Antibakteriyel kaplama yapılmış titanyum diş implant dayanağının in vitro değerlendirilmesi
In vitro evaluation of antibacterial coated titanium dental implantabutments
Yazar: SEDA GÜLER
Danışman: DOÇ. DR. NAZMİYE ÖZLEM ŞANLI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Biyofilmler = Biofilms ; Biyomedikal ve dental materyaller = Biomedical and dental materials ; Dental destekler = Dental abutments ; Fusobacterium nucleatum = Fusobacterium nucleatum ; Nikel-titanyum alaşımları = Nickel-titanium alloys ; Streptococcus mutans = Streptococcus mutans ; Streptococcus sanguinis = Streptococcus sanguinis

Özet:
İnsan vücudunda diğer kısımlara kıyasla daha fazla mikroorganizma topluluğunu içeren ağız florasının sağladığı elverişli ortam, biyomalzeme üzerinde mikroorganizmaların kolonizasyonuna olanak sağlar. Bu mikroorganizmalar, diş ve çevre dokuları, kök kanalları, restoratif ve protetik materyaller ile implant bileşenleri gibi sert ve yumuşak doku yüzeylerine yapışıp hücre dışı polisakkarit bir matriks oluşturarak, "oral biyofilm" ya da "dental plak" olarak adlandırılan yapı içerisinde bakteriyel topluluk halinde yerleşirler. Oral biyofilm, oluştuğu alana bağlı olarak primer ve sekonder çürüklere, peri-implantit gibi periodontal hastalıklara ve sonucunda en önemlisi de hem diş hem de implant kayıplarına yol açarak yapılan tedavilerde başarısızlığa sebep olmaktadır.  
Günümüz diş hekimliği implant uygulamalarında uzun süreli stabilite için biyouyumluluk ve mekaniksel özelliklerin yanı sıra, antibakteriyel etkinlik ve hızlı osseointegrasyon kritik temel faktörlerdendir. İmplant malzemelerinde biyomalzeme olarak mükemmel biyouyumlulukları ve mekanik özellikleri nedeniyle saf titanyum ve alaşımları kullanılır. Titanyumun implant uygulamalarında tercih edilmesini sağlayan iyi özelliklerine karşın antibakteriyel özelliği yoktur. İmplant uygulamalarında, implant ve üst yapı arasında bağlantı halkası olan dayanak restoratif ürünü ile bağlantı birleşimlerinde mekanik açıdan mikro boşluklar vardır. Bu boşluklar, biyofilmin dayanak üzerinden mikrobiyal geçişini sağlamaktadır. Uzun süreli stabilite için en önemli faktörlerden biri olan biyomalzemenin antibakteriyel etkinliği,     biyomalzemelerle ilişkili patogenez enfeksiyonlar ile bozularak implant tedavilerinin başarısız sonuçlanmasına neden olur. Bu nedenle biyofilm oluşumunu engellemek ve diş implantının uzun vadede stabilitesini desteklemek için kullanılan en cazip çözümler arasında, dayanağın sitotoksik olmayan ve oral biyofilme etkili antibakteriyel bir bileşikle kaplanması uygulamaları yer alır. Farklı bileşikler kullanılarak dayanakların antibakteriyel malzemeye dönüştürülmesi konusunda çalışmaya rastlanmakla beraber, trimetoksilil kuat (SilQUAT) silan bileşiğinin dayanaklara uygulandığı bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu nedenle, çalışmamızda SilQUAT bileşiği ile sol-gel yöntemi kullanılarak nano boyutta kaplama yapılan titanyum alaşımı (Tİ6AL4V-ELI) GRD5 implant dayanaklar, oral mikroflora peri-implantit etkeni Streptococcus mutans, Streptococcus sanguinis, Fusobacterium nucleatum ve Porphyromonas gingivalis bakterilerine karşı antibakteriyel ve antibiyofilm aktivitesi açısından değerlendirilmiştir. 
SilQUAT bileşiğinin peri-implantit etkeni bakterilere karşı etkin antibakteriyel konsantrasyonları mikrodilüsyon yöntemi ile, minimum biyofilm eradikasyon konsantrasyonları modifiye edilmiş ASTM E2799–12 testi ile belirlenmiştir. Etkin SilQUAT bileşiği konsantrasyonu ile kaplanmış dayanakların statik koşullarda antibakteriyel aktivitesi ISO 22196 testi modifiye edilerek; antibiyofilm etkinliği test organizmalarının 120 saatlik biyofilmlerine karşı nötralizasyon/dilüsyon yöntemi ile değerlendirilmiştir. Ayrıca kaplama yapılmış/yapılmamış ve biyofilme maruz kalmış/kalmamış dayanakları pürüzlülüğü ölçülmüştür.
SİLQUAT bileşiğinin minimum inhibitör konsantrasyon (MİK) ve minimum bakterisidal (MBK) değerleri aerobik test organizmaları olan S. mutans ve S. sanguinis için 100 mg/L; anaerobik test organizmaları olan F. nucleatum ve P. gingivalis için 200 mg/L olarak belirlenmiştir. 
