Quantification of biofouling samples of dental implants from a variety of base materials covered and not covered carbide-silicon coating “Pantsyr"

Abstract


In experiments using the method of scanning electron microscopy it was shown that the coating of silicon carbide «Shell» has a strong anti-adhesive effect and can be successfully used in orthopedics prosthetics. Given the above, the coating of silicon carbide were promising way to solve the problems associated with the shortcomings of acrylic plastic in prosthetic dentistry, which allows to significantly reduce biofouling samples of dental implants from a variety of base materials.

Full Text

Рис. 2. Фторакс с покрытием, инкубация со Staphylococcus aureus 7 сут. а - покрытие тонкое (200 нм), б - среднее (400 нм). в - толстое (800 нм). Введение На сегодняшний день акриловые пластмассы являются наиболее часто используемым материалом для съемных зубных протезов, несмотря на существующие недостатки, такие как выделение токсичных компонентов и образование биопленок патогенных микроорганизмов [1 - 3]. Ведется поиск материалов, которые превзошли бы акрилаты по физическим характеристикам и биосовместимости, однако в наши дни отказ от зубных протезов из акриловых смол представляется невозможным. Ведется поиск покрытий, которые смогли бы нивелировать негативные свойства акриловых полимеров [4]. К искомому материалу предъявляются требования химической и биологической инертности и сопротивляемости к росту микроорганизмов [5, 6]. Необходимо также сочетание упругости и механической прочности покрытия, барьерной функции, которая бы препятствовала абсорбции жидкостей и белков из слюнной жидкости и выделению компонентов полимера из базиса протеза. Нами разработано покрытие «Панцирь» из карбида кремния, которое предназначено для защиты зубных протезов от биодеструкции и изоляции базиса протезов от бактерий. Цель исследования - с помощью метода сканирующей электронной микроскопии провести количественную оценку биообрастания образцов зубных протезов из различных базисных материалов, покрытых и не покрытых карбидокремниевым покрытием «Панцирь» при взаимодействии с Staphylococcus aureus, как наиболее значимым микроорганизмом в развитии воспалительных процессов в полости рта. Материал и методы Для решения поставленных задач нами проведены испытания образцов зубных протезов из 6 базисных материалов: Фторакс («АО Стома, Украина), «Денталур» (ОАО НИ- ИР, Россия), «Acry-Free» (Perflex LTD, Израиль), «Quattro Ti Dental D» (Quattro Ti S.r.l, Италия), «Valplast» (Valplast Int Corp., США), «Molloplast-В» (Detax Dental Gmbx & Co.KG, Германия). В строгом соответствии с инструкцией по применению из материалов Фторакс («АО Стома», Украина), Acry-Free (Perflex LTD, Израиль), Valplast (Valplast Int Corp., США), Molloplast-В (Detax Dental Gmbx & Co. KG, Германия) в лаборатории кафедры комплексного зубопротезирования Московского государственного медико-стоматологического университета им. А.И. Евдокимова из материалов Денталур (ОАО НИКР, Россия) и Quattro Ti Dental D (Quattro Ti S.r.l, Италия) в условиях зуботехнической лаборатории Дженсер Дент (г. Москва) приготовлены образцы базисов зубных протезов прямоугольной формы размером 100x100x2 мм. Все Рис.1. Микробная колонизация контрольных образцов зубных протезов из материала Фторакс через 7 сут инкубации. они были подвергнуты тщательной шлифовке. При этом обе стороны образцов не были полированными. На каждый второй образец из каждого материала нанесено покрытие «Панцирь» толщиной 800 нанометров. Дополнительно из пластмассы Фторакс (АО Стома, Украина) готовили образцы с покрытием «Панцырь» толщиной 200, 400 и 800 нм. Контролем служили образцы базисов зубных протезов без покрытия. Для микробиологического исследования и электронной микроскопии при помощи стального стоматологического сепарационного диска вырезали фрагменты образцов базисов зубных протезов размером ~ 10x10x2 мм. Для всех исследований подготовили по 3 образца каждой базисной пластмассы на каждый срок инкубации, а из пластмассы Фторакс - 12 образцов (по 3 для каждой толщины покрытия). Для работы использовали суточные бульонные культуры бактерий в концентрации 104 кл/мл в питательном бульоне Luria-Bertani. Культуры микроорганизмов предоставлены лабораторией генной инженерии патогенных микроорганизмов (зав. акад. РАМН проф. A.JI. Гинцбург) ФГБУ «НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РФ. Данный раздел работы выполнен на базе лаборатории анатомии микроорганизмов (зав. д-р мед. наук Диденко JI.B.) ФГБУ «НИИЭМ им. Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РФ. Применяли метод сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), при котором использовали двулучевой сканирующий электронный микроскоп Quanta 200 3D (FEI Company, США) и напылительную установку SPEI (США) источник напыления - золотой диск (проба золота 999). Рис. 3. Динамика (в %) колонизации (биообрастания) образцов зубных протезов из пластмассы Фторакс после нанесения покрытия «Панцирь» различной толщины. Инкубация с S. aureus 7 сут. Протокол опыта. В питательный бульон с суточной культурой стафилококка помещали образцы пластмасс размером 10х10х2 мм. Инкубировали при 37оС. Исследование образцов проводили на сроках 7 сут с помощью двулучевого сканирующего электронного микроскопа Quanta 200 3D (FEI Company, США) (рис. 1.) На рис. 1. представлены контрольные образцы зубных протезов из материала Фторакс без покрытия после инкубации с S.aureus в течение 7 сут. К 7-м суткам инкубации на поверхности