Oral microbiome and peri-implant diseases: where are we now?

Rafal Pokrowiecki,1 Agnieszka Mielczarek,2 Tomasz Zareba,3 Stefan Tyski3,4 1Department of Head and Neck Surgery-Maxillofacial Surgery, Otolaryngology and Ophthalmology, Prof Stanislaw Popowski Voivoid Children Hospital, Olsztyn, 2Department of Conservative Dentistry, Medical University of Warsaw, 3Department of Antibiotics and Microbiology, National Medicines Institute, 4Department of Pharmaceutical Microbiology, Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland Abstract: Peri-implant infective diseases (PIIDs) in oral implantology are commonly known as peri-implant mucositis (PIM) and periimplantitis (PI). While PIM is restricted to the peri-implant mucosa and is reversible, PI also affects implant-supporting bone and, therefore, is very difficult to eradicate. PIIDs in clinical outcome may resemble gingivitis and periodontitis, as they share similar risk factors. However, recent study in the field of proteomics and other molecular studies indicate that PIIDs exhibit significant differences when compared to periodontal diseases. This review aims to elucidate the current knowledge of PIIDs, their etiopathology and diversified microbiology as well as the role of molecular studies, which may be a key to personalized diagnostic and treatment protocols of peri-implant infections in the near future. Keywords: dental plaque, infection, titanium, microbiome, periimplantiti

Recent trends in surface modification of the titanium biomaterials used for endoosseus dental implants

Celem pracy była charakterystyka współczesnych poglądów na zagadnienie warstwy wierzchniej i jej roli w procesie osteointegracji wszczepów stomatologicznych. Przedstawiono parametry powierzchni, które bezpośrednio wpływają na inicjację procesu integracji implantu oraz jego późniejsze funkcjonowanie w organizmie. Szczególną uwagę poświęcono zagadnieniu struktury powierzchni implantów dentystycznych oraz metodom modyfikacji umożliwiającym funkcjonalizację powierzchni z wykorzystaniem biomolekuł. Współczesne kierunki inżynierii powierzchni skupiają się na zwiększeniu biozgodności materiałów metalicznych i intensyfikacji procesów osteointegracji w oparciu o zasady biomimetyki. Liczne badania in vitro, in vivo oraz wstępne badania kliniczne wskazują, że uzyskanie nanotopografii zapewnia szybszą osteointegrację implantów dentystycznych w porównaniu ze standardowymi wszczepami o powierzchni mikrostrukturalnej. Zastosowanie biomolekuł takich jak: kolagen, sekwencje peptydowe lub czynniki wzrostu przyspieszają procesy wgajania się implantów, co zostało również potwierdzone w badaniach in vitro oraz in vivo. W pracy poruszony również został problem biofilmu bakteryjnego, który jest szczególnie zauważalny w implantologii stomatologicznej. Zjawisko kolonizacji powierzchni abiotycznych przez mikroorganizmy jest szczególnym problemem implantologii stomatologicznej. Ocenia się, że powstający na powierzchni implantu biofilm bakteryjny jest jedną z najczęstszych przyczyn utraty wszczepu. Dlatego też obserwuje się dążenia do opracowania nowych metod walki z zakażeniami okołowszczepowymi, wśród których szczególną uwagę poświęca się odpowiedniej modyfikacji warstwy wierzchniej. Obecnie uważa się więc, że oprócz osiągnięcia dobrej osteointegracji, biomateriały powinny wykazywać właściwości umożliwiające zahamowanie adhezji bakterii, a tym samym formowania biofilmu, który może być przyczyną utraty implantu.The aim of this work is to present modern directions in the field of surface layer and its role in the process of dental implants osseointegration. The subject of analysis were parameters of the surface that directly initiate process of integraton of the implant with the tissue and its further functioning in the body. The thorough attention was paid to the micro- and nanostructure of dental implant surface and the methods of its modification using biomolecules in order to make the implant functional. Another subject of the study was bacterial biofilm formation, which is particularly noticeable and dangerous in dental implantology. Having read the literature about modifications of titanium biomaterials surface, it can be concluded that modern trends in surface engineering focus on maximizing the biocompatibility of implants and their osseointegration on the basis of biomimetics. Numerous in vitro, in vivo tests and clinical research suggest that using nano-topographic materials results in faster osseointegration of dental implants in comparison with standard microstructure implants. Furthermore, introducing such biomolecules like collagen, peptide sequences or growth factors accelerate the implant healing process, which has been proven by in vitro and in vivo tests. The long-term implant functionality might also depend on using additional agents which prevent bacterial adhesion and subsequent formation of biofilm, leading to the implant loss

In vitro studies of nanosilver-doped titanium implants for oral and maxillofacial surgery

Rafał Pokrowiecki,1,2 Tomasz Zaręba,3 Barbara Szaraniec,4 Krzysztof Pałka,5 Agnieszka Mielczarek,6 Elżbieta Menaszek,7 Stefan Tyski3,8 1Center for Cranio-Maxillo-Facial Surgery, Voivodeship Children’s Hospital, Olsztyn, 2Department of Oral Surgery, Jagiellonian Medical University, Kraków, 3Department of Antibiotics and Microbiology, National Medicines Institute, Warsaw, 4Faculty of Material Science and Ceramics, AGH University of Science and Technology, Kraków, 5Department of Materials Engineering, Lublin University of Technology, Lublin, 6Department of Conservative Dentistry, Medical University of Warsaw, Warsaw, 7Department of Cytobiology, Collegium Medicum, Jagiellonian University, Kraków, 8Department of Pharmaceutical Microbiology, Medical University of Warsaw, Warsaw, Poland Abstract: The addition of an antibacterial agent to dental implants may provide the opportunity to decrease the percentage of implant failures due to peri-implantitis. For this purpose, in this study, the potential efficacy of nanosilver-doped titanium biomaterials was determined. Titanium disks were incorporated with silver nanoparticles over different time periods by Tollens reaction, which is considered to be an eco-friendly, cheap, and easy-to-perform method. The surface roughness, wettability, and silver release profile of each disc were measured. In addition, the antibacterial activity was also evaluated by using disk diffusion tests for bacteria frequently isolated from the peri-implant biofilm: Streptococcus mutans, Streptococcus mitis, Streptococcus oralis, Streptococcus sanguis, Porphyromonas gingivalis, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli. Cytotoxicity was evaluated in vitro in a natural human osteoblasts cell culture. The addition of nanosilver significantly increased the surface roughness and decreased the wettability in a dose-dependent manner. These surfaces were significantly toxic to all the tested bacteria following a 48-hour exposure, regardless of silver doping duration. A concentration of 0.05 ppm was sufficient to inhibit Gram-positive and Gram-negative species, with the latter being significantly more susceptible to silver ions. However, after the exposure of human osteoblasts to 0.1 ppm of silver ions, a significant decrease in cell viability was observed by using ToxiLight™ BioAssay Kit after 72 hours. Data from the present study indicated that the incorporation of nanosilver may influence the surface properties that are important in the implant healing process. The presence of nanosilver on the titanium provides an antibacterial activity related to the bacteria involved in peri-implantitis. Finally, the potential toxicological considerations of nanosilver should further be investigated, as both the antibacterial and cytotoxic properties may be observed at similar concentration ranges. Keywords: biomaterials, dental plaque, peri-implantitis, peri implant mucositis, silver, nanotechnology, nanomedicin