Efeitos de nanopartículas de hexametafosfato de sódio, associadas ou não ao fluoreto, em biofilmes mistos de Streptococcus mutans e Candida albicans e em biofilmes microcosmos

Abstract

O presente estudo avaliou os efeitos de nanopartículas de hexametafosfato de sódio (HMPnano), associadas ou não ao fluoreto (F), na composição orgânica (Subprojeto 1-S1) e inorgânica (Subprojeto 2-S2) de biofilmes mistos de Streptococcus mutans e Candida albicans formados in vitro; e na viabilidade celular e atividade metabólica de biofilmes microcosmos derivados de saliva (Subprojeto 3-S3). Em S1 e S2, soluções de HMPnano ou HMP microparticulado (HMPmicro) foram preparadas a 0,5% ou 1%, com ou sem F (1100 ppm F, NaF), além de 1100 ppm F (controle positivo) e saliva artificial (controle negativo). S. mutans e C. albicans foram cultivados em saliva artificial. Os biofilmes foram formados no fundo de poços de placas de microtitulação e tratados 72, 78 e 96 horas após o início da formação, por 1 minuto. Em S1, após o último tratamento, realizou-se análises de quantificação das unidades formadoras de colônias (UFCs), produção de biomassa total, atividade metabólica, além da composição da matriz extracelular dos biofilmes e avaliação estrutural. Observou-se que 1% de HMPnano combinado ao F levou aos menores UFCs de S. mutans, bem como às menores concentrações de carboidratos da matriz extracelular dos biofilmes, além de afetar substancialmente a sua estrutura. Em S2, após o último tratamento, avaliou-se o pH e a composição inorgânica dos biofilmes (análise das concentrações de F, cálcio (Ca) e fósforo (P)), antes e após exposição a sacarose. Soluções contendo 1% HMPnano combinado ao F promoveram os maiores valores de pH dos biofilmes, mesmo após exposição à sacarose. Além disso, 1% HMPnano promoveu maiores concentrações de P, enquanto que o HMP (micro/nano, com/sem F) levou a concentrações inexpressivas de Ca no fluido do biofilme. Em S3, os efeitos do HMPmicro ou HMPnano, sozinhos ou associados ao F, foram avaliados em biofilmes microcosmos derivados de saliva. Os biofilmes foram formados sobre discos de vidro por 24 h e, em seguida, S. mutans (C180-2) foi incorporado ou não aos biofilmes. A partir deste momento, os mesmos ativos avaliados em S1/S2 foram adicionados ao meio de cultura, a 20% das concentrações utilizadas nesses subprojetos. Após 96 h de formação, foram determinadas as UFCs totais e de S. mutans, e avaliada a produção de ácido láctico pelos biofilmes. Todos os meios de cultura contendo contendo HMP levaram às menores concentrações de ácido láctico e às maiores reduções de UFCs totais e de S. mutans dos biofilmes, sem influência do tamanho da partícula de HMP, associação com F ou adição de S. mutans. Conclui-se que o HMPnano a 1%, associado a 1100 ppm F, promoveu uma diminuição substancial no metabolismo de biofilmes mistos de S. mutans e C. albicans, e da viabilidade de S. mutans. Esta combinação também levou a valores de pH mais próximos do neutro, além de afetar a composição inorgânica destes biofilmes. Para biofilmes microcosmos, o HMP promoveu a diminuição da viabilidade microbiana e acidogenicidade, sem influência, entretanto, do tamanho da partícula de HMP e da presença de F.

This study evaluated the effects of sodium hexametaphosphate nanoparticles (HMPnano), combined or not with fluoride (F), on the organic (Subproject 1-S1) and inorganic (Subproject 2-S2) compositions of dual-species biofilms of Streptococcus mutans and Candida albicans formed in vitro; and on the cell viability and metabolic activity of saliva-derived microcosms biofilms (Subproject 3-S3). In S1 and S2, solutions containing HMPnano or conventional/micrometric HMP (HMPmicro) were prepared at 0.5 or 1%, combined or not with F (1,100 ppm F, as NaF). Also, a solution containing 1,100 ppm F and pure artificial saliva were tested as positive and negative controls, respectively. S. mutans and C. albicans strains were cultivated in artificial saliva. The biofilms were formed in well plates, and treated with the test solutions at 72, 78 and 96 from the beginning of the biofilm formation, for 1 minute. In S1, after the last treatment, the number of the colony-forming units (CFUs), production of total biomass, metabolic activity, composition of the extracellular matrix, and the structure of the biofilms were determined. HMP at 1% combined with F led to the lowest S. mutans CFUs and lowest concentration of carbohydrates from the extracellular matrix of the biofilms, besides substantially affecting biofilm’s structure. In S2, after the last treatment, the pH and the inorganic composition of the biofilms (analysis of F, calcium (Ca), and phosphorus (P) concentrations), prior to and after sucrose exposure, were evaluated. Solutions containing 1% HMPnano combined with F led to the highest biofilm pH, even after exposure to sucrose. In addition, 1% HMPnano promoted the highest P concentrations, while HMP (micro/nano, with/without F) led to inexpressive Ca levels in the biofilm fluid. In S3, the effects of HMPmicro or HMPnano, alone or associated with F, were evaluated in salivaderived microcosm biofilms, which were formed during 24 h attached to glass coverslips. Thereafter, S. mutans (C180-2) was incorporated to the biofilms. From that timepoint onwards, the same actives analyzed in S1/S2 were added to the culture medium at 20% of the concentrations used in those subprojects. After 96 h of formation, total and S. mutans CFU-counting were determined, and the production of lactic acid was assessed. All HMP-containing culture media led to the lowest lactic acid concentrations, and to the highest reductions in total and S. mutans CFU counts, with no significant influence of HMP’s particle size, association with F or the addition of S. mutans. In summary, it was concluded from S1 and S2 that 1% HMPnano combined with 1,100 ppm F substantially reduced the metabolism of S. mutans and C. albicans dual-species biofilms, besides reducing the viability of S. mutans. Also, this combination led to biofilm pH values closer to neutral ones, besides affecting their inorganic composition. From S3, HMP promoted reductions in the microbial viability and acidogenicity, without the influence, however, of HMP’s particle size or the presence of F.