Features of the molecular composition of dental biofilm in patients depending on the degree of caries and the method of its prevention: synchrotron FTIR spectroscopic studies

Павел Владимирович Середин; Дмитрий Леонидович Голощапов; Владимир Михайлович Кашкаров; Никита Сергеевич Буйлов; Юрий Алексеевич Ипполитов; Иван Юрьевич Ипполитов; Jitraporn (Pimm) Vongsvivut

doi:10.17308/kcmf.2023.25/11264

Павел Владимирович Середин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6724-0063
Дмитрий Леонидович Голощапов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1400-2870
Владимир Михайлович Кашкаров ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-9460-9244
Никита Сергеевич Буйлов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-1793-4400
Юрий Алексеевич Ипполитов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н. Н. Бурденко», ул. Студенческая, 10, Воронеж 394036, Российская Федерация
Иван Юрьевич Ипполитов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н. Н. Бурденко», ул. Студенческая, 10, Воронеж 394036, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0012-6482
Jitraporn (Pimm) Vongsvivut Australian Synchrotron (Synchrotron Light Source Australia Pty LTD), 800 Blackburn Road, Clayton, Victoria 3168, Australia https://orcid.org/0000-0003-0699-3464

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11264

Ключевые слова: биопленка, молекулярные свойства, эндо и экзогенная профилактика, ИК-микроспектроскопия, синхротронное излучение

Аннотация

В нашей работе изучены особенности молекулярного состава зубной биопленки у пациентов в норме и при множественной кариозной патологии на различных этапах проведения профилактических мероприятий заболеваний ротовой полости путем экзогенного и эндогенного характера.
Обнаруженные трансформации в синхротронных ИК-спектрах на различных стадиях эксперимента свидетельствуют о дисбалансе между процессами де- и минерализации твердой ткани вследствие отличий в механизмах адсорбции веществ, попадающих в ротовую полости эндо и экзогенным путем. Все обнаруженные изменения являются следствием различий в микробиоте биопленки в норме и при кариозной патологии, а также при воздействии на биопленку агентами профилактических средств

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Павел Владимирович Середин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедрой, кафедра физики
твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская
Федерация)

Дмитрий Леонидович Голощапов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Владимир Михайлович Кашкаров, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., н. с., кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Никита Сергеевич Буйлов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., преподаватель, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Юрий Алексеевич Ипполитов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н. Н. Бурденко», ул. Студенческая, 10, Воронеж 394036, Российская Федерация

д. м. н., профессор, заведующий кафедрой стоматологии института последипломного медицинского образования, Воронежский государственный медицинский университет им. Н. Н. Бурденко (Воронеж, Российская Федерация)

Иван Юрьевич Ипполитов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н. Н. Бурденко», ул. Студенческая, 10, Воронеж 394036, Российская Федерация

к. м. н., ассистент, кафедра ортопедической стоматологии, Воронежский государственный медицинский университет им. Н. Н. Бурденко (Воронеж, Российская Федерация)

Jitraporn (Pimm) Vongsvivut, Australian Synchrotron (Synchrotron Light Source Australia Pty LTD), 800 Blackburn Road, Clayton, Victoria 3168, Australia

н. с., Австралийский синхротрон (Мельбурн, Австралия)

Литература

García-Godoy F., Hicks M. J. Maintaining the integrity of the enamel surface: The role of dental biofilm, saliva and preventive agents in enamel demineralization and remineralization. The Journal of the American Dental Association. 2008;139: 25S–34S. https://doi.org/10.14219/jada.archive. 2008.0352

Hicks J., Garcia-Godoy F., Flaitz C. Biological factors in dental caries: role of saliva and dental plaque in the dynamic process of demineralization and remineralization (part 1). Journal of Clinical Pediatric Dentistry. 2004;28(1): 47–52. https://doi.org/10.17796/jcpd.28.1.yg6m443046k50u20

Hara A. T., Zero D. T. The caries environment: saliva, pellicle, diet, and hard tissue ultrastructure. Dental Clinics of North America. 2010;54(3): 455–467. https://doi.org/10.1016/j.cden.2010.03.008

Odanaka H., Obama T., Sawada N., Sugano M., Itabe H., Yamamoto M. Comparison of protein profiles of the pellicle, gingival crevicular fluid, and saliva: possible origin of pellicle proteins. Biological Research. 2020;53(1): 3. https://doi.org/10.1186/s40659-020-0271-2

