Effects of orthodontic bonding procedures on multi-species biofilm formation

Abstract

Objectives: To investigate the effects of orthodontic bonding on multi-species biofilm formation.

Materials and methods: Four specimens were prepared with bovine incisors and bonding adhesive: untreated enamel surface (BI), enamel surface etched with 37% phosphoric acid (ET), primed enamel surface after etching (PR), and adhesive surface (AD). Surface roughness (SR), surface wettability (SW), and surface morphology were evaluated. A multi-species biofilm was formed on each surface and adhesion amounts of Streptococcus mutans, Porphyromonas gingivalis, and total bacteria were determined at days 1 and 4 using real-time polymerase chain reaction. After determining the differences in biofilm formation, SR, and SW between the four surfaces, relationships between bacteria levels and surface properties were analyzed.

Results: The order of SR was AD < PR < BI < ET, because BI and ET showed more irregular surface morphology than PR and AD. For SW, ET had the greatest value followed by PR, BI, and AD. S. mutans, P. gingivalis, and total bacteria adhered more to BI and ET with rougher and more wettable surfaces than to AD with smoother and less wettable surfaces. The adhesion of total bacteria and S. mutans significantly increased from day 1 to 4, but the amount of P. gingivalis decreased over time. The adhesion amounts of all bacteria were positively correlated with SR and SW, irrespective of incubation time.

Conclusions: Changes in SR and SW during orthodontic bonding had significant effects on biofilm formation and composition of S. mutans and P. gingivalis.

목적: 본 연구에서는 교정장치의 부착과정에 따른 치아 표면의 변화가 다세균종 바이오필름 형성에 미치는 영향을 평가하였다.

방법: 우치와 교정용 접착제를 이용하여 교정장치 부착과정에 따라 표면 처리된 네 가지 종류의 시편을 제작하였다: 표면 처리 되지 않은 우치 (BI), 37% 인산용액으로 산부식 처리된 우치 (ET), 산부식 후 프라이머를 처리한 우치 (PR), Transbond XT adhesive (AD). 모든 시편에서 표면 거칠기 (surface roughness, SR), 표면 젖음성 (surface wettability, SW) 및 표면 형상 (surface morphology)을 살핀 뒤, 각각의 표면에서 다세균종 바이오필름을 형성하였다. 실시간 중합효소 연쇄반응 (real-time polymerase chain reaction)을 이용하여 배양 1일차 (T1)와 4일차 (T2)에 형성된 바이오필름에서 Streptococcus mutans, Porphyromonas gingivalis 및 전체 세균의 양을 측정하였다. 네 가지 표면에서 표면 종류에 따른 SR과 SW의 차이 및 바이오필름 형성의 차이를 확인한 후, 표면 특성과 세균 부착양 간의 상관관계를 분석하였다.

결과: SR은 AD, PR, BI, ET 순서로 증가하였으며, SW는 AD, BI, PR, ET 순서로 증가하였다. BI와 ET는 PR과 AD에 비해 더 불규칙하고 거친 표면을 나타냈다. S. mutans, P. gingivalis 그리고 전체 세균은 AD보다 더 거칠고 표면 젖음성이 높은 BI와 ET에서 더 많은 부착을 보였다. T1에서 T2 사이, S. mutans와 전체 세균의 부착양은 증가하였으나, P. gingivalis의 양은 감소하였다. 상관관계 분석을 통하여 배양시간과 관계없이, 모든 세균의 부착양이 SR과 SW에 대해 양의 상관관계를 가지는 것을 확인하였다.

결론: 교정장치의 부착과정에 따른 SR과 SW의 변화는 바이오필름 형성과 S. mutans, P. gingivalis의 조성에 유의한 영향을 미치는 것으로 보인다.