DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-025-06580-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41075034
تاريخ النشر: 2025-10-11
المؤلف: Marta Romero-Serrano وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات ونتائج زراعة الأسنان
نظرة عامة
هدفت الدراسة إلى تقييم تأثير مستويات خشونة السطح المتفاوتة على التصاق البكتيريا بأقراص التيتانيوم، التي تم معالجتها باستخدام تفجير الألومينا. تم إنشاء ما مجموعه اثني عشر مستوى من خشونة السطح، تتراوح من 0.01 ميكرومتر إلى 6 ميكرومتر، وتم تقييم آثارها على التصاق سلالتين من البكتيريا – *Porphyromonas gingivalis* (سالبة الجرام) و*Streptococcus sanguinis* (موجبة الجرام). استخدم الباحثون قياس التداخل المجهري لتحديد خشونة السطح، وتقييم زوايا الاتصال لقياس القابلية للرطوبة، وتحليل حيود الأشعة السينية لتقييم الإجهاد المتبقي الانضغاطي. تم اختبار كل مستوى من خشونة السطح مع 720 عينة لتحديد تشكيل مستعمرات البكتيريا، ونسبة البكتيريا الميتة إلى إجمالي البكتيريا، والنشاط الأيضي.
أشارت النتائج إلى أن السطح المصقول (Sa = 0.01 ميكرومتر) كان لديه أعلى التصاق للبكتيريا، بينما أظهرت خشونة 0.13 ميكرومتر خصائص مضادة للبكتيريا، على الأرجح بسبب القمم النانوية التي تعطل أغشية البكتيريا. بالنسبة لمستويات الخشونة بين 0.5 و3 ميكرومتر، أظهرت البكتيريا موجبة الجرام زيادة ثلاثية في تشكيل المستعمرات، مع ملاحظة زيادة خمسة أضعاف عند قيم الخشونة التي تتجاوز 3.8 ميكرومتر. على العكس، لم تظهر البكتيريا سالبة الجرام أي تغييرات كبيرة في الالتصاق حتى وصلت الخشونة إلى 2.6 ميكرومتر، حيث زادت أعداد المستعمرات تقريبًا أربعة أضعاف عند 6 ميكرومتر. خلصت الدراسة إلى أن خشونة السطح تؤثر بشكل كبير على استعمار البكتيريا، مع نطاق مثالي مقترح من 1 إلى 2 ميكرومتر لتعزيز الاستجابة العظمية المواتية مع تقليل التصاق البكتيريا، مما يساهم في استراتيجيات سريرية لتقليل خطر التهاب المحيط بالزرع.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التأثير التحويلي لزراعة الأسنان في طب الأسنان الحديث، خاصة كحل طويل الأمد لاستبدال الأسنان. ومع ذلك، لا يزال هناك تحدٍ كبير: خطر استعمار البكتيريا، الذي يمكن أن يؤدي إلى أمراض المحيط بالزرع مثل التهاب الغشاء المخاطي المحيط بالزرع والتهاب المحيط بالزرع، مما يهدد في النهاية استقرار الزرع وطول عمره. تؤكد الورقة على الدور الحاسم لخشونة السطح في التأثير على التصاق البكتيريا والتكامل العظمي. تصنف أسطح زراعة الأسنان بناءً على الخشونة: الأسطح الملساء (Sa < 0.2 ميكرومتر) تقلل من التصاق البكتيريا ولكن قد تعيق التكامل العظمي؛ الأسطح ذات الخشونة المتوسطة (Sa بين 0.2 و2 ميكرومتر) توازن بين كلا العاملين؛ والأسطح الخشنة للغاية (Sa > 2 ميكرومتر) تعزز النشاط العظمي ولكن تزيد من خطر استعمار البكتيريا بسبب عدم الانتظامات الدقيقة.
العلاقة بين خشونة السطح واستعمار البكتيريا معقدة، حيث يمكن أن تؤثر مستويات الخشونة المتفاوتة على التصاق البكتيريا وتشكيل الأغشية الحيوية بشكل مختلف. تشير الأبحاث إلى أن زيادة الخشونة ترتبط بزيادة استعمار البكتيريا بسبب وجود نقاط التصاق أكثر. تناقش الورقة أيضًا عوامل مختلفة تؤثر على التصاق البكتيريا، بما في ذلك خصائص المواد الحيوية، والعوامل المتعلقة بالمضيف، والجوانب الميكروبيولوجية، والظروف السريرية. بالإضافة إلى ذلك، تؤثر العوامل البيئية مثل الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، وتوافر المغذيات بشكل كبير على سلوك البكتيريا. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثير خشونة السطح على سلوك البكتيريا الرئيسية المعنية في تشكيل الأغشية الحيوية المرتبطة بالتهاب المحيط بالزرع، مع ضمان بقاء المعلمات الأخرى ثابتة لعزل تأثير الخشونة على نمو البكتيريا.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، وأدوات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار النتائج. تشمل المنهجية البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك مجموعات التحكم والعلاج، فضلاً عن الظروف التي أجريت فيها التجارب. يسمح هذا النهج الشامل بفهم واضح للتقنيات المستخدمة، مما يسهل البحث المستقبلي في نفس المجال.
