Vergleich von Sonikation, Vortex und dem Standardverfahren, intraoperativer Abstrich, zur Keimbestimmung bei der chirurgischen Zahnentfernung, eine Pilotstudie

Abstract

Einleitung: Ausgeprägte kariöse Läsionen oder Parodontitis stellen die häufigste Ursache für dentale Infektionen dar. Beide Krankheitsbilder entstehen durch Veränderungen des oralen Mikrobioms. Diese Infektionen können zu schwerwiegenden Verläufen bis hin zu Abszedierungen mit potenziell letalem Ausgang führen. In Zusammenhang mit diesen Infektionen reicht dann allein eine Sanierung des Infektionsfokus nicht aus, was den Einsatz von Antibiotika von Nöten macht. Zur gezielten antibiotischen Behandlung ist eine Abstrichnahme zur Keimbestimmung und Resistenztestung notwendig. Diese erweist sich häufig als unzureichend. Von daher ist es notwendig, aussagekräftigere Methoden zur Mikrobiombestimmung zu entwickeln. Ziel dieser Arbeit bestand darin, verschiedene biofilmablösende Verfahren, wie die Sonikation und Vortex an extrahierten Zähnen als ein Alternativverfahren für die mikrobiologische Diagnostik im Vergleich zum Standardverfahren zu untersuchen. Ebenso sollte die Resistenzlage der identifizierten bakteriellen Spezies untersucht werden.

Material und Methoden: Es wurden 20 Patienten mit einem nicht erhaltungswürdigen unteren Prämolaren eingeschlossen. Nach chirurgischer Zahnentfernung wurde ein intraoperativer Abstrich aus dem Zahnfach zur Keimbestimmung gewonnen und der extrahierte Zahn für die weitere Aufbereitung in einer DNA-Pufferflüssigkeit asserviert. Anschließend wurde der Zahn mittels der zu untersuchenden Verfahren, der Sonikation und dem Vortex aufbereitet. Die dadurch gewonnen Proben wurden jeweils zur Analyse des Mikrobioms mit Hilfe der genetischen Sequenzierung des 16s-rRNA-Gens ausgewertet. Es wurde an allen Proben die Menge an bakterieller DNA, gefundener Spezies, sowie deren Einteilung in Phylum und Ordnung analysiert. Für die statistische Auswertung wurden der Bland-Altman-Test, sowie der Friedman-Test und die alpha-adjustierte post-hoc- Analysen durchgeführt.

Ergebnisse: Insgesamt konnten 60 Proben, je 20 für jedes Verfahren ausgewertet werden. Durch den Einsatz der Sonikation war es möglich, signifikant mehr bakterielle Spezies im Vergleich zum Standardverfahren nachzuweisen. Die intrinsischen Resistenzen unterschieden sich in den untersuchten Methoden nicht. Signifikante Unterschiede konnten jedoch in Bezug auf die getesteten Antibiotika gezeigt werden. Die Antibiotika mit der geringsten Resistenzrate waren Amoxicillin mit Clavulansäure und Levofloxacin. Die mit der höchsten Resistenzrate Amoxicillin und Clindamycin.

Schlussfolgerung: Durch den Einsatz der Sonikation ist es möglich, signifikant mehr bakterielle Spezies als mit dem Standardverfahren nachzuweisen. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass sich die Zusammensetzung der gefundenen Mikrobiome unterscheidet. Daraus resultierend, stellt die Sonikation ein valides Mittel für einen bestmöglichen Einblick in das krankheitsverursachende oder krankheitsassoziierte Mikrobiom dar.

Introduction: Advanced carious destruction or periodontitis represents the most common cause of dental infections. Both conditions arise due to changes in the oral microbiome. As the disease progresses, it can lead to severe infections, including abscesses with potentially lethal outcomes. In the context of these infections, merely addressing the infectious focus is insufficient, necessitating the use of antibiotics. In cases of particularly severe infections, a microbial identification and resistance testing via swab sampling is indicated for targeted antibiotic treatment. However, this approach often proves inadequate, making it necessary to develop more informative methods for microbiome determination. The aim of this study was to investigate various biofilm-detaching techniques, such as sonication and vortexing on extracted teeth as an alternative method for microbiological diagnostics, in comparison to the standard procedure. Additionally, the resistance profile of the identified bacterial species was to be examined. Materials and Methods: Twenty patients with non-restorable lower premolars were included in the study. After surgical tooth removal, an intraoperative swab from the alveolus was obtained for microbial identification, and the extracted tooth was preserved in a DNA buffer solution for further processing. Subsequently, the tooth was prepared using the tested methods, sonication and vortexing. The obtained samples were analyzed for microbiome composition using genetic sequencing of the 16S rRNA gene. The analysis included assessing the quantity of bacterial DNA, identified species, and their classification into phylum and order. Statistical analysis was conducted using the Bland-Altman test, the Friedman test, and alpha-adjusted post-hoc analyses. Results: In total, 60 samples, 20 for each method, were evaluated. The use of sonication allowed the detection of significantly more bacterial species compared to the standard procedure. Intrinsic resistances did not differ between the tested methods. However, significant differences were observed in terms of the tested antibiotics. Antibiotics with the lowest resistance rates were amoxicillin with clavulanic acid and levofloxacin, while amoxicillin and clindamycin had the highest resistance rates. Conclusion: Sonication allows for the detection of significant more bacterial species than the standard procedure and showed differences in the composition of the identified microbiomes also. Consequently, sonication represents a valid method to gain a better understanding of the disease-causing or disease-associated microbiome.