Analysis of oral pathogens in saliva-derived biofilms formed on bracket raw materials

Abstract

Objective: This study was aimed to evaluate time-related differences in oral pathogens in saliva-derived biofilms formed on bracket raw materials. Material and Methods: The samples were divided into three groups of bracket materials 1) ceramic, 2) stainless steel, 3) plastic, and a hydroxyapatite group as the control group. After saliva was collected from a healthy donor, saliva-derived biofilms were grown on each material. Differences in composition of total bacteria, Streptococcus mutans (S. mutans), and Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) were then analyzed at days 1 and 4 using real-time polymerase chain reaction. The material surface properties associated with biofilm formation were quantitatively and qualitatively evaluated by measuring the surface roughness, water contact angle, and surface morphology. Results: Total bacteria showed higher adhesion to hydroxyapatite than to bracket materials, but there was no significant difference in adhesion among the bracket materials. S. mutans and P. gingivalis showed higher adhesion to ceramic and hydroxyapatite than to stainless steel and plastic. From days 1 to 4, the adhesion of total bacteria and S. mutans increased, while that of P. gingivalis decreased, regardless of material type. Conclusion: The higher adhesion of S. mutans and P. gingivalis to ceramic suggests that the use of ceramic brackets possibly facilitates enamel decalcification and gingival inflammation during orthodontic treatment.

목적: 본 연구의 목적은 각 교정용 브라켓 원재료들에 형성된 타액 유래 바이오필름 내 구강 병원성 세균의 조성 분석 및 시간에 따른 차이를 평가하는 것이다. 방법: 샘플은 1)세라믹, 2)스테인리스 스틸, 3)플라스틱 3 개의 브라켓 재료 그룹들과 대조군인 수산화인회석 그룹으로 나뉜다. 건강한 기증자로부터 타액을 채취한 후 타액 유래 바이오필름을 각 샘플에서 배양시켰다. 총 박테리아, Streptococcus mutans (S. mutans) 및 Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis)의 조성 차이를 실시간 중합 효소 연쇄 반응으로 1 일과 4 일에 분석하였다. 박테리아 부착과 관련된 표면 특성은 표면 거칠기, 표면 접촉각 및 표면 형태를 측정하여 평가하였다. 결과: 총 박테리아 부착량에서는 브라켓 원재료들보다 수산화인회석에 많이 부착되는 것으로 나타났으나, 브라켓 재료들 간에는 큰 차이가 없었다. S. mutans와 P. gingivalis의 부착력은 스테인리스 스틸과 플라스틱 보다 세라믹 과 수산화인회석 시편에서 더 높았다. 재료 유형에 관계없이, 1 일에서 4 일 사이에 총 박테리아와 S. mutans의 부착은 증가한 반면 P. gingivalis는 감소하였다. 결론: 이 연구는 세라믹 재료에 대한 S. mutans와 P. gingivalis의 더 높은 부착력으로, 세라믹 교정용 브라켓을 이용한 교정 치료시 법랑질 탈회 및 치은 염증에 취약한 환경을 제공할 가능성이 있음을 시사한다.