Νέες εφαρμογές της φωτοδυναμικής αντιμικροβιακής χημειοθεραπείας ως μέσο απολύμανσης του συστήματος του ριζικού σωλήνα

Abstract

The use of Photodynamic therapy (PDT) has been suggested as an adjuvant method to conventional endodontic treatment, leading to a significant further reduction of intracanal bacteria. The aim of this study was to evaluate the antimicrobial effect of photodynamic therapy (PDT) using indocyanine green (ICG) as a photosensitizer (PS) and a near-infrared (NIR) diode laser emitting in 810nm wavelength in planktonic cultures and experimentally infected root canals of extracted human teeth with Enterococcus faecalis. Planktonic suspension containing E. faecalis strains was divided into nine experimental groups: (1) aPDT with ICG and laser (medium energy fluence), (2) aPDT with ICG and laser (high energy fluence), (3) only ICG without laser activation, (4) only laser emission without ICG (5) 2.5% Sodium hypochlorite (NaOCl) as irrigant, (6) 2.5% NaOCl and aPDT with ICG and laser, (7) 2.0% Chlorhexidine gluconate (CHX) as irrigant (8) No treatment (positive control), (9) No bacterial biofilm growth (negative control). The samples were incubated for 48 hours and colony-forming units (CFUs) were determined to evaluate bacterial viability. In the ex vivo study single-rooted teeth after chemomechanical preparation and sterilization were contaminated with Enterococcus faecalis strains. The specimens were divided, randomly, into eight experimental groups: (1) aPDT with ICG and laser (0.5 W output power – medium energy fluence), (2) aPDT with ICG and laser (1W output power – high energy fluence), (3) only laser emission without PS (1W output power – high energy fluence), (4) only ICG without laser activation, (5) 2.5% Sodium hypochlorite (NaOCl) as irrigant, (6) 2.5% NaOCl and aPDT with ICG and laser (1W output power – high energy fluence), (7) No treatment (positive control), (8) No bacterial biofilm growth (negative control).The root canal contents were sampled by flushing, plated, incubated for 48 hours and colony-forming units (CFUs) were determined to evaluate bacterial viability and illustrate the effectiveness of proposed experimental combinations. The microbiological test revealed that aPDT groups, regardless the overall power, showed significant lower mean log10 CFU levels, than groups 3 and 4 (p<0.001) and similar reduction of viable counts with group 5. The synergism of aPDT and NaOCl (group 6) was able to achieve the maximum reduction of log10 CFU levels in the viable counts. ICG-mediated aPDT activated by a NIR diode laser provided increased disinfection of the root canal system, but the overall benefit in total bacterial elimination should be further investigated.

