抽象的

介绍：植入物的Biofilm形成是植入物损失的主要因素。Porphyromonas Gingivalis.是一种高毒性的病原体，有助于开发牙周病和植入物衰竭。

目的:这项研究的目的是调查的形成p . gingivalis上涂覆纳米硒植入生物膜体外和种植体周围炎治疗的潜在用途纳米硒的。

材料和方法：Porphyromonas Gingivalis.ATCC 33277中培养以获得体外成熟生物膜在六酮植入系统的表面上。将夹具加入Eppendorf管中并置于无菌空气层流箱中。自动机器学习实用程序用于从SEM图像计算植入物表面上的生物膜尺寸，采用斐济软件中的培训Weka分段插件。

结果:SeNPs影响了p . gingivalis生物膜(效果大小为80.17%)，差异极显著(p 0.000)。

结论：SeNPs作为口腔种植体涂层具有广阔的应用前景p . gingivalis生物膜的活动。

临床相关性：尚未建立具有高效抗菌性能的牙科植入物表面处理，尤其是对最具疾病的病原体。

主要结论：涂层防止纳米硒颗粒作为植入物表面Porphyromonas Gingivalis.生物膜的形成，以惊人的程度。

实际意义：纳米颗粒可以提供新颖的状态的最先进的治疗方法Porphyromonas Gingivalis.（p . gingivalis生物膜对牙科植入物）。

关键字

种植体周围炎;牙周疾病;纳米硒成像;Porphyromonas Gingivalis.;细菌生物膜

缩写

ATCC 33277：Porphyromonas Gingivalis.ATCC 33277 DNA，全基因组;p . gingivalis：Porphyromonas Gingivalis.;T.Denticola：Treponema Denticola;SENP：纳米硒;SEM：扫描电子显微镜;WEKA：怀卡托环境知识AnalysisWEKA是机器学习算法用于数据挖掘任务的集合。WEKA包含了数据预处理，分类，回归，聚类，关联规则和可视化工具;MIC：最低抑制浓度

介绍

种植体生物膜的形成是种植体周围疾病发生的主要因素。Porphyromonas Gingivalis.是牙周炎的主要致病菌。这种微生物也是各种全身性疾病，如某些障碍，糖尿病，和肺部感染的危险因素。生物膜中的微生物的特征可以在生长和基因转录的速率方面显著从浮游条件下的等效生物体的偏离。在临床上，生物膜在皮肤上形成，口腔粘膜和牙齿有时会导致牙科植入物[1]的慢性感染。

生物膜相关感染的管理在口腔种植学中带来了巨大的挑战，因为生物膜本身的结构和组成提供了对抗菌药物的保护，并且需要定期的机械生物膜破坏来实现表面消毒。临床使用时需要使用能够去除这种生物膜的药物。种植牙已成为牙科修复患者的首选。然而，种植体黏膜炎和随后的种植体周围炎对种植体质量和患者舒适度造成很大的风险。此外，骨吸收甚至假体松动占全部假体失败病例的近30%[2]。有意义的数据证实种植体颈部生物膜的形成与种植体黏膜炎[3]有关。

