根管治療における細菌感染の完全除去：電気化学的アプローチ

Total Eradication of Bacterial Infection in Root Canal Treatment: An Electrochemical Approach.

抄録

米国歯内療法専門医協会によると、現在、年間2,230万件の歯内療法が行われており、その成功率は70～95％、根管治療の平均生存率は5年後で約67％、8年後で56％である。失敗の主な原因のひとつは感染の再発である。したがって、患者のコンプライアンスに影響を与えることなく、細菌感染を効果的に根絶する補助的または代替的な方法の開発が不可欠である。電気化学の応用は、これまでにもカテーテルやインプラントの消毒に用いられてきた。したがって、本研究の目的は、電気化学の原理を利用して、根管治療のための細菌感染を根絶するマイクロ電子デバイスを開発することである。電気化学的プロトコールには、開回路電位（60秒）と、異なる電圧（-9～＋2 V）で異なる時間（1～5分）の電位静電スキャンが含まれる。電気化学的処理後、アラマーブルーアッセイ、コロニー形成単位、共焦点顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いて細菌の生存率を評価した。電気化学的電圧によって誘発される細胞毒性を、NaOCl溶液と比較して、2次元および3次元細胞培養系の骨芽細胞を用いて行った。その結果、-2～＋2Vを1～5分間印加しても、細菌の増殖に有意な減少は見られなかった。しかし、-9 Vのカソード電圧を5分間印加すると、細菌数が有意に減少（< 0.001）した（80-95%）。同様の結果は、より生体内の状態に近いバイオフィルム研究でも得られた。対照的に、NaOClの毒性の高さ（生存率0％）と比較して、本方法は3次元培養システムの細胞に対する細胞毒性を誘発しなかった（生存率65％）ことから、患者のコンプライアンスがより良好であることが示された。したがって、本研究は、歯内療法のための歯科用補助器具となりうる電気化学的に駆動されるマイクロエレクトロニックデバイスを開発するための裏付けとなる。

According to the American Association of Endodontists, currently 22.3 million endodontic procedures are being performed annually with the success rate of 70-95% and the average survival rate of the root canal procedure is approximately 67% after 5 years and 56% after 8 years. One of the major reason for the failure is relapse of infection. Hence, it is imperative to develop an assistive or alternative method to eradicate the bacterial infection effectively without affecting patient compliance. The application of electrochemistry has been used previously to disinfect catheters and implant disinfection. Hence, the aim of this study is to utilize the principles of electrochemistry to develop a microelectronic device to eradicate bacterial infection for root canal treatment. The electrochemical protocol includes open circuit potential (60 s) and potentiostatic scan at varying voltage (-9 to +2 V) at a different time duration (1-5 min). in the form of planktonic and biofilm was used in this study. After electrochemical treatment, the bacterial viability was evaluated using alamarBlue assay, colony forming units, confocal microscopy, and scanning electron microscopy. Cytotoxicity evoked by electrochemical voltage in comparison to NaOCl solution was performed using osteoblasts in 2D and 3D cell culture systems. The results of the study show that the application of -2 to +2 V at 1-5 min did not show any significant reduction in bacterial growth. However, the cathodic voltage of -9 V for 5 min showed a significant reduction ( < 0.001) in the bacterial count (80-95%). Similar results were obtained from biofilm study, which is more realistic to the in vivo condition. In contrast, the method did not induce cytotoxicity to the cells in 3D culture system (65% viability) in comparison to the highly toxic nature (0% viability) of NaOCl, indicating better patient compliance. Hence, the study provides supporting evidence to develop an electrochemically driven microelectronic device that can be a potential assistive dental instrument for endodontic procedures.