Современная ортопедическая стоматология характеризуется стремительными темпами разработки и внедрения в повседневную практику новых высокотехнологичных конструкционных материалов. В целом материалы стоматологического назначения должны соответствовать ряду требований, среди которых физико-механические, технологические, медико-биологические и эстетические [1—5]. Высокий интерес к изучению процессов взаимодействия конструкционных материалов с микробиотой рта напрямую связан с тем, что она является экосистемой, представляющей благоприятную среду более чем для 800 видов микроорганизмов, значительная часть которых относится к условно-патогенным таксонам [6, 7].
Научно обосновано, что ключевым моментом реализации их патогенного потенциала является способность к адгезии как к поверхности зубов и слизистой оболочки рта, так и к материалам ортопедических конструкций. Адгезия как начальный этап колонизации и последующего формирования микробной биопленки на конструкционных материалах интенсивно изучается на протяжении последнего десятилетия [8—11]. Установлено, что после прикрепления микроорганизмы начинают активно размножаться и, взаимодействуя друг с другом, формируют уникальную структуру — биопленку, за счет которой повышают свою резистентность и вирулентность. Наличие в полости рта ортопедических конструкций увеличивает площадь потенциальной поверхности образования биопленки, а также обеспечивает дополнительные пункты ретенции. Развитие микробной биопленки на протезе в свою очередь ухудшает гигиеническое состояние, индуцирует обострение хронического генерализованного пародонтита и ведет к деструкции конструкционного материала [12—14].
Конструкционные материалы на основе полиоксиметилена отличаются хорошими технологическими показателями, однако сведений о взаимодействии микроорганизмов с ними в литературе нами не найдены.
Известно, что конструкционные материалы могут обладать различным потенциалом для адгезии бактерий и грибов вследствие разницы в химическом составе и поверхностном микрорельефе. В связи с этим особый интерес вызывает изучение этих показателей для материалов, используемых на этапах стоматологического ортопедического лечения пациентов с заболеваниями пародонта, поскольку микроорганизмы зубной бляшки играют важную роль в развитии и прогрессировании этой патологии особенно при использовании лечебно-профилактических шинирующих зубы конструкций [15].
Цель исследования — оценка микробной колонизации и биопленкообразующей активности условно-патогенных микроорганизмов in vitro к образцам безакрилового термопластичного полимерного материала и оценка возможности его применения для изготовления съемных назубных шинирующих конструкций инжекционным методом.
Материал и методы
В работе использовали референтные штаммы условно-патогенных бактерий Staphylococcus aureus АТСС 25923, Staphylococcus epidermidis АТСС 28922, Streptococcus pyogenes ATCC 19615, Enterococcus faecalis ATCC 2921, Escherichia coli К-12 и дрожжевых грибов Candida albicans АТСС 25923, полученные из NCTC (National collection of type cultures — национальная коллекция типовых культур) и NCPF (National Collection of Pathogenic Fungi — Национальная коллекция патогенных грибков).
Образцы полимерного материала на основе полиоксиметилена (Dental D) были изготовлены согласно технологии, указанной в инструкции производителя, в виде идентичных цилиндров длиной 5 мм и диаметром 2 мм, методом литьевого прессования и обработаны в автоклаве при температуре 121 и давлении 1 атм. Затем исследуемые образцы стоматологического полимера помещали в плоскодонные планшеты из полистирола с внесенными бульонными культурами тест-штаммов, после чего планшеты инкубировали при температуре 37 °C в течение 48 ч. В качестве контроля использовали биопленки, сформированные в лунках плоскодонного планшета из полистирола без полимерных образцов согласно рекомендациям А.П. Годовалова и соавт. [16]. В каждую лунку согласно принятой методике заливали 0,1% водный раствор генцианвиолета для выявления мукополисахаридной мантии биопленки. Биопленкообразующую активность оценивали по уровню экстракции этанолом 0,1% водного раствора генцианвиолета путем измерения на микропланшетном ридере PowerWave X (США) [16—18].
Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием программ Microsoft Excel (2019) и Statistika 10.0 (2019). Достоверность полученных данных оценивали с помощью парного варианта t-критерия Стьюдента.
Результаты и обсуждение
Установлено, что штаммы S. aureus, S. epidermidis, E. coli, S. pyogenes, E. faecalis и C. albicans характеризовались низким и умеренным уровнем колонизации поверхности полимерного конструкционного материала, в то время как индекс колонизации описанных микроорганизмов к полистиролу, особенно грибов Candida, был достаточно высоким (таблица).
Формирование биопленок условно-патогенными микроорганизмами на материале на основе полиоксиметилена
| Штамм | Материал | |
| Опытный образец | Контроль (полистирол) | |
| S. aureus | 0,272±0,039* | 0,364±0,029* ** |
| S. epidermidis | 0,299±0,028* | 0,336±0,031* |
| Str. pyogenes | 0,399±0,069* | 0,483±0,058* |
| Ent. faecalis | 0,401±0,089* | 0,410±0,062* |
| E. coli | 0,374±0,056* | 0,426±0,016* |
| C. albicans | 0,425±0,104* | 0,667±0,058* ** |
| Стерильная среда | 0,149±0,011 | 0,130±0,013 |
Примечание. Различия достоверны (p<0,05) * — по оптической плотности по отношению к контролю стерильности среды; ** — для тест-штаммов.
