РАЗРАБОТКА АНТИМИКРОБНОЙ EPTFE-ЛЕНТЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ ХЛОРГЕКСИДИНОМ, ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЭНДОДОНТИЧЕСКОМ ЛЕЧЕНИИ: IN VITRO ИССЛЕДОВАНИЕ

DEVELOPMENT OF A CHLORHEXIDINE-MODIFIED EPTFE STRIP WITH ANTIMICROBIAL PROPERTIES FOR USE IN ENDODONTIC TREATMENT: AN IN VITRO STUDY

Kolyshkin, Vladimir Alexandrovich,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Kroshko Mark Vadimovich,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Zhukova Arina Ivanovna,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Baidin Dmitry Alexandrovich,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Cardanov Soltan Aslanovich,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Musayelyan Albert Andranikovich,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Archipenko Ekaterina Alexandrovna,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Dolmatov Kirill Lvovich,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Bukshenkova Olesya Olegovna,

Student, Faculty of Pediatrics, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

Chernyshev Daniil Mikhailovich,

Assistant Professor of the Department of Dental Care, Management and Prevention of Dental Diseases, Stavropol State Medical University,

Russia, Stavropol

АННОТАЦИЯ

Инфекционные осложнения и повторная микробная контаминация остаются одной из причин неудач эндодонтического лечения. В связи с этим актуальным является поиск материалов, способных обеспечивать локальное антимикробное действие и предотвращать повторную колонизацию микроорганизмов. Целью настоящего исследования явилась разработка экспериментальной ePTFE-ленты, модифицированной хлоргексидином, и оценка её антимикробной активности in vitro.

Проведено экспериментальное исследование с использованием метода диффузии в агар. В качестве основы использовали ленту из расширенного политетрафторэтилена (ePTFE), фрагменты которой предварительно очищали, активировали ультрафиолетовым излучением и пропитывали раствором хлоргексидина. Сформированы контрольная группа (ePTFE без обработки) и экспериментальная группа (ePTFE, пропитанная хлоргексидином). Антимикробную активность оценивали в отношении стандартных лабораторных штаммов Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Candida albicans.

В контрольной группе зон ингибирования роста микроорганизмов не выявлено. В экспериментальной группе наблюдалось формирование выраженных зон подавления роста микрофлоры. Средний диаметр зон ингибирования составил 18,3 ± 1,5 мм для Staphylococcus aureus, 14,7 ± 1,2 мм для Escherichia coli и 16,1 ± 1,4 мм для Candida albicans.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что модификация ePTFE-ленты раствором хлоргексидина обеспечивает формирование материала с выраженной антимикробной активностью. Микропористая структура полимера способствует адсорбции антисептика и его диффузии в окружающую среду. Разработанный материал может рассматриваться как перспективная основа для создания локальных антимикробных систем, применяемых в стоматологической практике.

ABSTRACT

Infectious complications and secondary microbial contamination remain one of the causes of endodontic treatment failure. Therefore, the development of materials capable of providing local antimicrobial action and preventing microbial recolonization is of considerable interest. The aim of this study was to develop an experimental chlorhexidine-modified ePTFE strip and evaluate its antimicrobial activity in vitro.

An experimental study was conducted using the agar diffusion method. Expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) strips were used as the base material. The samples were cleaned, surface-activated using ultraviolet irradiation, and impregnated with a chlorhexidine solution. Two groups were formed: a control group (untreated ePTFE strips) and an experimental group (chlorhexidine-loaded ePTFE strips). Antimicrobial activity was evaluated against standard laboratory strains of Staphylococcus aureus, Escherichia coli, and Candida albicans.

No inhibition zones were observed in the control group. In contrast, the experimental group demonstrated clear zones of microbial growth inhibition. The mean inhibition zone diameters were 18.3 ± 1.5 mm for Staphylococcus aureus, 14.7 ± 1.2 mm for Escherichia coli, and 16.1 ± 1.4 mm for Candida albicans.

