Результаты адгезии микроорганизмов к поверхности модифицированного протеза-обтуратора

Competing interests. The authors declare no competing interests.

Funding. This research received no external funding.

Compliance with ethical principles. The authors confirm that they respect the rights of the people participated in the study, including obtaining informed consent when it is necessary.

Cite as: Panahov N.A., Jafarov R.M. The results of the adhesion of microorganisms to the surface of the modified prosthetic obturator. Bulletin of the Medical Institute “REAVIZ”: Rehabilitation, Doctor and Health. 2024;14(6):

Ортопедическое восстановление функций и формы лица с помощью обтураторных протезов является отличным методом замены отсутствующих частей и восстановления контура. Хирургические и временные обтураторы изготавливаются из акриловых смол, что ускоряет заживление в период восстановления и сокращает сроки реабилитации. По истечении трёх–четырёх месяцев после операции, тщательной оценки заживления и прогноза опухоли может быть установлено окончательное протезирование обтуратора [1].

Наиболее часто используемым материалом для изготовления базисов зубных протезов и обтураторов является полиметилметакрилатная смола (ПММА), но, несмотря на свою популярность, смола ПММА далека от идеала. Основными недостатками материала являются усадка при полимеризации и снятие термических напряжений [2, 3].

Смолы на основе ПММА являются наиболее широко используемыми в стоматологии, особенно при изготовлении зубных протезов и ортодонтических приспособлений. Они считаются цитотоксичными из-за выщелачивания различных потенциально токсичных веществ, наиболее распространёнными из которых являются остаточные мономеры. Различные эксперименты in vitro и in vivo, а также исследования на клетках, проведённые с использованием акриловых смол или их выщелоченных компонентов, показали, что они обладают цитотоксическим

71–175.

действием и могут вызывать раздражение слизистых оболочек и сенсибилизацию тканей [4]. Полиэфир-эфиркетон (ПЭЭК) – это высокоэффективный полимер, который обладает универсальной обрабатываемостью и обеспечивает такие преимущества, как малый вес, комфорт и улучшенная эстетика в стоматологии. Фрезерованные каркасы из ПЭЭК успешно применялись в протезах обтураторов верхней челюсти, но сообщения о ПЭЭК, напечатанных на 3D-принтере, немногочисленны [5].

Протезы-обтураторы могут быть заселены микроорганизмами и функционировать как резервуар инфекции. Подсчитано, что по меньшей мере 65 % всех случаев инфицирования человека связаны с микробными биопленками [2]. Мягкие накладки для зубных протезов и другие силиконовые материалы, используемые в челюстно-лицевых и голосовых протезах, подвержены колонизации C. albicans и другими микроорганизмами, что сокращает срок службы этих протезов. Ороназальные связи, которые развиваются после операции по удалению опухоли, предрасполагают к тому, что микрофлора обтураторного протеза будет отличаться от микрофлоры тех, кто носит обычные частичные и полные зубные протезы. До операции стрептококки являются наиболее распространёнными бактериями, обнаруживаемыми в полости рта. После резекции верхней челюсти обтураторы также подвергаются воздействию микроорганизмов, обитающих в носу и придаточных пазухах. К ним относятся Staphylococcus spp., а также коринебактерии, Haemophilus spp. и Нейссерии [2].

Эти исследования важны не только для оценки долгосрочного клинического эффекта этих материалов, но и помогают в дальнейшей разработке альтернативных смол.

Цель настоящего исследования – оценить in vitro образование биопленки различными видами бактерий полости рта на образцах из титана и полиэфир-эфиркетона экспериментальных групп.