Lee Y. H., Zimmerman J. N., Custodio W., Xiao Y., Basiri T., Hatibovic-Kofman S., Siqueira W. L. Proteomic evaluation of acquired enamel pellicle during in vivo formation. PLOS ONE. Public Library of Science. 2013;8(7): e67919. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0067919

Meyer F., Enax J., Epple M., Amaechi B.T., Simader B. Cariogenic biofilms: development, properties, and biomimetic preventive agents. Dentistry Journal. 2021;9(8): 88. https://doi.org/10.3390/dj9080088

Chirman D., Pleshko N. Characterization of bacterial biofilm infections with Fourier transform infrared spectroscopy: a review. Applied Spectroscopy Reviews. 2021;56(8–10): 673–701. https://doi.org/10.1080/05704928.2020.1864392

Gieroba B., Krysa M., Wojtowicz K., Wiater A., Pleszczyńska M., Tomczyk M., Sroka-Bartnicka A. The FT-IR and Raman spectroscopies as tools for biofilm characterization created by cariogenic streptococci. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(11): 3811. https://doi.org/10.3390/ijms21113811

Azam M. T., Khan A. S., Muzzafar D., Faryal R., Siddiqi S. A., Ahmad R., Chauhdry A. A., Rehman I. U. Structural, surface, in vitro bacterial adhesion and biofilm formation analysis of three dental restorative composites. Materials. 2015;8(6): 3221–3237. https://doi.org/10.3390/ma8063221

Cheeseman S., Shaw Z. L., Vongsvivut J., Crawford R. J., … Truong V. K. Analysis of pathogenic bacterial and yeast biofilms using the combination of synchrotron ATR-FTIR microspectroscopy and chemometric approaches. Molecules. 2021;26(13): 3890. https://doi.org/10.3390/molecules26133890

Baldassarre M., Li C., Eremina N., … Barth A. Simultaneous fitting of absorption spectra and their second derivatives for an improved analysis of protein infrared spectra. Molecules. 2015;20(7): 12599–12622. https://doi.org/10.3390/molecules200712599

Barth A., Haris P. I. Biological and biomedical infrared spectroscopy. IOS Press; 2009. 449 p.

Matthäus C., Bird B., Miljković M., Chernenko T., Romeo M., Diem M. Infrared and Raman microscopy in cell biology. Methods in Cell Biology. 2008: 275–308. https://doi.org/10.1016/S0091-679X(08)00610-9

Ren Z., Do L. D., Bechkoff G., … Buchet R. Direct determination of phosphatase activity from physiological substrates in cells. PLoS ONE. 2015;10(3): e0120087. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0120087

Yang S., Zhang Q., Yang H., Shi H., Dong A., Wang L., Yu S. Progress in infrared spectroscopy as an efficient tool for predicting protein secondary structure. International Journal of Biological Macromolecules. 2022: 175–187. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.02.104

Ripanti F., Luchetti N., Nucara A., Minicozzi V., Venere A. D., Filabozzi A., Carbonaro M. Normal mode calculation and infrared spectroscopy of proteins in water solution: Relationship between amide I transition dipole strength and secondary structure. International Journal of Biological Macromolecules. 2021;185: 369–376. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.06.092

Seredin P., Goloshchapov D., Ippolitov Y., Jitraporn Vongsvivut. Spectroscopic signature of the pathological processes of carious dentine based on FTIR investigations of the oral biological fluids. Biomedical Optics Express. 2019;10(8): 4050–4058. https://doi.org/10.1364/BOE.10.004050

Miller L. M., Bourassa M. W., Smith R. J. FTIR spectroscopic imaging of protein aggregation in living cells. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 2013;1828(10): 2339–2346. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2013.01.014

Seredin P., Goloshchapov D., Ippolitov Y., Vongsvivut J. Comparative analysis of dentine and gingival fluid molecular composition and protein conformations during development of dentine caries: A pilot study. Vibrational Spectroscopy. 2020;108: 103058. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2020.103058

Kriebel K., Hieke C., Müller-Hilke B., Nakata M., Kreikemeyer B. Oral biofilms from symbiotic to pathogenic interactions and associated disease –connection of periodontitis and rheumatic arthritis by peptidylarginine deiminase. Frontiers in Microbiology. 2018;9. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00053

Meyer F., Amaechi B. T., Fabritius H.-O., Enax J. Overview of calcium phosphates used in biomimetic oral care. The Open Dentistry Journal. 2018;12(1): 406–423. https://doi.org/10.2174/1874210601812010406