DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-15871-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41034366
تاريخ النشر: 2025-10-01
المؤلف: Ferena Sayar وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات ونتائج زراعة الأسنان
نظرة عامة
هذه الدراسة بحثت في فعالية العلاج الضوئي المضاد للميكروبات (aPDT) باستخدام جزيئات الكيتوزان النانوية (CNPs) المحملة بالأندوسيانين الأخضر (ICG) لتنظيف زراعة الأسنان الملوثة بـ *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. في إعداد مختبري، تم تلقيح 54 زراعة من التيتانيوم ذات السطح الرملي الكبير (SLA) بـ *A. actinomycetemcomitans* وتم تقسيمها إلى ست مجموعات لعلاجات تنظيف مختلفة، بما في ذلك التحكم السلبي (غسل PBS)، والتحكم الإيجابي (0.2% كلورهيكسيدين لمدة 5 دقائق)، ومجموعات مختلفة من التعرض لـ ICG وإشعاع الليزر.
أشارت النتائج إلى انخفاض كبير في عدد مستعمرات البكتيريا في جميع مجموعات العلاج مقارنة بالتحكم السلبي (P < 0.05)، حيث أظهرت مجموعة الإشعاع بالليزر وجزيئات CNPs المحملة بـ ICG فعالية تنظيف مشابهة لتلك الخاصة بالكلورهيكسيدين. تشير النتائج إلى أن aPDT باستخدام جزيئات CNPs المحملة بـ ICG هو طريقة واعدة لتقليل *A. actinomycetemcomitans* على زراعة الأسنان، مما يستدعي مزيدًا من التجارب السريرية لتقييم فعاليتها في التطبيقات العملية.
الطرق
في هذه الدراسة التجريبية المختبرية، تم استخدام 54 زراعة من التيتانيوم ذات السطح الرملي الكبير (SLA)، تم الحصول عليها من شركة ACH الطبية. كانت كل زراعة بقطر 4.5 مم وطول 14 مم وتم تلويثها عمدًا بالسلالة البكتيرية *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. استخدمت الدراسة نوعًا واحدًا فقط من المواد الحساسة للضوء، وهو الأندوسيانين الأخضر (ICG)، للتحقيق في التفاعل الضوئي الديناميكي مع البكتيريا تحت ظروف محكومة، مما يضمن تحليلًا مركزًا لتأثيرات العلاج الضوئي الديناميكي على هذه السلالة البكتيرية المحددة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في عدد المستعمرات بين مجموعات العلاج المختلفة، كما هو موضح في الجدول 1 والشكل 1. أظهرت مجموعة التحكم السلبي أعلى عدد من المستعمرات، بينما أظهرت مجموعات aPDT مع جزيئات CNPs المحملة بـ ICG ومجموعة CHX أدنى الأعداد. أكدت ANOVA أحادية الاتجاه هذه الاختلافات (P = 0.000)، حيث أظهرت المقارنات الزوجية أن مجموعة التحكم السلبي كانت لديها عدد مستعمرات أعلى بشكل كبير من جميع المجموعات الأخرى (P = 0.000). ومن الجدير بالذكر أن مجموعة ICG كانت لديها عدد مستعمرات أعلى من مجموعة aPDT مع جزيئات CNPs المحملة بـ ICG (P = 0.004) ومجموعة جزيئات CNPs المحملة بـ ICG (P = 0.022).
أظهرت قيم الانخفاض اللوغاريتمي، المحسوبة بالنسبة لـ PBS، فعالية العلاجات. تم ملاحظة أعلى انخفاض مع aPDT باستخدام جزيئات CNPs المحملة بـ ICG، حيث حققت انخفاضًا قدره 1.837 لوغ، وهو ما يعادل CHX (1.656 لوغ) وأفضل من ICG وحده (1.110 لوغ) وPDT مع ICG (1.377 لوغ). تشير هذه النتائج إلى أن aPDT باستخدام جزيئات CNPs المحملة بـ ICG هو طريقة فعالة لتقليل البكتيريا، كما هو موضح في الشكل 2، الذي يوضح الانخفاضات اللوغاريتمية (log₁₀ CFU) عبر مجموعات العلاج التجريبية.
المناقشة
تقيّم قسم المناقشة في الدراسة فعالية العلاج الضوئي المضاد للميكروبات (aPDT) باستخدام جزيئات الكيتوزان النانوية (CNPs) المحملة بالأندوسيانين الأخضر (ICG) لتنظيف زراعة الأسنان الملوثة بـ *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. أثبتت الدراسة أن aPDT باستخدام جزيئات CNPs المحملة بـ ICG قلل بشكل كبير من عدد مستعمرات البكتيريا مقارنة بمجموعة التحكم السلبي، مما يدل على فعالية تفوق تلك الخاصة بـ ICG وحده. يُعزى هذا التحسن إلى الخصائص الفريدة لجزيئات CNPs، بما في ذلك شحنتها الإيجابية، التي تسهل الارتباط بالأغشية البكتيرية، وقدرتها على توليد أنواع الأكسجين التفاعلية عند تنشيطها بالليزر. تتماشى النتائج مع الأبحاث السابقة التي تشير إلى أن aPDT المدعوم بالجزيئات النانوية يمكن أن يحسن النتائج المضادة للبكتيريا.
