Influence of bisphosphonates on the behavior of osteoblasts seeded onto titanium discs

Abstract Among other factors, types of bisphosphonates and treatment regimens seem to be strongly associated with the success or failure of installation of osseointegrated implants. This study investigated the influence of two bisphosphonates, sodium alendronate (SA) and zoledronic acid (ZA), on the metabolism of osteoblasts. Human osteoblasts (Saos-2) were seeded onto machined or acid-treated titanium discs previously placed on 24-well plates in complete culture medium. After 24 h, cells were exposed to bisphosphonates at 0.5, 1 or 5 µM for 24 h, 48 h or 7 days. The effects of SA and ZA on osteoblasts were assessed based on the adhesion of these cells to the titanium surfaces by direct fluorescence, cell viability, total protein and collagen synthesis. Alkaline phosphatase activity and mineral nodule deposition by these cells were also evaluated. Data were evaluated by ANOVA and Tukey tests (α=0.05). Decreased adhesion of cells to the titanium discs was observed when exposed to both bisphosphonates; however, this lack of cell adhesion was more evident for ZA-treated cells. In addition, the exposure of osteoblasts to ZA decreased the viability, ALP activity and mineral nodule deposition, which may be related to poor osseointegration after implant installation.

Resumo Entre outros fatores, os tipos de bisfosfonatos bem como os regimes de tratamento parecem estar diretamente associados com o sucesso ou falhas na instalação de implantes osseointegrados. Este estudo avaliou a influência de dois bisfosfonatos, o alendronato de sódio (AS) e o ácido zoledrônico (AZ), no metabolismo de osteoblastos. Osteoblastos humanos (Saos-2) foram cultivados sobre discos de titânio polidos ou submetidos a tratamento ácido superficial, previamente alocados em placas de 24 compartimentos, utilizando meio de cultura completo. Após 24 horas, as células foram expostas aos bisfosfonatos, nas concentrações de 0,5, 1 ou 5 µM, por 24 h, 48 h, ou 7 dias. Os efeitos do AZ e AZ sobre os osteoblastos foram determinados considerando a adesão destas células às superfícies de titânio, por meio de fluorescência direta, a viabilidade celular, produção de proteína total e síntese de colágeno. A atividade de fosfatase alcalina e a deposição de nódulos mineralizados também foram avaliadas. Os dados foram analisados por meio do teste ANOVA complementado por Tukey (α = 0.05). Menor adesão dos osteoblastos foi observada quando estas células foram expostas a ambos os bisfosfonatos, porém, esta falha na adesão foi mais evidente para as células tratadas com AZ. Além disso, a exposição dos osteoblastos ao AZ também resultou em diminuição da viabilidade, atividade de ALP e deposição de nódulos mineralizados, o que pode estar relacionado a uma pobre osseointegração após a instalação do implante.

Analyses of Biofilm on Implant Abutment Surfaces Coating with Diamond-Like Carbon and Biocompatibility