p . gingivalis已被证实为蠕虫性炎症中的关键病原体，由膜炎炎症柔软和硬组织表示的牙周炎。该条件可能导致牙科植入物失败[4,5]，并且报道了膜炎的显着高度普及率（20％至56％）[6]。生物膜是微生物的复杂群落，其彼此粘附和/或表面，并在自成的基质[7]内包封。这些有组织的社区代表着主要的植入风险，因为他们的入侵和逃避宿主防御机制以及它们对抗微生物的易感性减少[8]。生物膜介导的抗性是由于抗微生物的渗透性受损，耐药基因的上调，以及在生物膜中包含的细胞的代谢活性的下调[9,10]。致病性p . gingivalis通过与组织定殖和损害和阻碍宿主防御机制[11]连接的毒力因子的武器库中表达。营养相互作用的描述，以发挥有关的共存作用p . gingivalis和T. Denticola.．p . gingivalis提供异丁酸，其促进生长T. Denticola.,而T. Denticola.产生琥珀酸，这增强牙龈的生长;这些相互作用可以解释这一发现p . gingivalis和T. Denticola.与单种生长相比，浮游生物膜和生物膜在一起培养后生长增强[12,13]。具有抗菌活性的抗菌剂p . gingivalis包括群体感应抑制剂，抗微生物肽，和天然来源如从辣椒植物（辣椒）μg/ mL的[14]辣椒素。硒的重要元素，是对健康至关重要。在人类中，硒是必需的硒蛋白25合成。硒对各种癌症（肺癌，肝癌，结直肠癌，前列腺癌，食道癌，贲门癌，甲状腺和膀胱）的风险的有益作用已得到证实[15]。SeNPs已经研究了某些医学用途和作为用于整形外科植入物[16]一个可能的物质。硒化合物作为抗生物膜和抗炎剂的功率已被证实。纳米结构材料改进成骨细胞功能（如粘合性[17]，增殖，合成某些骨蛋白，和含钙的矿物质沉积）和鼓励，因为最大化面积及粗糙度[18,19]的适当的骨整合。与此相反，与剪裁抗菌剂钛牙科植入物的表面是用于implantologists和研究人员的一个关键目标。抗菌涂料抑制植入物的感染风险，这是反向手术最重要的共同解释。NP的抗菌作用可以被分类为（1）破坏细胞膜，引起细胞裂解; (2) disrupting protein synthesis; and (3) preventing DNA replication [20,21]. Many different methods are used to assess biofilms. Biological techniques include the following: semi-quantitative staining, measurements of dried biomass, protein or DNA quantification, and assessments of residual viable organisms. Each method has advantages and deficiencies, but all of them provide only indirect values of the removal efficiency and are susceptible to operator variability [22-24]. Standard optical microscopy, confocal laser scanning microscopy and epifluorescence microscopy (EM) are reliable tools for biofilm analysis. Additionally, scanning electron microscopy (SEM) is a proper instrument not only for intimately viewing the substratum morphology but also for observing bacterial attachment and biofilm formation on abiotic surfaces. Indeed, SEM has been useful within the event of antibiofilm materials for biomedical applications [25,26]. Scanning electron microscopy (SEM) has been used extensively for qualitative observation of biofilms because of its high resolution and is typically applied in conjunction with biological assays on bacterial biofilms [27]; advanced segmentation techniques such as semisupervised machine learning methods are also typically prescribed [28].

材料和方法

如通过Khiralla GM等人描述的SeNPs的最小抑制浓度是用微量滴定肉汤稀释法测试。，[29]。SeNPs的浓度为0，10，15，20，25和30微克/毫升。该MIC90设定为与阳性对照相比，其抑制生长的90％的SeNPs的最低浓度。所有试验一式三份地施用（N = 3），并且将结果平均[30]。

纳米制剂用于制备马铃薯葡萄糖琼脂倾斜的亚培养，并在28℃温育72小时后，用作钛纳米粒子合成的原料后，将倾斜的培养型转移。在含有100ml改性的麦芽提取物（MGYP）培养基的250ml烧瓶中培养真菌。将介质的pH设定为六个，旋转振动器在150rpm和28℃下操作72小时。72小时后，菌丝菌菌丝的真菌球被从培养肉汤中脱臼，真菌菌丝体用无菌水冲洗。将收集的真菌质量（15g湿重）重悬于250ml Erlenmeyer烧瓶中的100ml无菌毫Q水中，然后在28℃下摇动（150rpm）62小时。接下来，收集无细胞滤液并以10mM的浓度（来自我们初步实验的最佳盐浓度）加入Na 2 SEO 3盐中。将整个混合物在28℃下置于振荡器（150rpm）上，使反应发生在48小时内。

