Testen van de overleving van cellen in de orale omgeving Liqcreate Bio-Med Clear 3D-printhars
Liqcreate werkte samen met Fontys Hogeschool voor Toegepaste Wetenschappen om celadhesie en celoverlevingspercentage te onderzoeken Bio-Med Clear, een 3D-printbare fotopolymeerhars ontwikkeld en geproduceerd door LiqcreateEerdere studies hebben aangetoond dat verschillende bacteriesoorten en menselijke cellijnen kunnen zich effectief aan dit materiaal hechten en hebben een hoog celoverlevingspercentage.
De huidige studie heeft tot doel te evalueren of de micro-organismen Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa en Candida albicans zich kunnen blijven hechten aan en levensvatbaar kunnen blijven op de Bio-Med Clear hars gedurende een langere periode van maximaal drie weken. Deze specifieke micro-organismen werden geselecteerd vanwege hun frequente aanwezigheid in de menselijke mond, waardoor ze relevant zijn voor het beoordelen van de potentiële klinische toepassingen van het materiaal.
Afbeelding: succesvolle groei van Candida albicans-gist op Sabouraud-agar in aanwezigheid van Liqcreate Bio-Med Clear, biocompatibele 3D-geprinte harsonderdelen.
Geteste bacteriën en gist op Liqcreate Bio-Med Clear
Een grote verscheidenheid aan bacteriesoorten kan worden gebruikt om het hechtingsvermogen te bestuderen. De meest kritische factor bij het evalueren van deze eigenschap zijn de oppervlaktekenmerken van de bacterie, met name de samenstelling van de celwand en de bijbehorende oppervlakte-eiwitten. Voor dit experiment werden drie micro-organismen geselecteerd, die elk verschillende kenmerken vertoonden wat betreft Gram-kleuring, oxidase, catalase en coagulasereacties. Deze testen werden gekozen omdat ze fundamentele en veelgebruikte methoden vertegenwoordigen voor het onderscheiden van microbiële soorten. Zo werd een goed gedefinieerde selectie van drie taxonomisch diverse micro-organismen vastgesteld.
Bovendien werden deze specifieke micro-organismen geselecteerd vanwege hun bekende aanwezigheid in de menselijke orale microbiota. Deze relevantie voor de orale omgeving ondersteunt het potentiële toekomstige gebruik van Liqcreate materialen voor tandheelkundige toepassingen.
Staphylococcus aureus
Staphylococcus aureus is een grampositieve kokkensoort die doorgaans in clusters voorkomt. Hij maakt deel uit van de commensale flora van ongeveer 30% van de bevolking en bevindt zich op slijmvliezen, de keel en de huid. S. aureus vertoont sterke adhesieve eigenschappen, toegeschreven aan zijn hydrofobe celoppervlak, wat hechting aan synthetische materialen zoals plastic vergemakkelijkt. Bovendien produceert S. aureus een biofilm bestaande uit extracellulaire polysaccharidematrices. Onder ongunstige omgevingsomstandigheden kan hij toxines afscheiden die tot infecties kunnen leiden, met name bij personen met een verzwakt immuunsysteem.
Afbeelding: Gramkleuring van staphylococcus aureus.
Afbeelding: Gramkleuring van Pseudomonas aeruginosa.
Pseudomonas aeruginosa
Pseudomonas aeruginosa is een gramnegatieve staafvormige bacterie die strikt aeroob is en geclassificeerd als een niet-fermenterende bacterie, wat betekent dat hij geen glucose metaboliseert. Hij kan overleven in voedselarme omgevingen en kan overleven onder onhygiënische omstandigheden, mits er voldoende vocht is. Net als S. aureus produceert P. aeruginosa een biofilm en bezit het een hydrofoob celoppervlak, wat zijn hechtingsvermogen aan plastic materialen verbetert. Daarnaast gebruikt hij type IV pili om hechting aan het oppervlak te vergemakkelijken. P. aeruginosa kan ook toxines produceren, wat een infectierisico vormt bij mensen met een verzwakt immuunsysteem.
Candida albicans
Candida albicans is een grampositieve diploïde schimmel met een uniek vermogen om fenotypische schakelingen te ondergaan tussen eencellige gist en meercellige hyfen. Deze overgang kan spontaan en herhaaldelijk plaatsvinden. Elke morfologische vorm vertoont verschillende affiniteiten voor gastheerweefsels en verschillende patronen van antigeenexpressie. In de gistvorm gaat C. albicans hydrofobe interacties aan met hydrofobe oppervlakken en vertoont relatief zwakke biofilmvorming. De hyfenvorm daarentegen wordt geassocieerd met een sterkere biofilmontwikkeling en verhoogde expressie van genen die adhesie-eiwitten reguleren. C. albicans kan ook toxines afscheiden en sporen vormen onder stressvolle omstandigheden, waardoor het opportunistische infecties kan veroorzaken bij immuungecompromitteerde gastheren.
Afbeelding: Gramkleuring van candida albicans.
Concluderend kunnen we stellen dat alle geteste micro-organismen konden overleven op de 3D-geprinte Bio-Med Clear harsmateriaal gedurende een periode van drie weken, wat de potentiële toepassing ervan in biomedisch en oraal gebruik ondersteunt, waarbij microbiële interactie een relevante factor is.
