Sind Kompositbestandteile ökologisch bedenklich?

Die Frage, ob ein am Menschen eingesetztes Medizinprodukt ausschließlich erwünschte therapeutische Wirkungen zeitigt und schädliche Wirkungen mit großer Sicherheit ausgeschlossen werden können, beschäftigt die medizinische und auch die zahnmedizinische Forschung immer wieder. Ein viel zitiertes Beispiel ist Amalgam, für dessen Einsatz am Menschen über die gesamte Verwendungszeit hinweg kaum direkte Gewebeschädigungen nachgewiesen werden konnten. Das schlussendlich EU-weit beschlossene De-facto-Amalgamverbot wurde hauptsächlich mit den möglichen Umweltschädigungen durch das im Amalgam enthaltene Quecksilber begründet.

Denn in der Forschung stehen heute verstärkt nicht nur die direkten gesundheitlichen Auswirkungen von zahnärztlichen Materialien auf den Menschen, sondern auch die ökologischen Konsequenzen des Eintrags in die Umwelt im Fokus. Im Unterschied zur Forschung am Menschen sind die dazu notwendigen wissenschaftlichen Studien weitgehend ohne ethische Einschränkungen möglich, was nicht zuletzt Zeitaufwand und Kosten spart. Die hier besprochene Studie untersuchte zum überwiegenden Teil die ökologischen Implikationen von Kompositen. In Bezug auf die menschliche Gesundheit wurden ergänzend mögliche genotoxische Wirkungen in vitro geprüft.

Komposite bestehen hauptsächlich aus einer organischen Matrix und anorganischen Füllstoffpartikeln. Um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, werden modernen Kompositen immer kleinere anorganische Füllstoffe bis in den Nanometer-Bereich zugesetzt. Trotz der weit verbreiteten Verwendung in der Medizin und Zahnmedizin bestehen allerdings nach wie vor erhebliche Wissenslücken in Bezug auf die Toxizität von Nanopartikeln und deren ökologische Unbedenklichkeit nach Freisetzung in die Umwelt.

Nanopartikel weisen ein hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis auf, was zu einer erhöhten Oberflächenreaktivität und einem erhöhten Potenzial zur Freisetzung potenziell toxischer Substanzen führen kann. Verschiedene Autoren haben bereits konzentrationsabhängige toxische Wirkungen von Komposit-Eluaten auf Bakterien und menschlichen Zellen nachgewiesen, allerdings gibt es bisher keine Daten zu Umweltauswirkungen von Kompositmaterialien und deren Abbauprodukten. Ziel der Freiburger Studie war es daher, das ökotoxische und genotoxische Potenzial von Komponenten zu bewerten, die aus Kompositen in der Zahnarztpraxis freigesetzt werden und dann ins Abwasser und letztendlich in die Umwelt gelangen.

Konkret wurde die folgende Hypothese experimentell untersucht: Komponenten, die bei der Bearbeitung von Komposit-Materialien freigesetzt werden und in Abwasser gelangen, induzieren keine toxischen Wirkungen in aquatischen Organismen und zeigen keine genotoxischen Wirkungen in einem In-vitro-Epithelzellmodell.

Proben von zwei Kompositmaterialien wurden in einer Plexiglasbox mit einem Standard-Diamantschleifer (Korngröße: 106 μm) zu Staub zermahlen. Daraus wurden wässrige (≤ 5 mg/ml) und organische (≤ 790 mg/ml) Extrakte zur Nachahmung von Abwasserproben hergestellt. Die Ökotoxizität wurde bei lumineszierenden Bakterien (Vibrio fischeri), Algen (Desmodesmus subspicatus), am Wasserfloh (Daphnia magna) und bei Fischembryonen (Danio rerio) untersucht. Die Genotoxizität wurde an humanen Lungenzellen (A459) mit dem Comet-Assay untersucht.

Wässrige und organische Eluate beider Materialien inhibierten die V.-fischeri-Biolumineszenz. Auch bei Algen verursachten beide Eluate eine signifikante Wachstumshemmung. In Daphnia verursachten wässrige Eluate eines der beiden Komposite eine 100-prozentige Immobilisierung, während das andere Material keine Wirkung zeigte. Bei Fischembryonen induzierten die wässrigen Eluate des einen Komposits bis zu 100 Prozent Mortalität, während das andere keine Mortalität verursachte, sondern ausschließlich die Pigmentierung beeinträchtigte. Organische Extrakte beider Materialien induzierten die Embryonensterblichkeit bis zu 100 Prozent bei 2 mg/ml. Es wurde keine biologisch relevante Genotoxizität festgestellt.

Die direkte Zelltoxizität von Kompositbestandteilen war schon Gegenstand zahlreicher Untersuchungen – aktuell wieder in einer Publikation von Shuoqiu Bai et al. im Journal of Functional Biomaterials [Shuoqiu Bai et al., 2026]. Die Auswirkungen der aus der Zahnarztpraxis ins Abwasser gelangenden Kompositbestandteile hingegen sind weitestgehend unbekannt. In der vorliegenden Untersuchung zeigten beide Kompositmaterialien konzentrationsabhängige ökotoxische Effekte bei den gewählten Organismen.

Die Ergebnisse der Untersuchung verdeutlichen, dass man bei der Anwendung von Kompositmaterialien in eine ähnliche Diskussion gelangen könnte wie bei Amalgamrestaurationen, wobei sich aufgrund der Komplexität der Erforschung toxischer Wirkungen am Menschen noch keine abschließenden Schlussfolgerungen ziehen lassen. In erster Linie sind hier die Hersteller von Kompositmaterialien herausgefordert, ihre Produktrezepturen auch in ökologischer Hinsicht sorgfältig und zukunftsweisend zu entwickeln.