Nicht-tödliche Kontrolle des kariogenen Potenzials eines agentenbasierten Modells für Zahnbelag

Zahnkaries oder Zahnverfall ist eine weit verbreitete globale Erkrankung, deren ursächlicher Erreger der orale Biofilm ist, der als Plaque bekannt ist. Laut der ökologischen Plaque-Hypothese wird dieser Biofilm pathogen, wenn äußere Herausforderungen ihn in einen Zustand mit einem hohen Anteil an säureproduzierenden Bakterien treiben. Daher ist es wünschenswert, die Faktoren zu bestimmen, die die Biofilmm zusammensetzung steuern, wenn neue klinische Behandlungen zur Bekämpfung von Karies entwickelt werden, doch dies ist auch aufgrund der systemischen Komplexität und der Existenz mehrerer bakterieller Arten, die ähnliche Funktionen ausführen, herausfordernd. Hier verwenden wir agentenbasierte mathematische Modellierung, um einen Biofilm zu simulieren, der aus zwei konkurrierenden, unterschiedlichen Typen bakterieller Populationen besteht, die jeweils durch ihre Nährstoffaufnahme und Säurebeständigkeit parametrisiert sind und regelmäßig einer Säureherausforderung ausgesetzt werden, die aus dem Metabolismus von diätetischen Kohlenhydraten resultiert. Es wurde festgestellt, dass eine Population schrittweise aus dem System eliminiert wurde, um entweder einen harmlosen oder einen pathogenen Biofilm zu erzeugen, wobei ein Wendepunkt zwischen diesen beiden Schicksalen von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, die mit der mikrobielle Physiologie und Biofilm-Geometrie zusammenhängen. Die Parametersensitivität wurde quantifiziert, indem die Modellparameter einzeln gegenüber hypothetischen experimentellen Maßnahmen variiert wurden, was auf nicht-tödliche Interventionen hindeutet, die die Biofilmm zusammensetzung günstig modulieren können. Wir diskutieren, wie dieselben Daten zur Parametersensitivität verwendet werden können, um das Design von Validierungsexperimenten zu leiten, und argumentieren für die Vorteile der in silico-Modellierung, die eine zusätzliche prädiktive Fähigkeit vor in vitro-Experimenten bietet.