Überlebensanalyse und klinische Nachuntersuchung einer maschinenbearbeitbaren Lithiumdisilikatkeramik (IPS e.max CAD LT) von Einzelzahnrestaurationen im Seitenzahngebiet im chairside-Verfahren: 10-Jahres-Ergebnisse

Lithiumdisilikatkeramik ist ein monolithisches, keramisches Material, welches hohe mechanische Stabilität mit transluzenten Elementen vereint und so der natürlichen Zahnhartsubstanz entspricht. Die Möglichkeit, Restaurationen aus diesem Material im chairside-Verfahren mit Hilfe von CAD/CAM-Technik herzustellen, gewährt der modernen Zahnmedizin ökonomische Vorteile, wie beispielsweise die Präparationsanalyse in Echtzeit, selektive Wiederholbarkeit des Abdruckes, digitales Archivieren, Versorgung in einer Sitzung, die damit verbundene sofortige bakteriendichte Versieglung der Dentinwunde und adhäsive Stabilisierung der Restzahnsubstanz. Außerdem ermöglicht es der modernen Zahnmedizin eine virtuelle Verlaufskontrolle und eine Datenfusion 15. Diese prospektive Studie hatte die Bewertung von im chairside-Verfahren hergestellten Lithiumdisilikatkeramikkronen nach 10 Jahren im Seitenzahngebiet sowohl hinsichtlich ihrer Überlebenswahrscheinlichkeit als auch ihrer Qualität zum Ziel. Es bestehen bereits Studien zu kurzzeitigen Untersuchungen dieser monolithischen Restauration sowie Arbeiten, die Langzeitergebnisse über laborgefertigte Kronen desselben Materials erheben. Für die monolithische Anwendung chairside-hergestellter Lithiumdisilikatkeramikkronen waren jedoch keine Langzeitstudien verfügbar. Zudem ist eine Evaluation über die langfristige, klinische Qualität dieser Kronen bisher nicht erfolgt. Einundvierzig Kronen aus Lithiumdisilikatkeramik wurden bei 34 Patienten (20 zahnmedizinische Fakultät/ 14 Zahnarztpraxis) im chairside-Verfahren hergestellt. Die Präparation erfolgte mittels abgerundeter Stufe oder einer ausgeprägten Hohlkehle. Außerdem wurde ein minimaler Substanzabtrag von 2 mm im Höckerbereich sowie 1,5 mm in der Fissur festgelegt. Die Restaurationen wurden optisch mit einer CEREC-3-Einheit abgeformt. Mit Hilfe der CEREC-Software 2.9 wurden die virtuellen Modelle zusammengefügt und die Kronen designt. Nach dem Sintern im Ofen erfolgte die Befestigung der Kronen mit einem selbstadhäsiven Zement. Die klinische Qualität der Kronen wurde nach den modifizierten Kriterien des US Public Health Service bewertet. Die Nachkontrollen fanden zur Baseline-Untersuchung sowie nach 12, 24, 36, 48, 60, 72 und 120 Monaten statt und beinhalteten die Erhebung der modifizierten USPHS-Kriterien. Die Kaplan-Meier-Analyse dieser Studie basiert auf der Überlebenswahrscheinlichkeit und der komplikationsfreien Rate. Zum Ausschluss einer Restauration führten Misserfolge. Diese wurden, wie auch die Komplikationen, in technische und biologische Ursachen unterteilt. Analog wurden Misserfolge auch als Komplikation gewertet. Bei den Nachuntersuchungen empfiehlt sich, immer nur eine Restauration pro Proband zu kontrollieren 41. Daher wurde in dieser Studie für die sieben Probanden, welche zwei Kronen erhielten, eine randomisierte Zuordnung mittels Randomisierungsliste durchgeführt, sodass jeweils nur eine Krone in der Nachuntersuchung betrachtet wurde. Die