チタン付着 S. mutans バイオフィルムの剥離における高密度焦点式超音波と Airflow® の比較

High-Intensity Focused Ultrasound Versus Airflow® in Debriding Ti-Attached S. mutans Biofilms.

抄録

導入と目的:

バイオフィルムに関連したインプラント周囲炎を効果的に管理するには、疾患の進行を抑制し、インプラントのオッセオインテグレーションを維持するために、微生物のバイオフィルムを除去する必要がある。しかし、バイオフィルムを完全に除去することは依然として困難である。高密度焦点式超音波（HIFU）は、非電離放射線で、外来物質を含まず、残留物やエアロゾルを最小限に抑えることができる新しい技術である。このin vitro研究では、チタン（Ti）ディスクに付着したStreptococcus mutansバイオフィルムの除去におけるHIFUと市販の空気圧研磨法（Airflow®）の有効性を比較した。

INTRODUCTION AND AIMS: Effective management of biofilm-associated peri-implantitis requires the eradication of microbial biofilms to control disease progression and preserve implant osseointegration. However, achieving complete biofilm removal remains a challenge. High-intensity focused ultrasound (HIFU) is an emerging technology offering non-ionizing radiation, no extraneous materials, and minimal residuals or aerosols. This in vitro study compared the effectiveness of HIFU and a commercial air-pressured abrasive method (Airflow®) in removing Streptococcus mutans biofilms attached to Titanium (Ti) discs.

方法:

36組の機械加工(M)および粗面化(R)チタン製ディスクに細菌バイオフィルムを10日間増殖させた。試験群（12組）のバイオフィルムを、最適化されたHIFUで水媒体中2分間処理し、共焦点レーザー走査型顕微鏡（CLSM）、走査型電子顕微鏡（SEM）の2つのイメージング法を用いて残存バイオフィルムを調べた、また、クリスタルバイオレット（CV）、3-[4,5-ジメチルチアゾール-2-イル]-2,5-ジフェニルテトラゾリウムブロマイド（MTT）、フローサイトメトリー（FCM）の3つの定量法を用いて、バイオマス、細菌生存率、生菌数／死菌数をそれぞれ調べた。試験および対照サンプル（未処理およびAirflow®処理）のデータをANOVAに供し、ポストホックTukey's検定でグループ間の統計的差異を判定した。

METHODS: Bacterial biofilms were grown on 36 pairs of machined (M) and roughened (R) Ti discs for 10 days. Biofilms in the test group (12 pairs) were treated with the optimized HIFU for 2 min in a water medium and the residual biofilms were examined using two imaging methods, confocal laser scanning microscopy (CLSM), scanning electron microscopy (SEM), and three quantitative methods including crystal violet (CV), 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5 diphenyl tetrazolium bromide (MTT) and flow cytometry (FCM) assays for biomass, bacterial viability, and live/dead bacterial counts respectively. The data from the test and the control samples (untreated and Airflow® treated) were subjected to ANOVA followed by post-hoc Tukey's test to determine the statistical differences between the groups.

結果:

MディスクのMTTデータを除き、調査結果は、HIFUとAirflow®の両方の方法が同程度の細菌除去を達成し、FCMアッセイで99％以上の細菌を除去したことを示した（Mディスクでは99.8±0.16％対99.3±0.49％、Rディスクでは99.96±0.02％対99.5±0.37％）。HIFU処理サンプルでは、SEM画像においてAirflow®と比較してバイオフィルムの完全除去が認められた。

RESULTS: Except the MTT data from M discs, the findings showed that both HIFU and Airflow® methods achieved similar levels of bacterial debridement, removing over 99% of bacteria in FCM assays (99.8 ± 0.16% versus 99.3 ± 0.49% for M discs, 99.96 ± 0.02% versus 99.5 ± 0.37% in for R discs). Complete biofilm removal was noted in HIFU-treated samples compared to the Airflow® in SEM images.

結論と臨床的関連性:

我々の知見は、新規のHIFU法と従来のAirflow®法の両方が、チタンディスク表面からS. mutansバイオフィルムを除去するのに等しく効果的であったことを示している。インプラント周囲炎の管理にHIFUを臨床応用するためには、さらなる研究が必要である。

CONCLUSION AND CLINICAL RELEVANCE: Our findings indicate that both novel HIFU and traditional Airflow® methods were equally effective in removing the S. mutans biofilms from titanium disc surfaces. Further research is needed to explore the clinical application of HIFU in managing peri-implantitis.