Материал и методы

Всего было приготовлено 115 образцов, которые, в зависимости от обработки, были разделены на 6 групп: 1 группа (контроль) включала 15 образцов гладкообработанного титанового сплава, обозначенного как T-с – титановый сплав; 2 группа – 20 образцов титана, обработанного лазером – Т-л; 3 группа – 20 образцов гладкообработанного поли-эфирэфиркетона – ПЭЭК; 4 группа – 20 образцов ПЭЭК, модифицированного лазером – ПЭЭК-л; 5 группа – 20 образцов ПЭЭК, обработанного плазмой ПЭЭК-п; 6 группа – 20 образцов ПЭЭК, обработанного лазером и плазмой – ПЭЭК-лп.

Титановые диски были отфрезерованы из титанового сплава Ti-6AL-4V ELI (со сверхнизким содержанием междоузлия). На титан, модифицированный лазером, были нанесены канавки диаметром 8 мкм (Laser-Lok; BioHorizons Inc.). Группа T-с, подвергшаяся механической обработке, рассматривалась как контрольная группа. Диски ПЭЭК готовили из стержней ПЭЭК и впоследствии подвергали лазерному текстурированию с микроканавками. Для двух групп ПЭЭК были произведены модификации плазмой: 5 группа – ПЭЭК, обработанный плазмой (ПЭЭК-п); 6 группа – ПЭЭК, модифицированный лазером и обработанный плазмой (ПЭЭК-лп). Перед микробиологическим анализом образцы подвергались очистке, которую проводили в ультразвуковой ванне в 70%-м этаноле в течение 5 мин и дистиллированной воде в течение 5 мин. Затем образцы были аккуратно высушены и подвергнуты воздействию ультрафиолетового излучения при комнатной тем- пературе в течение 30 мин с каждой стороны. Подготовленные образцы хранили в стерильных микро-центрифужных пробирках до проведения анализа. В исследовании использовали эталонные штаммы шести микроорганизмов: Streptococcus mutans, Streptococcus oralis, Candida albicans, Staphylococcus aureus, Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium nucleatum. После процесса активации штамма по 3 колонии каждого вида были перенесены на специальные среды. Количество колоний на мл (КОЕ/мл) подсчитывали для каждой группы. Для удаления несвязанных бактериальных/грибковых клеток образцы промывали в стерильном растворе, затем переносили в стерильные микроцентрифужные пробирки. Разведённую среду из пробирок посеяли на питательные среды. Затем чашки инкубировали при температуре 37 °C в анаэробных (для бактерий) или аэробных условиях (для C. albicans) в течение 24 ч (для Streptococcus. mutans, Strep. oralis и C. albicans) или 5 дней (для F. nucleatum и P. gingivalis). После инкубации определяли количество биопленки и выражали в КОЕ/мл. Для сканирования образовавшейся на поверхности образцов биопленки использовали сканирующий электронный микроскоп JEOL серии JSM-7800F (Япония) по протоколу подготовки [6].

Статистический анализ выполнен с использованием программы Statistica for Windows, v.16 (StatSoft, США). Рассчитывали среднее значение показателя (М), стандартного отклонения (SD). Для сравнения экспериментальных групп рассчитывали критерий Стьюдента (t) с определением достоверности различий (р). Значение р < 0,05 считалось статистически значимым.

Результаты и их обсуждение

Нулевая гипотеза заключалась в том, что на адгезию бактерий и образование биопленки будут влиять состав материала и модифицированная поверхность.

Результаты оценки величины адгезии Streptococcus mutans, Streptococcus oralis, Candida albicans, Staphylococcus aureus, Porphyromonas gingivalis и Fusobacterium nucleatum к поверхности экспериментальных образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты анализа колониеобразующих единиц (мл×10⁴) прилипших микроорганизмов

Table 1. The results of the analysis of colony-forming units (ml x 104) of adhering microorganisms

