Abstrakt

Bakterie stale bytujące w jamie ustnej występują w postaci biofilmu. Biofilm powstający na twardym podłożu: szkliwie zębów, wypełnieniach, uzupełnieniach protetycznych, obturatorach czy aparatach ortodontycznych nosi nazwę płytki bakteryjnej. Zaburzenie homeostazy biofilmu, nadmierny wzrost czy zwiększenie liczby bakterii kwasotwórczych powoduje rozwój najczęściej występujących chorób jamy ustnej, tj. próchnicy i chorób przyzębia. Obecność bakteryjnego biofimu na ścianach kanału korzeniowego lub przy wierzchołku korzenia na jego zewnętrznej ścianie prowadzi do powikłań i niepowodzeń w leczeniu endodontycznym. Celem pracy było przedstawienie najnowszych informacji na temat powstawania, rozwoju oraz roli biofilmu w etiopatogenezie chorób jamy ustnej oraz jego zwalczania. Na podstawie przeanalizowanego piśmiennictwa można stwierdzić, że biofilm dzięki złożonej strukturze oraz licznym mechanizmom przystosowawczym bakterii stanowi skuteczną barierę wobec tradycyjnych środków o właściwościach antybakteryjnych. Duże nadzieje pokłada się obecnie w nanotechnologii, jako innowacyjnej metodzie otrzymywania nowych struktur, o rozmiarach nanometrycznych i odmiennych właściwościach od materiałów wyjściowych. Wykorzystanie właściwości antybakteryjnych nanosrebra zastosowanego w stomatologii znacząco obniża aktywność metaboliczną i liczbę bakterii tworzących kolonie oraz wytwarzanie kwasu mlekowego w biofilmie.

Wprowadzenie

Drobnoustroje w  naturalnym środowisku występować mogą w postaci pojedynczej komórki, czyli w postaci planktonu lub jako zorganizowane, osiadłe kultury, tworzące błonę biologiczną nazywaną biofilmem [26,52]. Jak dowiedziono, postać planktonu swobodnie przemieszczającego się w płynach ustrojowych lub w innym środowisku nie jest podstawową postacią bytowania mikroorganizmów [26]. Zdolność bakterii do bytowania w postaci biofilmu ma istotne znaczenie w patogenezie chorób zakaźnych i decyduje również o zjadliwości drobnoustrojów, oporności na środki farmakologiczne [10,54]. Gatunki bakterii bytujące w biofilmie wykazują nową, większą wirulencję oraz zwiększoną odporność na czynniki antybakteryjne w porównaniu z ich postaciami planktonicznymi [44]. Szacuje się, że zakażenia przebiegające z tworzeniem biofilmu bakteryjnego lub grzybiczego stanowią prawie 65% wszystkich zakażeń, m.in. u chorych na mukowiscydozę, zapalenie wsierdzia, ozębnej, ucha środkowego, przewlekłego zapalenie gruczołu krokowego [3,26]. Poznanie mechanizmów funkcjonowania biofilmu bakteryjnego przyczyniło się do zrozumienia patogenezy wielu chorób [12,24,42,48].

Organizm człowieka w warunkach fizjologicznych również stale zasiedla bogata mikroflora. Rezydujące drobnoustroje przyczyniają się do utrzymania zdrowia gospodarza m.in. wspomagają wchłanianie produktów odżywczych czy metabolizm witamin [16,38]. Niektóre szczepy Streptococcus salivarius, bakterii stale obecnej w jamie ustnej wytwarzają inhibitor przeciwko paciorkowcom wywołującym choroby gardła, liszajec czy inwazyjne zapalenie tkanek miękkich [38]. Nabycie mikroflory rozpoczyna się od chwili urodzenia człowieka, a wszystkie powierzchnie ciała, które są eksponowane na wpływ środowiska ulegają skolonizowaniu przez drobnoustroje.

Różne gatunki bakterii zasiedlają poszczególne okolice ciała ludzkiego, a decydują o tym biofizyczne właściwości kolonizowanych obszarów.

Bakterie bytujące w jamie ustnej

Bezpośrednio po urodzeniu jama ustna dziecka jest jałowa, a źródłem drobnoustrojów zasiedlających ją jest głównie matka (transmisja wertykalna), co udowodniono przez wyizolowanie takich samych genotypowo szczepów bakterii Streptococcus mutans u niemowląt i ich matek [8].

Jama ustna nie jest jednorodnym środowiskiem dla kolonizacji drobnoustrojów. Obecne są dwa podstawowe mikrośrodowiska zasiedlane przez bakterie: tkanki miękkie i twarde tkanki zęba. Stanowią one oddzielne nisze ekologiczne promujące rozwój mikroorganizmów, jednak nie są środowiskiem jednorodnym. Wyróżnia się gładkie powierzchnie błony śluzowej, np. na podniebieniu i policzkach, gdzie proces złuszczania skolonizowanych komórek nabłonka ogranicza możliwość obciążenia błony śluzowej bakteriami oraz brodawkowatą powierzchnię języka. Ta ostatnia zapewnia dogodne warunki bytowe w niszach dla wymagających gatunków bakterii (głównie beztlenowców) oraz stanowi rezerwuar mikroorganizmów wyizolowanych z powierzchni zębów [16,19,31]. Twarde tkanki zęba są również zróżnicowane pod względem budowy anatomicznej, wyróżnia się bruzdy, powierzchnie gładkie wolne i styczne, odsłonięte powierzchnie korzenia. Doniesienia wskazują na duże różnice składu dojrzałej płytki bakteryjnej u tej samej osoby, nie tylko w poszczególnych częściach zęba, ale nawet w obrębie sąsiadujących ze sobą struktur o tej samej budowie [47].

Bezzębną jamę ustną niemowlęcia kolonizują tzw. gatunki pionierskie, są to Streptococcus salivarius, S. mitis, S. oralis.