النتائج
تقدم النتائج المعروضة في الجدول 1 معلمات الخشونة التي تم الحصول عليها من علاجات تفجير مختلفة باستخدام جزيئات الألومينا. توضح الشكل 1 زوايا الاتصال، المعدلة وفقًا لمعادلة وينزل، لقيم خشونة مختلفة ($S_a$). من الجدير بالذكر أنه لم يتم ملاحظة أي اختلافات ذات دلالة إحصائية في القابلية للرطوبة عبر العلاجات. تقترح الدراسة أن الألومينا المتبقية على أسطح زراعة الأسنان قد تؤثر على خصائصها الفيزيائية والكيميائية، خاصة القابلية للرطوبة، بسبب الخصائص القطبية لأكاسيد الألومنيوم.
لتقييم التصاق البكتيريا، استخدم الباحثون مجموعة أدوات حيوية LIVE/DEAD BackLight، حيث تمت ملاحظة العينات باستخدام مجهر ليزر مدمج Zeiss LSM 800. سمحت صبغات SYTO-9 وPropidium iodide (PI) بتحديد كمية التصاق البكتيريا، مع قيم تم تطبيعها ضد حالة SB. تم إجراء جميع التجارب في ثلاث نسخ، باستخدام ثلاث عينات لكل حالة علاج. كشفت تحليل الصور المأخوذة بواسطة المجهر المدمج، والتي تمت معالجتها باستخدام برنامج ImageJ، عن نسبة البكتيريا الميتة (المشار إليها بالفلوريسنس الحمراء) إلى إجمالي الخلايا (الخضراء والحمراء)، مما يوفر رؤى حول قابلية البقاء للخلايا البكتيرية عبر العلاجات المختلفة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات خشونة السطح على التصاق البكتيريا وتشكيل الأغشية الحيوية على أقراص التيتانيوم النقي تجاريًا من الدرجة 3. تم معالجة الأقراص باستخدام طريقة تفجير مع جزيئات الألومينا، مما أدى إلى نطاق من الخشونة من 0.01 ميكرومتر (مصقول) إلى 6 ميكرومتر. استخدمت الدراسة سلالتين من البكتيريا، *Porphyromonas gingivalis* (سالبة الجرام) و*Streptococcus sanguinis* (موجبة الجرام)، لتقييم استعمار البكتيريا عبر مستويات خشونة السطح المختلفة. أشارت النتائج إلى أن خشونة تبلغ حوالي 0.13 ميكرومتر قللت بشكل كبير من استعمار البكتيريا مقارنة بالأسطح المصقولة، بينما أدت مستويات الخشونة الأعلى (أكثر من 2 ميكرومتر) إلى زيادة التصاق البكتيريا وتشكيل الأغشية الحيوية. وهذا يشير إلى أن هناك نطاق خشونة مثالي (بين 1 و2 ميكرومتر) يوازن بين النشاط العظمي ويقلل من استعمار البكتيريا، وهو أمر حاسم لمنع العدوى المحيطة بالزرع.
بالإضافة إلى ذلك، أبرزت الدراسة أن القابلية للرطوبة على أسطح التيتانيوم لم تتأثر بشكل كبير بالخشونة، بل بخصائص المادة الذاتية. وُجد أن الإجهاد الانضغاطي المتبقي، الذي تم قياسه عبر حيود الأشعة السينية، كان سالبًا باستمرار عبر الأسطح الخشنة، مما يشير إلى طبيعة انضغاطية قد تعزز النشاط العظمي. تؤكد النتائج على أهمية طوبوغرافيا السطح في تصميم الزرع، مما يشير إلى أن التحكم الدقيق في الخشونة يمكن أن يقلل من خطر المضاعفات المرتبطة بالأغشية الحيوية في زراعة الأسنان. بشكل عام، توفر الأبحاث رؤى قيمة حول تحسين خصائص سطح التيتانيوم لتحقيق نتائج سريرية محسنة في زراعة الأسنان.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-025-06580-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41075034
Publication Date: 2025-10-11
Author(s): Marta Romero-Serrano et al.
Primary Topic: Dental Implant Techniques and Outcomes
Overview
The study aimed to assess the impact of varying surface roughness levels on bacterial adhesion to titanium disks, which were treated using alumina blasting. A total of twelve surface roughness levels, ranging from 0.01 μm to 6 μm, were created, and their effects on the adhesion of two bacterial strains—Porphyromonas gingivalis (Gram-negative) and Streptococcus sanguinis (Gram-positive)—were evaluated. The researchers employed confocal interferometry for roughness measurement, contact angle assessments for wettability, and X-ray diffraction for evaluating compressive residual stress. Each roughness level was tested with 720 samples to determine bacterial colony formation, the ratio of dead to total bacteria, and metabolic activity.