Сравнительная оценка биопленкообразующей активности представителей условно-патогенной микрофлоры рта показала, что рост стафилококков на поверхности образцов термопластичного материала был значительно снижен по сравнению с таковым в контроле, в частности, S. aureus имел самый низкий индекс колонизации через 48 ч (0,272±0,039 усл.ед. опт. пл.). Умеренная выраженность биопленки на полимере была характерна для штаммов S. epidermidis (0,299±0,028 усл.ед. опт. пл.), S. pyogenes (0,399±0,069 усл.ед. опт. пл.), E. faecalis (0,401±0,089 усл.ед. опт. пл.).
Среди изучаемых штаммов наиболее высокий уровень колонизации через 48 ч наблюдения отмечен у грибов C. albicans (0,425±0,104 усл.ед. опт. пл.), который, однако, был достоверно ниже, чем в контроле на полистероле (0,667±0,058 усл.ед. опт. пл.) по данным исследования А.П. Годовалова и соавт. [19].
При оценке влияния полимера на отдельных представителей микрофлоры полости рта в процессе формирования биопленки in vitro установлено бактериостатическое действие конструкционного материала на изучаемые штаммы, поскольку жизнеспособность микроорганизмов в присутствии образцов полимера снижалась по сравнению с таковой при культивировании без них. Наиболее выраженным и достоверным было снижение колонизационной активности и формирования биопленки штаммами S. aureus и C. albicans. Такое действие термопласта, вероятно, связано с входящим в его состав полиоксиметиленом, для которого описаны антисептические свойства. Тем не менее скорость роста и ферментативная активность C. albicans, по-видимому, позволяют им преодолеть бактериостатическое действие полимера и сформировать биопленку. Безусловно, этот фактор необходимо учитывать при использовании полимера в качестве конструкционного для изготовления протетических конструкций и аппаратов у пациентов с кандидозом ротовой полости.
Мы провели исследование колонизационной активности ряда условно патогенных бактерий и грибов Candida и оценили формирование ими микробной биопленки на раннем этапе культивирования (в течение 48 ч) по сравнению с полистеролом плоскодонных планшетов, используемых для иммунологических исследований. Многочисленные исследования показали, что полистироловые планшеты являются удобной системой для изучения роста, жизнедеятельности и поведения биопленок, а в ряде экспериментов in vitro этот материал используется в качестве эталонного, несмотря на то что для изготовления протетических конструкций не применяется [11, 19, 20].
С целью оценки возможности использования термопластичного полимера для изготовления ортопедических съемных шинирующих конструкций проведено сравнение полученных нами экспериментальных данных о колонизационной активности с данными по другим конструкционным материалам, представленным в литературе. В частности, предложены модели для изучения межвидовой кооперации представителей микрофлоры рта C. albicans, Streptococcus oralis и Actinomyces oris на стоматологических материалах [21]. В проведенных ранее исследованиях по определению биопленкообразующей активности S. aureus, E. coli и C. albicans на поверхности поливинилхлорида и полиуретана в аналогичных условиях установлено, что исследуемые штаммы образуют на образцах стоматологических полимеров выраженную микробную биопленку. Причем биопленкообразующая активность всех исследуемых микроорганизмов на поверхности образцов полиуретана значительно выше, чем на полистироле, в то время как на образцах поливинилхлорида исследователями отмечался выраженный рост только C. albicans [12, 14].
Исходя из этого можно сделать вывод, что изучаемый термопластичный материал, несмотря на способность условно-патогенных представителей микрофлоры формировать на его поверхности биопленку, обладает удовлетворительными медико-биологическими характеристиками и в ряде клинических ситуаций может служить материалом выбора. Предлагаемый подход, по нашему мнению, позволит обеспечить эффективность стоматологического ортопедического лечения вследствие уменьшения степени неблагоприятного воздействия микробного фактора на органы и ткани рта. Тем не менее результаты исследования свидетельствуют о необходимости выбора в ряде альтернативных рассматриваемому полимеру материалов, применяемых для стоматологического ортопедического лечения пациентов с диагностированным кандидозом рта.
Выводы
1. По отношению к образцам из термопластичного полимера на основе полиоксиметилена установлена низкая колонизационная активность в ранние сроки (48 ч) стафилококков S. aureus и S. epidermidis, кишечной палочки E. coli и умеренная — стрептококков S. pyogenes, энтерококков E. faecalis и дрожжевых грибов C. albicans, что свидетельствует о наличии достаточной колонизационной резистентности исследуемого материала к формированию микробной биопленки указанными штаммами.
2. Полученные результаты свидетельствуют о возможности применения термопластичного полимерного материала на основе полиоксиметилена в качестве конструкционного для изготовления лечебно-профилактических аппаратов, в том числе назубных шин, предназначенных для пациентов с хроническим генерализованным пародонтитом, при этом сравнительная оценка полученных данных со сведениями изученной литературы позволяет считать исследуемый полимер вариантом выбора.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №19-31-27001.
The reported study was funded by RFBR, project number 19-31-27001.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Н.Б. Асташина, Т.В. Царева
Сбор и обработка материала — А.П. Годовалов, Е.П. Рогожникова
Написание текста — Е.П. Рогожникова, А.С. Арутюнов
Редактирование — Ю.А. Трефилова, Д.И. Грачев
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Participation of authors:
Concept and design of the study — N.B. Astashina, T.V. Tsareva
Data collection and processing — A.P. Godovalov, E.P. Rogozhnikova
Text writing — E.P. Rogozhnikova, A.S. Arutyunov
Editing — Yu.A. Trefilova, D.I. Grachev
The authors declare no conflict of interests.