Экспериментальные группы	№	Strepto coccus mutans	Strepto coccus oralis	Candida albicans	Staphylo coccus aureus	Porphyro monas gingivalis	Fusobacterium nucleatum
1 группа	15	186,5 ± 18,44	136,6 ± 17,72	135,6 ± 15,66	59,4 ± 12,92	137,8 ± 14,14	190,4 ± 17,22
2 группа	20	147,8 ± 20,7	112,5 ± 16,90	110,2 ± 14,87	51,1 ± 14,22	97,4 ± 13,54	140,1 ± 14,42.
3 группа	20	174,2 ± 19,54	140,2 ± 17,33	134,2 ± 16,13	58,2 ± 15,12	133,1 ± 19,27	192,1 ± 15,43
4 группа	20	140,3 ± 18,4	116,8 ± 19,65	110,4 ±15,42	50,8 ± 14,48	98,0 ± 11,88	142,7 ± 16,46
5 группа	20	102,9 ± 18,0	90,5 ± 19,11	88,7 ± 14,87	49,9 ± 15,11	87,1 ± 15,63	132,9 ± 16,62
6 группа	20	88,9 ±19,23	77,8 ± 18,23	82,6 ± 6,0	47,5 ± 16,18	80,6 ± 15,58	100,7 ± 18,84

По данным подсчёта колониеобразующих единиц (КОЕ), результаты исследования Streptococcus mutans КОЕ/мл показали более высокое среднее значение для биопленки, выращенной на гладкооб-работанных титановых образцах, по сравнению с другими образцами. Различие с образцами 2 группы составило 20,7 % (t = 1,40, p = 0,172), с образцами 3 группы – 6,6 % (t = 0,46, p = 0,650), с образцами 4 группы – 24,8 % (t = 1,77, p = 0,086), с образцами 5 группы – 44,8 % (t = 3,24, p = 0,008), с образцами 6 группы – 52,3 % (t = 3,66, p = 0,001).

Количество прикреплённых колоний Streptococcus oralis на образцах 1 группы по сравнению с образцами 6 группы было значительно выше на 43,0 % (t = 2,31, p = 0,027) и не существенно выше с образцами 2 группы – на 17,6 % (t = 0,98, p = 0,332), 4 группы – на 14,5 % (t = 0,75, p = 0,460), с образцами 5 группы – на 33,7 % (t = 1,77, p = 0,086). В тоже время количество прикреплённых колоний Streptococcus oralis на образцах 3 группы в сравнении с образцами 1 группы было незначительно выше на 2,6 % (t = 0,15, p = 0,885).

Результаты по Candida albicans показали сходные значения для 1 группы и 3 группы между которыми практически не было разницы (t = 0,06, p = 0,951). Не наблюдалось существенной разницы между 1 и 2 группами (t = 1,18, p = 0,248), а также между 1 и 4 группами (t = 1,15, p = 0,260). Существенное различие выявлено между 1 и 5 группами (t = 2,17, p = 0,037) и между 1 и 6 группами (t = 2,37, p = 0,024).

Количество прикреплённых колоний Staphylococcus aureus на образцах 1 и 3 групп практически не различалось (t = 0,06, p = 0,952). Между 1 и 2 группой не было отмечено значительной разницы, хотя число прикрепленных колоний Staphylococcus aureus в 1 группе было выше (t = 0,43, p = 0,669). Аналогичное наблюдалось между 1 и 4 группой (t = 0,44, p = 0,661) и 1 и 5 группами (t = 0,48, p = 0,636) и между 1 и 6 группами (t = 0,57, p = 0,569).

Согласно полученным результатам по Porphyroonas gingivalis в 1 группе выявлялся более высокий КОЕ, что по сравнению со 2 группой было выше на 29,3 % (t = 2,06, p = 0,047), с 4 группой – на 28,9 % (t = 2,16, p = 0,039), с 5 группой – на 36,8 % (t = 2,41, p = 0,022) и с 6 группой – на 41,5 % (t = 2,72, p = 0,010), но с 3 группой различий практически не было (t = 0,20, p = 0,845).

Значительные различия в значениях КОЕ/мл для Fusobacterium nucleatum были выявлены между 1 и 2 группами (t = 2,83, p = 0,008), 1 и 4 группами (t = 2,00, p = 0,054), 1 и 5 группами (t = 2,40, p = 0,022), 1 и 6 группами (t = 3,51, p = 0,001). Анализ показал, что в 3 группе КОЕ незначительно превышал аналогичный показатель в 1 группе, но разница была незначительной (t = 0,07, p = 0,942).

