牙科和口腔Health-Sci Forschen

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研究文章
Porphyromonas gingivalis生物膜的形成與Nanoselenium植入物表麵處理

穆罕默德Assadawy1 *埃曼Helmy2

1口腔醫學係、牙周病學、口腔和口腔放射學診斷,牙科學院醫學、埃及開羅愛資哈爾大學
 2區域真菌學和生物技術中心,埃及開羅愛資哈爾大學

*通訊作者:Mohamed Assadawy講師,口腔醫學係,牙周病學,口腔和口腔放射學診斷、牙科醫學教師,愛資哈爾大學PO 11825年開羅,埃及,電子郵件:Drmohamed_i@yahoo.com


文摘

作品簡介:生物膜的形成對植入物植入損失是主要的因素。Porphyromonas gingivalis是一個高度致命的病原體,導致牙周疾病的發展和植入失敗。

目的:本研究的目標是調查的形成p . gingivalis生物膜nanoselenium塗層植入物在體外和潛在使用nanoselenium peri-implantitis治療。

材料與方法:Porphyromonas gingivalis寫明ATCC 33277年培養獲得的在體外成熟的生物膜表麵的Hexacone植入係統。夾具是添加到一個埃普多夫管和放置在一個無菌空氣層流內閣。自動機器學習工具是用來計算植入表麵生物膜的大小從SEM圖像,和可訓練的Weka軟件采用分割插件在斐濟。

結果:SeNPs影響了p . gingivalis生物膜(效果為80.17%),差異非常顯著(p 0.000)。

結論:使用SeNPs牙科植體塗料提出了有前途的反p . gingivalis生物膜的活動。

臨床相關性:牙科植體表麵處理的發展和高效的抗菌特性,特別是對最致命的病原體,尚未建立。

主要發現:Nanoselenium粒子作為植入物表麵塗層預防Porphyromonas gingivalis生物膜的形成到驚人的程度。

實際的含義:納米顆粒可以提供一種新的先進的治療方法Porphyromonas gingivalis(p . gingivalis生物膜在牙科植入物)。

關鍵字

Peri-implantitis;牙周病;Nanoselenium成像;Porphyromonas gingivalis;細菌生物被膜

縮寫

寫明ATCC 33277:Porphyromonas gingivalis寫明ATCC 33277 DNA,完整的基因組;p . gingivalis:Porphyromonas gingivalis;t . denticola:梅毒denticola;SeNP:硒納米粒子;掃描電鏡:掃描電子顯微鏡;WEKA:懷卡托環境知識AnalysisWEKA是一家集數據挖掘任務的機器學習算法。WEKA包含工具數據預處理、分類、回歸、聚類、關聯規則、和可視化;麥克風:最低抑製濃度


介紹

在植入生物膜的形成是一個支持疾病的主要因素。Porphyromonas gingivalis牙周炎的主要病原。這種微生物也各種係統性疾病的危險因素,如某些疾病,糖尿病和肺部感染。生物膜中微生物的特性可以顯著偏離的等效生物浮遊條件下的增長率和基因轉錄。臨床上,生物膜形成的皮膚,口腔粘膜和牙齒有時導致慢性感染的牙科植入物[1]。

口服移植學biofilm-related感染的管理帶來了很大的挑戰,因為生物膜本身的結構和成分提供了防止抗菌藥物,和常規機械生物膜中斷需要使表麵消毒。藥物可能需要刪除這些生物膜臨床使用。牙科植入物已經成為尋求牙科修複患者的首選。然而,植入粘膜炎和隨後peri-implantitis強加的風險植入質量和病人舒適。此外,骨吸收,甚至植入放鬆占總數近30%的移植失敗病例[2]。重要的數據證實了生物膜的形成在植入頸部負責植入粘膜炎[3]。

