銀ナノ粒子の血清型に対する抗付着活性と矯正装置への抗菌活性

Anti-Adherence and Antimicrobial Activities of Silver Nanoparticles against Serotypes and of on Orthodontic Appliances.

抄録

背景と目的ストレプトコッカス・ミュータンス（S. mutans）は、う蝕の存在に関連する主要な微生物であり、この細菌の特定の血清型は、一般的な健康を制限するいくつかの全身疾患に関連している。歯科矯正において、白斑病変（WSL）は、従来の歯科矯正治療中にその有病率と発生率が大きく変動するため、臨床医にとって大きな課題となっている。銀ナノ粒子（AgNP）は、S. mutans細菌を含むいくつかの微生物において優れた抗菌特性を有することが実証されているが、従来の治療に使用される矯正材料に付着したS. mutansの最も関連性の高い2つの血清型に暴露されたAgNPの抗付着性および抗菌特性に関する利用可能な情報はない。本研究の目的は、従来の歯列矯正器具に付着したS. mutansの血清型cとkに対するAgNPの抗付着性と抗菌レベルを測定することである。材料と方法AgNP溶液を調製し、分散光散乱（DLS）および透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて特性評価を行った。臨床的に分離された S. mutans の血清型 c および k に対し，最小発育阻止濃度（MIC）および菌付着性試験を用いて AgNP の抗菌活性および抗付着活性を測定し，PCR アッセイにより確認した．結果調製したAgNPは、良好なサイズ分布（29.3±0.7 nm）を有する球状であり、負で明確な電荷（-36.5±5.7 mV）を有していた。AgNPは、すべての細菌株と歯列矯正用ワイヤーに対して、良好な細菌増殖抑制効果（血清型cでは55.7±19.3μg/mL、血清型kでは111.4±38.6μg/mL）と付着抑制効果を示した（p＜0.05）。血清型kは統計的に最も高い付着率を示した（p＜0.05）．SSワイヤーはCuNiTi（3.3±6.0UFC/mL×104）およびNiTi（101.1±108.5UFC/mL×104）アーチよりも多くの細菌付着（149.0±253.6UFC/mL×104）を促進した．SEM分析によると、CuNiTiワイヤーは細菌付着のためのより良い地形条件を示したが、AFM評価ではAgNPに暴露された細菌細胞における細胞壁の凹凸が確認された。結論本研究は、AgNPが、従来の矯正治療におけるWSLや、それに付随する他の全身疾患の予防のための抗付着・抗菌剤として広く使用される可能性を示唆している。

Background and Objectives: Streptococcus mutans (S. mutans) is the main microorganism associated with the presence of dental caries and specific serotypes of this bacteria have been related to several systemic diseases limiting general health. In orthodontics, white spot lesions (WSL), represent a great challenge for clinicians due to the great fluctuation of their prevalence and incidence during conventional orthodontic treatments. Although silver nanoparticles (AgNP) have been demonstrated to have great antimicrobial properties in several microorganisms, including S. mutans bacteria, there is no available information about anti adherence and antimicrobial properties of AgNP exposed to two of the most relevant serotypes of S. mutans adhered on orthodontic materials used for conventional therapeutics. The objective of this study was to determine anti-adherence and antimicrobial levels of AgNP against serotypes c and k of S. mutans on conventional orthodontic appliances. Materials and Methods: An AgNP solution was prepared and characterized using dispersion light scattering (DLS) and transmission electron microscopy (TEM). Antimicrobial and anti-adherence activities of AgNP were determined using minimal inhibitory concentrations (MIC) and bacterial adherence testing against serotypes c and k of S. mutans clinically isolated and confirmed by PCR assay. Results: The prepared AgNP had spherical shapes with a good size distribution (29.3 ± 0.7 nm) with negative and well-defined electrical charges (−36.5 ± 5.7 mV). AgNP had good bacterial growth (55.7 ± 19.3 µg/mL for serotype c, and 111.4 ± 38.6 µg/mL for serotype k) and adherence inhibitions for all bacterial strains and orthodontic wires (p < 0.05). The serotype k showed statistically the highest microbial adherence (p < 0.05). The SS wires promoted more bacterial adhesion (149.0 ± 253.6 UFC/mL × 104) than CuNiTi (3.3 ± 6.0 UFC/mL × 104) and NiTi (101.1 ± 108.5 UFC/mL × 104) arches. SEM analysis suggests CuNiTi wires demonstrated better topographical conditions for bacterial adherence while AFM evaluation determined cell wall irregularities in bacterial cells exposed to AgNP. Conclusions: This study suggests the widespread use of AgNP as a potential anti-adherent and antimicrobial agent for the prevention of WSL during conventional orthodontic therapies and, collaterally, other systemic diseases.