Onderzoekers van de Hogeschool Eindhoven, Nederland
levensvatbaarheid en hechtingscapaciteit van cellen op 3D-geprinte Bio-Med Clear hars
De studie begon met het beoordelen van de levensvatbaarheid en het hechtingsvermogen van Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa en Candida albicans gedurende een periode van vijf dagen. Deze micro-organismen werden geïncubeerd in 8 ml BHI naast een 3D-geprint polymeer, zonder toevoeging van vers groeimedium. Deze voorbereidende stap was bedoeld om te bepalen of de organismen levensvatbaar zouden blijven onder nutriëntenbeperkte omstandigheden en of ze zich succesvol zouden kunnen hechten aan het 3D-geprinte materiaal. Na succesvolle validatie van deze aanpak werd een aangepast protocol geïmplementeerd.
In de tweede fase werden de micro-organismen vijf dagen lang geïncubeerd in een gereduceerd volume van 1.5 ml BHI, wederom in aanwezigheid van de 3D-geprinte hars. Deze methode diende een tweeledig doel: het beoordelen van de microbiële overleving in een beperktere omgeving en het testen van een alternatieve techniek om aangehechte organismen van het polymeeroppervlak los te maken. Nadat de effectiviteit van deze methode was bevestigd, werd een experimenteel ontwerp voor de lange termijn toegepast.
Voor de langetermijntest werden de micro-organismen drie weken lang gekweekt in 1.5 ml BHI met het 3D-geprinte polymeer. Om de impact van de beschikbaarheid van voedingsstoffen te evalueren, werden parallelle monstersets aangehouden: één met periodieke aanvulling van het groeimedium en één zonder. Dit onderscheid maakte het mogelijk om de microbiële overleving en hechting te observeren, zowel onder langdurige als onder nutriëntenarme omstandigheden.
De resultaten toonden aan dat alle geteste micro-organismen na drie weken hun vermogen om zich aan het 3D-geprinte polymeer te hechten, behielden. In de niet-aangevulde monsters vertoonde P. aeruginosa een sterke hechting in week twee, gevolgd door een lichte afname in week drie. S. aureus vertoonde een relatief stabiele hechting gedurende de periode van drie weken, wat correleerde met de bacterieconcentratie in het omringende medium. C. albicans vertoonde een progressieve toename van het hechtingsvermogen gedurende dezelfde periode.
In de medium-aangevulde conditie vertoonde P. aeruginosa opnieuw een piek in de hechting in week twee, gevolgd door een afname in week drie. S. aureus vertoonde een verminderde hechting, waarschijnlijk als gevolg van verontreiniging die de groei en oppervlaktehechting negatief beïnvloedde. C. albicans bleef in de loop der tijd een toenemende hechting vertonen, hoewel de toename minder uitgesproken was dan in de niet-aangevulde conditie.
Conclusie
Het doel van deze studie was om te onderzoeken of de micro-organismen Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa en Candida albicans hun hechtingsvermogen op de 3D-geprinte polymeerhars behielden Bio-Med Clear en of ze drie weken konden overleven zonder de toevoeging van verse voedingsstoffen. De resultaten toonden aan dat alle drie de micro-organismen zich aan de Bio-Med Clear 3D-geprinte hars heeft een lange levensduur en zou kunnen overleven zonder aanvulling van voedingsstoffen.
Pseudomonas aeruginosa vertoonde een verhoogde hechting gedurende de tweede week, gevolgd door een afname in de derde week. Staphylococcus aureus behield een relatief stabiel hechtingsniveau, hoewel er onverwacht een afname werd waargenomen in de monsters die voedingsstoffen hadden gekregen. Candida albicans vertoonde een continue toename van het hechtingsvermogen gedurende de periode van drie weken, mogelijk beïnvloed door omgevingsstress als gevolg van nutriëntenbeperking. Van de geteste organismen vertoonde P. aeruginosa de hoogste algehele hechting aan de Bio-Med Clear polymeer.
Concluderend kunnen we stellen dat alle geteste micro-organismen konden overleven op de 3D-geprinte Bio-Med Clear harsmateriaal gedurende een periode van drie weken, wat de potentiële toepassing ervan in biomedische en tandheelkundige omgevingen ondersteunt, waar microbiële interactie een relevante factor is.
Liqcreate Bio-Med Clear
Liqcreate Bio-Med Clear is een stijve, heldere, biocompatibele fotopolymeerhars en kan worden verwerkt op de meeste op hars gebaseerde 3D-printers. 3D-geprinte onderdelen uit dit materiaal vertonen biocompatibele eigenschappen wanneer ze worden nabewerkt volgens de verwerkingsinstructies1. Na het wassen en naharden volgens de instructies, geprinte onderdelen uit Liqcreate Bio-Med Clear slagen voor de biocompatibiliteitstests van:
| ○ Cytotoxiciteit | ISO 10993-5: 2009 |
| ○ Sensibilisatie | ISO 10993-10: 2021 |
| ○ Irritatie | ISO 10993-23: 2021 |
Gedrukte onderdelen van Bio-Med Clear kan worden gedesinfecteerd met gangbare desinfectiemiddelen en worden gesteriliseerd door stoomsterilisatie met behulp van een autoclaaf.
Belangrijkste voordelen |
Compatibiliteit met 3D-printers |
| · Biocompatibel | · Asiga serie |
| · Stoomsterilisatie mogelijk | · Phrozen serie |
| · Hoge nauwkeurigheid | · Elegoo & Anycubic serie |
| · Maatvast | · En nog veel meer |