采用琼脂孔扩散法测定SeNPs的抗菌敏感性(图1，表1)，并确定最小杀菌浓度[9]。

图1：Senp敏感的孤立。

细菌分离株(108.CFU / ml）的
	森塞（5毫米）	SeNPs(7毫米)	SeNPs（10毫摩尔）	T.Harzianum.细胞游离水提取液	NA.2SEO.3.（7毫米）	庆大霉素
卟啉牙龈	4.0±1.2	5.7±1.2	4.5±1.2	资料不详	资料不详	1.6

表格1：生物SeNPs的抗微生物活性，抑制在厘米的平均区中产生上的范围内测试的病原微生物。
使用琼脂孔扩散测定法进行试验。该井直径是使用100微升测试样品为6.0mm。
* rcmb;区域中心和生物技术中心。
** N.A：无活动

细菌细胞培养和生物膜生成

Porphyromonas Gingivalis.ATCC 33277是能开发Hexacone植入系统的表面上的体外成熟生物膜。表面进行喷砂处理，在一个热过程中的酸蚀刻，然后osmoactively保护。Hexacone植入物的特性包括内部6或12的边缘，一个室内边缘锥度和美国标准内螺纹。所述植入物是由喷砂Ti6AI4V ELI.n（S）的;每个Hexacone夹具放入Eppendorf管中，并放置在无菌空气流流柜中。每个Eppendorf管打开，填充有0.5毫升预先制备的p . gingivalis悬浮液中，摇动，然后在37℃下温育3周。

显微镜检查

样品制备：1-将样品固定于2.5％戊二醛并用自动组织处理机（徕卡EM TP，莱卡微系统;奥地利）用乙醇脱水通过连续稀释并搅拌。2-然后，样品使用CO％关口干燥机干燥（型号：Audosamdri-8 1 5，Tousimis;罗克维尔，马里兰州，美国）。3-将样品用金溅射镀膜机（SPI-模块，U）涂布。

显微镜检查:在高真空下在真菌学和生物技术，开罗，埃及的区域中心;样品通过扫描显微镜（JEOL有限公司的JSM -Japan-5500 LV）的影响。三组被分配：一组是p . gingivalis第二组为p . gingivalis和25 mg/ ml的纳米硒颗粒，第三组是平板六康夹具。每组7张扫描电镜显微照片。显微图像采用斐济软件进行处理。

可视化硒涂层和细菌生物膜

获得了牙科植入物，并用斐济图像加工自由软件（国家健康机构，马里兰州）计算了覆盖区域。使用自动机器学习过程（图2,3），将生物膜从SEM图像中的钛表面进行分割。可培训的Weka分割插件用于分类钛表面，生物膜和森塞，随后分割图像;使用SPSS 25软件列表并统计评估信息。伦理批准不是必需的体外研究。

图2：图片的Porphyromonas Gingivalis.Biofilm没有硒纳米粒子（绿色表示生物膜）。通过可培养的Weka分割（机器学习软件）从植入物表面进行生物膜。

图3：一的显微照片p . gingivalis含硒纳米颗粒的生物膜(绿色为生物膜;紫色为硒(分割图像)。

结果

第一组（第1组，p . gingivalis仅）和第二组（第2组，p . gingivalis+ SeNPs）第一进行比较。A Shapiro-Wilk test (P=0.01 and 0.04 < 0.05) for both Group 1 and Group 2 (and a visible inspection of their histograms, normal Q-Q plots, P-P plots and box plots, the figure showed that the data were not normally distributed for either Group 1 or Group 2. Therefore, the nonparametric MannWhitney test was used rather than the independent t-test.

