Summary

치과 임 플 란 트에 대 한 다른 자료에 구두 Biofilm 형성

Published: June 24, 2018
doi:

Summary

여기, 선물이 세균성 세포 생존 및 형태학 상 특성의 분석을 포함 하 여 치과 보 철물 abutments에 대 한 티타늄 및 지 르 코니 아 재료에 구두 biofilm 형성 평가 하는 프로토콜. 현장에서 모델 관련 강력한 현미경 검사 법 기술 된 구두 biofilm 분석에 사용 됩니다.

Abstract

치과 임 플 란 트 및 보 철 그들의 구성 요소 세균성 식민 및 biofilm 형성 하는 경향이 있다. 제공 하는 낮은 미생물 접착 재료의 사용 정도와 요정 이식 질병의 진행을 줄일 수 있습니다. 보기는 구강 환경 복잡성과 구강 biofilm이, 치아와 치과 재료의 표면에의 한 biofilm 분석 수 있는 현미경 기술 필요. 이 문서에서는 일련의 프로토콜 비교 형태학 및 세포 수준에서 구두 biofilms 분석에 관련 된 방법으로 구두 biofilm 형성 티타늄 및 보 철 abutments에 대 한 세라믹 재료에 대 한 구현. 이 연구에 설명 된 대로 치과 족 abutments에 대 한 티타늄 및 지 르 코니 아 재료에 구두 biofilm 형성 평가를 제자리에 모델 방법론 타당성을 시연 함으로써 48 h biofilm의 만족 스러운 보존을 제공 합니다. Multiphoton 현미경 시험 자료에 형성 된 biofilm의 지역 담당자의 분석을 수 있습니다. 또한, fluorophores의 사용 및 multiphoton 현미경을 사용 하 여 이미지의 처리에는 세균 생존 능력의 분석을 미생물의 아주 이질적인 인구에 있습니다. 전자 현미경 검사 법 생물학 견본의 준비 biofilm, 좋은 해상도, 이미지 및 아무 유물의 구조 보존을 촉진합니다.

Introduction

박테리아 biofilms 복잡 한, 기능적 및 구조적으로 미생물 지역 사회 조직, 세포 외, 생물학적으로 활성 폴리머 매트릭스1,2합성 미생물 종의 다양성에 의해 특징. 생물 비 생물 적인 표면에 세균성 접착 침 glycoproteins1,,34주로 구성 된 인수 박막의 형성에 의해 앞에 있습니다. 미생물 및는 박막 사이의 약한 물리 화학 상호 작용 처음 설립 하 고 세균성 adhesins 인수 박막의 당단백질 수용 체 사이 강한 상호 작용에 의해 따라. 미생물 다양성 형성 multispecies 커뮤니티1,,34, , 이미 연결 된 박테리아의 수용 체에 보조 식민지 개척자의 coaggregation를 통해 점차 증가 5.

구두 microbiota 및 호스트와의 공생 관계의 항상성 구강 건강 유지에 중요 하다. 구두 biofilms 안에 dysbiosis 카 리에 스 그리고 치 주 질환2,5의 개발에 대 한 위험을 증가할 수 있습니다. 임상 연구는 치아 나 치아에 biofilm의 축적과 치은 염 또는 페리-임 플 란 트 mucositis6,7의 개발 원인-효과 관계를 보여 줍니다. 염증 과정의 진행 임 플 란 트8의 필연적인 손실과 peri implantitis 이끌어 낸다.

치과 임 플 란 트 및 보 철 그들의 구성 요소는 세균성 식민 및 biofilm 형성9경향이 있습니다. 화학 성분 및 표면 지형 낮은 미생물 접착을 제공 하는 자료의 사용 정도와 요정 이식 질병9,10의 진행을 줄일 수 있습니다. 티타늄 임 플 란 트;에 대 한 보 철 abutments의 제조에 대 한 자료를 가장 많이 사용 되는 그러나, 세라믹 재료 최근에 도입 되었다 그리고 그들의 미적 속성 및 생체 적합성11,12티타늄 대신 인기를 얻고 있다. 또한 중요 한 것은, 세라믹 재료 미생물, 주로 그들의 표면 거칠기, 습윤, 및 표면 자유 에너지10,13때문에 살 일 걸 요 감소 잠재력 관련 되어 있다.