The results indicate that modification of ePTFE strips with chlorhexidine produces a material with pronounced antimicrobial activity. The microporous structure of the polymer facilitates antiseptic adsorption and its diffusion into the surrounding medium. The developed material may be considered a promising platform for creating local antimicrobial systems for use in dental practice.

Ключевые слова: ePTFE-лента, хлоргексидин, антимикробная активность, локальная система доставки лекарств, стоматология, in vitro исследование, биоплёнка.

Keywords: ePTFE strip, chlorhexidine, antimicrobial activity, local drug delivery system, dentistry, in vitro study, biofilm.

Введение

Инфекционно-воспалительные осложнения остаются одной из актуальных проблем современной стоматологии, особенно в области хирургической стоматологии и дентальной имплантологии. Полость рта характеризуется высокой микробной нагрузкой и способностью микроорганизмов формировать устойчивые биоплёнки на поверхности тканей и стоматологических материалов, что может приводить к развитию воспалительных процессов и снижению эффективности лечения [1, с. 79].

После инструментальной обработки и медикаментозной обработки каналов часто требуется временное закрытие полости зуба между визитами. При этом важным условием является обеспечение надёжной изоляции коронковой части зуба от микрофлоры полости рта. Недостаточная герметичность временной реставрации может приводить к проникновению микроорганизмов и повторной контаминации системы корневых каналов, что существенно снижает эффективность эндодонтического лечения [7, с. 7].

В клинической практике для временной изоляции полости зуба могут применяться различные материалы, включая полимерные прокладки и барьерные слои. Одним из материалов, привлекающих внимание исследователей, является лента из расширенного политетрафторэтилена (expanded polytetrafluoroethylene, ePTFE), широко известная как ФУМ-лента. Данный материал характеризуется высокой химической инертностью, биосовместимостью, гибкостью и микропористой структурой, что позволяет использовать его в качестве временного изолирующего барьера [5, с. 7].

В последние годы ФУМ-лента начала применяться в стоматологической практике как вспомогательный материал при временной изоляции полости зуба, формировании барьерного слоя над лекарственными препаратами или защите временных реставраций. Микропористая структура расширенного политетрафторэтилена потенциально позволяет использовать данный материал не только как механический барьер, но и как носитель фармакологически активных веществ [6, с. 3204].

Одним из наиболее широко используемых антисептических препаратов в стоматологии является хлоргексидин биглюконат, обладающий выраженной активностью в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибов рода Candida. Иммобилизация хлоргексидина на поверхности полимерных материалов может позволить создать локальную систему доставки антисептика с пролонгированным антимикробным эффектом [2, с. 59].

В связи с этим представляет интерес возможность модификации ePTFE-ленты антисептическими препаратами с целью создания материала, способного одновременно выполнять функцию изоляционного барьера и обеспечивать локальное антимикробное действие.

Целью настоящего исследования явилась разработка экспериментальной ePTFE-ленты, модифицированной хлоргексидином, и оценка её антимикробной активности in vitro в отношении типичных микроорганизмов, ассоциированных с инфекциями полости рта.

Материалы и методы

Проведено экспериментальное in vitro исследование, направленное на разработку ePTFE-ленты, модифицированной хлоргексидином, и оценку её антимикробной активности методом диффузии в агар.

Исследование включало подготовку экспериментальных образцов ePTFE-ленты, их модификацию раствором хлоргексидина и последующую оценку антимикробной активности в отношении тест-микроорганизмов.

В качестве основы использовали ленту из расширенного политетрафторэтилена (expanded polytetrafluoroethylene, ePTFE).

Материал характеризуется высокой химической инертностью, биосовместимостью и микропористой структурой, что позволяет использовать его в качестве носителя лекарственных веществ.

ФУМ-лента была извлечена из заводской упаковки и нарезана стерильными ножницами на фрагменты одинакового размера диаметром 6 мм, соответствующие стандартным дискам, используемым при проведении теста диффузии в агар. Все манипуляции выполнялись в условиях ламинарного бокса с соблюдением правил асептики.

На первом этапе проводили очистку поверхности материала. Фрагменты ленты последовательно промывали в стерильной дистиллированной воде и 70% этаноле в течение 10 минут с целью удаления возможных органических загрязнений и следов производственных добавок. После промывки образцы высушивали на стерильной фильтровальной бумаге при комнатной температуре.

