Porphyromonas gingivalisの表面接着を促進する主要な地形パラメータ

Key topographic parameters driving surface adhesion of Porphyromonas gingivalis.

抄録

歯科インプラントの失敗は、主に細菌バイオフィルム形成の結果であるインプラント周囲炎によるものである。細菌付着は、表面のマイクロ/ナノ形状と強く関連している。したがって、細菌付着を理解するためには、表面のテクスチャーパラメータの評価が不可欠である。本研究では、鏡面研磨したチタン試料（Ti6Al4V）に、波長1030nm（赤外）のフェムト秒レーザー（fs-L）を、レーザーパラメーター（レーザービームの偏光、インパクトの数、間隔、組織）を変化させて照射した。焦点変動顕微鏡で3次元トポグラフィーの画像を取得し、MountainsMapソフトウェアで解析して表面パラメータを測定した。インプラント周囲炎に関連する細菌の中からPorphyromonas gingivalisを選択し、in vitro試験でTi6Al4V表面への接着を評価した。様々な表面パラメータとP.gingivalis付着との相関を調べた。一般的な表面粗さの指標であるSa値は、fs-L処理表面の複雑さと細菌の相互作用を説明するには不十分であることがわかった。この目的のためには、Sku、溝の密度と平均深さが最も正確なパラメーターであることがわかった。これらの結果は、表面の地形パラメータに基づいて細菌の接着特性を予測するのに役立つ重要な情報を提供し、その結果、有望なレーザー設計生体機能インプラントの開発につながる可能性がある。

Dental implant failure is primarily due to peri-implantitis, a consequence of bacterial biofilm formation. Bacterial adhesion is strongly linked to micro-/nano-topographies of a surface; thus an assessment of surface texture parameters is essential to understand bacterial adhesion. In this study, mirror polished titanium samples (Ti6Al4V) were irradiated with a femtosecond laser (fs-L) at a wavelength of 1030 nm (infrared) with variable laser parameters (laser beam polarization, number, spacing and organization of the impacts). Images of 3-D topographies were obtained by focal variation microscopy and analyzed with MountainsMap software to measure surface parameters. From bacteria associated with peri-implantitis, we selected Porphyromonas gingivalis to evaluate its adhesion on Ti6Al4V surfaces in an in vitro study. Correlations between various surface parameters and P. gingivalis adhesion were investigated. We discovered that Sa value, a common measure of surface roughness, was not sufficient in describing the complexity of these fs-L treated surfaces and their bacterial interaction. We found that Sku, density and mean depths of the furrows, were the most accurate parameters for this purpose. These results provide important information that could help anticipate the bacterial adhesive properties of a surface based on its topographic parameters, thus the development of promising laser designed biofunctional implants.