Development of Herbal Gel with Anti-cariogenic Activity Against Streptococcus mutans

Abstract

Streptococcus mutans is a major causative pathogen of dental caries (tooth decay), which is a leading oral infection causing crucial problems in dental public heath worldwide. In addition to fluorides uses in order to strengthen the tooth, an application of medicinal plants with anti-cariogenic activity is an interesting alternative for a prevention of dental caries. This study aimed to investigate the antimicrobial activity against S. mutans and anticariogenic properties of the ethanolic extracts of guava leaves (Psidium guajava), licorices (Glycyrrhiza glabra) and cloves (Syzygium aromaticum). These medicinal plants have been used traditionally as the ingredients in the herbal mouthwash for a prevention of dental caries. Furthermore, this study also aimed to developed of herbal gel products for prevention of dental caries. The 95% ethanolic extracts of guava leaves, licorices and cloves were prepared and their phytochemical contents were analyzed by using thin layer chromatography. Antibacterial activity of the extracts against S. mutans were conducted according to broth dilution methods. Screening synergy test using checkerboard dilution assay was further performed. The effects of the extracts against cariogenic properties of S. mutans, which are surface adhesion, biofilm formation and acid production were also investigated. Then, development of herbal gel and assessment of the stability of physical and chemical appearance of herbal gel were proceeded. Antibacterial activity of the extracts against S. mutans were conducted according to agar well diffusion assay. The result indicated that the phytochemicals detected in the ethanolic extracts of guava leaves, licorices and cloves were quercetin, glycyrhizic acid and eugenol, respectively. The three extracts possessed anti-bacterial activity against S. mutans with the minimum inhibitory concentration (MICs) of 1.562, 0.195 and 1.562 mg/mL, respectively. The minimum bactericidal concentration (MBCs) of licorice extract was 3.12 mg/mL and extracts of guava leaves and cloves were more than 12.50 mg/mL. The results of the combined extracts showed synergistic effect. The extracts at which the concentrations tested (at lower than MIC) significantly inhibited cariogenic properties of S. mutans, surface adhesions, biofilm formation (at 6, 12, 20 and 24-hour) and acid production. The developed herbal gel is stable and possessed anti-bacterial activity against S. mutans. Therefore, this anti-caries product can potentially be developed as a product to clinical or commercial purposes in the future.

เชื้อแบคทีเรีย Streptococcus mutans เป็นสาเหตุสำคัญของโรคฟันผุ ซึ่งเป็นโรคติดเชื้อในช่องปากที่เป็นปัญหาหลักทางทันตสาธารณสุขพบได้ทุกกลุ่มประชากร นอกจากการใช้ฟลูออไรด์เพื่อเสริมสร้างความแข็งแรงของฟันในการป้องกันฟันผุแล้ว การใช้สมุนไพรเพื่อยับยั้งเชื้อก่อฟันผุ จัดเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจในการป้องกันฟันผุ การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทดสอบฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อและการต้านคุณสมบัติก่อฟันผุของเชื้อ S. mutans ของสารสกัดเอทานอลของใบฝรั่ง รากชะเอมเทศ และดอกกานพลูซึ่งเป็นสมุนไพรที่มีการนำมาใช้เป็นส่วนผสมในตำรับน้ำยาบ้วนปากเพื่อป้องกันฟันผุตามภูมิปัญญาพื้นบ้าน และนำมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เจลทาฟันสมุนไพรป้องกันฟันผุที่มีความคงตัว โดยสารสกัดสมุนไพรที่ใช้ในการศึกษาคือสารสกัด 95% เอทานอลของใบฝรั่ง รากชะเอมเทศ และดอกกานพลู วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีด้วยวิธีรงคเลขผิวบาง ทดสอบฤทธิ์ต้านเชื้อ S. mutans ด้วยวิธี broth dilution ทดสอบการเสริมฤทธิ์ของสมุนไพรด้วยวิธี checkerboard dilution การทดสอบฤทธิ์ต้านคุณสมบัติก่อฟันผุของเชื้อ S. mutans จากการทดสอบการยึดเกาะบนพื้นผิว การสร้างไบโอฟิล์ม และการผลิตกรดของเชื้อแบคทีเรีย นำมาพัฒนาผลิตภัณฑ์เจลทาฟันสมุนไพร ประเมินความคงตัวของผลิตภัณฑ์ทางกายภาพและทางเคมี ทดสอบฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อ S. mutans ของตำรับผลิตภัณฑ์เจลทาฟันสมุนไพรด้วยวิธี agar well diffusion ผลการศึกษาพบว่าสารสกัด 95% เอทานอลของใบฝรั่ง รากชะเอมเทศ และดอกกานพลู ที่ใช้ในการศึกษามีสารพฤกษเคมีได้แก่ quercetin, glycyrrhizic acid และ eugenol เป็นองค์ประกอบตามลำดับ สารสกัดสมุนไพรทั้ง 3 ชนิดมีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อได้โดยมีค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อ S. mutans (MIC) เท่ากับ 1.562, 0.195 และ 1.562 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร ตามลำดับ ความเข้มข้นต่ำสุดที่มีฤทธิ์ฆ่าเชื้อ S. mutans (MBC) ของสารสกัดรากชะเอมเทศเท่ากับ 3.12 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร และสารสกัดใบฝรั่งและดอกกานพลูมีค่า MBC มากกว่า 12.50 มิลลิกรัมต่อมิลลิลิตร และผลของการทดสอบการเสริมฤทธิ์ของสมุนไพรแต่ละคู่ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อ พบว่ามีการเสริมฤทธิ์กัน จากการทดสอบฤทธิ์ต้านคุณสมบัติก่อฟันผุของเชื้อ S. mutans พบว่าสารสกัดสมุนไพรทุกชนิดที่ความเข้มข้นต่ำกว่า MIC มีฤทธิ์ยับยั้งการยึดเกาะบนพื้นผิว ยับยั้งการสร้างไบโอฟิล์มที่เวลา 6, 12, 20 และ 24 ชั่วโมง และยับยั้งการผลิตกรดของเชื้อแบคทีเรียได้อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ จากการทดสอบประสิทธิภาพฤทธิ์ต้านเชื้อ และฤทธิ์ต้านคุณสมบัติก่อฟันผุของสารสกัดใบฝรั่ง รากชะเอมเทศ และดอกกานพลูต่อเชื้อ S. mutans ทำให้เห็นว่าสารสกัดสมุนไพรมีศักยภาพในการป้องกันฟันผุที่เกิดจากเชื้อ S. mutans จึงนำมาพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์เจลทาฟันสมุนไพร โดยเลือกใช้ความเข้มข้นของสารสกัดสมุนไพรชนิดละ 1MIC ได้ผลิตภัณฑ์เจลสมุนไพรที่พัฒนาได้มีความคงตัว และสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อ S. mutans ได้อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มเจลที่ไม่มีสารสกัดสมุนไพร ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาขึ้นนี้จึงมีศักยภาพในการนำมาพัฒนาต่อยอดเป็นผลิตภัณฑ์ป้องกันฟันผุที่ใช้ในทางคลินิกหรือในเชิงพาณิชย์ได้ต่อไปในอนาคต