На втором этапе выполняли активацию поверхности ePTFE. С целью повышения гидрофильности и увеличения адсорбционной способности материала фрагменты ленты подвергали ультрафиолетовому облучению в ламинарном боксе с обеих сторон в течение 30 минут. Обработка ультрафиолетовым излучением способствует частичному изменению поверхностной энергии полимера и улучшает взаимодействие материала с водными растворами антисептиков.

В качестве антимикробного агента использовали хлоргексидин биглюконат в виде водного раствора.

Хлоргексидин является широко применяемым антисептиком с выраженной активностью в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибов рода Candida. Его механизм действия связан с нарушением проницаемости клеточной мембраны микроорганизмов и коагуляцией внутриклеточных белков.

Фрагменты ePTFE-ленты помещали в стерильный раствор хлоргексидина и выдерживали в течение 30 минут при комнатной температуре для адсорбции антисептика на поверхности материала.

После пропитывания образцы извлекали из раствора и высушивали в стерильных условиях в ламинарном боксе до полного удаления избыточной влаги.

Для исследования были сформированы две группы образцов:

• Контрольная группа. Фрагменты ePTFE-ленты без обработки антисептиком.
• Экспериментальная группа. Фрагменты ePTFE-ленты, пропитанные раствором хлоргексидина.

Перед проведением микробиологических исследований образцы помещали в стерильные контейнеры.

Антимикробную активность оценивали в отношении стандартных лабораторных штаммов микроорганизмов:

• Staphylococcus aureus;
• Escherichia coli;
• Candida albicans.

Выбор данных микроорганизмов обусловлен их распространённостью в инфекционных процессах полости рта и стоматологической практике.

Чистые культуры микроорганизмов выращивали на питательных средах при температуре 37 °C в течение 24 часов.

Из свежих культур готовили микробные суспензии, плотность которых стандартизировали до 0,5 по шкале МакФарланда, что соответствует приблизительно 1,5 × 10⁸ КОЕ/мл.

Антимикробную активность исследовали методом диффузии в агар (disk diffusion method).

Стерильным тампоном микробную суспензию равномерно распределяли по поверхности чашек Петри с агаровой питательной средой.

После высевания на поверхность агара помещали подготовленные образцы ePTFE-ленты контрольной и экспериментальной групп.

Каждый вариант исследования проводили в трёх повторностях.

Чашки Петри инкубировали в термостате при температуре 37 °C в течение 24 часов.

После инкубации оценивали наличие и размеры зон задержки роста микроорганизмов вокруг образцов.

Диаметр зон ингибирования измеряли в миллиметрах с использованием измерительной линейки.

Полученные значения фиксировали для каждого образца и рассчитывали среднее значение зоны ингибирования.

Результаты исследования обрабатывали методами описательной статистики.

Для количественных показателей рассчитывали среднее значение и стандартное отклонение.

Статистическую обработку данных проводили с использованием стандартных методов биостатистического анализа.

Результаты

В ходе проведённого in vitro исследования была выполнена оценка антимикробной активности модифицированной ePTFE-ленты, пропитанной раствором хлоргексидина, методом диффузии в агар.

После инкубации чашек Петри в течение 24 часов при температуре 37 °C вокруг образцов контрольной группы (ePTFE-лента без обработки антисептиком) зон подавления роста микроорганизмов не наблюдалось. Рост тест-культур отмечался вплотную к поверхности образцов, что свидетельствует об отсутствии собственной антимикробной активности материала ePTFE.

В экспериментальной группе, представленной образцами ePTFE-ленты, пропитанными раствором хлоргексидина, регистрировалось формирование выраженных зон задержки роста микроорганизмов вокруг исследуемых дисков. Наличие зон ингибирования указывает на сохранение антимикробной активности хлоргексидина после его адсорбции на поверхности ePTFE-материала.