Pfeilerzahntopographie beschränkte sich auf den Seitenzahnbereich (10 Prämolaren-, 32 Molarenkronen). Die Probanden waren zu Studienbeginn im Durchschnitt 46,6 Jahre (±13,1; min. 26, max. 72; davon 62% weiblich). Die statistische Auswertung (IBM SPSS Statistics 22, IBM Ehningen, Deutschland) der Daten erfolgte mittels Kaplan-Meier-Analyse, Log-Rank-Test und Wilcoxon-Vorzeichenrangtest bei einem Signifikanzniveau von p=0,05. Nach durchschnittlich 10,1 Jahren wurden 26 Kronen untersucht und bewertet. Innerhalb dieses Untersuchungszeitraums traten fünf Fehler auf. Die Fraktur einer Krone nach 2,9 Jahren ist als technischer Fehler einzustufen, die Fraktur eines Zahnstumpfes nach 6,0 Jahren, die akute Exazerbation einer Parodontits apicalis chronica nach 6,1 Jahren sowie eine Wurzellängsfraktur nach 7,0 Jahren und eine erneuerungsbedürftige Krone, aufgrund einer kariösen Läsion am Kronenrand nach 10,0 Jahren wurden als biologische Fehler gewertet. Als Komplikationen galten zwei kariöse Läsionen am Kronenrand sowie die Dezementierung einer Krone nach zwei Jahren. Innerhalb der ersten 13 Monate ließ sich eine Sensibilitätsveränderung feststellen. Alle oben genannten Ereignisse traten an Molaren auf. Die Kaplan-Meier-Analyse für alle Kronen ergab eine Überlebenswahrscheinlichkeit von 83,5 % und eine komplikationsfreie Wahrscheinlichkeit von 71,0 % nach 10 Jahren. Bei der Analyse nach modifizierten USPHS-Kriterien nach 10 Jahren konnte eine fast ausschließliche Alpha-Bewertung festgestellt werden. Die Studie belegt das Auftreten einer geringen Anzahl von Fehlern und Komplikationen. Deshalb können Lithiumdisilkatkeramiken, die im chairside-Verfahren hergestellt wurden, für die Langzeitanwendung empfohlen werden.  :Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis III 1 Einführung 1 1.1 CAD/CAM 3 1.1.1 Digitale Abformung 6 1.1.2 Digitale Konstruktion 6 1.2 Keramik 9 1.2.1 Lithiumdisilikatkeramik 11 1.2.2 IPS e.max CAD 13 1.3 Befestigung 14 1.3.1 Konventionelle Befestigung 15 1.3.2 Adhäsive Befestigung 15 1.4 Langzeitstudien 17 1.5 Aufgabenstellung 18 2 Material und Methode 19 2.1 Studienpopulation 19 2.2 Präparationsrichtlinien 20 2.3 Abformung 21 2.4 Herstellung der Krone 21 2.5 Adhäsives Einsetzen 22 2.6 Nachkontrollen 22 2.7 Statistische Auswertung 23 2.7.1 Randomisierung 23 2.7.2 Überlebensanalyse 23 2.7.3 Qualitative Beurteilung der Restaurationen 24 3 Ergebnisse 25 3.1 Recall-Raten 25 3.2 Überlebensanalyse 25 3.2.1 Technische Komplikationen und Misserfolge 25 3.2.2 Biologische Komplikationen und Misserfolge 26 3.3 Qualitative Beurteilung nach modifizierten USPHS-Kriterien 29 3.3.1 Oberfläche 29 3.3.2 Farbe 30 3.3.3 Klebefuge 30 3.3.4 Integrität Zahn 31 3.3.5 Integrität Krone 32 3.3.6 Beschwerden 33 3.3.7 Compliance 34 4 Diskussion 35 4.1 Gegenstand der Diskussion 35 4.2 Methodische Stärken und Schwächen 35 4.3 Vergleich und Interpretation der Daten 36 4.3.1 Überlebensanalyse 36 4.3.2 Modifizierte USPHS-Kriterien 42 4.4 Ausblick 42 4.5 Schlussfolgerung 43 5 Zusammenfassung 44 6 Literaturverzeichnis 47 7 Abbildungsverzeichnis 52 8 Diagrammverzeichnis 53 9 Anhangsverzeichnis 54 10 Anhang 55 Eigenständigkeitserklärung 60 Publikationen 61 Danksagung 6