Results indicated that the polished surface (Sa = 0.01 μm) had the highest bacterial adhesion, while a roughness of 0.13 μm exhibited antibacterial properties, likely due to nanostructured peaks disrupting bacterial membranes. For roughness levels between 0.5 and 3 μm, Gram-positive bacteria showed a threefold increase in colony formation, with a fivefold increase observed at roughness values exceeding 3.8 μm. Conversely, Gram-negative bacteria displayed no significant changes in adhesion until roughness reached 2.6 μm, where colony numbers surged nearly fourfold at 6 μm. The study concluded that surface roughness significantly affects bacterial colonization, with an optimal range of 1 to 2 μm suggested to promote favorable osteoblastic responses while minimizing bacterial adhesion, thereby informing clinical strategies to reduce peri-implantitis risk.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the transformative impact of dental implants in modern dentistry, particularly as a long-term solution for tooth replacement. However, a significant challenge remains: the risk of bacterial colonization, which can lead to peri-implant diseases such as peri-implant mucositis and peri-implantitis, ultimately jeopardizing implant stability and longevity. The paper emphasizes the critical role of surface roughness in influencing bacterial adhesion and osseointegration. Dental implant surfaces are categorized based on roughness: smooth surfaces (Sa < 0.2 μm) minimize bacterial adhesion but may hinder osseointegration; moderately rough surfaces (Sa between 0.2 and 2 μm) balance both factors; and highly rough surfaces (Sa > 2 μm) enhance osteoblastic activity but increase bacterial colonization risk due to micro-irregularities.
The relationship between surface roughness and bacterial colonization is complex, as varying roughness levels can affect bacterial attachment and biofilm formation differently. Research indicates that increased roughness correlates with greater bacterial colonization due to more attachment points. The paper also discusses various factors influencing bacterial adhesion, including biomaterial properties, host-related factors, microbiological aspects, and clinical conditions. Additionally, environmental factors such as pH, temperature, and nutrient availability significantly impact bacterial behavior. The study aims to investigate the influence of surface roughness on the behavior of key bacteria involved in biofilm formation associated with peri-implantitis, ensuring that other parameters remain constant to isolate the effect of roughness on bacterial growth.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, instruments, and biological samples, ensuring reproducibility of the results. The methodology encompasses the protocols followed for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the findings.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control and treatment groups, as well as the conditions under which the experiments were conducted. This comprehensive approach allows for a clear understanding of the techniques utilized, facilitating future research in the same domain.
Results
The results presented in Table 1 detail the roughness parameters obtained from various shot blasting treatments using alumina particles. Figure 1 illustrates the contact angles, adjusted according to the Wenzel equation, for different roughness values ($S_a$). Notably, no statistically significant differences in wettability were observed across the treatments. The study suggests that the residual alumina on the dental implant surfaces may influence their physicochemical properties, particularly the wettability, due to the polar characteristics of aluminum oxides.
To assess bacterial adhesion, the researchers utilized the LIVE/DEAD BackLight Bacterial Viability Kit, observing samples with a Zeiss LSM 800 confocal microscope. The SYTO-9 and Propidium iodide (PI) staining allowed for quantification of bacterial adhesion, with values normalized against the SB condition. All experiments were conducted in triplicate, employing three samples for each treatment condition. The analysis of confocal images, processed with ImageJ software, revealed the ratio of dead bacteria (indicated by red fluorescence) to total cells (green and red), providing insights into the viability of bacterial cells across the different treatments.
Discussion
In this study, the effects of surface roughness on the bacterial adhesion and biofilm formation on commercially pure titanium grade 3 discs were investigated. The discs were treated using a shot blasting method with alumina particles, resulting in a range of roughness from 0.01 μm (polished) to 6 μm. The study utilized two bacterial strains, *Porphyromonas gingivalis* (Gram-negative) and *Streptococcus sanguinis* (Gram-positive), to assess bacterial colonization across the different surface roughness levels. The findings indicated that a roughness of approximately 0.13 μm significantly reduced bacterial colonization compared to polished surfaces, while higher roughness levels (above 2 μm) led to increased bacterial adherence and biofilm formation. This suggests that there is an optimal roughness range (between 1 and 2 μm) that balances osteoblastic activity and minimizes bacterial colonization, which is critical for preventing peri-implant infections.
Additionally, the study highlighted that the wettability of the titanium surfaces was not significantly affected by roughness, but rather by the material’s inherent properties. The residual compressive stress, measured via X-ray diffraction, was found to be consistently negative across rough surfaces, indicating a compressive nature that may enhance osteoblastic activity. The results underscore the importance of surface topography in implant design, suggesting that careful control of roughness can mitigate the risk of biofilm-related complications in dental implants. Overall, the research provides valuable insights into optimizing titanium surface characteristics for improved clinical outcomes in implantology.