Development and in vitro evaluation of biopolymers as a delivery system against periodontopathogen microorganisms

Periodontal disease is the major cause of tooth loss in adults. Porphyromonas gingivalis and Aggregatibacter actinomycetemcomitans are considered key pathogens in periodontitis. The treatment consists of oral hygiene education, instrumentation for removal of calculus (scaling), chemotherapy and periodontal surgery. Several agents are commercially available; these chemicals can alter oral microbiota and have undesirable sideeffects such as vomiting, diarrhea and tooth staining. Hence, the search for alternative products continues and natural phytochemicals isolated from plants used as traditional medicine and the use of biomaterials are considered good alternatives. Chitosan and pullulan are polymers that have been proposed due to their favorable properties such as biocompatibility, biodegradability, and adhesion ability. They can be used as local delivery systems of active principles of plant extracts. Thymus vulgaris, Matricaria chamomilla, Croton lechleri, Calendula officinalis L. and Juliana adstringens Schl. are known to have medicinal activity, and they are used in Mexican traditional medicine. Their extracts were tested in vitro for antimicrobial activity against P. gingivalis and A. actinomycetemcomitans, using agar diffusion and microdilution methods. The antimicrobial activity of films from biopolymers with plant extracts was evaluated by measuring the zones of inhibition against the tested organisms. The aim of this study was to develop bioadhesive films from chitosan and pullulan with added plant extracts and determine the antimicrobial activity of films against periodontal pathogens.

La enfermedad periodontal es la principal causa de perdida de dientes en los adultos. Los agentes causales comunmente identificados con la enfermedad son Porphyromonas gingivalis y Aggregatibacter actinomycetemcomitans. El tratamiento de la enfermedad consiste en educacion sobre higiene oral, remocion de calculos por medio de instrumentacion (raspado y alisado de la raiz), la administracion de medicamentos y cirugia. Hay multiples agentes quimicos disponibles comercialmente; estos pueden alterar la microflora oral y tener efectos secundarios indeseables como vomito, diarrea y pigmentacion dental. Por lo tanto, los productos naturales como los fitoquimicos aislados de plantas que son usadas como medicinas tradicionales y los biomateriales, son considerados buenas alternativas. El quitosan y el pululan son polimeros que han sido propuestos debido a sus propiedades de biocompatibilidad, biodegradabilidad, habilidad de adhesion y que pueden ser usados como sistemas de liberacion de los principios activos de extractos de plantas. Los extractos de Thymus vulgaris, Matricaria chamomilla, Croton lechleri, Calendula officinalis L. y Juliana adstringens Schl. son conocidos por tener actividad medicinal y se usan en la medicina tradicional Mexicana. La actividad antimicrobiana de sus extractos fue probada in vitro contra P. gingivalis y A. actinomycetemcomitans usando los metodos de difusion en agar y de microdilucion. La actividad antimicrobiana de peliculas a base de biopolimeros con extractos de plantas fue evaluada midiendo las zonas de inhibicion de crecimiento de los organismos probados. El proposito de este estudio fue desarrollar peliculas bioadhesivas de quitosan y pululan adicionadas con extractos de plantas y evaluar su actividad antimicrobiana contra periodontopatogenos.

LEUKOTOXIC ACTIVITY OF ACTINOBACILLUS ACTINOMYCETEMCOMITANS ISOLATED FROM HUMAN AND NON-HUMAN PRIMATES

Actinobacillus actinomycetemcomitans is a clinically relevant periodontopathogenic Gram-negative coccobacillus that produces a leukotoxin of the RTX cytolysin family. In this study, we evaluated the leukotoxic activity of A. actinomycetemcomitans strains isolated from human and marmosets by Trypan blue exclusion and by the chemiluminescence assays. Among eight A. actinomycetemcomitans human strains studied, two (P2.17 and P8.12) were classified as high leukotoxin producers and among eight marmoset strains, one (M22.11) showed high leukotoxin production, as determined by Trypan blue exclusion assay. The reference strains ATCC 29523 and FDC Y4 respectively behaved like moderate and low producers. The chemiluminescence assay was used to evaluate the leukotoxic activity of M22.11 and P2.17 strains submitted to different growth conditions. Leukotoxic activity was detected on cells at the logarithmic phase and was similar under anaerobic and microaerophilic growth conditions. It was greatly reduced when cells were grown at glucose concentrations lower or higher than 0.75% (0.25% and 1.5%) in thioglycolate medium. Leukotoxin production mainly by the M22.11 strain was low in BHI broth, whereas production in TSB medium showed a similar level as in thioglycolate broth medium. Sodium bicarbonate at 10 mM did not affect leukotoxin production.

Actinobacillus actinomycetemcomitans é um cocobacilo Gram negativo, periodontopatógeno clinicamente importante, que produz uma leucotoxina pertencente à família das citolisinas RTX. Neste estudo, avaliou-se a atividade leucotóxica de amostras de A. actinomycetemcomitans isoladas de seres humanos e de calitriquídeos pelos métodos de exclusão de azul de Tripan e quimioluminescência. Duas (P2.17 e P8.12) entre oito amostras de A. actinomycetemcomitans isoladas de seres humanos, e uma (M22.11) entre 8 amostras isoladas de sagüis se apresentaram como altamente produtoras de leucotoxina, como determinado pelo teste de exclusão de azul de Tripan. As amostras de referências de A. actinomycetemcomitans ATCC 29523 e FDC Y4 se comportaram como média e baixa produtoras de leucotoxina, respectivamente. O teste de quimioluminescência foi usado para avaliar a atividade leucotóxica das amostras M22.11 e P2.17 submetidas a diferentes condições de crescimento. A atividade leucotóxica foi detectada em células durante a fase logarítmica e foi similar sob crescimento em anaerobiose e microaerofilia. A atividade leucotóxica foi muito reduzida quando as células foram crescidas em concentrações de glicose mais baixa e mais alta que 0,75% (0,25% e 1,5%), em meio tioglicolato. A produção de leucotoxina, especialmente pela amostra M22.11, foi mais baixa em caldo BHI, enquanto em meio TSB a produção foi em nível similar a aquele em meio tioglicolato. Bicarbonato de sódio 10mM não afetou a produção de leucotoxina.