p . gingivalis已被證實為一個關鍵periimplantitis病原體,牙周炎由支持軟、硬組織的炎症。這種情況可能導致牙科植體失敗(4、5),和一個相當盛行的periimplantitis(20%到56%)[6]。生物膜是複雜的社區相互附著的微生物和/或表麵,都封裝在一個自產矩陣[7]。這些有組織的社區代表主要植入的風險,因為他們的入侵和逃避宿主防禦機製及其對抗菌劑的敏感性下降[8]。Biofilm-mediated阻力是由於受損的滲透抗菌素,upregulation耐藥性基因的代謝活動的差別,對這些生物膜內的細胞包括(9、10)。的致病性p . gingivalis表達的阿森納毒性因素與組織殖民和破壞和阻礙宿主防禦機製[11]。營養的交互描述扮演一個角色的共存p . gingivalis和t . denticola。p . gingivalis提供了異丁酸,促進的發展t . denticola,而t . denticola琥珀酸產生,提高p . gingivalis的增長;這些交互可能解釋這一發現p . gingivalis和t . denticola表現出增強的浮遊生物膜增長一旦培養起來monospecies相比增長(12、13)。抗菌藥物,具有活動p . gingivalis包括群體感應抑製劑、抗菌肽、辣椒素等天然來源植物辣椒(辣椒)µg /毫升[14]。硒,一個重要的元素,對健康是至關重要的。在人類中,硒是25硒蛋白的合成所必需的。硒的有利影響各種癌症的風險(肺癌、肝癌、腸癌、前列腺癌、食管、胃賁門,甲狀腺和膀胱)已經證實[15]。SeNPs研究了某些醫療用途和作為骨科植入物的可能的物質[16]。硒化合物的力量antibiofilm和抗炎藥已被證實。納米材料提高成骨細胞功能(如粘附[17],增殖,某些骨蛋白的合成,並對含鈣礦物的沉積),鼓勵適當的osteointegration因為最大化區域和粗糙度(18、19)。相比之下,裁剪鈦表麵的牙科植入物與抗菌藥物是implantologists和研究人員的一個關鍵目標。抗菌塗料抑製植入物的感染風險,即扭轉手術的最常見的解釋。NPs的抗菌行為可分為(1)破壞細胞膜,使細胞溶菌作用; (2) disrupting protein synthesis; and (3) preventing DNA replication [20,21]. Many different methods are used to assess biofilms. Biological techniques include the following: semi-quantitative staining, measurements of dried biomass, protein or DNA quantification, and assessments of residual viable organisms. Each method has advantages and deficiencies, but all of them provide only indirect values of the removal efficiency and are susceptible to operator variability [22-24]. Standard optical microscopy, confocal laser scanning microscopy and epifluorescence microscopy (EM) are reliable tools for biofilm analysis. Additionally, scanning electron microscopy (SEM) is a proper instrument not only for intimately viewing the substratum morphology but also for observing bacterial attachment and biofilm formation on abiotic surfaces. Indeed, SEM has been useful within the event of antibiofilm materials for biomedical applications [25,26]. Scanning electron microscopy (SEM) has been used extensively for qualitative observation of biofilms because of its high resolution and is typically applied in conjunction with biological assays on bacterial biofilms [27]; advanced segmentation techniques such as semisupervised machine learning methods are also typically prescribed [28].

材料和方法

的最小抑製濃度SeNPs微量滴定肉湯稀釋法測試了Khiralla通用描述,et al ., [29]。SeNPs的濃度是0,10、15、20、25、30µg /毫升。MIC90被設定的最低濃度SeNPs抑製90%的增長相比,積極控製。所有測試都是管理一式三份(n = 3),結果是平均[30]。

納米製備一種積極發展文化被用來準備亞文化在馬鈴薯葡萄糖瓊脂偏,和72小時的潛伏期後28°C,偏是用作鈦納米粒子合成的起始物料。真菌培養在250毫升瓶包含100毫升的修改麥芽extract-peptone (MGYP)媒介。介質的pH值設置為6,和一個旋轉瓶是在150 rpm和28°C 72小時。72小時後,真菌的菌絲球從文化肉湯,脫臼和真菌菌絲與無菌水衝洗。收集到的真菌質量(15 g濕重)在100毫升無菌Milli-Q-Water resuspended 250毫升錐形燒瓶然後動搖(150 rpm) 28°C 62小時。接下來,濾液收集並添加到遊離鈉SeO3鹽濃度的10毫米(從我們的初步實驗最佳鹽濃度)。整個混合放在瓶(150 rpm) 28°C,和反應被允許出現在48小時。