W ciągu kilku miesięcy życia pojawiają się również beztlenowce Gram-ujemne: Prevotella melaninogenica, Fusobacterium nucleatum, Veillonella spp. W czasie wyrzynania się zębów w jamie ustnej powstają dogodne warunki do kolonizowania przez nowe gatunki bakterii, mające zdolność adhezji do twardych tkanek, m.in. Streptococcus mutans, S. sanguinis, S. sobrinus i Actinomyces. Z czasem flora bakteryjna staje się jeszcze bardziej złożona, a przyczyniają się do tego tzw. „okna infekcji” związane z intensywną kolonizacją jamy ustnej przez nowe gatunki bakterii w czasie wyrzynania zębów mlecznych między 16 a 31 miesiącem życia (first window of infectivity) oraz w czasie wymiany uzębienia między 6 a 12 rokiem życia (second window of infectivity). Flora bakteryjna jamy ustnej osiąga stabilność w młodym wieku dorosłym. Należy jednak pamiętać, że kolonizacja jest procesem złożonym, a skład mikroflory jamy ustnej nie jest stały. Mają na nią wpływ czynniki środowiska (dieta, zabiegi higieniczne domowe i profesjonalne, wydzielanie śliny, występowanie ubytków próchnicowych, wypełnień, aparatów ortodontycznych) oraz oddziaływania między bakteriami. Również utrata zębów przyczynia się do zmian w składzie flory bakteryjnej jamy ustnej – głównie zmniejsza się liczba S. mutans, która do wzrostu preferuje twarde podłoże, ale używanie protez sprzyja na nowo wzrostowi tej bakterii [41].

Płytka bakteryjna jako biofilm

Różnorodność prawie 700 gatunków bakterii stale kolonizujących jamę ustną w większości tworzy płytkę bakteryjną będącą przykładem jednego z lepiej poznanych biofilmów [23,34,37,48,50]. Płytka powstaje przez warstwowy wzrost drobnoustrojów zorganizowanych w mikrokolonie, głównie przez bakterie zdolne do przylegania do siebie nawzajem [9]. Biofilmy są obecnie definiowane cyt. wg [9] jako złożone, wielokomórkowe struktury bakterii otoczone warstwą substancji organicznych i nieorganicznych, wytwarzanych przez te drobnoustroje, wykazujące adhezję do powierzchni biologicznych i abiotycznych [9]. Biofilmy powstają w wilgotnych, niesterylnych środowiskach. Uważa się również, że tworzenie biofilmu jest odpowiedzią bakterii na warunki środowiska, umożliwia ich przeżycie i rozwój [9].

Mikroorganizmy znajdujące się w jamie ustnej występują na powierzchni zęba w postaci dwóch typów biofilmu: nad- i poddziąsłowego, które różnią się znacząco od siebie składem flory bakteryjnej. Naddziąsłowa płytka bakteryjna jest zdominowana przez Gram-dodatnie paciorkowce, takie jak Streptococcus mutans, S. salivarius, S. motis i Lactobacillus, natomiast poddziąsłowa, przez bakterie Gram- -ujemne anaerobowe, np. Actinobacillus, Campylobacter spp., Fusobacterium nucleatum, Porphyromonas gingivalis. Przyczyną próchnicy jest zwykle naddziąsłowy biofilm [19], poddziąsłowy zaś wiąże się z zapaleniem dziąseł i chorobami przyzębia [1].

W procesie powstawania biofilmu zaobserwowano: fazę adhezji odwracalnej i nieodwracalnej mikroorganizmów, dojrzewanie oraz fazę dyspersji. Wymienione etapy zmieniają fenotyp i genotyp komórek bakteryjnych. Adhezja mikroorganizmów bytujących w jamie ustnej jest procesem przebiegającym w sposób przewidywalny i powtarzalny. Czysta powierzchnia hydroksyapatytu szkliwa w ciągu kilku minut lub godzin pokrywa się bezbakteryjną błonką (pellicle), której głównym składnikiem są glikoproteiny, fosfoproteidy i lipidy pochodzenia ślinowego. Dopiero tak przygotowane podłoże zaczyna kolonizować wybiórcza część mikroflory jamy ustnej. Jako pierwsze tworzą kolonie na powierzchni zęba: Streptococcus sanguinis, S. oralis i S. mitis, Actinomyces spp., Haemophilus spp. oraz Neisseria spp. [16]. W pierwszym odwracalnym etapie adhezji istotne znaczenie odgrywają siły van der Waalsa oraz oddziaływania hydrofobowe. Gdy komórki zbliżą się do podłoża na odległość mniejszą niż 1,5 nm dochodzi do powstania swoistych wiązań, w których biorą udział występujące na powierzchni komórek adhezyny białkowe: flagelle, fimbrie, pile oraz polimery polisacharydowe [9]. Udowodniono, że wiązanie Streptococcus oralis do powierzchni zębów i wypełnień jest uzależniona od ekspresji białek adhezyjnych wiążących galaktozę [21]. Ponadto Streptococcus oralis i  S. sanguinis wiążą się selektywnie z resztami kwasu sialowego glikoprotein śliny ludzkiej, a Actinomyces naeslundii wybiórczo przylega do białek bogatych w staterynę i prolinę [16]. Bakterie wytwarzają również zewnątrzkomórkowe polisacharydy – rozpuszczalne glukany i fruktany oraz nierozpuszczalny mutan, biorące udział w tworzeniu matrycy płytki (matrix) mocno wiążącej ją z podłożem. Utworzenie warstwy matrix ułatwia adsorpcję cząstek organicznych, obecność jonów wapnia sprzyja jego umocnieniu (sieciowanie polisacharydów) [19,34]. Wszystkie te procesy prowadzą do nieodwracalnej adhezji mikroorganizmów do twardych tkanek zęba [9,21]. Następne warstwy biofilmu tworzą tzw. bakterie „późnego biofilmu” koagregujące z „pionierskimi” mikroorganizmami [19]. Umożliwia to wytworzenie mikrokolonii i namnażanie się bakterii, stopniowe różnicowanie się i dojrzewanie biofilmu [6,24,48].

