Ex vivo Studie zum Vergleich dreier kalter atmosphärischer Plasmaquellen zur Biofilmentfernung auf mikrostrukturierten Titanoberflächen

Abstract

ZIELSTELLUNG

Das Ziel der vorliegenden experimentellen Studie war es, drei verschiedene kalte atmosphärische Plasmaquellen auf die Entfernung von 72-h-oralem Biofilm auf Titanoberflächen zu testen. Es wurde angenommen, dass kaltes atmosphärisches Plasma die Biofilmbedeckung signifikant reduzieren kann und sich die Plasmaquellen in ihrer Effektivität signifikant unterscheiden.

MATERIAL UND METHODIK

In vivo Biofilm wurde auf sandgestrahlten und säuregeätzten Titanplättchen (n=40) entwickelt, die angebracht auf Miniplastschienen für 72h von acht Freiwilligen getragen wurden. Die Probenkörper wurden randomisiert in fünf Gruppen unterteilt: CAP I (i) erhielt indirekte Plasmaapplikation, CAP II (ii) erhielt direkte Plasmaapplikation, CAP III (iii) erhielt Mikrowellen betriebene gepulste Plasmaapplikation (je 90 s). Die CHX Gruppe (iv) wurde mit einer Kürette gereinigt und mit Chlorhexidin abgespült. Die Biofilme der Kontrollgruppe (v) erhielten keine Behandlung. Nach der Behandlung wurden alle Probenkörper für 10 s mit einem dentalen Luft/Wasser Spray abgesprüht (2 bar). Die Vitalität der Mikroorganismen wurde mittels Kultivierung auf Agar-Platten für 24h und 48h festgestellt. Das Vorhandensein von Biofilm und dessen Quantität auf den Titanprobenkörpern wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie (FM) über live/dead staining (FM) untersucht. Die Qualität des Biofilms wurde exemplarisch durch Rasterelektronenmikroskopie analysiert (REM).

ERGEBNISSE

Alle behandelten Proben zeigten ein reduziertes Wachstum auf den Agar-Platten im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die FM Analyse zeigte eine signifikant niedrigere Biofilmbedeckung in allen behandelten Proben im Vergleich zur negativen Kontrollgruppe (T-test, p < 0.05). Unter den Plasmabehandlungsgruppen zeigte sich ein signifikanter Unterschied zwischen CAP II und CAP III (p = 0.032). Die Analyse mittels REM zeigte einen desintegrierten Biofilm in allen Testgruppen.

SCHLUSSFOLGERUNG

Kaltes atmosphärisches Plasma reduziert und desintegriert oralen Biofilm. Adjuvante Applikation von CAP könnte zu einer effektiveren antimikrobiellen Therapie von Periimplantitis führen.

OBJECTIVES

The aim of the present experimental study was to test three different plasma sources on their removal capability of 72-h-oral biofilms on titanium surfaces. It was hypothesized that the application of cold atmospheric plasma lowers biofilm coverage significantly and that the plasma sources differ significantly in efficiency.

MATERIAL AND METHODS

In vivo biofilms were formed on sand blasted and acid etched titanium discs (n=40) mounted on splints worn for 72h by eight volunteers. Specimens were randomly divided into five groups: CAP I (i) received indirect plasma application, CAP II (ii) received direct plasma application, CAP III (iii) received microwave driven pulsed plasma application (90 s each). CHX group (iv) was cleaned with a curette and rinsed with chlorhexidine. Biofilms of a control group (v) received no treatment. After treatment, all specimens were rinsed for 10 s using a dental air/water spray (2 bar). Vitality of microorganisms was detected by cultivation on agar plates for 24h and 48h. The presence of biofilms and their quantity on the titanium samples was investigated by fluorescence microscopy (FM) using live/dead staining. Biofilm quality was exemplarily analyzed by scanning electron microscopy (SEM).

RESULTS

All treated samples showed a reduced growth on agar plates when compared to the control group. FM analysis showed significantly lowered biofilm coverage in all treatment groups compared to the negative control group (T-test, p < 0.05). Within the plasma treatment groups, there was a significant difference between CAP II and CAP III (p = 0.032). Microstructural analysis showed disintegrated biofilms in all test groups.

CONCLUSION

Cold atmospheric plasma reduces and disintegrates oral biofilms. Adjuvant application of CAP could lead to more effective antimicrobial therapies of periimplantitis.