正畸保持器表面生物膜及细菌粘附机制研究

Hawley retainer and transparent retainer are the most commonly used orthodontic retainers after fixed orthodontic treatments in China. The placement of retainers in oral cavity promotes bacterial adhesion and biofilm formation, leading to gingival inflammatin and other biofilm-related side effects, significantly effecting the oral health and quality of life of patients wearing removable retainers. The initial bacterial adhesion and biofilm formation on removable retainers is the key step during the development of biofilm-related inflammations. However, the microbiota of biofilm and the mechanisms of bactreial adhesoion on removable retainers are still not clear.In the project, we plan firstly to investigate the microbiota of biofilm formed on Hawley retainers and transparent retainers, using 454 pyrosequencing analysis. The structure and morphology of biofilm on retainers will be measured by confocal laser scanning microscopy (CLSM) and scanning electron microscopy (SEM), and compared qualitatively and quantitatively for the effects of influential factors including bacterial strains, retainer biomaterials, and the severity of inflammation. Secondly, we will measure the bacterial adhesion force of the living oral bacteria on retainer materials by using atomic force microscopy, further to investigate the mechanisms of bacterial adhesion and biofilm formation on orthodontic removable retainers. The main pathoganic bacteria is isolated from the removed retainers and will be immobilized onto a AFM cantilever probe. The adhesion force of bacteria and the surfaces of retainers will be directly measured using contact model in saliva buffer under AFM. The results of our studies would provide better information about the bacterial adhesion and biofilm formation on orthodontic retainers, and will benefit the oral health and quality of life of patients wearing revable retainers after fixed orthodontic treatments.

Hawley保持器和透明保持器是目前国内最常用的两种正畸保持器。保持器戴入口腔后，细菌会粘附于其表面形成生物膜，造成软组织发炎、口腔异味等并发症,严重影响了患者口腔健康和生活质量。我们前期研究发现，不同保持器表面的理化性质不同，其表面生物膜的形态和数量也不同；细菌粘附力在生物膜形成中起重要作用。目前对保持器表面生物膜的微生物群落结构及细菌粘附机制尚不十分清楚。本研究将①通过高通量基因测序技术，分析两种保持器表面生物膜的微生物群落结构，探索主要致病菌；②利用电镜和共聚焦激光扫描显微镜，检测保持器表面生物膜的三维形态结构和生长变化规律；③利用原子力显微镜，定量检测活细菌与保持器材料的粘附力，分析菌种、材料、唾液液、时间等因素对细菌粘附的影响，探讨保持器表面细菌粘附和生物膜形成的机制。本研究将有助于深入了解正畸保持器表面生物膜的形成机制，为提高患者口腔健康和研发高效的防治措施提供参考。

Hawley 保持器和透明保持器是目前国内最常用的两种正畸保持器。保持器戴入口腔后，细菌会粘附于其表面形成生物膜，造成软组织发炎、口腔异味等并发症，严重影响了患者口腔健康和生活质量。透明保持器的主要成分为聚对苯二甲酸（polyethylene terephthalat，PET），Hawley保持器的主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）。这两种有机材料的理化性质不同，这也直接影响其表面生物膜的形态和数量。目前对这两种材料保持器表面生物膜的微生物群落结构及细菌粘附机制尚不十分清楚。通过本项目实施，1）研究了两种材料的理化性质，2）利用原子力显微镜测量最主要两种口腔致病菌变异链球菌（Streptococcus mutans）及血链球菌（Streptococcus snaguinis）的活体细菌在液相环境下与口腔生物材料的粘附，3）利用电镜和共聚焦激光扫描显微镜, 检测保持器表面生物膜的三维形态结构和生长变化规律，4）探讨细菌粘附力对于不同材料表面细菌生物膜形成的影响。研究结果显示：PET材料表面较PMMA材料表面更为平滑，同时PET材料也具备更强的亲水性；在给予唾液膜干预后，PET材料同样保持了较低的粗糙度和较强的亲水性，差异具有统计学意义（p<0.01）。同时S. snaguinis及S. mutans对于非唾液膜处理的PET材料的细菌粘附力均强于PMMA材料，差异具有统计学意义（p<0.01）。而但给予唾液膜之后，这两种致病菌的粘附力均显著下降。此外，应用原子力显微镜检查检测S. mutans 对PET材料表面的粘附力为0.14 nN，显著高于对PMMA材料表面的粘附力(0.09nN) (p<0.01)。并且通过扫面电子显微镜观察证实，PET材料表面细菌密度均显著高于PMMA。本研究基本阐明了两种材料的理化性质，以及不同条件下细菌粘附力对于两种材料表面生物膜形成的机制，为相关疾病的预防提供了理论实验依据；结果提示，对于具有潜在牙周炎、龋齿及较差口腔卫生的人群，应推荐使用PMMA材料即Hawley保持器。