Dojrzała nazębna płytka bakteryjna ma strukturę trójwymiarową. Na gładkich powierzchniach zębów powstają struktury nazywane „kolbami kukurydzy”, w bruzdach oprócz mikrokolonii ziarenkowców i pałeczek są obecne również struktury przypominające palisady [16]. Dojrzewanie, starzenie się płytki bakteryjnej prowadzi do zmiany warunków panujących wewnątrz biofilmu, ma to istotne znaczenie dla tzw. sukcesji bakteryjnej, w której stała flora bakteryjna zostaje zastąpiona przez inne gatunki bardziej dostosowane do zmieniających się warunków. Jednym z przykładów sukcesji bakteryjnej jest przesunięcie populacji bakterii w płytce nazębnej ze zdominowanej przez paciorkowce do przewagi Actinomyces. Obniżenie stężenia tlenu w wyniku wzrastającej grubości naddziąsłowego biofilmu bakteryjnego doprowadza do zmiany z tlenowych i fakultatywnie beztlenowych gatunków bakterii w młodej płytce w fakultatywne i bezwzględnie beztlenowe bakterie w płytce dziewięciodniowej [16]. Bakterie bytujące we wnętrzu biofilmu pod wpływem obniżonego dostępu tlenu zmieniają metabolizm na beztlenową fermentację, zahamowaniu ulega również synteza niektórych enzymów i toksyn, zmniejsza się tempo wzrostu i bakterie przechodzą w stan zbliżony do anabiozy [10,44]. Doprowadza to do zmian genotypowych przekazywanych komórkom potomnym, nadających im odmienne właściwości niż miały bakterie żyjące w postaci planktonu. Wykazują także zmniejszoną wrażliwość na działanie substancji toksycznych [6,10,44].

Bakterie bytujące w postaci biofilmu, w tym bakterie płytki nazębnej tworzą doskonale zorganizowaną, dynamiczną społeczność, w której różne gatunki współpracują ze sobą w procesie rozkładu substancji organicznych i pozyskiwania energii [6,14,20,39]. Mikroorganizmy w biofilmie są ułożone w uporządkowane, zróżnicowane i złożone mikrokolonie oddzielone od siebie licznymi kanałami wypełnionymi płynem, który tworzy unikalny system komunikacji między mikrokoloniami biofilmu. Płyn krążąc w kanałach dostarcza składniki odżywcze, tlen, enzymy, metabolity, cząsteczki sygnałowe i usuwa produkty przemiany materii [44]. Wzajemna bliskość komórek ułatwia również wymianę informacji genetycznej przez przeniesienie plazmidów włącznie z kodującymi odporność na substancje antybakteryjne i antybiotyki [24].

Oprócz konwencjonalnych biochemicznych i metabolicznych interakcji zachodzących między komórkami bakterii w biofilmie wykazano, że ma on jeszcze jedną istotną cechę: możliwość porozumiewania się komórek przez wytwarzanie sygnału chemicznego w postaci autoinduktorów oraz możliwość odbioru tych sygnałów przez wyspecjalizowane białka tzw. receptory. Zjawisko określa się jako wyczuwanie zagęszczenia (quorum sensing) i opiera się na rozpoznawaniu liczebności komórek bakteryjnych w płytce [13,20,27,28,39]. System ten pomaga w dostosowaniu i przetwarzaniu niekorzystnych zmian środowiska w zależności od liczebności drobnoustrojów [27,34]. Budowa chemiczna autoinduktorów różni się między gatunkami np. u bakterii Gram-dodatnich i Gram- -ujemnych działają odmienne systemy wyczuwania zagęszczenia [13,27,28]. Osiągnięcie odpowiedniego stężenia autoinduktora jest sygnałem do uruchomienia i utrzymania istotnych procesów fizjologicznych i metabolicznych w obrębie biofilmu, [13,27,28]. Wiadomo obecnie, że quorum sensing dla Streptococcus mutans odpowiada m.in. za ekspresję genów umożliwiającą tolerancję niskiego pH środowiska i tworzenie biofilmu [26,28]. Li i wsp. dowiedli, że w chwili pojawiającego się zagrożenia np. spadku pH środowiska, duża gęstość komórek oraz grubość rozwijającego się biofilmu może zapewnić S. mutans optymalne warunki do uruchomienia i wykorzystania wszystkich adaptacyjnych mechanizmów przetrwania za sprawą zdolności porozumiewania się między komórkami [26].

Próchnica jako choroba jamy ustnej związana z obecnością płytki bakteryjnej

Rola bakteryjnej płytki nazębnej w etiologii próchnicy i chorób przyzębia jest znana od dawna [1,3,30,33,35]. Zdolność Streptococcus mutans do przeżycia w niskim pH jest ważnym czynnikiem wirulencji w patogenezie próchnicy. Bakteria jest kwasoodporna i kwasotwórcza, tj. zdolna do metabolizowania cukrów przy przedłużającym się spadku pH, a nawet uzyskuje uprzywilejowane warunki do wzrostu w tak trudnych warunkach środowiska. Nie jest to jednak jedyna właściwość bakterii próchnicotwórczych. W przypadku współzawodnictwa z innymi mikroorganizmami, bakterie te są zdolne do szybkiego transportu ulegających fermentacji cukrów do wnętrza komórki (nawet przy ich niskim stężeniu) i przetworzeniu w kwasy. Wytwarzają również zewnątrz- i wewnątrzkomórkowe węglowodany, które biorą udział w tworzeniu matrycy płytki lub są zapasowymi substancjami wykorzystywanymi do pozyskiwania energii lub przemiany w kwasy w przypadku ograniczonego dostępu do cukrów [30]. Mimo że znane są inne gatunki paciorkowców obecne w płytce bakteryjnej mające podobne właściwości kwasotwórcze i kwasoodporne, mogące brać udział w rozwoju próchnicy, to jednak Streptococcus mutans jest uznawana za główną bakterię wywołującą chorobę próchnicową, co potwierdza obecność tego paciorkowca w dużej liczbie w miejscach objętych próchnicą [34]. Badania dowodzą również, że możliwa jest sytuacja, w której mimo wysokiego miana paciorkowców z grupy mutans w płytce nazębnej nie występuje demineralizacja szkliwa czy widoczne ubytki próchnicowe. Dzieje się tak najprawdopodobniej dzięki obecności w płytce innych gatunków bakterii, które w wyniku przemian wytwarzają substancje podnoszące pH płytki, np. amoniak wytwarzany przez Streptococcus salivarius z mocznika lub z argininy przez Streptococcus sanguinis czy obecność Veillonella zużywającej kwas mlekowy wytwarzany przez paciorkowce [33,34,35,46].

