Un studio de sterilizare a implanturilor dentare din titan in-vitro folosind intensitatea redusa a radiatiilor UV

REZUMAT OBIECTIVE.

Iimplanturile dentare comerciale din titan sunt acoperite cu TiO2 nanostructurat.Scopul cercetarii raportate in aceasta lucrare a fost de a evalua daca TiO2 la suprafata unui implant dentar este sufficient fotoactiv pentru eradicarea bacteriilor atunci cand este iluminat cu lumina de intensitate scazuta.

METODE.

Fotoactivitatea implanturilor dentare a fost stabilita prin studii de descompunere de Rodamina B.In studiile in vitro pentru a stabili influenta de iradiere cu lumina UV,un implant este cufundat intr-o solutie care contine Escherichia coli.

REZULTATE.

A fost demonstrate ca,la o intensitate scazuta de iradiere UV,49 µWcm−2

,bacteriile sunt ucise la o rata de aproximativ 650 milioane cm2 pe minut.

SEMNIFICATIA.

Rezultatele indica faptul ca iluminarea implanturilor dentare cu lumina UV poate fi un tratament adecvat periimplant.

INTRODUCERE.

Implanturile dentare sunt astazi folosite cu success in stomatologie pentru reabilitarea orala sprijinand proteze fixe sau mobile.Pe langa o osteointegrare neperturbata si un design adecvat protetic,succesul clinic al implanturilor

dentare ar putea fi pus in pericol de o infectie bacteriana inducand mucozita sau periimplantul.Diferite metode au fost propuse pentru tratamentul de periimplant inclusiv procedurii de prelungire a accesului,utilizata la nivel local sau administrarea sistemic a agentilor antimicrobieni,precum si decontaminarea suprafetei implanturilor.Eradicarea microorganismelor patogene de pe suprafata implanturilor este un pas important pentru tratarea cu success a acestuia.Mai multe metode pentru curatarea suprafetei unui implant au fost descrise.

Printre altele,tratamentul cu laser parea sa fie efficient in ceea ce priveste eliminarea bacteriilor.Doua strategii au fost sugerate pentru sterilizarea cu laser a implanturilor dentare.In primul rand,laserele vizibile sau inflarosii sunt utilizate pentru a curta suprafata.Marea reflectivitate si disiparea rapida a energiei termice a implantului dentar inseamna ca intensa putere a laserului trebuie sa obtina o curatare eficienta.A fost raportat ca iluminarea cu un asfel de laser poate duce la deteriorarea suprafetei implantului.A doua metoda implica sensibilizarea suprafetei implantului cu un colorant.Colorantul,o molecula organic,absoarbe lumina laserului si isi foloseste energia pentru a produce agentii chimici reactivi care ataca bacteriile.De exemplu,toluidina colorantul albastru atunci cand este iluminat reactioneaza cu moleculele de oxygen pentru a produce oxigen singlet,o specie foarte reactiva.A fost demonstrate ca toluidina albastra poate adsorbita pe un implant contaminat si ulterior prin iradierea cu lumina laser duce la resterilizare.Absortia eficienta a lumini de la moleculele de colorant si randamentul ridicat al reactiei fotochimice inseamna ca sterilizarea eficienta a colorantului poate fi realizata la puteri mici ale laserului.Metoda de eradicare a microorganismelor patogene de pe suprafata implantului nu a fost larg adoptata.

Comercial,titanul pur este utilizat pentru a produce implanturi datorita biocompatibilitatii sale excelente.Titanul este un metal foarte reactive care este rezistent la coroziune,si,prin urmare ,potrivit pentru aplicatiile in vivo,cu un strat de TiO2 pasiv.Prin urmare implanturile dentare au TiO2 la scara nanometrica.TiO2 este un semiconductor care produce radicalii O2,HOO sau OH.Exista dovada ca acesti radicali liberi pot fi cu success angajatii in reactii redox,ucigand bacteriile.In acest studiu se considera ca daca stratul nanostructurat de TiO2 deja present pe suprafata implanturilor dentare

comerciale poate actiona ca un fotosensibilizator,absorbind radiatiile incidente si producand reactii chimice,care sterilizeaza suprafata.

MATERIALE SI METODE.

Experimentele au fost efectuate pe implanturi dentare furnizate de catre Premium Implant System.Implanturile au fost de 3.75 mm in diametru si a avut o adancime de insertie de 8.5 mm.Implanturile au fost din titan pur commercial.Toate probele au fost neambalate din containerele lor sterile pana inainte de utilizare.Fotoactivitatea implanturilor dentare a fost verificata prin studiere efectului lor asupra degradarii Rodaminei B.(Aldrich).Rodamina B. Este o molecula de colorant care reactioneza cu radicali oxizi fotogeneratii.Pierderea Rodaminei B. Poate fi monitorizata utilizand spectroscopia UV-vizibil.1,74 µM solutie apoasa de Rodamina B. a fost pregatita si spectrul UV a consemnat cu ajutorul unui JASCO V 530-spectometru UV-vizibil.Solutia de Rodamina B a fost pusa apoi in doua cuve.In prima cuva a fost adaugat un implant dentar.Ambele cuve au fost plasate sub iluminare de la o lampa de UV de intensitate 49 µWcm−2.Pentru a compara rata de fotodegradare a Rodaminei B in prezenta sau absenta a implanturilor dentare,absortia spectral de la ambele probe a fost inregistrata la interval de timp,pana la 4h.