SİLQUAT bileşiği ile kaplama yapılmış dayanak örneklerinin ISO 22196 testi değerlendirmesine göre denenen tüm temsilci bakteriler için R: > 2 ve % 99.99 ölüm değerini 24, 48 ve 72 saatlik temas sürelerinde sağlayarak antibakteriyel aktivite gösterdiği; > % 99 ölüm değeri ile antibiyofilm aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Ayrıca kaplama uygulanan dayanaklarda kaplama uygulanmayan dayanaklara göre daha düşük pürüzlülük elde edilmiştir.
Biyomedikal alanda uygulanan yüzey kaplama malzemelerinin uygun bir kaplama materyali seçimiyle diş malzemelerine uygulanması, klinik olarak arzu edilen özelliklere bir adım daha yaklaşabilecek yüzeyler oluşturulması restorasyonların kullanım ömrünü arttırabilir. Çalışmamızda kullanılan SilQUAT bileşikli kaplama, diş pelikılında birincil ve ikincil kolonizer bakterilerinin olgun biyofilmlerine karşı güçlü antibakteriyel etki göstermesi, düşük bakteriyel adezyon sağlaması, kaplamada teknik olarak kolaylık sağlaması, düşük maliyetli olması ve malzemede pürüzlüğü azaltması bakımından hedeflenen sonuçlar doğrultusunda dayanaklar için yapılan antibakteriyel kaplama çalışmalarında alternatif olarak değerlendirilebilir.

Abstract:
The favorable environment provided by the oral flora, which contains more microorganism communities compared to other parts of the human body, allows the colonization of microorganisms on biomaterial. These microorganisms adhere to hard and soft tissue surfaces such as teeth and surrounding tissues, root canals, restorative and prosthetic materials and implant components, and form an extracellular polysaccharide matrix, settling as a bacterial community in the structure called "oral biofilm" or "dental plaque". Depending on the area where it forms, oral biofilm causes primary and secondary caries, periodontal diseases such as peri-implantitis, and most importantly, both tooth and implant loss, failing treatments.
In today's dental implant applications, antibacterial effectiveness and rapid osseointegration, as well as biocompatibility and mechanical properties, are critical factors for long-term stability. Pure titanium and its alloys are used as biomaterials in implant materials due to their excellent biocompatibility and mechanical properties. Despite the good properties of titanium that make it preferred in implant applications, it does not have antibacterial properties. In implant applications, there are mechanical micro-gaps in the connection joints between the abutment restorative product, which is the connecting link between the implant and the superstructure. These gaps allow microbial passage of the biofilm through the support. The antibacterial activity of the biomaterial, which is one of the most important factors for long-term stability, is disrupted by pathogenesis infections associated with biomaterials, causing implant treatments to fail. Therefore, among the most attractive solutions used to prevent biofilm formation and support the long-term stability of the dental implant is the application of coating the abutment with an antibacterial compound that is non-cytotoxic and effective against oral biofilm. Although there are studies on converting abutments into antibacterial materials using different compounds, no study has been found in which trimethoxylyl quat (SilQUAT) silane compound was applied to abutments. Therefore, in our study, titanium alloy (TI6AL4V-ELI) GRD5 implant abutments, which were coated at nanoscale using the sol-gel method with the SilQUAT compound, were evaluated in terms of antibacterial and antibiofilm activity against the oral microflora peri-implantitis causative agent Streptococcus mutans, Streptococcus sanguinis, Fusobacterium nucleatum and Porphyromonas gingivalis bacteria.
The microdilution method was used to determine effective antibacterial concentrations of the SilQUAT compound against peri-implantitis-causing bacteria; minimum biofilm eradication concentrations were determined by the modified ASTM E2799–12 test. The antibacterial activity of abutments coated with effective SilQUAT compound concentration under static conditions was determined by modifying the ISO 22196 test; antibiofilm activity was evaluated by the neutralization/dilution method against 120-hour biofilms of test organisms. Additionally, the roughness of the abutments with or without coating and with or without exposure to biofilm was measured.
The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal (MBC) values of the SILQUAT compound were determined as 100 mg/L for the aerobic test organisms S. mutans and S. sanguinis; and 200 mg/L for the anaerobic test organisms P. gingivalis and F. nucleatum. According to the ISO 22196 test evaluation, abutment samples coated with SİLQUAT compound showed antibacterial activity by providing R: > 2 and 99.99% mortality value for all representative bacteria tested at 24, 48 and 72 hour contact times; It was determined that it showed antibiofilm activity with a mortality value of > 99%. In addition, lower roughness was obtained in the abutments to which coating was applied compared to the abutments without coating.
Applying surface coating materials in the biomedical field to dental materials by selecting an appropriate coating material and creating surfaces that can be one step closer to clinically desired properties can increase the lifespan of restorations. The SilQUAT compound coating used in our study can be evaluated as an alternative in antibacterial coating studies for abutments, in line with the targeted results, as it has a strong antibacterial effect against mature biofilms of primary and secondary colonizer bacteria in the dental pellicle, providing low bacterial adhesion, technical convenience in the coating, low cost, and reduced roughness in the material.