Biorąc pod uwagę wieloczynnikową naturę procesu próchnicowego, w którym mikroflora i podatne tkanki zęba wzajemnie na siebie oddziałują przez częste spożywanie ulegających fermentacji węglowodanów, czy zmiany w wydzielaniu śliny przez gospodarza, próchnica jest następstwem zachwiania naturalnej równowagi stałej mikroflory biofilmu, jakim jest płytka nazębna [33]. Może to zagrażać nie tylko zdrowym powierzchniom twardych tkanek zęba, ale także skutkować niepowodzeniem podjętego leczenia stomatologicznego.

W piśmiennictwie opisano występowanie biofilmu bakteryjnego wewnątrz kanału korzeniowego i na zewnętrznej powierzchni korzenia. Wyniki badań sugerują, że biofilm może być powiązany z niepowodzeniami w leczeniu endodontycznym, przetrwałym zapaleniem tkanek okołowierzchołkowych, często powstającym na skutek przecieku koronowego [11]. Biofilm jest obecny również na materiałach odtwórczych, uzupełnieniach protetycznych, aparatach ortodontycznych [14,41]. Odpowiada za powstanie próchnicy wtórnej rozwijającej się przy brzegu istniejącego wypełnienia czy zapalenie przyzębia, również przy implancie pogrążonym w kości (tzw. periimplantitis) [1,47].

Zapobieganie powstawania biofilmu w jamie ustnej

W  zapobieganiu powstawania biofilmu bakteryjnego podstawową i jednocześnie najprostszą metodą jest higiena jamy ustnej oparta na regularnym oczyszczaniu zębów, uzupełnień protetycznych i aparatów ortodontycznych, odpowiednią dla danej osoby metodą, za pomocą właściwie dobranej szczotki, pasty do zębów i nici dentystycznych. Mechaniczne usuwanie płytki bakteryjnej jest wspomagane przez stosowanie płynów do płukania jamy ustnej zawierających środki hamujące powstawanie biofilmu, a także stosowanie bezcukrowych gum do żucia, jako pomocniczego środka higienicznego [36,51].

Wśród najczęściej stosowanych dodatków do płukanek, past do zębów należą środki o właściwościach antybakteryjnych, wykazujące stabilność chemiczną i dlatego długo utrzymujące się w środowisku jamy ustnej, hamując adhezję płytki nazębnej i rozwój paciorkowców. Należą do nich: chlorheksydyna, triclosan, sangwinaryna, sole cynku oraz fluor, który zwiększa odporność szkliwa na działanie kwasów wytwarzanych przez bakterie próchnicotwórcze [2,32]. Często jednak higiena jamy ustnej nie jest wystarczającą metodą, aby wyeliminować wszystkie negatywne skutki obecności bakterii w jamie ustnej.

Jednym z problemów stomatologii zachowawczej i protetyki jest powstawanie mikroszczelin między tkankami zęba a wypełnieniem lub uzupełnieniem protetycznym. Przyczyną powstawania nieszczelności jest skurcz polimeryzacyjny materiałów kompozytowych oraz siły żucia. Liczne badania prowadzone nad zlikwidowaniem skurczu polimeryzacyjnego doprowadziły jedynie do jego zminimalizowania [29]. Rozwijająca się nieszczelność brzeżna sprzyja kumulowaniu się płytki bakteryjnej, co może się przyczyniać do wystąpienia próchnicy wtórnej, będącej najczęstszym powodem niepowodzeń odbudowy struktur zęba. Potwierdzono, że wymiana wypełnień z powodu próchnicy wtórnej stanowi 50-70% wszystkich zakładanych wypełnień [14]. Dlatego też nadal trwają badania nad wyeliminowaniem patogennej flory bakteryjnej.

Nie bez znaczenia dla powstawania próchnicy wtórnej jest to, że na powierzchni materiałów stomatologicznych dochodzi do większego gromadzenia i zalegania płytki niż na powierzchni szkliwa [4,14,41]. Stwierdzono, że ilość i skład płytki bakteryjnej na biomateriałach jest różny i zależy od składu chemicznego oraz szorstkości powierzchni materia- łów [4,41]. Dlatego też niektóre materiały stomatologiczne zostały wzbogacone o substancje mogące bezpośrednio wpływać na wzrost bakterii i odporność twardych tkanek zęba. Przykładem są kompomery, cementy glass-jonomerowe, giomery zawierające w składzie związki fluoru uwalniane w znacznych ilościach bez wpływu na integralność i parametry mechaniczne materiału. Materiały te mogą wchłaniać fluor z otaczającego środowiska (z past i płukanek zawierających fluor czy miejscowo aplikowanych lakierów fluorkowych), a następnie (przy spadku pH) uwalniać go do otoczenia, co wywołuje długotrwałe działanie kariostatyczne i hamuje wzrost bakterii [4,17]. Eick i wsp. w badaniach in vitro oceniali wpływ, jaki na adhezję Streptococcus mutans ma chropowatość powierzchni różnych materiałów stosowanych w stomatologii odtwórczej [14]. Porównywali je z ceramiką dentystyczną, która z powodu gładkości powierzchni charakteryzuje się najmniejszą zdolnością do adhezji płytki bakteryjnej [4,14,41]. Badacze ocenili, że masa płytki bakteryjnej utworzona na wszystkich badanych materiałach (amalgamacie, kompozytach, kompomerze, cemencie glass-jonomerowym) była większa w porównaniu z ceramiką, a największą wartość uzyskali dla glass-jonomeru, co korelowało z chropowatością powierzchni materiału, a fluorki zawarte w glass-jonomerze niewystarczająco zapobiegały adhezji bakterii i wpłynęły na żywotność Streptococcus mutans [14].