생체 외에서 연구 보 철 인접 표면9,14,15,,1617미생물 접착의 이해에 중요 한 발전에 기여 했다. 그러나, 구강, 전단 세력의 존재에 의해 뿐만 아니라 다양 한 온도 산도 및 양분 가용성 특징의 동적 환경이 이다 생체 외에서 실험 프로토콜18, 재현할 수 19. 이 문제를 해결 하려면 대신 advantageously 비보 전 분석10,20, 의 3 차원 구조를 유지 하는 biofilm 형성의 현장에 모델의 사용은 21 , 22 , 23 , 24.

구두 기판에 형성 된 biofilm의 복잡 한 구조의 분석 현미경 검사 법 기술 광학 밀도 문제25표시할 수 있는 사용을 해야 합니다. Multiphoton 레이저 스캔 현미경 biofilm 구조 분석26현대 옵션입니다. 그것은 적외선 파장, 펄스 femtoseconds27에 가까운 조명 소스와 비선형 광학의 사용에 의해 특징입니다. 이 메서드는 autofluorescence 자료 또는 자료 fluorophores, 비선형 광학 신호 제 2 고조파 발생으로 알려진 현상에서 파생 된에 의해 생성 된 이미지 외에 의해 표시의 이미지 수집에 대 한 표시 됩니다. Multiphoton 현미경의 장점 중27여기 빛 강도 의해 발생 하는 최소 세포 손상으로 얻은 좋은 이미지 깊이입니다.

Multiphoton 현미경에 의해 abiotic 표면에 biofilm의 생존 능력 분석, 형광 핵 산의 사용 다른 스펙트럼 특성을 가진 염료 그리고 세균성 세포에 침투 수 용량 필요28. 라이브 하 고 죽은 박테리아28,,2930사이의 시각적 차별화 Fluorophores SYTO9 (그린 형광) 및 propidium 요오드 화물 (레드 형광)를 사용할 수 있습니다. Propidium 요오드 화물 SYTO9는 손상과 손상 된 막으로 세균 세포를 입력 하는 동안 손상 된 멤브레인과만 박테리아 침투. 두 염료 셀 안에 있는 경우, propidium 요오드 화물 핵 산에 대 한 큰 선호도 있으며 배 수량 SYTO9, 그것에 게 빨간28,30을 표시 합니다.

보기는 구강 환경 복잡성과 구강 biofilm이, 치아와 치과 재료의 표면 biofilm 분석 수 있는 현미경 기술 필요. 이 문서에서는 일련의 프로토콜 비교 형태학 및 세포 수준에서 구두 biofilms 분석에 관련 된 방법으로 구두 biofilm 형성 티타늄 및 보 철 abutments에 대 한 세라믹 재료에 대 한 구현.

Protocol

이 연구는 리 베이 라 오프 레 토의 치과 학교의 기관 검토 위원회에 의해 승인 되었다 그리고 자원 봉사 참가자 서명 동의서 (2011.1.371.583 프로세스). 1. Biofilm 형성에서 제자리에 참가자의 선택 다음 포함 기준에 따라 환자 선택: 완전 한 치열과 구강 질환의 임상 표시 없이 건강 한 개인. 다음 제외 기준에 따라 환자 제외: 임신, 수 유,…

Representative Results

후 48 h 제자리에 성장의 biofilm의 식민 밀도 multiphoton 현미경 (시료의 총 스캔된 영역에 관하여 티타늄 및 지 르 코니 아 디스크에 식민지 지역의 비율에 의해이 연구에서 대표 되었다 26.64 mm2)입니다. 그림 2 3 시험된 재료의 표면에 세균성 식민 밀도를 나타냅니다. 캐스팅의 표면에 biofilm의 높은 밀도 관찰 되었다 가공된 티타늄 디스크 (0…