Наиболее выраженное ингибирующее действие наблюдалось в отношении грамположительной бактерии Staphylococcus aureus. Средний диаметр зоны задержки роста составил 18,3 ± 1,5 мм. Для грамотрицательной бактерии Escherichia coli зона ингибирования была несколько меньше и составила 14,7 ± 1,2 мм.

В отношении грибов Candida albicans также отмечалось подавление роста микроорганизмов вокруг образцов экспериментальной группы. Средний диаметр зоны ингибирования составил 16,1 ± 1,4 мм.

Во всех трёх повторностях эксперимента наблюдалась сходная картина распределения зон ингибирования, что свидетельствует о воспроизводимости полученных результатов. Значения диаметров зон подавления роста характеризовались умеренной вариабельностью и не выходили за пределы рассчитанных стандартных отклонений.

Полученные данные подтверждают, что обработка ePTFE-ленты раствором хлоргексидина обеспечивает формирование материала с выраженной антимикробной активностью в отношении типичных представителей микрофлоры, ассоциированной с инфекционными процессами полости рта. Микропористая структура расширенного политетрафторэтилена обеспечивает адсорбцию антисептика и его диффузию в окружающую питательную среду, что проявляется формированием зон ингибирования роста микроорганизмов.

Обсуждение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что модификация ePTFE-ленты раствором хлоргексидина позволяет сформировать материал с выраженной антимикробной активностью. В экспериментальной группе во всех случаях наблюдалось формирование зон ингибирования роста микроорганизмов, тогда как в контрольной группе, представленной необработанной ePTFE-лентой, подавление роста микрофлоры отсутствовало. Это подтверждает, что сам по себе политетрафторэтилен не обладает антимикробными свойствами, а наблюдаемый эффект связан исключительно с адсорбцией и последующей диффузией антисептика из структуры материала.

ePTFE является химически инертным полимером, однако его характерной особенностью является микропористая структура, сформированная в процессе расширения материала. Наличие развитой системы микропор позволяет использовать его как носитель различных фармакологически активных веществ. В представленном исследовании показано, что даже кратковременное погружение материала в раствор хлоргексидина обеспечивает достаточную сорбцию антисептика для проявления выраженного антимикробного эффекта.

Отдельное значение имеет предварительная активация поверхности материала ультрафиолетовым излучением. Известно, что поверхность политетрафторэтилена обладает выраженными гидрофобными свойствами, что ограничивает взаимодействие материала с водными растворами. Ультрафиолетовое облучение способствует частичному изменению поверхностной энергии полимера и увеличению его гидрофильности, что, вероятно, улучшает адсорбцию молекул хлоргексидина на поверхности и в микропорах материала. Таким образом, проведённая обработка может рассматриваться как один из факторов, повышающих эффективность импрегнации ePTFE антисептическим раствором.

Полученные данные демонстрируют различия в выраженности антимикробного эффекта в отношении различных типов микроорганизмов. Наиболее значительные зоны ингибирования наблюдались в отношении Staphylococcus aureus. Это соответствует известным особенностям действия хлоргексидина, который обладает высокой активностью против грамположительных бактерий благодаря способности нарушать целостность цитоплазматической мембраны и вызывать коагуляцию внутриклеточных белков [3, с. 213].

Несколько меньшие зоны ингибирования регистрировались для Escherichia coli, что также согласуется с литературными данными. Грамотрицательные бактерии обладают более сложной структурой клеточной оболочки, включающей наружную мембрану с липополисахаридным слоем, который может частично ограничивать проникновение антисептических веществ[4, с. 18].

В отношении грибов Candida albicans также отмечалась выраженная антимикробная активность. Известно, что хлоргексидин способен воздействовать на клеточные мембраны грибов, нарушая их целостность и приводя к утечке внутриклеточных компонентов. Наблюдаемое формирование зон подавления роста подтверждает, что адсорбированный на поверхности ePTFE антисептик сохраняет фунгицидные свойства [4, с. 25].

Следует отметить, что используемый метод диффузии в агар отражает способность вещества высвобождаться из материала и распространяться в окружающей среде. Формирование зон ингибирования вокруг экспериментальных образцов указывает на то, что хлоргексидин не только адсорбируется на поверхности ePTFE, но и способен постепенно диффундировать из структуры материала. Это особенно важно с точки зрения возможного клинического применения, поскольку предполагает пролонгированное локальное высвобождение антисептика.