Niejednoznaczne wyniki badań dotyczące adhezji bakterii na powierzchni materiałów stosowanych w stomatologii mogą wynikać z różnej metodyki badań oraz rodzaju porównywanych powierzchni [2]. Substancją, która w ostatnich latach budzi szczególne zainteresowanie w zapobieganiu rozwojowi biofilmu jest nanosrebro. Liczne badania potwierdziły, że materiały i leki zawierające nanosrebro wykazują skuteczne działanie przeciwdrobnoustrojowe [18,22,56,57]. Właściwości przeciwbakteryjne srebra są wykorzystywane w medycynie i stomatologii od lat. W stomatologii srebro znalazło zastosowanie w materiałach stosowanych do wypełniania ubytków próchnicowych (jest głównym składnikiem amalgamatów), a także do impregnacji próchnicowo zmienionych tkanek zębów u dzieci (w postaci 10-25% azotanu srebra). Sole srebra mogą jednak wywoływać niepożądane działanie m.in. przebarwiać twarde tkanki zęba. Azotan srebra może doprowadzić do poparzeń błony śluzowej lub nawet przyczynić się do powstania dimetylonitrozaminy – związku karcynogennego [43].

Brak opisanych działań niepożądanych doprowadził m.in. do zainteresowania się srebrem nanocząsteczkowym w medycynie i stomatologii. Cząstki nanosrebra przyjmują rozmiary 1-100 nm i zawierają 20-15 000 atomów. Wyniki obserwacji własnych niejonowego, komercyjnego nanosrebra (producent: Sigma Aldrich), uwidoczniły płaszczyzny atomowe w zdjęciach wysokorozdzielczych uzyskanych za pomocą skaningowego transmisyjnego mikroskopu elektronowego (STEM model Hitachi HD-2700) – ryc. 1. Potwierdza to, że nanocząstki te występują w postaci krystalicznej.

Srebro po rozdrobnieniu do cząstek wielkości kilkudziesięciu atomów osiąga ogromną powierzchnię aktywną, zmianie ulegają również jego właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne [18]. Dzięki temu już niewielka ilość nanocząstek ma potencjał biobójczy (bakterio-, grzyboi wirusobójczy) setki razy większy od tej samej ilości metalu w skali makro [53]. Biobójcze działanie srebra opiera się na reagowaniu z grupami tiolowymi błony komórkowej bakterii. Tracą one w ten sposób możliwość oddychania, gdyż są zamykane drogi przenoszenia elektronów, tzw. łańcuch oddechowy. Utlenieniu ulega materiał genetyczny bakterii dzięki katalitycznym właściwościom nanosrebra i obecności aktywnego tlenu. W komórkach bakteryjnych dochodzi także do wiązania srebra z DNA bakteryjnym, co zapobiega rozwojowi DNA doprowadzając do zahamowania rozmnażania bakterii. Ponadto produkty przemiany materii gromadzą się w komórce i następuje zahamowanie syntezy białek [18,43,45]. Nanosrebro wykazuje działanie bakteriobójcze w czasie 5 min od zastosowania, a grzybobójcze w czasie 15 min po ich użyciu. Istotne jest również, że jak dotąd bakterie nie wytworzyły mechanizmów obronnych przeciw nanocząsteczkom srebra. Koloidalne nanocząsteczki niejonowego srebra mogą być szeroko wykorzystywane do zwalczania szczególnie opornych na wszystkie znane antybiotyki patogenów m.in. gronkowców [53]. Długotrwałe działanie hamujące wobec Streptococcus mutans i Lactobacillus z zachowaniem korzystnych właściwości mechanicznych kompozytów wzbogaconych jonami srebra uzyskano w badaniach in vitro i in vivo [22,56,57]. Yoshida i wsp. wykazali aktywność przeciwbakteryjną żywic kompozytowych zawierających duże stężenia nanocząstek srebra (około 10%) [57]. Kasraei i wsp. natomiast udowodnili, że już 1% stężenie nanosrebra dodane do kompozytów hamuje rozwój bakterii próchnicotwórczych [22].

Podczas usuwania tkanek próchnicowych bardzo trudne lub nawet niemożliwe jest pozbycie się wszystkich bakterii z ubytku. Część z nich może pozostać na ścianach ubytku lub w kanalikach zębinowych. System wiążący wypełnienia kompozytowe z tkankami zęba (primer i bond) jest zakładany bezpośrednio na szkliwo i zębinę, wnika w kanaliki zębinowe, a zawarte w nim substancje antybakteryjne przyczyniają się do niszczenia bakterii pozostałych w opracowanym ubytku. Dlatego też nanosrebro jest dodawane do systemów wiążących. Hamuje inwazję bakterii i zwalcza biofilm na granicy wypełnienia i tkanek zęba, co zapobiega powstaniu próchnicy wtórnej przy jednoczesnym zachowaniu biokompatybilności materiału i wytrzymałości wiązania kompozytu z tkankami zęba, a nawet jego wzmocnieniu [40,58]. Istotną cechą omawianych preparatów jest to, że nanocząsteczki precyzyjnie pokrywają powierzchnię zęba. Potwierdziły to również badania własne, w których konfekcjonowane nanosrebro badano pod dużym powiększeniem w mikroskopie sił atomowych (AFM model Asylum Research/Oxford Instruments MFP-3D Bio) – ryc. 2 oraz skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM model Hitachi S – 5500) – ryc. 3. Uzyskane wyniki obserwacji mikroskopowych AFM i SEM pozwalają stwierdzić, że nanosrebro ma dużą tendencję do aglomeracji.