Discussion

이 연구에서 설명 하는 프로토콜 세균성 세포 생존 능력 및 형태학 상 특성의 분석을 포함 하 여 보 철 abutments에 대 한 티타늄 및 지 르 코니 아 재료에 biofilm 형성을 평가 하기 위해 개발 되었다. 이 작업을 수행 하기 위해 biofilm 형성의 현장에 모델 intraoral 장치 시험 자료의 샘플 및 48 h에 대 한 동적 구강 환경에 노출 그들을 유지 하는 능력의 구성 설계 되었습니다. 장치는 편안 하 고 쉽게 ?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자 감사 호세 아우 구 스토 Maulin 현미경 다중 사용자 실험실 (의 리 베이 라 오프 레 토 의학의 학교)에서 EDS와 sem의 그의 관대 한 지원에 대 한 분석 및 비디오 판에서 그의 관대 한 기술 지원에 대 한 브라 더 텍사스 마차.

Materials

Hydrogum 5 Zhermack Dental C302070
Durone IV Dentsply 17130500002
NiCr wire  Morelli 55.01.070
JET auto polymerizing acrylic Clássico
Dental wax  Clássico
Pressure pot  Essencedental
Sandpapers 600 grit NORTON T216
Sandpapers 1200 grit NORTON T401
Sandpapers 2000 grit NORTON T402
Metallographic Polishing Machine Arotec
Isopropyl alcohol SIGMA-ALDRICH W292907
Hot melt adhesive TECSIL PAH M20017
Filmtracer LIVE/DEAD Biofilm Viability Kit Invitrogen L10316
Pipette Tips, 10 µL KASVI K8-10  
Pipette Tips, 1,000 µL KASVI K8-1000B  
24-well plate  KASVI K12-024
Glass Bottom Dish Thermo Scientific 150680
AxioObserver inverted microscope  ZEISS
Chameleon vision ii laser Coherent
Objective EC Plan-Neofluar 40x/1.30 Oil DIC ZEISS 440452-9903-000
SDD sensors – X-Max 20mm² Oxford Instruments
Glutaraldehyde solution SIGMA-ALDRICH G5882
Sodium cacodylate Buffer  SIGMA-ALDRICH 97068 
Osmium tetroxide SIGMA-ALDRICH 201030
Na2HPO4 SIGMA-ALDRICH S9638 Used for preparation of phosphate buffered saline
KH2PO4 SIGMA-ALDRICH P9791 
NaCl MERK 1.06404
Kcl SIGMA-ALDRICH P9333 
Ethanol absolute for analysis EMSURE MERK 1.00983
CPD 030 Critical Point Dryer BAL-TEC
JSM-6610 Series Scanning Electron Microscope JEOL
SCD 050 Sputter Coater BAL-TEC

