine samples. Samples treated with AgF/KI had significantly lower optical densities than the corresponding controls. Optical density readings were significantly lower in demineralized dentine treated with AgF/KI than non demineralized dentine. There were lower but not significant differences in the optical density readings between ozonated and non ozonated dentine. An S. mutans biofilm covered all control discs. No biofilm was detected on discs treated with AgF/KI and these discs were significantly more resistant to further demineralization than the control discs. Detectable amounts of silver and fluoride were found up to 450 μm in the AgF and AgF/KI sections. Ozone infusion prevented S. Mutans and L. acidophilus biofilm formation on all the treated dentine samples, biofilm was present on all control specimens. There was calcium and phosphorus present in all auto cure glass ionomer cements to a depth beyond 50 microns. Aluminium and strontium ions were also present in dentine except strontium subjacent to Ketac Molar restorations. Fluoride uptake was significantly higher under glass ionomer cement restorations where the dentine was pretreated with AgF/KI compared to non treated specimens. Silver and iodine deposits were present in demineralized dentine treated with AgF/KI. Calcium and phosphorus levels up to 130 microns from the restorative interface were similar to non demineralized dentine adjacent to auto cure glass ionomer cements and half that adjacent to composite resin. There was significant surface degradation in auto cure glass ionomer cements compared to composite resin. Washing away the AgF/KI precipitate produced higher bond strengths to dentine than samples where the precipitate remained. Conclusions Under the conditions of these in vitro studies, the application of AgF/KI and ozone pharmacologically reduces the initiation and rate of dentine caries. Glass ionomer cements were shown to protect dentine from experimental carious degradation and assist with remineralization. AgF/KI application enhances remineralization beneath glass ionomers and does not interfere with bond strengths. / http://proxy.library.adelaide.edu.au/login?url= http://library.adelaide.edu.au/cgi-bin/Pwebrecon.cgi?BBID=1344616 / Thesis (Ph.D.) - University of Adelaide, Dental School, 2008