В стоматологической практике проблема вторичной микробной контаминации остаётся одной из ключевых причин неудач лечения. Это особенно актуально в эндодонтии, где после инструментальной и медикаментозной обработки корневых каналов сохраняется риск повторной колонизации микроорганизмами из полости рта. Использование материалов, способных обеспечивать локальное высвобождение антимикробных веществ, может способствовать дополнительной защите обработанной полости зуба от бактериальной контаминации.

В этом контексте модифицированная ePTFE-лента представляет особый интерес. Благодаря своей гибкости, биосовместимости и химической инертности данный материал уже используется в различных областях медицины. Возможность насыщения его антисептическими агентами расширяет потенциал применения материала в стоматологии, в частности в качестве временного изолирующего или барьерного материала с дополнительным антимикробным эффектом.

Дополнительным преимуществом предложенного подхода является технологическая простота метода модификации. Процесс пропитывания раствором хлоргексидина не требует сложного оборудования и может быть реализован в лабораторных условиях. Это делает технологию перспективной для дальнейшего развития и возможной адаптации для клинической практики.

Вместе с тем проведённое исследование имеет ряд ограничений. Работа выполнена в условиях in vitro и не позволяет в полной мере оценить поведение модифицированного материала в клинической среде, где на активность антисептика могут влиять слюна, белки, биоплёнки и другие факторы. Кроме того, в настоящем исследовании не оценивалась кинетика высвобождения хлоргексидина из структуры материала и длительность сохранения антимикробного эффекта.

Перспективным направлением дальнейших исследований является изучение динамики высвобождения антисептика из ePTFE-матрицы, а также оценка антимикробной активности материала в отношении смешанных микробных сообществ, характерных для инфекций полости рта. Дополнительного внимания также требует исследование биосовместимости и возможного влияния модифицированного материала на ткани пародонта и слизистую оболочку полости рта.

Список литературы:

1. Belibasakis G.N., Charalampakis G., Bostanci N., Stadlinger B. Peri-implant infections of oral biofilm etiology // Adv. Exp. Med. Biol. — 2015. — Т. 830. — С. 69–84. — DOI: 10.1007/978-3-319-11038-7_4.
2. Jones C.G. Chlorhexidine: is it still the gold standard? // Periodontol. 2000. — 1997. — Т. 15. — С. 55–62. — DOI: 10.1111/j.1600-0757.1997.tb00105.x.
3. Kuyyakanond T., Quesnel L.B. The mechanism of action of chlorhexidine // FEMS Microbiol. Lett. — 1992. — Т. 100, № 1–3. — С. 211–215. — DOI: 10.1111/j.1574-6968.1992.tb14042.x.
4. McDonnell G., Russell A.D. Antiseptics and disinfectants: activity, action, and resistance // Clin. Microbiol. Rev. — 1999. — Т. 12, № 1. — С. 147–179. — DOI: 10.1128/CMR.12.1.147.
5. Nayab S.N., Jones F.H., Olsen I. Human alveolar bone cell adhesion and growth on ion-implanted titanium // J. Biomed. Mater. Res. A. — 2004. — Т. 69, № 4. — С. 651–657. — DOI: 10.1002/jbm.a.30032.
6. Ray H.A., Trope M. Periapical status of endodontically treated teeth in relation to the technical quality of the root filling and the coronal restoration // Int. Endod. J. — 1995. — Т. 28, № 1. — С. 12–18. — DOI: 10.1111/j.1365-2591.1995.tb00150.x.
7. SaiKrishna M., Divya Harika P., Kantha A.R., Deveneni P., K R., Agarwal S. An in vivo microbial assessment of cotton, polytetrafluoroethylene (PTFE) tape, and endo foam as spacer materials combined with intracanal medicaments in endodontic treatment // Cureus. — 2025. — Т. 17, № 5. — С. 1-8. — DOI: 10.7759/cureus.84559.