Noise Reduction in Complex Biological Switches

Cells operate in noisy molecular environments via complex regulatory networks. It is possible to understand how molecular counts are related to noise in specific networks, but it is not generally clear how noise relates to network complexity, because different levels of complexity also imply different overall number of molecules. For a fixed function, does increased network complexity reduce noise, beyond the mere increase of overall molecular counts? If so, complexity could provide an advantage counteracting the costs involved in maintaining larger networks. For that purpose, we investigate how noise affects multistable systems, where a small amount of noise could lead to very different outcomes; thus we turn to biochemical switches. Our method for comparing networks of different structure and complexity is to place them in conditions where they produce exactly the same deterministic function. We are then in a good position to compare their noise characteristics relatively to their identical deterministic traces. We show that more complex networks are better at coping with both intrinsic and extrinsic noise. Intrinsic noise tends to decrease with complexity, and extrinsic noise tends to have less impact. Our findings suggest a new role for increased complexity in biological networks, at parity of function

Selector function of MHC I molecules is determined by protein plasticity

The selection of peptides for presentation at the surface of most nucleated cells by major histocompatibility complex class I molecules (MHC I) is crucial to the immune response in vertebrates. However, the mechanisms of the rapid selection of high affinity peptides by MHC I from amongst thousands of mostly low affinity peptides are not well understood. We developed computational systems models encoding distinct mechanistic hypotheses for two molecules, HLA-B*44:02 (B*4402) and HLA-B*44:05 (B*4405), which differ by a single residue yet lie at opposite ends of the spectrum in their intrinsic ability to select high affinity peptides. We used <em>in vivo</em> biochemical data to infer that a conformational intermediate of MHC I is significant for peptide selection. We used molecular dynamics simulations to show that peptide selector function correlates with protein plasticity, and confirmed this experimentally by altering the plasticity of MHC I with a single point mutation, which altered <em>in vivo</em> selector function in a predictable way. Finally, we investigated the mechanisms by which the co-factor tapasin influences MHC I plasticity. We propose that tapasin modulates MHC I plasticity by dynamically coupling the peptide binding region and {\alpha}<sub>3</sub> domain of MHC I allosterically, resulting in enhanced peptide selector function

Experimental Biological Protocols with Formal Semantics

Both experimental and computational biology is becoming increasingly automated. Laboratory experiments are now performed automatically on high-throughput machinery, while computational models are synthesized or inferred automatically from data. However, integration between automated tasks in the process of biological discovery is still lacking, largely due to incompatible or missing formal representations. While theories are expressed formally as computational models, existing languages for encoding and automating experimental protocols often lack formal semantics. This makes it challenging to extract novel understanding by identifying when theory and experimental evidence disagree due to errors in the models or the protocols used to validate them. To address this, we formalize the syntax of a core protocol language, which provides a unified description for the models of biochemical systems being experimented on, together with the discrete events representing the liquid-handling steps of biological protocols. We present both a deterministic and a stochastic semantics to this language, both defined in terms of hybrid processes. In particular, the stochastic semantics captures uncertainties in equipment tolerances, making it a suitable tool for both experimental and computational biologists. We illustrate how the proposed protocol language can be used for automated verification and synthesis of laboratory experiments on case studies from the fields of chemistry and molecular programming

Characterization of Intrinsic Properties of Promoters.

Accurate characterization of promoter behavior is essential for the rational design of functional synthetic transcription networks such as logic gates and oscillators. However, transcription rates observed from promoters can vary significantly depending on the growth rate of host cells and the experimental and genetic contexts of the measurement. Furthermore, in vivo measurement methods must accommodate variation in translation, protein folding, and maturation rates of reporter proteins, as well as metabolic load. The external factors affecting transcription activity may be considered to be extrinsic, and the goal of characterization should be to obtain quantitative measures of the intrinsic characteristics of promoters. We have developed a promoter characterization method that is based on a mathematical model for cell growth and reporter gene expression and exploits multiple in vivo measurements to compensate for variation due to extrinsic factors. First, we used optical density and fluorescent reporter gene measurements to account for the effect of differing cell growth rates. Second, we compared the output of reporter genes to that of a control promoter using concurrent dual-channel fluorescence measurements. This allowed us to derive a quantitative promoter characteristic (ρ) that provides a robust measure of the intrinsic properties of a promoter, relative to the control. We imposed different extrinsic factors on growing cells, altering carbon source and adding bacteriostatic agents, and demonstrated that the use of ρ values reduced the fraction of variance due to extrinsic factors from 78% to less than 4%. This is a simple and reliable method to quantitatively describe promoter properties.TJR was supported by a Microsoft Research studentship and EC FP7 Project No. 612146 (PLASWIRES) awarded to JH, JRB by a Microsoft Research studentship and internship, and FF by CONICYT-PAI/Concurso Nacional de Apoyo al Retorno de Investigadores/as desde el Extranjero Folio 8213002 7, and EPSRC grant EP/H019162/1 awarded to JH. JWA acknowledges the EPSRC and the Wellcome Trust for support.This is the author accepted manuscript. The final version is available from ACS via http://dx.doi.org/10.1021/acssynbio.5b0011