人工溝および象牙細管内の多種のバイオフィルムに対するEr:YAGレーザー活性化潅注と受動的超音波潅注および音波動力潅注のin vitro有効性：SEMおよびCLSMによる研究

In vitro efficacy of Er:YAG laser-activated irrigation versus passive ultrasonic irrigation and sonic-powered irrigation for treating multispecies biofilms in artificial grooves and dentinal tubules: an SEM and CLSM study.

抄録

背景:

根管システムの解剖学的な入り組んだ部分に存在する多種類のバイオフィルムは、依然として根管消毒における最大の課題である。Er:YAGレーザーを用いた灌流テクニックが、このような到達困難な領域に存在する多種のバイオフィルムを治療する有効性は証明されていない。本研究の目的は、2種類のEr:YAGレーザー活性化潅注法、すなわち光子誘起光音響ストリーミング（PIPS）および衝撃波増強発光光音響ストリーミング（SWEEPS）による、先端人工溝および象牙細管内の多枝病菌バイオフィルムの治療効果を、従来の針潅注法（CNI）、受動的超音波潅注法（PUI）および音波動力潅注法（EDDY）と比較して評価することである。より有意義な結果を得ることを目的として、走査型電子顕微鏡（SEM）と共焦点レーザー顕微鏡（CLSM）を用いた2種類の評価方法と組み合わせて、2種類の多種根管バイオフィルムモデルを確立した。

BACKGROUND: Multispecies biofilms located in the anatomical intricacies of the root canal system remain the greatest challenge in root canal disinfection. The efficacy of Er:YAG laser-activated irrigation techniques for treating multispecies biofilms in these hard-to-reach areas has not been proved. The objective of this laboratory study was to evaluate the effectiveness of two Er:YAG laser-activated irrigation techniques, namely, photon-induced photoacoustic streaming (PIPS) and shock wave-enhanced emission photoacoustic streaming (SWEEPS), in treating multispecies biofilms within apical artificial grooves and dentinal tubules, in comparison with conventional needle irrigation (CNI), passive ultrasonic irrigation (PUI), and sonic-powered irrigation (EDDY). Two types of multispecies root canal biofilm models were established in combination with two assessment methods using scanning electron microscopy (SEM) and confocal laser scanning microscopy (CLSM) with the aim to obtain more meaningful results.

方法:

90本の抜歯したヒトの単根小臼歯を2種類の多種バイオフィルムモデルに使用した。それぞれの歯は縦に2分割した。最初のモデルでは、管壁の先端部分に深く細い溝を形成した。混合細菌バイオフィルムを4週間培養した後、分割した半分を再び組み立て、5つの潅注テクニックに供した：CNI、PUI、EDD、PIPS、SWEEPSである。モデル1では、溝内外の残留バイオフィルムをSEMで分析した。モデル2については、CLSMを用いて異なる管腔断面（先端部、中間部、および冠状3分の1）における象牙細管内の死滅細菌の割合を評価するために、試料をもう一度縦方向に分割した。一元配置分散分析および事後多重比較を用いて、5つの灌流法の抗バイオフィルム効果を評価した。

METHODS: Ninety extracted human single-rooted premolars were chosen for two multispecies biofilm models. Each tooth was longitudinally split into two halves. In the first model, a deep narrow groove was created in the apical segment of the canal wall. After cultivating a mixed bacterial biofilm for 4 weeks, the split halves were reassembled and subjected to five irrigation techniques: CNI, PUI, EDD, PIPS, and SWEEPS. The residual biofilms inside and outside the groove in Model 1 were analyzed using SEM. For Model 2, the specimens were split longitudinally once more to evaluate the percentage of killed bacteria in the dentinal tubules across different canal sections (apical, middle, and coronal thirds) using CLSM. One-way analysis of variance and post hoc multiple comparisons were used to assess the antibiofilm efficacy of the 5 irrigation techniques.

結果:

4週間後、すべての陰性コントロールで強固なバイオフィルムの増殖が観察された。モデル1では、各グループ内で、溝の外側に残った細菌の数が溝の内側よりも有意に少なかった（P<0.05）。SWEEPS、PIPS、EDDYは、溝の外側と内側の両方で、CNIとPUIよりもバイオフィルム除去効果が有意に高かった（P<0.05）。SWEEPSはPIPSおよびEDDYよりも溝内部でのバイオフィルム除去効果が高かったが（P<0.05）、溝外部ではこれらの方法に有意差はなかった（P>0.05）。モデル2では、SWEEPSとEDDYが象牙細管内で優れた細菌殺傷効果を示し、次いでPIPS、PUI、CNIの順であった（P<0.05）。

RESULTS: Robust biofilm growth was observed in all negative controls after 4 weeks. In Model 1, within each group, significantly fewer bacteria remained outside the groove than inside the groove (P < 0.05). SWEEPS, PIPS and EDDY had significantly greater biofilm removal efficacy than CNI and PUI, both from the outside and inside the groove (P < 0.05). Although SWEEPS was more effective than both PIPS and EDDY at removing biofilms inside the groove (P < 0.05), there were no significant differences among these methods outside the groove (P > 0.05). In Model 2, SWEEPS and EDDY exhibited superior bacterial killing efficacy within the dentinal tubules, followed by PIPS, PUI, and CNI (P < 0.05).

結論:

Er:YAGレーザー活性化灌漑技術は、EDDYとともに、一般的にアクセスが困難な領域である先端人工溝および象牙細管において、有意な抗バイオフィルム効果を示した。

CONCLUSION: Er:YAG laser-activated irrigation techniques, along with EDDY, demonstrated significant antibiofilm efficacy in apical artificial grooves and dentinal tubules, areas that are typically challenging to access.