References

  1. Do, T., Devine, D., Marsh, P. D. Oral biofilms: molecular analysis, challenges, and future prospects in dental diagnostics. Clinical, Cosmetic and Investigational Dentistry. 5, 11-19 (2013).
  2. Samaranayake, L., Matsubara, V. H. Normal Oral Flora and the Oral Ecosystem. Dental Clinics of North America. 61 (2), 199-215 (2017).
  3. Larsen, T., Fiehn, N. E. Dental biofilm infections – an update. Acta Pathologica, Microbiologica, et Immunologica Scandinavica. 125 (4), 376-384 (2017).
  4. Marsh, P. D., Do, T., Beighton, D., Devine, D. A. Influence of saliva on the oral microbiota. Periodontology 2000. 70 (1), 80-92 (2016).
  5. Marsh, P. D., Zaura, E. Dental biofilm: ecological interactions in health and disease. Journal of Clinical Periodontology. 44 Suppl 18, S12-S22 (2017).
  6. Zitzmann, N. U., Berglundh, T., Marinello, C. P., Lindhe, J. Experimental peri-implant mucositis in man. Journal of Clinical Periodontology. 28 (6), 517-523 (2001).
  7. Meyer, S., et al. Experimental mucositis and experimental gingivitis in persons aged 70 or over. Clinical and biological responses. Clinical Oral Implants Research. 28 (8), 1005-1012 (2017).
  8. Salvi, G. E., Cosgarea, R., Sculean, A. Prevalence and Mechanisms of Peri-implant Diseases. Journal of Dental Research. 96 (1), 31-37 (2017).
  9. Hahnel, S., Wieser, A., Lang, R., Rosentritt, M. Biofilm formation on the surface of modern implant abutment materials. Clinical Oral Implants Research. 26 (11), 1297-1301 (2015).
  10. Nascimento, C., et al. Bacterial adhesion on the titanium and zirconia abutment surfaces. Clinical Oral Implants Research. 25 (3), 337-343 (2014).
  11. Nakamura, K., Kanno, T., Milleding, P., Ortengren, U. Zirconia as a dental implant abutment material: a systematic review. The International Journal of Prosthodontics. 23 (4), 299-309 (2010).
  12. Scarano, A., Piattelli, M., Caputi, S., Favero, G. A., Piattelli, A. Bacterial adhesion on commercially pure titanium and zirconium oxide disks: an in vivo human study. Journal of Periodontology. 75 (2), 292-296 (2004).
  13. Nascimento, C., et al. Microbiome of titanium and zirconia dental implants abutments. Dental Materials. 32 (1), 93-101 (2016).
  14. Rimondini, L., Cerroni, L., Carrassi, A., Torricelli, P. Bacterial colonization of zirconia ceramic surfaces: an in vitro and in vivo study. The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants. 17 (6), 793-798 (2002).
  15. de Avila, E. D., Avila-Campos, M. J., Vergani, C. E., Spolidorio, D. M., Mollo Fde, A. Structural and quantitative analysis of a mature anaerobic biofilm on different implant abutment surfaces. Journal of Prosthetic Dentistry. 115 (4), 428-436 (2016).
  16. de Avila, E. D., et al. Impact of Physical Chemical Characteristics of Abutment Implant Surfaces on Bacteria Adhesion. Journal of Oral Implantology. 42 (2), 153-158 (2016).
  17. de Avila, E. D., et al. Effect of titanium and zirconia dental implant abutments on a cultivable polymicrobial saliva community. Journal of Prosthetic Dentistry. 118 (4), 481-487 (2017).
  18. Lin, N. J. Biofilm over teeth and restorations: What do we need to know?. Dental Materials. 33 (6), 667-680 (2017).
  19. Prada-Lopez, I., Quintas, V., Tomas, I. The intraoral device of overlaid disk-holding splints as a new in situ oral biofilm model. Journal of Clinical and Experimental Dentistry. 7 (1), e126-e132 (2015).
  20. Prada-Lopez, I., Quintas, V., Vilaboa, C., Suarez-Quintanilla, D., Tomas, I. Devices for in situ Development of Non-disturbed Oral Biofilm. A Systematic Review. Frontiers in Microbiology. 7, 1055 (2016).
  21. Burgers, R., et al. In vivo and in vitro biofilm formation on two different titanium implant surfaces. Clinical Oral Implants Research. 21 (2), 156-164 (2010).
  22. do Nascimento, C., et al. Oral biofilm formation on the titanium and zirconia substrates. Microscopy Research and Technique. 76 (2), 126-132 (2013).
  23. Al-Ahmad, A., et al. In vivo study of the initial bacterial adhesion on different implant materials. Archives of Oral Biology. 58 (9), 1139-1147 (2013).
  24. Al-Ahmad, A., et al. Bacterial adhesion and biofilm formation on yttria-stabilized, tetragonal zirconia and titanium oral implant materials with low surface roughness – an in situ study. Journal of Medical Microbiology. 65 (7), 596-604 (2016).
  25. Thomsen, H., et al. Delivery of cyclodextrin polymers to bacterial biofilms – An exploratory study using rhodamine labelled cyclodextrins and multiphoton microscopy. International Journal of Pharmaceutics. 531 (2), 650-657 (2017).