的抗菌藥物敏感性SeNPs決心使用瓊脂擴散試驗(圖1、表1),和最低殺菌濃度(MBC)[9]成立。

圖1:SeNP-sensitive測試隔離。

細菌分離株(108CFU /毫升)
SeNPs(5毫米) SeNPs(7毫米) SeNPs(10毫米) T。harzianum細胞遊離水提取 Na2搜索引擎優化3(7毫米) 慶大黴素
Porphyromonasgingivalis 4.0±1.2 5.7±1.2 4.5±1.2 附加說明 附加說明 1.6

表1:抗菌活性的生物SeNPs意味著抑製區在cm中產生一係列檢測病原微生物。
使用一個agar-well擴散的方式進行試驗分析。使用100µl直徑是6.0毫米的樣品進行測試。
* RCMB;區域中心真菌學和生物技術。
* *附加說明:No Activity

細菌細胞培養和生物膜的生成

Porphyromonas gingivalis寫明ATCC 33277能夠開發一個體外成熟生物膜表麵的Hexacone植入係統。表麵噴砂,acid-etched在加熱過程中,然後osmoactively保護。Hexacone植入物的特性包括一個內部6或12-edge,室內邊際錐度和美國標準的內螺紋。植入物是由沙石Ti6AI4V伊萊。n(年代);每個Hexacone夾具放置在一個埃普多夫管和放置在一個無菌空氣層流內閣。每個埃普多夫管前麵開了,滿0.5毫升的準備p . gingivalis懸掛,動搖然後孵化在37°C為3周。

顯微鏡檢查

樣品製備:時樣本與2.5%戊二醛固定,脫水係列用乙醇稀釋攪拌使用自動組織處理器(徠卡EM TP,徠卡微係統;奧地利)。2 -然後,樣本使用有限公司%時刻幹燥機(Tousimis模型:Audosamdri-8 1 5日;美國馬裏蘭州羅克維爾市)。3 -樣品被金濺射塗塗布機(SPI-Module U)。

顯微鏡檢查:樣品進行了掃描顯微鏡(地產- 5500 LV;JEOL有限公司——日本)在高真空下真菌學和生物技術的區域中心,埃及開羅。三組被分配:一組p . gingivalis生物膜在Hexacone,第二組p . gingivalis和25毫克/毫升nanoselenium粒子,第三組是一個木板Hexacone夾具。每組由七SEM故事。顯微圖是使用斐濟軟件處理。

可視化的硒塗層和細菌生物被膜

牙科植入物了,建築麵積計算與斐濟圖像處理免費(馬裏蘭州貝塞斯達國立衛生研究院,)。生物膜是分段鈦表麵的SEM圖像使用自動機器學習過程(圖2,圖3)。可訓練的Weka分割插件使用鈦表麵進行分類,生物膜和SeNPs隨後部分圖像;信息列表,使用25 SPSS軟件統計評估。倫理批準不需要這個在體外研究。

圖2:圖片的Porphyromonas gingivalis生物膜沒有硒納米粒(綠色表示生物膜)。植入物表麵的生物膜是分段,可訓練的Weka細分(機器學習軟件)。

圖3:圖片的p . gingivalis生物膜與硒納米粒(綠色表示生物膜;紫色表示硒(分割圖像)。

結果

第一組(組1p . gingivalis隻)和第二組(組2,p . gingivalis+ SeNPs)進行了比較。Shapiro-Wilk測試(P = 0.01和0.04 < 0.05),兩組1、組2(直方圖和可見檢查,正常qq情節,P P情節和箱形圖,圖中顯示的數據不是正態分布組1或2組。因此,使用非參數MannWhitney測試而不是獨立的學習任務。