Из таблицы 1 очевидно, что наименьшее количество всех видов микроорганизмов наблюдалось на поверхности образцов ПЭЭК, обработанных плазмой, а также лазером и плазмой, т.е. в 5 и 6 группах. Кроме того, наиболее высокие прикреплённые КОЭ были Fusobacterium nucleatum, Streptococcus mutans и Streptococcus oralis, т.е. патогены, связанные с ортопедическими инфекциями.

Биоматериалы в полости рта могут служить субстратами для бактериальной колонизации, что приводит к образованию биопленки. Биопленки представляют собой сообщества микроорганизмов, заключённых в матрицу внеклеточных полимерных веществ. Эти биопленки могут содержать патогенные бактерии, способствующие возникновению различных заболеваний полости рта, таких как кариес зубов, заболевания пародонта и инфекции, связанные с имплантатами. Поэтому крайне важно оценить склонность биоматериалов поддерживать рост бактерий и образование биопленки.

Известно, что на развитие и рост бактериальной биопленки на поверхности влияют несколько факторов, включая рельеф поверхности, гидрофобность, поверхностную энергию и заряд. Наличие более глубоких и широких углублений увеличивает площадь контакта, усиливая защиту бактерий от внешнего удаления. Это создает более благоприятную поверхность для колонизации и роста биопленки. В нашем исследовании, несмотря на то, что на поверхности образцов из ПЭЭK наблюдалась значительная шероховатость, у титановых образцов объём биопленки на поверхности был больше.

Смачиваемость поверхности также влияет на адгезию бактерий, где степень прикрепления зависит от вида бактерий, т.е. гидрофобные бактерии предпочитают гидрофобные поверхности, в то время как гидрофильные бактерии предпочитают гидрофильные поверхности [7]. Хотя в полости рта циркулирует более 500 видов бактерий, основной причиной хронического пародонтита является Porphyromonas gingivalis [8]. P. gingivalis обладает гидрофобными свойствами, и поэтому его прикрепление к гидрофильной поверхности не допускается [8, 9]. Следовательно, ожидается, что модификация поверхности для повышения гидрофильности поверхности будет способствовать остеоинтеграции и подавлению адгезии P. gingivalis (и других гидрофобных бактерий полости рта). Тем не менее, важно отметить, что взаимодействие между бактериями и поверхностью является довольно сложным явлением и зависит от нескольких факторов, включая внешнее напряжение сдвига, другие микроорганизмы, слюнную пленку, рельеф поверхности и т.д.

Результаты исследования согласуются с данными S. Vulovic и соавт. [10], которые описали Strep. oralis и C. albicans как гидрофобные штаммы микроорга- низмов, преимущественно прилипающие к более гидрофобным поверхностям. Другое предположение состоит в том, что более высокая гидрофильность поверхности полимерных материалов приводит к усиленной бактериальной колонизации их поверхностей.

Измерения бактериальной адгезии показали, что наибольшая степень адгезии отмечалась на гладко-обработанной поверхности как титанового, так и ПЭЭК образцов.

Таким образом, результаты настоящего исследования показали, что образцы из ПЭЭК во многих аспектах сопоставимы с титановым сплавом и в не- которых конкретных ситуациях лечения могут быть лучшим выбором, что подтвердило нулевую гипотезу. Наши наблюдения позволили получить информацию о влиянии различных видов обработки поверхности на её топографию, что может послужить основой для разработки улучшенных свойств поверхности материалов. Использование ПЭЭК в качестве альтернативы металлу является превосходным. Следовательно, постоянные обтураторы верхней челюсти с фиксацией из ПЭЭК можно рассматривать как перспективный метод лечения пациентов с приобретёнными дефектами верхней челюсти.