3Dプリント義歯床用レジンに対する珪藻複合体のバイオフィルム除去効果

Biofilm removal effect of diatom complex on 3D printed denture base resin.

抄録

歯科器具の機械的洗浄が困難な患者に対しては、細胞外高分子物質を高密度に含むバイオフィルムを除去できる義歯洗浄剤が必要である。本研究の目的は、3Dプリント義歯からバイオフィルムを除去するための、アクティブマイクロロコモーションを有する珪藻複合体の有効性を評価することである。珪藻バイオシリカにMnOナノシートをドープした珪藻複合体をHOと混合し、微細な気泡を連続的に発生させた。義歯床用樹脂試料を屋根状に3Dプリントし、緑膿菌（10CFU/mL）を培養してバイオフィルム形成を行った。洗浄液として、リン酸緩衝生理食塩水（ネガティブコントロール、NC）、過酢酸を含む3％HO（ポジティブコントロール、PC）、義歯洗浄剤タブレット（DCT）、2mg/mL珪藻複合体M（メロシラ、DM）を含む3％HO、2mg/mL珪藻複合体A（アウラコセイラ、DA）を含む3％HO、および2mg/mL DMを含むDCTを調製し、適用した。バイオフィルム除去効果を定量的に評価するため、洗浄後の吸光度を測定した。長期使用の安定性を評価するため、3Dプリント義歯の表面粗さ、ΔE、表面微小硬度、曲げ強度を洗浄前後で測定した。細胞毒性はCell Counting Kit-8を用いて評価した．すべての統計解析は、SPSS for Windowsを用い、一元配置分散分析（one-way ANOVA）を行い、その後にポストホックとしてシェッフェ検定を行った（p<0.05）。DAを添加した3％HO処理群が最も吸光度が低く、次いでDMを添加した3％HO処理群、PC、DCT、DCT＋DM、最後にNCであった。各群の平均値間の差の有意性を評価するためのScheffe検定の結果、NC群を基準として、すべての群で統計的に有意な差が示された。義歯床用レジンの物理的および機械的性質の評価については，洗浄前後で統計学的に有意な差は認められなかった．細胞毒性試験では，相対細胞数が70％以上であり，細胞毒性は認められなかった．能動的なマイクロロコモーションを利用した珪藻複合体は、効果的なバイオフィルム除去能力を有し、細胞毒性を示さず、基材の物理的および機械的性質に最小限の影響しか及ぼさない。

For patients who have difficulty in mechanical cleaning of dental appliances, a denture cleaner that can remove biofilm with dense extracellular polymeric substances is needed. The purpose of this study is to evaluate the efficacy of diatom complex with active micro-locomotion for removing biofilms from 3D printed dentures. The diatom complex, which is made by doping MnO nanosheets on diatom biosilica, is mixed with HO to generate fine air bubbles continuously. Denture base resin specimens were 3D printed in a roof shape, and Pseudomonas aeruginosa (10 CFU/mL) was cultured on those for biofilm formation. Cleaning solutions of phosphate-buffered saline (negative control, NC), 3% HO with peracetic acid (positive control, PC), denture cleanser tablet (DCT), 3% HO with 2 mg/mL diatom complex M (Melosira, DM), 3% HO with 2 mg/mL diatom complex A (Aulacoseira, DA), and DCT with 2 mg/mL DM were prepared and applied. To assess the efficacy of biofilm removal quantitatively, absorbance after cleaning was measured. To evaluate the stability of long-term use, surface roughness, ΔE, surface micro-hardness, and flexural strength of the 3D printed dentures were measured before and after cleaning. Cytotoxicity was evaluated using Cell Counting Kit-8. All statistical analyses were conducted using SPSS for Windows with one-way ANOVA, followed by Scheffe's test as a post hoc (p < 0.05). The group treated with 3% HO with DA demonstrated the lowest absorbance value, followed by the groups treated with 3% HO with DM, PC, DCT, DCT + DM, and finally NC. As a result of Scheffe's test to evaluate the significance of difference between the mean values of each group, statistically significant differences were shown in all groups based on the NC group. The DA and DM groups showed the largest mean difference though there was no significant difference between the two groups. Regarding the evaluation of physical and mechanical properties of the denture base resin, no statistically significant differences were observed before and after cleaning. In the cytotoxicity test, the relative cell count was over 70%, reflecting an absence of cytotoxicity. The diatom complex utilizing active micro-locomotion has effective biofilm removal ability and has a minimal effect in physical and mechanical properties of the substrate with no cytotoxicity.