尺度效應報告使用埃塔廣場(η2)指數從主和交互影響。埃塔廣場內被定義為方差的比例變量所解釋的研究實驗變量。

影響大小= Z /√N = (2.121) / (√7) = 80.17%

結果表示為中位數±標準差(SD)。

來測試假設組1(意思是,SD)和組2意味著(意思是,SD)都是平等的,一個非參數Mann-Whitney測試。在進行分析之前,每組的正常分布檢驗,但沒有觀察到滿意,如前所述。平等意味著每組的零假設是拒絕,Z = 2.121, P < 0.0001。因此,組1的意思是在統計學上顯著高於組2的意思。影響大小估計[31];結果顯示一個大η2 = 80.17%的效果,這意味著80.17%的方差的變量SeNPs從2組是可以預見的p . gingivalis相反當所有的變量都保持不變。

SeNPs影響p . gingivalis生物膜(效果為80.17%),差異非常顯著(p 0.000),如圖4所示。

圖4:條形圖顯示的效果大小SeNPsPorphyromonas gingivalis生物膜。

討論

這項研究是第一個在體外研究評估的後果SeNPs牙周炎的主要致病原因和periimplantitis,也就是說,p . gingivalis生物膜的形成。作為主要病原學的牙周炎的發病原因和peri-implantitis[32],消除的生物膜是極其困難的,因為細胞外高分子多糖保護病原體的抗菌物質代理[33]。這項研究表明,25毫克/毫升SeNPs降低p . gingivalis生物膜的形成。SeNPs的抑製作用也可以增強通過增加SeNP濃度;表麵應該有一定的屬性來實現最好的骨整合的速度和對抗細菌的挑戰,包括主機係統維護能力,促進宿主組織一體化,抑製微生物粘附和增長和消除所有生物和植入[34]。它也被發現p . gingivalis擴散在nAg-HA / TiO低得多2塗層表麵比裸控製[35]。進一步發現表麵處理與某些分子含有抗菌和Ti-conjugated肽可能有助於防止鈦表麵生物膜的形成[36]。嵌合肽是一個有利的替代防止鈦表麵生物膜的形成,與阻止高疾病的承諾(37、38)。

這種考慮的研究還支持coCrMo 2.5µm氮化鋯大衣,這似乎是一個有前途的表麵改性技術,能夠抑製細菌附著表麵的植入,進一步防止植入感染美國epidermidis生物膜的形成[39]。

結論

SeNPs提供一個有用的方法來抑製生物膜的形成和口服抗菌藥物在臨床應用前景移植學。SeNPs作為植入塗料的使用提出了有前途的反p . gingivalis生物膜活性在體外並將進一步探索基因參與和未來的臨床應用。機會對於當地感染控製可能對結果產生積極影響植入的損失和/或功能障礙。這種技術將很快能夠在增強牙科植入物的臨床成功競爭。

作者的貢獻

穆罕默德Assadawy設計並指導項目,準備植入物,進行圖像分析和寫論文。埃曼Helmy微生物過程和執行準備硒納米粒。穆罕默德Assadawy博士和教授埃曼Helmy沒有披露。

同意出版

不適用。

資金

沒有資金支持這項工作。

倫理批準和同意參與

本文不包含任何研究與人類或動物通過作者的候選人。

知情同意

在這類研究中,正式同意不是必需的。

利益衝突聲明

作者明確指出沒有利益衝突與本文有關的。


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條信息

文章類型:研究文章

引用:Assadawy M, Helmy E (2021)Porphyromonas gingivalis生物膜的形成與Nanoselenium植入物表麵處理。Int J影響口腔健康7 (5):dx.doi.org/10.16966/2378 - 7090.366

版權:©2021 Assadawy等。這是一個開放的文章下分布式知識共享歸屬許可條款,允許無限製的使用,分布和繁殖在任何媒介,被認為提供了原作者和來源。

出版的曆史:

  • 收到日期:2021年5月05

  • 接受日期:2021年5月25日,

  • 發表日期:01 2021年6月,