образца появлялись биопленки, выявлялись участки поверхности, рельеф которых свидетельствовал о том, что они образовались в результате воздействия стафилококков (пластинчатая десква- мация). Аналогичная картина биообрастания была характерна и для образцов зубных протезов из других базисных материалов. Электронно-микроскопические исследования показали, что образцы зубных протезов из изученных базисных материалов с покрытием «Панцирь» относительно образцов без покрытия менее колонизируются стафилококками и не подвергаются биодеструкции. Этот антиадгезионный эффект различен для разных базисных материалов. На сроке инкубации 7 сут в образцах зубных протезов из материала Фторакс с покрытием «Панцирь» адгезия и формирование микроколоний стафилококком наблюдались только на некоторых участках поверхности, как правило в углублениях между отдельными выступающими над поверхностью крошковидными структурами. Так же колонизация поверхности происходила на относительно гладкой поверхности этих же крошковидных частиц. Следует отметить, что при малой (200 нм) толщине покрытия участков поверхности, на которых обнаруживали бактерии, было значительно больше, чем при средней (400 нм) и большой толщине (800 нм) покрытия (рис. 2). Таким образом, электронно-микроскопические исследования в эксперименте с образцами зубных протезов из пластмассы Фторакс с покрытием «Панцирь» убедительно доказали высокую эффективность профилактики биодеструкции базисного материала с увеличением толщины покрытия от 200 до 800 нм. Это послужило основанием, чтобы в эксперименте с другими базисными материалами образцы зубных протезов покрывались карбидом кремния «Панцирь» толщиной 800 нм. В табл. 1 и 2 приведены полученные нами результаты количественной оценки биообрастания образцов зубных протезов из 6 базисных материалов после 7 сут инкубирования с S.aureus. На диаграмме 1 наглядно видны существенные изменения величины биообрастания образцов зубных протезов из материала «Фторакс» без покрытия и с покрытием различной толщины. Нанесение на образцы зубных протезов из пластмассы Фторакс покрытия «Панцирь» толщиной всего 200 нм дает снижение показателя биообрастания поверхности в 4 раза. При удвоенной (400 нм) толщине покрытия «Панцирь» показатель биообрастания снижается еще почти в 4 раза достигая 15 раз. При толщине покрытия «Панцирь» 800 нм биообрастание образцов зубных протезов из пластмассы Фторакс снижается в 28,6 раза (табл. 2, рис. 3). Заключение Из всех изученных образцов зубных протезов наибольший эффект снижения показателя биообрастания (S.aureus) после нанесения покрытия «Панцирь» отмечено при использовании базисного материала Денталур - в 274 раза! Таблица 1. Биообрастание образцов зубных протезов из различных базисных материалов до и после нанесения покрытия «Панцирь» после инкубации с S. aureus в течение 7 сут, % Базисный материал Образец зубных протезов M±m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Денталур 78 80 79 81 77 81 79 78 80 82 79,5±1,6 Денталур+«Панцирь» 0 0 0 0 0,1 0 0,05 0 0,1 0,04 0,29±0,02 Acry-Free 0,25 0,17 0,2 0,1 0,29 0,04 0,3 0,2 0,3 0,3 0,21±0,06 Acry-Free+«Панцирь» 0,14 0,15 0,11 0,03 0,1 0,12 0,16 0,14 0,12 0,13 0,12±0,04 Quattro Ti 50 60 70 53 40 50 60 70 45 58 53,6±9,74 Quattro П+Шанцирь» 45 50 30 50 45 38 43 52 50 60 39,3±9,74 Valplast 3 2 0,2 0,4 2 3 0,5 0,2 3 2 1,63±0,9 Valplast+«Панцирь» 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,2 0,25±0,03 Molloplast-B 0,01 0,05 0,04 0,03 0,1 0,06 0,4 0,06 0,4 0,05 0,12±0,13 Molloplast-B + «Панцирь» 0,03 0,04 0,1 0,1 0,1 0,04 0,04 0,2 0,1 0,1 0,09±0,02 Фторакс 14,7 15 16,1 14,1 16 14,2 17,1 15,4 14,1 14,4 15,15±0,97 Фторакс+«Панцирь»200 4,2 3,8 3,5 4 3,4 4,1 3,6 3,5 3,7 4,1 3,79±0,26 Фторакс+«Панцирь»400 0,9 1,1 0,85 1,2 1 0,8 1,1 1,3 0,9 1 1,02±0,27 Фторакс+«Панцирь»800 0,6 0,7 0,7 0,5 0,4 0,8 0,6 0,5 0,6 0,6 0,53±0,13 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Таблица 2. Сравнительная оценка биообрастания образцов зубных протезов из стоматологических пластмасс Базисные материалы (в скобках количественный показатель биообрастания), % Уменьшение биообрастабез покрытия с покрытием «Панцирь» ния, разы Фторакс (15,15) Фторакс, с покрытием толщиной 200 нм (3,79) 4 Фторакс, с покрытием толщиной 400 нм (1,02) 15 Фторакс, с покрытием толщиной 800 нм (0,53) 28,6 Денталур (79,5 ) Денталур (0,29) 274 Moloplast-B (0,12) Moloplast-B (0,09) 1,3 Quattro Ti (53,6) Quattro Ti (39,3) 1,4 Valplast (1,63) Valplast (0,25) 6,5 Наименьший показатель биообрастания (S.aureus) после нанесения покрытия «Панцирь» отмечено нами у образцов зубных протезов из материала Molloplast-B (0,09%) и пластмассы Acry-Free (0,12%). Следует отметить, что, несмотря на уменьшение биообрастания в 1,4 раза после нанесения покрытия «Панцирь» на образцы зубных протезов из пластмассы Quattro Ti, колонизация поверхности этого базисного материала стафилококками S.aureus сохранилась на очень высоком уровне (39,3 %). Это, по-видимому, связанно с особенностями выявленной нами микроморфологии поверхности. Данный факт необходимо учитывать в клинике при выборе конструкционного материала для изготовлении челюстнолицевых протезов, иммедиат-протезов, съемных протезов у больных с сахарным диабетом и ортодонтических аппаратов у детей. Такие же ограничения в клиническом применении, по нашим данным, заслуживает базисный материал Дента- лур без покрытия «Панцирь». Его показатель биообрастания стафилококком S.aureus в 1,5 раза превышает показатель образцов из базисной пластмассы Quattro Ti без покрытия.

