胞外多糖调控钛种植体菌斑生物膜形成演化的机制研究

Peri-implantitis, the most frequent complication in the clinical implantation, is recognized as the major reason for the failure of tooth implant. The growth of plaque biofilm on the titanium surface is considered as the initiating factor of peri-implantitis. However, the mechanism of plaque biofilm formation on the titanium implant surface is still unclear so far. Studies regarding to Escherichia coli and some other multi-species bacteria revealed that the three-dimensional structure of exopolysaccharides (EPS) plays a key role in the process of biofilm maturation. Our hypothesis is drawn based on previous investigations: EPS, acting as a solid biological-barrier, promotes the formation of plaque biofilm on the surface of titanium implant surface in terms of preserving the pathogenicity of the bacteria and resisting host immune attack. The present project aims to establish biological and mathmetic quanta-models for understanding the role of EPS in the formation of plaque biofilm on titanium; and evaluate the biofilm growing, pathogenicity and resistence to immune attack in presence and absence of EPS;and finally analyze the reliability of different bacteria on EPS. We expect to further understand the initiation rationale of peri-implant infection, and provide scientific evidence for the innovation of anti-biofilm strategies for the treatment of peri-implantitis in the clinic.

种植体周围炎（peri-implantitis）作为口腔种植术中最常见的并发症，是导致种植失败的主要原因之一。牙菌斑生物膜在钛种植体表面的生长是种植体周围炎的始动因素，然而，其在钛种植体表面的形成演化机制至今尚未明确。大肠杆菌以及部分混合菌的相关研究表明，胞外多糖（exopolysaccharides，EPS）的三维骨架结构在生物膜发育成熟过程中起着至关重要的作用。依据前期研究我们提出假设：EPS促进了牙菌斑生物膜在钛种植体表面生物膜的形成，并通过保障细菌致病性和抵抗机体免疫攻击两种作用机制，发挥生物屏障作用。本项目依据相关生物学和数学模型，拟探明EPS在钛表面菌斑生物膜形成中的作用，研究干预EPS后菌斑形成、致病性、抵抗免疫攻击的情况，并分析不同菌种对EPS的依赖程度。本研究将对种植体周围炎的发生机制有更深层次的阐述，为抑制种植体周生物膜和临床治疗种植体周围炎提供理论依据。

种植体周围炎是口腔种植术中最常见的并发症，而牙菌斑生物膜在种植体表面的生长是种植体周围炎的始动因素，生物膜中的胞外多糖（exopolysaccharides，EPS）结构在其发育成熟过程中起着至关重要的作用。本项目依据相关生物学和数学模型，探明胞外多糖在生物膜形成中的作用以及抑制牙菌斑生物膜的手段，研究干预胞外多糖后菌斑形成和致病性的方法。.本研究运用数学计算机模型模拟出胞外多糖在口腔牙菌斑生物膜的生长成熟过程中的演化趋势。另外通过牙本质感染模型和羟基磷灰石生物膜模型以及钛片模型评价了不同临床干预因素下的抗菌效果， 结果显示高浓度次氯酸钠抗菌多肽都能有效的杀死特异菌种及多菌种的牙菌斑生物膜。次氯酸钠有较强的渗透能力及溶解胞外多糖的能力，抗菌肽也具有较强的渗透细菌细胞膜的能力从而破坏细菌结构。.在扫描电镜下，次氯酸钠能够有效降低粗糙、光滑和SLA表面钛片表面的生物膜厚度。在共聚焦显微镜下，长时间和高浓度的次氯酸钠和抗菌糊剂的联合应用对牙本质小管中的细菌感染杀菌效果最佳。高浓度次氯酸钠单独作用大概能够杀死多于60%的混合菌斑生物膜，杀菌效果与处理时间成正比。成熟生物膜比年轻生物膜有更强的耐药性。而加入糊剂能更加提高杀菌能力10%左右。次氯酸钠和洗必泰对多菌种生物膜在牙本质模型、羟基磷灰石模型和钛片模型都有杀菌作用。抗菌多肽能够破坏羟基磷灰石和钛片表面的生物膜形态，单纯多肽处理能够杀死60%以上的混合菌种，钛片表面多肽图层能够有效抑制生物膜生长。.本研究为抑制口腔生物膜的生长和临床治疗种植体周围炎提供了理论依据，确定了胞外多糖与生物膜形成演化之间的量化关系，为今后在分子及蛋白水平的深入研究打下基础。