Systemy łączące z nanosrebrem wykazują również neutralność chemiczną, tj. nie reagują z innymi materiałami stomatologicznymi w ubytku, nie ulegają dezaktywacji pod wpływem światła używanego do polimeryzacji kompozytów [40]. Innym preparatem pomocniczym obecnym na rynku i stosowanym w stomatologii jest żel zawierający nanosrebro. Jego zadanie polega na zabezpieczenie ubytków i zębów filarowych przygotowanych pod uzupełnienia protetyczne przed wtórną kolonizacją przez bakterie. Stosuje się go bezpośrednio przed założeniem wypełnień, osadzeniem uzupełnień protetycznych. Poza działaniem przeciwbakteryjnym poprawia także adhezję materiałów kompozytowych do tkanek zęba, co znacznie zwiększa trwałość wypełnień. Podobnie jak inne preparaty zawierające nanosrebro nie powoduje przebarwień uzupełnień protetycznych i wypełnień ani tkanek zęba [7,18].

Badania potwierdziły również zasadność stosowania nanosrebra w endodoncji. Preparaty z nanocząstkami niszczą bakterie beztlenowe m.in. Enterococcus faecalis, mikroorganizmy najczęściej odpowiedzialne za niepowodzenia leczenia endodontycznego [5,58]. Jednak skuteczność nanosrebra w walce z biofilmem zależy od sposobu stosowania, według Wu i wsp. postać leku (żelu), a nie środka płuczącego prowadzi do wyeliminowania bakterii z kanału korzeniowego [55]. Odmienne wyniki uzyskali Bednarki i wsp. W badaniach in vitro potwierdzili skuteczność alkoholowego roztworu nanosrebra w eliminowaniu Enterococcus faecalis z zakażonych kanałów. Zdaniem autorów badany preparat znajduje zastosowanie w endodoncji do ostatecznego płukania kanałów korzeniowych przed ich wypełnieniem [7]. Skuteczność nanosrebra w leczeniu endodontycznym przy niewielkiej cytotoksyczności doprowadziła do dalszych, bardziej zaawansowanych badań nad włączeniem nanocząsteczek do innych znanych preparatów stosowanych w leczeniu kanałowym, co ma zapobiec ewentualnej reinfekcji kanału korzeniowego [5,25]. Fan i wsp. prowadzili badania nad skutecznym usuwaniem anaerobowej flory bakteryjnej w kontroli zakażeń endodontycznych za pomocą nanosrebra wprowadzonego do mezoporowatych nanocząsteczek krzemionkowo-wapniowych (MCSNs – zaawansowanych biomateriałów kontrolowanego dostarczania leków i indukcji mineralizacji). Autorzy uzyskali obiecujące wyniki długotrwałego uwalniania jonów srebra w świetle kanałów [15].

Na podstawie omówionego piśmiennictwa można stwierdzić, że nanosrebro stosowane w stomatologii znacząco obniża żywotność, aktywność metaboliczną i liczbę bakterii tworzące kolonie, co zmniejsza wytwarzanie kwasu mlekowego w biofilmie. Mimo to, że nanomateriały są obecne na rynku od kilku lat, niewiele wiadomo na temat ich oddziaływania na organizm ludzki. Dlatego ważne jest podjęcie badań w celu zidentyfikowania ich niepożądanych właściwości, opracowanie metod diagnostyki i ryzyka narażenia zawodowego na tego typu substancje.

Podsumowanie

Z  punktu widzenia klinicznego zwalczanie objawów dwóch najczęstszych chorób jamy ustnej: próchnicy i chorób przyzębia jest nadal wyzwaniem dla współczesnej stomatologii i prowadzić powinno do poszukiwania nowych sposobów w zapobieganiu i usuwaniu biofilmu bakteryjnego, głównego czynnika etiologicznego wymienionych chorób.

Poznanie niektórych mechanizmów związanych z powstawaniem i funkcjonowaniem biofilmu umożliwia opracowanie strategii nad jego kontrolą. Może obejmować zapobieganie adhezji bakterii do podłoża, wpływać na mechanizmy komunikowania się drobnoustrojów, dostarczać środków przeciwdrobnoustrojowych, hamować rozkład cukrów z wykorzystaniem inhibitorów metabolicznych i niefermentowalnych sztucznych słodzików. Stymulacja przepływu śliny i wzmocnienie obrony gospodarza może również pomóc w utrzymaniu homeostazy płytki bakteryjnej. Duże nadzieje pokładane są obecnie w nanotechnologii, jako innowacyjnej metodzie otrzymywania nowych struktur, o rozmiarach nanometrycznych i odmiennych właściwościach od materiałów wyjściowych oraz wykorzystanie właściwości antybakteryjnych nanosrebra, którego obecność znacząco obniża aktywność metaboliczną i liczbę bakterii tworzących kolonie oraz wytwarzanie kwasu mlekowego w biofilmie.