效果的大小是使用从主交互效应的ETA平方（η2）指数的报道。埃塔平方定义为方差的由该研究实验变量解释变量内的比例。

效应大小= Z /√N =(2.121) /(√7)= 80.17%

该结果表示为中值±标准差（SD）。

为了检验这一假设第1组（均值，SD）和第2级的装置（均值，SD）是相等的，进行非参数Mann-Whitney检验。在进行分析之前，检查各组的常态分布，但没有观察到满足，如前面提到的。各组的相等装置的零假设被拒绝，Z = 2.121，P <0.0001。因此，第1组的平均统计学显著上面的第2组平均值。效果大小估计[31];结果显示的η2= 80.17％具有大的影响的大小，这表明变量SeNPs的方差的80.17％来自2组的预测的p . gingivalis当所有相反的变量保持恒定时。

该SeNPs影响p . gingivalis生物膜(效应大小为80.17%)，差异极显著(p 0.000)，如图4所示。

图4：表示SeNPs对作用大小条形图Porphyromonas Gingivalis.生物膜。

讨论

这项研究是第一次体外研究以评估主要的致病原因牙周炎和周围炎，即SeNPs的后果，p . gingivalis生物膜形成。作为牙周炎发病的主要原因和腹膜炎[32]，生物膜极难消除，因为具有来自抗菌剂的多糖屏蔽病原体的细胞外聚合物物质[33]。本研究表明，25mg / ml SENPs降低了P. Gingivalis Biofilm形成。通过增加森林浓度，也可以提高森塞的抑制作用;表面应具有一定的性质，以实现骨整合和对抗细菌挑战的最佳速率，包括维持宿主系统能力，促进宿主组织积分，抑制微生物粘附和生长，并消除植入物上和周围的所有生物[34]。还有人发现p . gingivalis增殖多对NAG-HA /二氧化钛降低₂涂覆的表面比未涂覆的对照组[35]。另外还发现，与含有抗微生物和Ti-缀合的肽的某些分子的表面处理可能有助于防止生物膜的形成在钛表面[36]。嵌合肽代表了有利的替代，以防止在钛表面形成生物膜，与停止种植体周围疾病[37,38]的承诺。

这种考虑也由钴铬钼的研究与支撑的2.5μm的氮化锆的面漆，这似乎是一个有希望的表面改性技术，具有抑制植入物的表面上的细菌附着，并进一步的能力防止植入物感染S. Epidermidis.生物膜形成[39]。

结论

SeNPs为抑制生物膜的形成提供了一种有效的方法，在口腔种植中作为抗菌药物具有广阔的临床应用前景。SeNPs作为种植体涂层具有良好的抗氧化性能p . gingivalis生物膜活动体外并将进一步探索遗传参与和未来的临床应用。关于局部感染控制的机会可能会积极影响植入物损失和/或功能障碍的结果。这项技术很快将能够扩大牙科植入物的临床成功。

作者的贡献

穆罕默德Assadawy设计和指导项目，准备的植入物，进行图像分析和写文章。EMAN Helmy进行微生物学过程和制备硒纳米粒子。穆罕默德Assadawy博士和教授林二汶Helmy什么都没有透露。

同意出版物

不适用。

资金

没有为这项工作提供资金支持。

伦理批准和同意参与

本文不包含由作者完成的人类候选人或任何动物的研究。

知情同意

对于这种研究，不需要正式同意。

利益冲突陈述书

作者已经明确表示，没有在本条连接的利益冲突。

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文章信息

文章类型：研究文章

引文：Assadawy M, Helmy E (2021)Porphyromonas Gingivalis.用纳米烯处理的植入物表面形成生物膜形成。INT J DENT口头健康7（5）：DX.DOI.ORG/10.16966/2378-7090.366

版权：©2021 AssAdawy M等人。这是在创意公约归因许可的条款下分发的开放式文章，其允许在任何媒体中不受限制地使用，分发和再现，只要原始作者和来源被记入。

出版历史记录：

收到的日期：05年5月，2021年

接受日期：5月25日，2021年5月

发布日期：01 2021年6月,