Probiotic mucoadhesive polymer films for treatment of periodontitis

Abstract

The oral microbiome plays a pivotal role in maintaining oral health, with dysbiosis leading to conditions such as periodontitis. Probiotics, including Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus reuteri, have demonstrated efficacy in restoring microbial equilibrium within the oral cavity. To address the challenges inherent to the survival and delivery of probiotics, this work explores innovative approaches involving microencapsulation and mucoadhesive polymer films for effective therapeutic applications. The probiotics were microencapsulated using spray drying with Eudragit® EPO and RL30D, ensuring gradual release. Stress preconditioning enhanced bacterial resilience. The bacteria were embedded in two polymer films: a thin, flexible film, out of HPMC and PVA, and a foamed one, out of PVA. The objective was to design films that show mucoadhesion, flexibility, tensile strength, bacterial viability and controlled bacterial release. The treatment was evaluated through in vivo experiments on two volunteers. It demonstrated strong mucoadhesion and effective bacterial release. Both film types facilitated the adhesion of probiotic bacteria to enamel surfaces, reducing the colonization of cocci. This demonstrates the efficacy of combining microencapsulation with mucoadhesive films to improve delivery. The approach offers a non-invasive, targeted therapy for periodontitis, with the potential to improve oral health by restoring microbial balance and reducing pathogenic colonization.

Das orale Mikrobiom ist entscheidend für die Mundgesundheit, wobei eine Dysbiose zu Erkrankungen wie Parodontitis führen kann. Probiotika wie Lactobacillus rhamnosus und Lactobacillus reuteri helfen, das mikrobielle Gleichgewicht wiederherzustellen. Diese Arbeit untersucht innovative Ansätze zur verbesserten Verabreichung von Probiotika mittels Mikroverkapselung und mukoadhäsiven Polymerfilmen. Die Mikroverkapselung mit Eudragit® EPO und RL30D per Sprühtrocknung gewährleistete eine hohe Überlebensrate, Mukoadhäsion und kontrollierte Freisetzung. Eine Stressvorbehandlung erhöhte die Widerstandsfähigkeit der Bakterien. Zwei Polymerfilmtypen wurden getestet: ein flexibler Film aus HPMC-PVA und ein geschäumter PVA-Film. Beide Filme bewahrten die bakterielle Aktivität und boten gute mechanische Eigenschaften. In vivo zeigten die Filme starke Mukoadhäsion, kontrollierte Bakterienfreisetzung und eine Reduktion pathogener Kokken auf der Zahnschmelzoberfläche. Die Kombination aus Mikroverkapselung und Polymerfilmen bietet einen vielversprechenden, nicht-invasiven Ansatz zur gezielten Behandlung von Parodontitis und zur Förderung der Mundgesundheit.