على الرغم من النتائج الواعدة، تعترف الدراسة بالقيود المتأصلة في تصميمها المختبري، والتي قد لا تعكس تمامًا تعقيدات البيئات الحية. يمكن أن تؤثر عوامل مثل تدفق الأنسجة وتفاعلات مصفوفة البيوفيلم على توزيع وفعالية المادة الحساسة للضوء في البيئات السريرية. يوصي المؤلفون بمزيد من البحث، بما في ذلك دراسات حيوانية وتجارب سريرية، للتحقق من فعالية هذا النهج العلاجي في التطبيقات الواقعية. بشكل عام، تقترح الدراسة أن استخدام جزيئات CNPs المحملة بـ ICG في aPDT يمثل بديلاً قابلاً للتطبيق للعوامل المضادة للبكتيريا التقليدية مثل الكلورهيكسيدين، مما يوفر خيارًا أكثر أمانًا مع تقليل السمية الخلوية لإدارة التهاب المحيط بالزراعة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-15871-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41034366
Publication Date: 2025-10-01
Author(s): Ferena Sayar et al.
Primary Topic: Dental Implant Techniques and Outcomes
Overview
This study investigated the effectiveness of antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) using chitosan nanoparticles (CNPs) loaded with indocyanine green (ICG) for the decontamination of dental implants contaminated with *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. In an in vitro setup, 54 sandblasted large-grit acid-etched (SLA) titanium implants were inoculated with *A. actinomycetemcomitans* and divided into six groups for various decontamination treatments, including negative control (PBS rinse), positive control (0.2% chlorhexidine for 5 min), and different combinations of ICG exposure and laser irradiation.
The results indicated a significant reduction in bacterial colony counts in all treatment groups compared to the negative control (P < 0.05), with the combination of laser irradiation and ICG-loaded CNPs demonstrating decontamination efficacy comparable to that of chlorhexidine. The findings suggest that aPDT with ICG-loaded CNPs is a promising method for reducing *A. actinomycetemcomitans* on dental implants, warranting further clinical trials to evaluate its effectiveness in practical applications.
Methods
In this in vitro experimental study, 54 sandblasted large-grit acid-etched (SLA) titanium implants, sourced from ACH Medical Company, were utilized. Each implant measured 4.5 mm in diameter and 14 mm in length and was intentionally contaminated with the bacterial species *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. The research specifically employed a single type of photosensitizer, indocyanine green (ICG), to investigate the photodynamic interaction with the bacteria under controlled conditions, thereby ensuring a focused analysis of the effects of photodynamic therapy on this particular bacterial strain.
Results
The results of the study indicate significant differences in colony counts among the various treatment groups, as presented in Table 1 and Figure 1. The negative control group exhibited the highest colony count, while both the aPDT with ICG-loaded CNPs and CHX groups showed the lowest counts. One-way ANOVA confirmed these differences (P = 0.000), with pairwise comparisons revealing that the negative control group had a significantly higher colony count than all other groups (P = 0.000). Notably, the ICG group had a higher colony count than the aPDT with ICG-loaded CNPs (P = 0.004) and the ICG-loaded CNPs group (P = 0.022).
Logarithmic reduction values, calculated relative to PBS, demonstrated the efficacy of the treatments. The highest reduction was observed with aPDT using ICG-loaded CNPs, achieving a 1.837 log reduction, which was comparable to CHX (1.656 log reduction) and superior to ICG alone (1.110 log reduction) and PDT with ICG (1.377 log reduction). These findings suggest that aPDT with ICG-loaded CNPs is an effective method for bacterial reduction, as illustrated in Figure 2, which depicts the logarithmic reductions (log₁₀ CFU) across the experimental treatment groups.
Discussion
The discussion section of the study evaluates the effectiveness of antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) using indocyanine green (ICG)-loaded chitosan nanoparticles (CNPs) for decontaminating dental implants inoculated with *Aggregatibacter actinomycetemcomitans*. The study established that aPDT with ICG-loaded CNPs significantly reduced bacterial colony counts compared to a negative control group, demonstrating superior efficacy over ICG alone. This enhancement is attributed to the unique properties of CNPs, including their positive charge, which facilitates binding to bacterial membranes, and their ability to generate reactive oxygen species upon laser activation. The findings align with previous research indicating that nanoparticle-assisted aPDT can improve antibacterial outcomes.
Despite the promising results, the study acknowledges limitations inherent to its in vitro design, which may not fully replicate the complexities of in vivo environments. Factors such as tissue perfusion and biofilm matrix interactions could influence the distribution and efficacy of the photosensitizer in clinical settings. The authors recommend further research, including animal studies and clinical trials, to validate the effectiveness of this treatment approach in real-world applications. Overall, the study suggests that using ICG-loaded CNPs in aPDT presents a viable alternative to conventional antibacterial agents like chlorhexidine, potentially offering a safer option with reduced cytotoxicity for managing peri-implantitis.