Przypisy

• 1. Abusleme L., Dupuy A.K., Dutzan N., Silva N., Burleson J.A., StrausbaughL.D., Gamonal J., Diaz P.I.: The subgingival microbiome in healthand periodontitis and its relationship with community biomassand inflammation. ISME J., 2013; 7: 1016-1025
  Google Scholar
• 2. Aleksiński M., Strużycka I.: Wybrane metody pomiaru pH biofilmubakteryjnego. Nowa Stomatol., 2011; 16: 175-178
  Google Scholar
• 3. Aparna M.S., Yadav S.: Biofilms: microbes and disease. Braz. J.Infect. Dis., 2008; 12: 526-530
  Google Scholar
• 4. Aykent F., Yondem I., Ozyesil A.G., Gunal S.K., Avunduk M.C.,Ozkan S.: Effect of different finishing techniques for restorativematerials on surface roughness and bacterial adhesion. J. Prosthet.Dent., 2010; 103: 221-227
  Google Scholar
• 5. Bahador A., Pourakbari B., Bolhari B., Hashemi F.B.: In vitro evaluationof the antimicrobial activity of nanosilver-mineral trioxideaggregate against frequent anaerobic oral pathogens by a membrane-enclosedimmersion test. Biomed. J., 2015; 38: 77-83 6 Baranowska K., Rodziewicz A.: Molekularne interakcje w biofilmachbakteryjnych. Kosmos, 2008; 57: 29-38
  Google Scholar
• 6. (Suppl. 1): S14
  Google Scholar
• 7. Bednarski M., Soska-Czop A., Zarzycka B., Ebert J. Pawlicka H.:NanoCare Plus SilverGold ® can eliminate Enterococcus faecalis fromdentinal tubule. Dent. Med. Probl. 2013; 50: 418-423
  Google Scholar
• 8. Berkowitz R.J.: Mutans streptococci: acquisition and transmission.Pediatr. Dent., 2006; 28: 106-109
  Google Scholar
• 9. Czaczyk K.: Czynniki warunkujące adhezję drobnoustrojów dopowierzchni abiotycznych. Postępy Mikrobiol., 2004; 43: 267-283
  Google Scholar
• 10. Czaczyk K., Myszka K.: Mechanizmy warunkujące oporność biofilmówbakteryjnych na czynniki antymikrobiologiczne. Biotechnologia,2007; 1: 40-52
  Google Scholar
• 11. Dębicka P., Lipski M., Buczkowska-Radlińska J., Trusewicz M.:Biofilm w kanałach korzeniowych w świetle piśmiennictwa. Ann.Acad. Med. Stetin., 2008; 54: 152-156
  Google Scholar
• 12. Dorocka-Bobkowska B., Konopka K.: Powstawanie biofilmu Candidai jego znaczenie w patogenezie zakażeń przewlekłych – przeglądpiśmiennictwa. Dent. Med. Probl., 2003; 40: 405-410
  Google Scholar
• 13. Dufour D., Lévesque C.M.: Bacterial behaviors associated withthe quorum-sensing peptide pheromone (‘alarmone’) in streptococci.Future Microbiol., 2013; 8: 593-605
  Google Scholar
• 14. Eick S., Glockmann E., Brandl B., Pfister W.: Adherence of Streptococcusmutans to various restorative materials in a continuous flowsystem. J. Oral Rehabil., 2004; 31: 278-285
  Google Scholar
• 15. Fan W., Wu D., Tay F.R., Ma T., Wu Y., Fan B.: Effects of adsorbedand templated nanosilver in mesoporous calcium-silicate nanoparticleson inhibition of bacteria colonization of dentin. Int. J. Nanomedicine,2014; 9: 5217-5230
  Google Scholar
• 16. Fejerskov O., Kidd E.: Próchnica zębów. Choroba próchnicowai postępowanie kliniczne. Wydanie I polskie pod red. Urszuli Kaczmarek,Urban&Partner, Wrocław 2006
  Google Scholar
• 17. Friedl K.H., Schmalz G., Hiller K.A., Shams M.: Resin-modifiedglass ionomer cements: fluoride release and influence on Streptococcusmutans growth. Eur. J. Oral Sci., 1997; 105: 81-85
  Google Scholar
• 18. Ge L., Li Q., Wang M., Ouyang J., Li X., Xing M.M.: Nanosilver particlesin medical applications: synthesis, performance, and toxicity.Int. J. Nanomedicine, 2014; 9: 2399-2407
  Google Scholar
• 19. He X.S., Shi W.Y.: Oral microbiology: past, present and future.Int. J. Oral Sci., 2009; 1: 47-58
  Google Scholar
• 20. Jaworski A., Serwecińska L., Stączek P.: Quorum sensing – komunikowaniesię komórek w populacjach bakterii przy udziale chemicznychcząstek sygnałowych. Postępy Biol. Kom., 2005; 32: 231-256
  Google Scholar
• 21. Jenkinson H.F.: Cell surface protein receptors in oral streptococci.FEMS Microbiol. Lett., 1994; 121: 133-140
  Google Scholar
• 22. Kasraei S., Sami L., Hendi S., Alikhani M.Y., Rezaei-Soufi L., KhamverdiZ.: Antibacterial properties of composite resins incorporatingsilver and zinc oxide nanoparticles on Streptococcus mutansand Lactobacillus. Restor. Dent. Endod., 2014; 39: 109-114
  Google Scholar
• 23. Kolenbrander P.E., Andenser R.N., Blehert D.S., Egland P.G., FosterJ.S., Palmer R.J. Jr.: Communication among oral bacteria. Microbiol.Mol. Biol. Rev., 2002; 66: 486-505
  Google Scholar
• 24. Kołwzan B.: Analiza zjawiska biofilmu – warunki jego powstawaniai funkcjonowania. Ochr. Środ., 2011; 33: 3-14
  Google Scholar
• 25. Ledzion S., Pawlicka H.: Ocena szczelności wypełnień kanałowychmateriałem GuttaFlow®. Czas. Stomat., 2005; 58: 551-554
  Google Scholar
• 26. Li Y.H., Hanna M.N., Svensäter G., Ellen R.P., Cvitkovitch D.G.:Cell density modulates acid adaptation in Streptococcus mutans: implicationsfor survival in biofilms. J. Bacteriol., 2001; 183: 6875-6884
  Google Scholar
• 27. Li Y.H., Lau P.C., Lee J.H., Ellen R.P., Cvitkovitch D.G.: Naturalgenetic transformation of Streptococcus mutans growing in biofilms.J. Bacteriol., 2001, 183: 897-908
  Google Scholar
• 28. Li Y.H., Tang N., Aspiras M.B., Lau P.C., Lee J.H., Ellen R.P., CvitkovitchD.G.: A quorum-sensing signaling system essential for geneticcompetence in Streptococcus mutans is involved in biofilm formation.J. Bacteriol., 2002; 184: 2699-2708
