チタン表面への細菌付着に及ぼす光線力学的治療の影響．

Influence of Photodynamic Therapy on Bacterial Attachment to Titanium Surface.

• Lina Sharab
• Robert Baier
• Sebastian Ciancio
• Thomas Mang

抄録

歯周炎やインプラント周囲炎では、プラーク形成微生物がバイオフィルムを形成し、その中で微生物は洗浄や抗生物質から保護されるようになる。抗生物質は部分的に効果がないことが多く、従来のインプラント表面へのスケーリングは困難であるが、光力学的治療（PDT）はこれらの保護された微生物に対して有用な選択肢となり得る。本研究では、市販の純チタン（Ti）上に成長したストレプトコッカス・ミュータンス（ATCC株27351）のバイオフィルムにPDTと物理的除去を表す水洗力（ジェットインピンジメント技術を用いた）のユニークな組み合わせを適用した。実験では、PDTを適用した後のバイオフィルムの付着強度の変化を調べる方法として、バイオフィルムを剥離するのに必要な力（せん断応力）を調べた。コロニー形成単位（CFU）数およびアラマーブルー（A.B.）アッセイを、処理前後の細菌の活力および代謝を測定するために使用した。Tiと同様の表面特性を有するゲルマニウムプリズム上で成長した同一のバイオフィルムの多重減衰内部反射赤外（MAIR-IR）スペクトルを、バイオフィルム除去感受性の違いを検定するために使用した。独立サンプルのt検定を用いて、PDT処理したバイオフィルムは、未処理のバイオフィルムと比較して、ウォータージェット衝撃力によるバイオフィルムの基質からの除去に対して、有意に(p<0.05)より感受性が高かった。未処理の対照バイオフィルムの厚さを変化させると、PDT処理したコンパニオンバイオフィルムの除去に必要なせん断応力（90～140dynes/cm²）が小さいのに比べ、チタン表面からの剥離にはより多くのせん断応力（144と228dynes/cm²）を必要とした。さらに、バイオフィルムの層内にある多糖類（P.S.s.）のエキソポリマーマトリックスは、バイオフィルムを基質から剥離するのに必要な力と比較して、より少ないせん断応力を必要とした。しかしながら、処理されたバイオフィルムについては（39から51dynes/cm²の間）、PDT処理および対照については（57から68dynes/cm²の間）、さらに少ない力を必要とした。多重減衰内部反射赤外（MAIR-IR）の結果から、PDTによる除去の優位性が確認され、主にバイオフィルムの保護多糖類の部分が除去された。これらの結果は、PDTが異なる成熟度でバイオフィルムを弱めることができ、簡単なリンス力を用いて容易に剥離できることを示唆している。

In periodontitis and peri-implantitis, plaque-forming microorganisms develop biofilms in which the microbes become protected from washing and antibiotics. While the antibiotics often become partially ineffective and traditional scaling to implant surface becomes challenging on such biofilm, Photodynamic Therapy (PDT) can be a useful option against these protected microorganisms. In this investigation, a unique combination of PDT and water rinsing force representing physical removal (using jet impingement techniques) were applied to biofilms of Streptococcus mutans (ATCC strain 27351) grown on commercially pure titanium (Ti). The experiment examined the force required to detach a biofilm (shear stress) as a way to determine changes in the biofilm's attachment strength after applying PDT. Colony-forming-unit (CFU) counts and Alamar Blue (A.B.) assays were used to measure the vitality and metabolism of the bacteria before and after the treatment. Multiple Attenuated Internal Reflection Infrared (MAIR-IR) spectra of identical biofilms grown on germanium prisms having surface properties similar to those of Ti were used to test differences in biofilm removal susceptibility. Using independent samples t-test, PDT-treated biofilms were significantly (p<0.05) more susceptible to removal from their substrata by water-jet impingement forces in comparison to the untreated biofilms. Varying thicknesses of untreated control biofilms required more shear stress (144 and 228 dynes/cm²) to delaminate from titanium surfaces when compared to less shear stress (90 to 140 dynes/cm²) required to removed PDT-treated companion biofilms. Moreover, an exopolymer matrix of polysaccharide (P.S.s) within layers of biofilm required less shear stress when compared to the force needed to detach biofilm from substrata. However, also needing further less force for treated biofilm (between 39 and 51 dynes/cm²) and (57 and 68 dynes/cm²) for PDT treated and control, respectively. Multiple Attenuated Internal Reflection Infrared (MAIR-IR) results confirmed the superiority of PDT-induced removal, predominantly of the protective polysaccharide part of the biofilm. These results suggest that PDT can weaken biofilms at different levels of maturity, allowing easier detachment using simple rinsing forces, which has promising future application in the dental practice where traditional scaling of implant surfaces is challenging.