"Cold Atmospheric Plasma" (CAP): un approccio innovativo per il trattamento di Biofilm microbici sviluppatisi nella cavità orale.

Introduction: Microbial biofilms, particularly those developed by pathogenic microorganisms such as Streptococcus mutans, have always been a medical problem. The study of biofilms generated by S. mutans is of medical interest, especially the study of the role of oral cavity biofilms in causing diseases such as periodontitis and periimplantitis. In recent years, plasma-based technologies have emerged as a promising approach for non-chemical and low-temperature decontamination. Plasma is the fourth state of matter, an electrically neutral ionized gas which can be divided in “thermal” and “non-thermal” such as Cold Atmospheric Plasma (CAP). The CAP has the possibility of expanding the plasma treatment to living tissues, in relation to temperatures less than 40°C at the point of application. Objective of the study: The aim of this study was to evaluate the effectiveness of the CAP in the eradication of biofilms developed by S.mutans and microorganisms isolated from a saliva sample. Material and methods: S. mutans UA 159 biofilm was developed in Brain Heart Infusion (BHI) plus 1% of sucrose (BHIS) for 24 hours of incubation at 37°C in static conditions with 5% of CO2. A saliva sample, from a patient with periodontitis was used to develop a second ex vivo biofilm. The saliva biofilm was developed in BHI in anaerobic conditions for four days of incubation at 37°C. After the incubation, S. mutans biofilm was treated with the CAP source at a distance of 6 and 12 mm at different time points, corresponding to 30s, 60s, 120s, 180s and 240s. The biofilm developed from a saliva sample was treated with the same CAP source at a distance of 6 mm for 60s and 120s. Both biofilms were immediately stained with XTT (sodium 3´-[1-(phenylaminocarbonyl)-3,4-tetrazolium]-bis-(4- methoxy-6-nitro) benzene sulfonic acid hydrate) for 2h at 37°C. The CAP Minimum Biofilm Eradication Concentration (MBEC) was determined via the evaluation of the viability by using both the Colony Forming Units (CFU) count and XTT metabolic assay. Results: The CAP treatment was effective in eradicating the biofilms developed by both S. mutans and a saliva sample after 60s of CAP treatment. The data obtained in this study showed that the CAP treatment is able to eradicate a preformed biofilm developed by both S. mutans and the complex mixture of saliva microorganisms, representing a potential innovative strategy against oral pathogens responsible of peri-implantitis and periodontal diseases

Introduzione: I biofilm microbici, in particolare quelli sviluppati da microrganismi patogeni come Streptococcus mutans, hanno da sempre rappresentato un problema in campo medico. C’è molto interesse nei confronti dei biofilm generati da S. mutans in particolar modo nel suo ruolo nei biofilm orali causa di malattie quali parodontiti e perimplantiti. Negli ultimi anni, tra le tecnologie innovative per la loro eradicazione, emergono quelle basate sul plasma che si presentano come un approccio promettente per la decontaminazione non chimica e a bassa temperatura. Il plasma è il quarto stato della materia, un gas ionizzato elettricamente neutro che può essere suddiviso in “termico” e “non termico” come il Plasma Atmosferico Freddo (CAP). Il CAP può essere utilizzato per il trattamento di tessuti viventi quando usato a temperature inferiori a 40°C nel sito di applicazione. Obiettivo dello studio: Lo scopo del presente studio è stato quello di valutare l’efficacia del CAP nell’eradicazione del Biofilm sviluppato da S.mutans e da microrganismi presenti in saliva. Materiali e metodi: Il biofilm di S. mutans UA 159 e dei microrganismi presenti nella saliva, è stato sviluppato in Brain Heart Infusion (BHI) più 1% di saccarosio (BHIS) per 24 ore di incubazione a 37°C in condizioni statiche con 5% di CO2. Un campione di saliva di un paziente con parodontite è stato utilizzato per sviluppare un secondo biofilm ex vivo. Il biofilm di saliva è stato sviluppato in BHI in condizioni anaerobiche per quattro giorni di incubazione a 37°C. Dopo l'incubazione, il biofilm di S. mutans è stato trattato con la sorgente CAP a una distanza di 6 e 12 mm in momenti diversi, corrispondenti a 30, 60, 120, 180 e 240 secondi. Il biofilm sviluppato da un campione di saliva è stato trattato con la stessa sorgente CAP a una distanza di 6 mm e per 60s e 120s. Entrambi i biofilm sono stati immediatamente colorati con XTT (sodio 3´-[1-(fenilamminocarbonil)-3,4-tetrazolio]-bis-(4-metossi-6-nitro) acido benzene solfonico idrato) per 2 ore a 37°C. La concentrazione minima di eradicazione del biofilm (MBEC) della CAP è stata determinata con la valutazione della vitalità utilizzando sia il conteggio delle unità formanti colonie (CFU) che il test metabolico XTT. Risultati: Il trattamento CAP è stato efficace nell'eradicare i biofilm sviluppati sia da S. mutans che dai microrganismi presenti nel campione di saliva dopo 60 secondi di trattamento con CAP. L’eradicazione del biofilm è stata valutata attraverso saggio di vitalità cellulare XTT e conta delle CFU. I dati ottenuti in questo studio, suggeriscono che il CAP possa rappresentare una potenziale strategia innovativa contro i patogeni orali biofilm produttori responsabili di perimplantiti e malattie parodontali.