  Google Scholar
• 29. Lim B.S., Ferracane J.L., Sakaguchi R.L., Condon J.R.: Reductionof polymerization contraction stress for dental composites by two–step light-activation. Dent. Mater., 2002; 18: 436-444
  Google Scholar
• 30. Loesche W.J.: Role of Streptococcus mutans in human dental decay.Microbiol. Rev., 1986; 50: 353-380
  Google Scholar
• 31. Mahajan A., Singh B., Kashyap D., Kumar A., Mahajan P.: Interspeciescommunication and periodontal disease. Scientific WorldJ., 2013, 2013: 765434
  Google Scholar
• 32. Marsh P.D.: Antimicrobial strategies in the prevention of dentalcaries. Caries Res., 1993; 27 (Suppl. 1): 72-76
  Google Scholar
• 33. Marsh P.D.: Microbial ecology of dental plaque and its significancein health and disease. Adv. Dent. Res., 1994; 8: 263-271
  Google Scholar
• 34. Marsh P.D.: Dental plaque as a biofilm and a microbial community– implications for health and disease. BMC Oral Health, 2006;
  Google Scholar
• 35. Marsh P.D.: Microbiology of dental plaque biofilms and their rolein oral health and caries. Dental Clin. North Am., 2010; 54: 441-454
  Google Scholar
• 36. Marsh P.D.: Contemporary perspective on plaque control. Br.Dent. J., 2012; 212: 601-606
  Google Scholar
• 37. Marsh P.D., Bradshaw D.J.: Dental plaque as a biofilm. J. Ind. Microbiol.,1995; 15: 169-175
  Google Scholar
• 38. Marsh P.D., Moter A., Devine D.A.: Dental plaque biofilms: communities,conflict and control. Periodontol. 2000, 2011; 55: 16-35
  Google Scholar
• 39. Matejczyk M., Suchowierska M.: Charakterystyka zjawiska quorumsensing i jego znaczenie w aspekcie formowania i funkcjonowaniabiofilmu w inżynierii środowiska, budownictwie, medycynieoraz gospodarstwie domowym. Budown. Inż. Środ., 2011; 2: 71-75
  Google Scholar
• 40. Melo M.A., Cheng L., Weir M.D., Hsia R.C., Rodrigues L.K., Xu H.H.:Novel dental adhesive containing antibacterial agents and calciumphosphate nanoparticles. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater.,2013; 101: 620-629
  Google Scholar
• 41. Merta U., Wiśniewska G.: Adhezja bakterii do materiałów dentystycznych– przegląd piśmiennictwa. Dental Forum, 2013; 41: 65-67
  Google Scholar
• 42. Ostrowska K., Strzelczyk A., Różalski A., Stączek P.: Biofilm bakteryjnyjako przyczyna zakażeń układu moczowego – mikroorganizmypatogenne, metody prewencji i eradykacji. Postępy Hig. Med.Dośw., 2013; 67: 1027-1033
  Google Scholar
• 43. Pokrowiecki R., Mielczarek A.: Wybrane przykłady wykorzystanianano-cząsteczek srebra w procedurach medycznych. NowaStomatol., 2012; 3: 117-121
  Google Scholar
• 44. Roberts A.P., Mullany P.: Oral biofilms: a reservoir of transferable,bacterial, antimicrobial resistance. Expert Rev. Anti Infect.Ther., 2010; 8: 1441-1450
  Google Scholar
• 45. Sadeghi B., Jamali M., Kia S., Amininia A., Ghafari S.: Synthesisand characterization of silver nanoparticles for antibacterial activity.Int. J. Nano Dim., 2010; 1: 119-124
  Google Scholar
• 46. Seneviratne C.J., Zhang C.F., Samaranayake L.P.: Dental plaquebiofilm in oral health and disease. Chin. J. Dent. Res., 2011; 14: 87-94
  Google Scholar
• 47. Smeets R., Henningsen A., Jung O., Heiland M., Hammächer C.,Stein J.M.: Definition, etiology, prevention and treatment of peri–implantitis – a review. Head Face Med., 2014; 10: 34
  Google Scholar
• 48. Strużycka I.: Biofilm – współczesne spojrzenie na etiologiępróchnicy. Dental Forum, 2010; 38: 73-79
  Google Scholar
• 49. Strużycka I.: The oral microbiome in dental caries. Pol. J. Microbiol.,2014; 63: 127-135
  Google Scholar
• 50. Strużycka I., Stępień I.: Biofilm – a new understanding of themicrobiology. Nowa Stomatol., 2009; 9: 85-89
  Google Scholar
• 51. Tanasiewicz M., Twardawa H.: Znaczenie środków przeciwbakteryjnychw profilaktyce próchnicy. Cz. I. Wybrane nośniki środkówprzeciwbakteryjnych. Twój Przegl. Stomatol., 2011; 6: 48-53
  Google Scholar
• 52. Verstraeten N., Braeken K., Debkumari B., Fauvart M., FransaerJ., Vermant J., Michiels J.: Living on a surface: swarming and biofilmformation. Trends Microbiol., 2008; 16: 496-506
  Google Scholar
• 53. Waszkiewicz-Robak B., Świderski F.: Nanotechnologia – korzyścii zagrożenia zdrowotne. Bromat. Chem. Toksykol., 2008; 15: 202-208
  Google Scholar
• 54. Wojnicz D.: Wpływ stężeń podprogowych antybiotyków na zdolnościadhezyjne bakterii. Adv. Clin. Exp. Med., 2007; 16: 141-148
  Google Scholar
• 55. Wu D., Fan W., Kishen A., Gutmann J.L., Fan B.: Evaluation of theantibacterial efficacy of silver nanoparticles against Enterococcus faecalisbiofilm. J. Endod., 2014; 40: 285-290
  Google Scholar
• 56. Yamamoto K., Ohashi S., Aono M., Kokubo T., Yamada I., YamauchiJ.: Antibacterial activity of silver ions implanted in SiO2 filler onoral streptococci. Dent. Mater., 1996; 12: 227-229
  Google Scholar
• 57. Yoshida K., Tanagawa M., Matsumoto S., Yamada T., Atsuta M.:Antibacterial activity of resin composites with silver-containingmaterials. Eur. J. Oral Sci., 1999; 107: 290-296
  Google Scholar
• 58. Zhang K., Cheng L., Imazato S., Antonucci J.M., Lin N.J., Lin–Gibson S., Bai Y., Xu H.H.: Effects of dual antibacterial agents MDPBand nano-silver in primer on microcosm biofilm, cytotoxicity anddentine bond properties. J. Dent., 2013; 41: 464-474
  Google Scholar

Pełna treść artykułu