歯科インプラント材料上の口腔内細菌のコロニー形成の遷移：in vitroバイオフィルムモデル

Succession of oral bacterial colonizers on dental implant materials: An in vitro biofilm model.

抄録

目的:

歯科用インプラント材料への口腔内細菌の付着は、in vitroシステムを用いて広く研究されているが、種の選択、持続的な潔癖性嫌気性菌の増殖、および混合培養の寿命に限界があるため、in vitroでの増殖パターンに限定された結果が得られている。本研究の目的は、in vivoにおける歯垢の発生と成熟に特徴的な時間的変化を示す口腔マイクロバイオームを代表するコロニー形成者からなる口腔細菌バイオフィルムモデルを開発することである。

OBJECTIVES: Oral bacterial adhesion on dental implant materials has been extensively studied using in vitro systems but has yielded results restricted to in vitro growth patterns due to limitations in species selection, sustained fastidious anaerobe growth, and mixed culture longevity. The aim of this study was to develop an oral bacterial biofilm model consisting of colonizers representative of the oral microbiome exhibiting temporal shifts characteristic of plaque development and maturation in vivo.

方法:

Streptococcus oralis、Actinomyces naeslundii、Aggregatibacter actinomycetemcomitans、Veillonella parvula、Fusobacterium nucleatum、Porphyromonas gingivalisを混合培養する前に単培養で増殖させた。市販の純チタン（cpTi）およびイットリア安定化ジルコニア（ZrO）の研磨面、酸エッチング面、サンドブラスト面を有するディスクを作製し、口腔内の細菌付着性を評価した。6時間後、1日後、3日後、7日後、14日後、21日後に、浮遊性細菌および付着性細菌からゲノムDNAを分離した。定量的ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）を用いて、各菌種の量と割合を算出した。

METHODS: Streptococcus oralis, Actinomyces naeslundii, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Veillonella parvula, Fusobacterium nucleatum, and Porphyromonas gingivalis were grown in monoculture prior to combination in mixed culture. Commercially pure titanium (cpTi) and yttria-stabilized zirconia (ZrO) disks with polished, acid-etched, or sandblasted surfaces were prepared to evaluate oral bacterial adhesion. After 6 h, 1, 3, 7, 14 and 21 days, genomic DNA from planktonic and adherent bacteria was isolated. Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) was used to enumerate the amount and proportion of each species.

結果:

S. oralisおよびA. actinomycetemcomitansは、6時間後にF. nucleatumおよびV. parvulaによる二次的なコロニー形成に先立ち、浮遊性（1日）および付着性（3日）の形態で優占した。A. naeslundiiは試験期間中、比較的低いが安定した菌数を維持した。14日後、後発のP. gingivalisが混合培養で定着し、21日後には優占種となった。すべての基材における付着細菌の組成は、研磨したcpTi（3日間）でのS. Oralis菌数の低さなどの顕著な例外を除き、すべての時点において統計的に類似していた。

RESULTS: Early-colonizing S. oralis and A. actinomycetemcomitans, dominated after 6 h prior to secondary colonization by F. nucleatum and V. parvula in planktonic (1 day) and sessile (3 days) form. A. naeslundii maintained relatively low but stable bacterial counts throughout testing. After 14 days, late-colonizing P. gingivalis became established in mixed culture and persisted, becoming the dominant species after 21 days. The composition of adherent bacteria across all substrates was statistically similar at all timepoints with notable exceptions including lower S. oralis bacterial counts on polished cpTi (3 days).

意義:

本モデルの限界の範囲内で、多種の口腔内細菌付着は、表面処理したcpTiとZrOで同様である。

SIGNIFICANCE: Within the present model's limitations, multispecies oral bacterial attachment is similar on surface-treated cpTi and ZrO.