Abstract The aim of this study was to evaluate the surface free energy (SFE), wetting and surface properties as well as antimicrobial, adhesion and biocompatibility properties of diamond-like carbon (DLC)-coated surfaces. In addition, the leakage of Escherichia coli through the abutment-dental implant interface was also calculated. SFE was calculated from contact angle values; R a was measured before and after DLC coating. Antimicrobial and adhesion properties against E. coli and cytotoxicity of DLC with human keratinocytes (HaCaT) were evaluated. Further, the ability of DLC-coated surfaces to prevent the migration of E. coli into the external hexagonal implant interface was also evaluated. A sterile technique was used for the semi-quantitative polymerase chain reaction (semi-quantitative PCR). The surfaces showed slight decreases in cell viability (p<0.05), while the SFE, R a, bacterial adhesion, antimicrobial, and bacterial infiltration tests showed no statistically significant differences (p>0.05). It was concluded that DLC was shown to be a biocompatible material with mild cytotoxicity that did not show changes in R a, SFE, bacterial adhesion or antimicrobial properties and did not inhibit the infiltration of E. coli into the abutment-dental implant interface.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a energia livre de superfície (ELS), molhabilidade e propriedades de superfície assim como propriedades antimicrobianas, de adesão e biocompatibilidade de superfícies recobertas com Diamond-Like Carbon (DLC). Além disso, investigou-se a infiltração de Escherichia coli por meio da interface abutment-implante dentário. ELS foi calculada a partir dos valores de ângulo de contato; Ra foi medida antes e depois do revestimento com DLC. Foram avaliadas propriedades antimicrobianas e de adesão contra E. coli e citotoxicidade do DLC utilizando queratinócitos humanos (HaCaT). Além disso, também avaliamos a capacidade para impedir a migração de E. coli na interface do implante hexágono externo. Uma técnica estéril foi utilizada para a reação em cadeia da polimerase semi-quantitativa (PCR semi-quantitativo). As superfícies mostraram uma ligeira diminuição da viabilidade celular (p<0,05), enquanto a ELS, R a , adesão bacteriana, testes antimicrobianos e de infiltração não apresentaram diferenças estatisticamente significativas (p>0,05). Concluiu-se que o DLC demonstrou ser um material biocompatível levemente citotóxico que não mostra alterações na Ra , ELS, adesão bacteriana ou propriedades antimicrobianas e não inibiu a infiltração de E. coli na interface abutment-implante dentário.

In Vitro effect of low-level laser therapy on typical oral microbial biofilms

The aim of this study was to evaluate the effect of specific parameters of low-level laser therapy (LLLT) on biofilms formed by Streptococcus mutans, Candida albicans or an association of both species. Single and dual-species biofilms - SSB and DSB - were exposed to laser doses of 5, 10 or 20 J/cm2 from a near infrared InGaAsP diode laser prototype (LASERTable; 780 ± 3 nm, 0.04 W). After irradiation, the analysis of biobilm viability (MTT assay), biofilm growth (cfu/mL) and cell morphology (SEM) showed that LLLT reduced cell viability as well as the growth of biofilms. The response of S. mutans (SSB) to irradiation was similar for all laser doses and the biofilm growth was dose dependent. However, when associated with C. albicans (DSB), S. mutans was resistant to LLLT. For C. albicans, the association with S. mutans (DSB) caused a significant decrease in biofilm growth in a dose-dependent fashion. The morphology of the microorganisms in the SSB was not altered by LLLT, while the association of microbial species (DSB) promoted a reduction in the formation of C. albicans hyphae. LLLT had an inhibitory effect on the microorganisms, and this capacity can be altered according to the interactions between different microbial species.

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de parâmetros específicos de irradiação com laser de baixa intensidade sobre biofilmes formados por Streptococcus mutans (S. mutans), Candida albicans (C. albicans) ou associação de ambas as espécies. Biofilmes isolados ou associados destes microrganismos foram irradiados com um dispositivo laser infra-vermelho próximo de diodos InGaAsP (LaserTABLE 780 ±3 nm, 0,04W), utilizando-se para isto o dispositivo LASERTable. Quinze horas após a irradiação, foi demonstrado, por meio da avaliação da viabilidade celular (Teste de MTT), da morfologia das células (MEV) e do crescimento do biofilme (UFC/mL), que esta terapia foi capaz de reduzir o metabolismo celular, número de microrganismos presentes no biofilme, bem como seu crescimento no local. Quanto à viabilidade celular, a resposta à irradiação do biofilme de S. mutans (SSB) foi semelhante para todas as doses de energia, sendo que o crescimento do biofilme foi dose dependente. Porém, quando associado à C. albicans, este microrganismo apresentou resistência à fototerapia. Já a C. albicans associada ao S. mutans apresentou redução de crescimento significativa, sendo este resultado também foi dose dependente. A morfologia dos microrganismos não foi alterada pelas irradiações realizadas quando em biofilmes isolados. A associação entre os microrganismos promoveu redução na formação de hifas pela C. albicans. A laserterapia de baixa intensidade apresentou efeito inibitório sobre microrganismos, sendo que esta capacidade pode ser alterada de acordo com a interação entre diferentes microrganismos.