  26. Lakins, M. A., Marrison, J. L., O’Toole, P. J., van der Woude, M. W. Exploiting advances in imaging technology to study biofilms by applying multiphoton laser scanning microscopy as an imaging and manipulation tool. Journal of Microscopy. 235 (2), 128-137 (2009).
  27. Zipfel, W. R., Williams, R. M., Webb, W. W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in the biosciences. Nature Biotechnology. 21 (11), 1369-1377 (2003).
  28. Stocks, S. M. Mechanism and use of the commercially available viability stain, BacLight. Cytometry Part A. 61 (2), 189-195 (2004).
  29. Johnson, M. B., Criss, A. K. Fluorescence microscopy methods for determining the viability of bacteria in association with mammalian cells. Journal of Visualized Experiments. (79), e50729 (2013).
  30. Stiefel, P., Schmidt-Emrich, S., Maniura-Weber, K., Ren, Q. Critical aspects of using bacterial cell viability assays with the fluorophores SYTO9 and propidium iodide. BMC Microbiology. 15, 36 (2015).
  31. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  32. Placko, H. E., Mishra, S., Weimer, J. J., Lucas, L. C. Surface characterization of titanium-based implant materials. The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants. 15 (3), 355-363 (2000).
  33. So, P. T., Dong, C. Y., Masters, B. R., Berland, K. M. Two-photon excitation fluorescence microscopy. Annual Review of Biomedical Engineering. 2, 399-429 (2000).
  34. Benninger, R. K., Piston, D. W. Two-photon excitation microscopy for the study of living cells and tissues. Current Protocols in Cell Biology. , 11-24 (2013).
  35. Gardi, J. E., Nyengaard, J. R., Gundersen, H. J. The proportionator: unbiased stereological estimation using biased automatic image analysis and non-uniform probability proportional to size sampling. Computers in Biology and Medicine. 38 (3), 313-328 (2008).
  36. Melvin, N. R., Poda, D., Sutherland, R. J. A simple and efficient alternative to implementing systematic random sampling in stereological designs without a motorized microscope stage. Journal of Microscopy. 228 (Pt 1), 103-106 (2007).
  37. Neu, T. R., Kuhlicke, U., Lawrence, J. R. Assessment of fluorochromes for two-photon laser scanning microscopy of biofilms. Applied and Environmental Microbiology. 68 (2), 901-909 (2002).
  38. Neu, T. R., Woelfl, S., Lawrence, J. R. Three-dimensional differentiation of photo-autotrophic biofilm constituents by multi-channel laser scanning microscopy (single-photon and two-photon excitation). Journal of Microbiological Methods. 56 (2), 161-172 (2004).
  39. Neu, T. R., Lawrence, J. R. Innovative techniques, sensors, and approaches for imaging biofilms at different scales. Trends in Microbiology. 23 (4), 233-242 (2015).
  40. Lacroix-Gueu, P., Briandet, R., Leveque-Fort, S., Bellon-Fontaine, M. N., Fontaine-Aupart, M. P. In situ measurements of viral particles diffusion inside mucoid biofilms. Comptes Rendus Biologies. 328 (12), 1065-1072 (2005).
  41. Briandet, R., et al. Fluorescence correlation spectroscopy to study diffusion and reaction of bacteriophages inside biofilms. Applied and Environmental Microbiology. 74 (7), 2135-2143 (2008).
  42. Berney, M., Hammes, F., Bosshard, F., Weilenmann, H. U., Egli, T. Assessment and interpretation of bacterial viability by using the LIVE/DEAD BacLight Kit in combination with flow cytometry. Applied and Environmental Microbiology. 73 (10), 3283-3290 (2007).
  43. Bergmans, L., Moisiadis, P., Van Meerbeek, B., Quirynen, M., Lambrechts, P. Microscopic observation of bacteria: review highlighting the use of environmental SEM. International Endodontic Journal. 38 (11), 775-788 (2005).
  44. Hannig, C., Follo, M., Hellwig, E., Al-Ahmad, A. Visualization of adherent micro-organisms using different techniques. Journal of Medical Microbiology. 59 (Pt 1), 1-7 (2010).
  45. Knutton, S. Electron microscopical methods in adhesion. Methods in Enzymology. 253, 145-158 (1995).
  46. Fischer, E. R., Hansen, B. T., Nair, V., Hoyt, F. H., Dorward, D. W. Scanning electron microscopy. Current Protocols in Microbiology. , (2012).

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Citer Cet Article
Silva, T. S. O., Freitas, A. R., Pinheiro, M. L. L., do Nascimento, C., Watanabe, E., Albuquerque, R. F. Oral Biofilm Formation on Different Materials for Dental Implants. J. Vis. Exp. (136), e57756, doi:10.3791/57756 (2018).

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