Capacitatea implanturilor de a distruge bacteriile cand,sub lumina UV de intensitate mica a fost monitorizata in vitro.O solutie bacteriana (Escherichia Coli) de concentrare 8*1010 bacterii/ml a fost impartita in trei alicote cu volum de 25 cm3; au fost plasate in doua alicote implanturile dentare cu suprafata de aproximativ 1.2 cm2.Pentru a evalua daca implanturile dentare au imbunatatit fotosterilizarea,o proba care contine un implant dentar si proba fara implant au fost plasate intr-un cuptor la 37C si illuminate cu lumina UV de intensitate 49µWcm−2.Pentru a monitoriza daca implanturile dentare influentate de de populatia bacteriana in lipsa de lumina,al doilea esantion continand implant dentar a fost tinut in intuneric,la aceeasi temperature.Concentratiile de bacteria in toate cele trei probe a fost monitorizata dupa 20,40,60,80 minute si 17h.Bacteriile au fost identificate folosind o camera de numarare Thoma de volum 10−4ml.Alicotele au fost diluate cu un factor de 10−4inainte de a fi injectate in camera.

REZULTATE.

Figura 1 arata spectrul de absortie a solutiei de 1.74 µM Rodamina B.Modificarea concentratiei de Rodamina B in urma iluminari cu UV a fost determinate prin aplicarea legi Beer-Lambert la lungimea de unda de varf,553nm.Schimbarea concentratiei de Rodamina B este afisat in figura 1.Exista in mod clar o pierdere accelerate de Rodamina B in prezenta implantului dentar,ceea ce indica faptul ca TiO2 la suprafata implantului dentar este fotosensibil.

Serilizarea fotoindusa cu titan filmat a implanturilor dentare prin iuluminare cu iradiere UV este demonstrata in datele reprezentate grafic in figura 2.Este remarcant faptul ca populatiile de bacterii sunt afisate pe o scara logaritmica.In experimentele de control (a),bacteria si implantul sub nici o iuluminare si (b) bacteriile illuminate in absenta unui implant,populatia de bacterii creste in functie de timp.Dupa o perioada de 17 h,neafisate pe grafic ,concentratia de bacterii a crescut la 880*109/ml in proba de control (a) si 128*109/ml in broba de control (b).In contrast concentratia bacteriana din proba care contine implantul dentar si a fost iluminata scazut la1.6*109/ml in aceeasi perioada,adica 98% din bacterii au fost distruse.

DISCUTIE

Reactia dintre TiO2 si Rodamina B in urma radiatiilor UV vizibile este complexa.In esenta,doua mecanisme functioneaza in paralel.Absortia radiatiilor UV de catre semiconductorul TiO2 produce o grupare de electroni de conductive (e−¿¿) si o grupare libere cu valenta (h+¿ ¿).Electroni fotogenerati reactioneaza cu oxigenul molecular pentru a forma un O2

¿−¿ ¿ care produce

protoni HOO−¿ ¿.HOO−¿ ¿ poate fi redus in continuare,prin peroxide de hydrogen pentru radicalul hidroxil.Radicali hidroxili se formeaza,de asemenea,prin reactia dintre apa sau OH−¿¿ si gaurile fotogenerate.Radicali oxizi fotogenerati ar putea reactiona cu RH pentru a da produse mineralizate:

RH+{O2¿−¿ ¿,HOO¿ sauOH¿}

Sau

R+h+¿ ¿¿)→R¿+{O2¿−¿ , HOO¿ sauOH ¿¿}

Alternativa RH poate adsobi lumina vizibila si apoi sa transfere un electro la TiO2,ca mai sus electronii de TiO2 vor reactiona cu oxigenul pentru a forma radicali oxizi.Acest al doilea process este numit sensibilizare.Pierdera accelerate de Rodamina B in prezenta implantului dentar,process care este observant in aceste studii indica faptul ca TiO2 de pe suprafata implantului este fotoactiv.

Rezultatele cu privire la eradicarea bacteriilor indica faptul ca radicali oxizi produsi la o iuluminare UV,suprafata TiO2 va reactiona si va diminua populatiile de bacterii.Pentru a estima rata de pierdre a bacteriilor se presupune ca initial,atunci cand concentratia de bacterii este mare reactia este chimica,si nu difuzie.Analiza datelor indica faptul ca in conformitate cu iluminarea UV de slaba intensitate bacteriile au fost ucise la interfata cu o rata de aproximativ 650 milioane/cm2 de implant pe minut.

CONCLUZII

Experimentele in vitro indica faptul ca implantele dentare pot fi sterilizate prin iluminare cu UV.Rata mare de pierdere a bacteriilor,800 milioane/cm2 de implant pe minut,sugereaza ca iluminarea implanturilor dentare cu lumina UV in timpul interventiei chirurgicale va fi benefic,reducand incidenta infectiilor biomaterialului.

MULTUMIRI

Autorii multumesc lui C.Rando pentru ajutorul dat in scopul monitorizarii populatiei de bacterii.Proectul a fost sprijinit prin ingaduinta FIRB la Elba Fondazione si institutului de biofizica,Universitatea din Genova prin MIUR pe nanostiinte si nanotehnologii organice.