Η εφαρμογή της Φωτοδυναμικής Αντιμικροβιακής Θεραπείας (aPDT) έχει προταθεί ως συμπληρωματική μέθοδο της συμβατικής ενδοδοδοντικής θεραπείας, με αποτέλεσμα την καλύτερη απολύμανση του συστήματος του ριζικού σωλήνα. Σκοπός της μελέτης είναι η αξιολόγηση της αντιμικροβιακής δράσης της aPDT με την χρήση του πράσινου της Ινδοκυανίνης (ICG) ως φωτοευαισθητοποιητή, ύστερα από την ενεργοποίηση του μέσω ακτινοβολίας σε σχεδόν υπέρυθρο μήκος κύματος (810nm), προερχόμενη από συσκευή διοδικού laser. Τα in vitro πειράματα έγιναν σε πλαγκτονικά εναιωρήματα μονοκαλλιέργειας στελέχους Enterococcus faecalis και τα ex vivo πειράματα έγιναν αντίστοιχα σε επιμολυσμένα μοντέλα δοντιών με το ίδιο πρότυπο βακτηριακό στέλεχος.Στο πρώτο μέρος της μελέτης οι πλαγκτονικές καλλιέργειες χωρίστηκαν σε εννέα ομάδες: 1. Εφαρμογή aPDT με μέση τιμή ροής ενέργειας ακτινοβολίας (ΙCG + , laser +), 2. Εφαρμογή aPDT με υψηλή τιμή ροής ενέργειας ακτινοβολίας (ΙCG + , laser +), 3. Εφαρμογή της ICG χωρίς ενεργοποίηση από συσκευή διοδικού laser (ΙCG + , laser -), 4. Εφαρμογή υψηλής τιμής ροής ενέργειας ακτινοβολίας μέσω διοδικού laser χωρίς προσθήκη ICG (ΙCG -, laser +), 5. Εφαρμογή διαλύματος υποχλωριώδους νατρίου 2,5% (NaOCl), 6. Συνδυασμός διαλύματος NaOCl 2,5% και εφαρμογή aPDT με υψηλή τιμή ροής ενέργειας ακτινοβολίας, 7. Εφαρμογή διαλύματος διγλυκονικής χλωρεξιδίνης 2% (CHX), 8. Καμία εφαρμογή aPDT ή άλλου αντιμικροβιακού παράγοντα που ορίστηκε ως θετικός μάρτυρας και 9. Εναιώρημα ελεύθερο μικροβίων, που ορίστηκε ως αρνητικός μάρτυρας. Ακολούθησε επωασμός για 48 ώρες και καταμέτρηση των αποικιών με την τεχνική των διαδοχικών αραιώσεων.Στο δεύτερο μέρος της μελέτης έγιναν τα πειράματα σε δόντια. Ύστερα από χημικομηχανική επεξεργασία, αποστείρωση και ταυτοποίηση σχηματισμού βιοϋμενίου μέσω SEM, τα δείγματα χωρίστηκαν σε αντίστοιχες ομάδες: 1. Εφαρμογή aPDT με μέση τιμή ροής ενέργειας ακτινοβολίας (ΙCG + , laser +), 2. Εφαρμογή aPDT με υψηλή τιμή ροής ενέργειας ακτινοβολίας (ΙCG + , laser +), 3. Εφαρμογή της ICG χωρίς ενεργοποίηση από συσκευή διοδικού laser (ΙCG + , laser -), 4. Εφαρμογή υψηλής τιμής ροής ενέργειας ακτινοβολίας μέσω διοδικού laser χωρίς προσθήκη ICG (ΙCG -, laser +), 5. Εφαρμογή διαλύματος υποχλωριώδους νατρίου 2,5% (NaOCl), 6. Συνδυασμός διαλύματος NaOCl 2,5% και εφαρμογή aPDT με υψηλή τιμή ροής ενέργειας ακτινοβολίας, 7. Καμία εφαρμογή aPDT ή άλλου αντιμικροβιακού παράγοντα που ορίστηκε ως θετικός9μάρτυρας και 8. Εναιώρημα ελεύθερο μικροβίων, που ορίστηκε ως αρνητικός μάρτυρας. Ακολούθησε δειγματοληψία με ξέπλυμα των ριζικών σωλήνων και ανακαλλιέργεια του περιεχομένου, επωασμός για 48 ώρες και καταμέτρηση των αποικιών με την τεχνική των διαδοχικών αραιώσεων.Τα αποτελέσματα των πειραμάτων και στα δύο μέρη της μελέτης έδειξαν ότι η εφαρμογή της aPDT και ΙCG ανεξαρτήτως ροής ενέργειας είχε ως αποτέλεσμα την στατιστικώς σημαντική μείωση του μικροβιακού φορτίου. Οι τιμές αυτές αντιστοιχούν σε δυνατότητα απολύμανσης της τάξης του 99.99%. (p< 0,01). Η εφαρμογή υψηλής τιμής ροής ενέργειας ακτινοβολίας μέσω διοδικού laser χωρίς προσθήκη ICG (ΙCG -, laser +) και η εφαρμογή της ICG χωρίς ενεργοποίηση από συσκευή διοδικού laser (ΙCG + , laser -) δεν παρουσίασαν στατιστικώς σημαντικές διαφορές στην μείωση των μικροβιακών φορτίων. Οι λογαριθμικές τιμές αντιστοιχούν περίπου σε 60% μείωση των μικροβίων), (p > 0,05). Ο συνολικός αριθμός μικροβίων μειώθηκε σημαντικά (p < 0,001) ύστερα από την εφαρμογή διαλύματος 2,5% NaOCl και 2% CHX (μείωση 99,999%), ενώ η μεγαλύτερη αντιμικροβιακή δράση παρατηρήθηκε ύστερα από την εφαρμογή διαλύματος NaOCl 2,5% σε συνδυασμό με aPDT της τάξης του 5,7 log10 που αντιστοιχεί σε μείωση 99,999% (p< 0,001). Συμπερασματικά, η εφαρμογή της aPDT με την χρήση ICG ως φωτοευαισθητοποιούμενη ουσία έχει βακτηριοκτόνο δράση έναντι πλαγκτονικών εναιωρημάτων και βιοϋμενίου στελέχους E. faecalis και μπορεί να συμβάλλει στην απολύμανση του συστήματος του ριζικού σωλήνα. Το συνολικό όφελος έναντι της συμβατικής χημικομηχανικής επεξεργασίας και των υγρών διακλυσμού κατά την ενδοδοντική θεραπεία χρήζει περαιτέρω διερεύνηση.