歯科用アライナーへの細菌の接着に及ぼす表面の濡れ性とエネルギーの影響：A Comparative In Vitro Study

Effect of Surface Wettability and Energy on Bacterial Adhesion to Dental Aligners: A Comparative In Vitro Study.

抄録

歯科矯正用アライナーの使用は、その利便性と審美的な利点から著しく増加している。しかし、その微生物学的挙動と細胞毒性を理解することは不可欠である。本研究では、広く使用されている3つのアライナーシステムの細胞毒性だけでなく、コロニー形成単位（CFU）数によって評価される異なる細菌株の代謝活性（MA）と増殖を評価することを目的とした：スパーク、インビザライン、スマイル。濡れ性と表面自由エネルギー（分散成分と極性成分の両方）は、無柄滴下法を用いて測定した。細菌株 , , , , , を培養し、バイオリアクターを用いて好気性および嫌気性環境下での口腔内を模擬した条件下で、アライナー表面上での挙動を評価した。細胞適合性はHFF-1ヒト線維芽細胞を用いて評価した。その結果、菌株によって異なる挙動が観察された。スパークアライナーの接触角は70.5°、インビザラインは80.6°、スマイルは91.2°であり、表面自由エネルギーはそれぞれ60.8、66.7、74.2mJ/mであり、インビザラインが19.3mJ/m、スマイルが20.2mJ/mであったのに対し、スパークアライナーは31.9mJ/mと極性成分が高いことが明らかになった。スパークアライナーは（23.1％）、（43.2％）、（17.7％）、バイオフィルム形成（2.4％）において最も低い代謝活性を示した。スマイルアライナーは（23.6%）と（51.1%）で最も低い代謝活性を示したが、これは極性の低い表面自由エネルギー成分に起因する。CFU数は全てのアライナー、バイオフィルムを含む細菌株で最小であった。全てのアライナーは70％以上の細胞適合性を示した（スパーク：71.0％、インビザライン：75.7％、スマイル：75.6％）。これらの結果は、臨床においてアライナーの素材特性を考慮することの重要性を強調し、適切な口腔衛生とアライナーのメンテナンスの必要性を強調しています。

The use of orthodontic aligners has increased significantly due to their convenience and esthetic advantages. However, understanding their microbiological behavior and cytotoxicity is essential. This study aimed to evaluate the metabolic activity (MA) and proliferation of different bacterial strains-assessed through colony-forming unit (CFU) counts-as well as the cytotoxicity of three widely used aligner systems: Spark, Invisalign, and Smile. Wettability and surface free energy (both dispersive and polar components) were determined using the sessile drop technique. The bacterial strains , , , , and were cultured, and their behavior on the aligner surfaces was assessed under simulated oral cavity conditions in both aerobic and anaerobic environments using a bioreactor. Cytocompatibility was evaluated with HFF-1 human fibroblasts. Distinct strain-specific behaviors were observed. For Spark aligners, the contact angle was 70.5°, Invisalign 80.6°, and Smile 91.2°, and the surface free energy was 60.8, 66.7, and 74. 2 mJ/m, respectively, highlighting the high polar component of the Spark aligner of 31.9 mJ/m compared to 19.3 and 20.2 mJ/m for Invisalign and Smile, respectively. The Spark aligner exhibited the lowest metabolic activity for (23.1%), (43.2%), (17.7%), and biofilm formation (2.4%), likely due to its higher hydrophilicity. The Smile aligner showed the lowest metabolic activity for (23.6%) and (51.1%), attributed to its low polar surface free energy component. CFU counts were minimal for all aligners and bacterial strains, including biofilm. All aligners demonstrated cytocompatibility above 70% (Spark: 71.0%, Invisalign: 75.7%, and Smile: 75.6%). These findings highlight the importance of considering aligner material properties in clinical practice and underscore the need for proper oral hygiene and aligner maintenance.