About the authors

Igor Anatolievich Voronov

A.I. Evdokimov Moscow state medical dental University; “S.A. Vekshinskiy Research Institute of Vacuum Technology”

Email: voronov77@mail.ru
127206, Moscow, Russia
department comprehensive dentures

E. A Mitrofanov

A.I. Evdokimov Moscow state medical dental University; “S.A. Vekshinskiy Research Institute of Vacuum Technology”

127206, Moscow, Russia
department comprehensive dentures

A. L Kalinin

A.I. Evdokimov Moscow state medical dental University; “S.A. Vekshinskiy Research Institute of Vacuum Technology”

127206, Moscow, Russia
department comprehensive dentures

References

  1. Aalto-Korte K. et al. Methacrylate and acrylate allergy in dental personnel. Contact Dermatit. 2007; 57(5): 324-30.
  2. Habal M.B., Powell R.D. Biophysical evaluation of the tumorigenic response to implanted polymers. J. Biomed. Mater. Res. 1980; 14(4): 447-54.
  3. Oppenheimer B.S. et al. Further studies of polymers as carcinogenic agents in animals. Cancer Res. 1955; 15(5): 333-40.
  4. Каменев В.В. Роль физико-химических свойств пластмасс в этиологии протезных стоматопатий: Дисс. ... канд. мед. наук. Днепропетровск; 1973.
  5. Coletti C. et al. Culture of mammalian cells on single crystal SiC substrates. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2006; 131: 950.
  6. Monnink S.H. et al. Silicon-carbide coated coronary stents have low platelet and leukocyte adhesion during platelet activation. J. Invest. Med. 1999; 47(6): 304-10.

Statistics

Views

Abstract - 22

PDF (Russian) - 1

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies