Эффективность очистки стоматологических конструкционных полимерных материалов и их устойчивость к биообрастанию

Полный текст

Введение

Различные материалы, включая металлы, керамику, полимеры и композиты, широко используются в стоматологической практике для восстановления поврежденных зубов и изготовления зубных протезов [1, 2]. За последнее десятилетие были разработаны полимерные материалы (ПМ) для зубных протезов с высокой стабильностью, отличными механическими свойствами и биосовместимостью [3]. По сравнению с металлами полимерные материалы для зубных протезов характеризуются низкой токсичностью, низкой себестоимостью и простотой в обработке [4, 5]. Полимерные материалы предлагаются в качестве основы для съемных зубных протезов на основе акриловой смолы и для условно-съемных зубных протезов с опорой на интегрированные дентальные имплантаты [6, 7]. Акриловая смола на основе полиметилметакрилата (ПММА) является одной из самых популярных стоматологических пластмасс, используемых в качестве базисов для зубных протезов [8, 9]. Некоторые полимерные материалы имеют механические и биофизические свойства, близкие к свойствам человеческой кости, и не вызывают аллергических реакций. В последнее время в качестве пластикового субстрата для основы зубных протезов широко применяется полиэфир-эфир-кетон (PEEK) [10]. PEEK обладает высокой прозрачностью для рентгеновских лучей, и он легко визуализируется. Кроме того, эластичность этих пластиков больше похожа на кортикальную кость, чем на металлы [11]. Поверхность пластикового зубного протеза имеет тенденцию накапливать налет в полости рта. Многие из вышеперечисленных ПМ имеют ряд недостатков как стираемость и повреждение от различных факторов окружающей среды: термический, окислительный и гидролитический [12]. Одним из наиболее важных повреждающих факторов является образование биопленки бактериями полости рта на их поверхностях [13–15]. Процесс создания сложного сообщества микроорганизмов на поверхности прикрепления в виде биопленки известен как биологическое обрастание, или микрообрастание. Биопленки полости рта представляют собой агрегаты микроорганизмов, которые образуются в результате прикрепления клеток друг к другу и/или к поверхности хозяина в водной среде [16]. Ацидогенные бактерии полости рта производят органические кислоты, которые могут разрушать реставрационные материалы для зубов [17]. Особую обеспокоенность вызывает тот факт, что процесс деградации этих материалов может способствовать возникновению рецидивирующего кариеса [18]. Следовательно, способность материалов противостоять биопленкам является важным требованием для их клинической эффективности. Поскольку в настоящее время полимерные материалы конкурируют с металлическими материалами, важно понимать их устойчивость к загрязнению и поведение полимеров после очистки [19, 20].

Материал и методы

Было использовано три полимерных материала — Flexistrong Plus (Dental plus), Dentalos Plus (Dental plus), PEEK (Dental plus) для оценки их устойчивости к биологическому обрастанию. Образцы готовили в виде кусков размером 10 × 20 × 2 мм с полированной поверхностью с одной стороны для имитации структуры поверхности готового зубного протеза и стерилизовали в 96% этаноле в течение 12 ч.

Бактерии и условия роста

Биологическое обрастание полимеров осуществляли в среде (BM) (глюкоза 5 г, пептон 7 г, MgSO₄ × 7H₂O 2,0 г и CaCl₂ × 2H₂O 0,05 г в 1,0 воды [21]) с добавлением 15% (по объему) овечьей крови (ББМ--бульон). Для подсчета КОЕ использовали агар LB, дополненный 15% (по объему) крови овец (BLB-агар). Для биологического обрастания был использован ряд изолятов S. mutans.

Атомно-силовая микроскопия

Для АСМ-визуализации на воздухе образцы фиксировали в течение 6 ч глутаральдегидом (0,1% водный раствор), затем осторожно промывали чистой водой и высушивали на воздухе [22]. Изображения с помощью атомно-силовой микроскопии были получены с использованием сканирующего зондового микроскопа Dimension Icon (Bruker, США), работающего в режиме PeakForce Tapping™. Сканирующие датчики Asyst-Air (Bruker), имеющие номинальную длину 115 мкм, радиус наконечника 2 нм, постоянную пружины 0,4 Нм были использованы повсеместно. Изображения были получены при сканировании в 512 строк при частоте сканирования 0,8–0,9 Гц. Полученные необработанные данные визуализации АСМ были обработаны и проанализированы с использованием программного обеспечения Nanoscope Analysis v.1.7 (Bruker).

Drop plate (подсчет КОЕ)

Для оценки количества бактериальных клеток, оставшихся адгезированными к поверхности полимеров, образцы из механически очищенных пластиков отбирали стерильными ватными палочками и подвергали 10-кратным разведениям в 0,9% хлориде натрия, в трех технических повторах. Из каждого разведения по 5 мкл наносили на чашки с BLB средой и подсчитывали КОЕ из тех образцов, которые содержали 5–10 колоний на каплю [23, 24].

Статистический анализ

Эксперименты проводились в трех биологических экземплярах (т. е. вновь приготовленных культурах и среде) с тремя независимыми повторами в каждом. Статистическую значимость результатов оценивали с помощью критерия знаковых рангов Вилкоксона. Различия считались достоверными при р < 0,05.

Результаты исследования

Для оценки устойчивости к биологическому обрастанию полимерных материалов их образцы (кусочки размером 10 × 20 × 2 мм каждый) были загрязнены S. mutans в бульоне BLB в течение 48 ч в статичных условиях для получения жесткой биопленки на поверхностях. Образцы всех полимеров были обсеменены в одном резервуаре одновременно для поддержания одинаковых условий, было проведено пять независимых экспериментов. Загрязненный пластик очищали механически ручной зубной щеткой средней жесткости в течение 5 мин каждую, дважды промывали стерильной водой и оценивали количество жизнеспособных клеток на поверхности (рис. 1).

 

Рис. 1. Количество жизнеспособных клеток на поверхностях полимерных материалов, загрязненных в течение 48 ч биопленкой S. mutans до (черные) и после обработки зубной щеткой в течение 5 мин (серые).

 

Контрольные образцы дважды промывали стерильной водой, а также подсчитывали КОЕ. Количество КОЕ на загрязненных Flexistrong Plus и Peek было одинаковым (10⁷ КОЕ/см²) и уменьшилось только на 2,5–3 порядка после механической очистки, что свидетельствует о том, что значительное количество клеток осталось на поверхности и может не удаляться зубной щеткой. Напротив, количество КОЕ на поверхности Dentalos Plus было значительно выше (10⁹ КОЕ/см²) и уменьшилось всего на 1,3 порядка во время очистки. Поверхности полимерного материала в исходном состоянии, биологически загрязненные и после очистки щеткой также анализировали с помощью атомно-силовой микроскопии (рис. 2).

 

Рис. 2. Атомно-силовая микроскопия поверхностей полимерных материалов (Flexistrong Plus, Dentalos Plus, PEEK) в исходном состоянии (A), загрязненных 48-часовой биологи- ческой пленкой S.mutans (Б) и после очистки зубной щеткой (В).

 

Flexistrong Plus и Peek имеют относительно гладкие поверхности, в отличие от Dentalos Plus, который характеризовался неравномерной структурой с выраженными бороздками и в 4 раза более высоким индексом шероховатости (см. рис. 2, верхняя линия, см. таблицу).

 

Наномеханические характеристики полимерных материалов

Материал	Flexistrong Plus	Dentalos Plus	PEEK
Адгезия, nN
Чистый пластик	12,1 ± 2,3	7,3 ± 1,7	13,5 ± 0,7
Пластик загрязнен 48-часовой биопленкой	8,9 ± 2,4	6,2 ± 0,3	10,5 ± 0,9
Пластик очищен зубной щеткой от биопленки	3,6 ± 0,3	6,2 ± 0,3	10,3 ± 4,9
Шероховатость, нм
Чистый пластик	41,9 ± 2,2	211,5 ± 74,2	50,1 ± 1,4
Пластик загрязнен 48-часовой биопленкой	192,3 ± 51,1	98,1 ± 37	259,5 ± 82,4
Пластик очищен зубной щеткой от биопленки	61,3 ± 17,4	98,1 ± 21,7	54,3 ± 6,6

 

Следует отметить, что сила адгезии Dentalos Plus была в среднем в 2 раза меньше, чем у других материалов (см. таблицу), по-видимому, из-за неровности поверхности. Шероховатость, видимо, является основным фактором, определяющим более высокую степень биологического обрастания и менее эффективное удаление бактерий щеткой из этого материала (см. рис. 1). Все материалы имели жесткую биопленку с хорошо развитой грибовидной формой, за исключением Dentalos Plus (см. среднюю линию на рис. 2), для которой такая структура не наблюдалась, а индекс шероховатости даже уменьшался.

После чистки на поверхностях всех пластиков наблюдалось наличие остаточного органического материала со скоплениями клеток и повреждением пластика (см. нижнюю линию рис. 2). Шероховатость Flexistrong Plus и Peek была увеличена по сравнению с необработанным материалом, по-видимому, из-за механического повреждения зубной щеткой (см. таблицу). Для Dentalos Plus показатели шероховатости загрязненных и очищенных поверхностей были похожи, возможно, из-за заполнения канавок и инвагинаций матрицей биопленки.

Выводы

Результаты проведенных исследований позволили получить новые характеристики ряда полимерных материалов с микробиологических позиций, что открывает возможность прогнозировать гигиеническую адекватность полимерных ортопедических конструкций, используемых при реабилитации стоматологических больных. Выявленные факты усиления микробного загрязнения после механической обработки поверхности полимерных материалов, требуют дополнительной их облицовки более твердыми материалами или создания на основе этих полимеров новых композитов с высокой гигиенической адекватностью.

Об авторах

Ф. А. Хафизова

ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: khafizovirek@mail.ru
Россия, 420008, г. Казань

Р. М. Миргазизов

ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: khafizovirek@mail.ru
Россия, 420008, г. Казань

И. Р. Хафизов

ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: khafizovirek@mail.ru
Россия, 420008, г. Казань

Ю. А. Ульянов

ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: khafizovirek@mail.ru
Россия, 420008, г. Казань

Список литературы

Дополнительные файлы