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Biomarkers of Periodontal 
Disease: Past, Present and Future 
Challenges 
 
 
Fionnuala T. Lundy 
Centre for Infection and Immunity, School of Medicine,  
Dentistry and Biomedical Sciences,  
Queen‘s University Belfast, Northern Ireland 
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Abstract 
 
Periodontal  disease  is  a  chronic  bacterial  infection  characterised  by  persistent 
inflammation,  connective  tissue  breakdown  and  alveolar  bone  destruction.  The  chronic 
inflammation associated with periodontal disease represents the host response to bacterial 
plaque, mediated by the environment in which the response occurs. Periodontitis is both 
site-specific  and  episodic  in  nature  and  thus  biomarker  development  could  prove 
invaluable  in  identifying  sites  with  active  disease,  predicting  sites  that  may  develop 
disease,  monitoring  response  to  therapy  or  identifying  patients  with  enhanced  disease 
susceptibility.  
In  periodontal  disease  gingival  crevicular  fluid  (GCF)  flows  from  the  gingival 
microcirculation  into  the  periodontal  pockets  and  the  volume  increases  in  proportion  to 
the severity of the local inflammatory process.The study of GCF samples, from defined 
sites of chronic periodontal inflammation, allows non-invasive access to an inflammatory 
exudate  that  could  be  used  for  biomarker  discovery.GCF  contains  proteins  synthesised 
and  secreted  in  the  inflamed  gingival  tissues  and  carried  by  the  GCF  to  the  gingival 
crevice/pocket.  Here,  they  are  augmented  by  proteins  released  from  bacteria  and  host 
cells,  particularly  polymorphonuclear  leukocytes  (PMNs),  present  in  the  periodontal 
pocket.  The  constituents  of  GCF  are  therefore  derived  from  a  number  of  sources 
including  microbial  plaque,  host  inflammatory  cells,  serum  and  tissue  breakdown 
products.Saliva  has  also  been  studied  in  the  search  for  biomarkers  of  periodontal 
disease.Saliva  is a  more complex  fluid, comprising glandular  secretions,  components of 
GCF, components of serum and also particles (including bacteria) from a variety of oral 

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Fionnuala T. Lundy 
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and  airway  sources.Although  saliva  has  the  advantage  of  being  easily  collected,  its 
biochemical  complexity  may  hinder  detection  of  biomarkers  specific  for  periodontal 
disease.  Furthermore  the  fact  that  saliva  bathes  the  whole  mouth  negates  the  use  of 
salivary biomarkers for site-specific identification or monitoring of periodontal disease.  
Despite  an  impressive  list  of  possibilities,  biomarkers  have  yet  to  reach  routine 
clinical  use  as  reasonable  predictors  of  periodontal  status.  This  chapter  reviews  the 
analysis  of  GCF  and  saliva  for  monitoring  periodontal  health  and  disease.  Potentially 
important biomarkers of disease in both GCF and saliva are highlighted and their merits 
are described in further detail. Putative biomarkers from both host and bacterial sources 
are  considered  and  the  use  of  multiple  biomarkers  is  discussed.  Following  the 
technological revolution in both genomic and proteomic analysis over the last decade it is 
tempting to speculate that the next decade could bring much waited progress in the field 
of biomarker identification and application in the field of periodontal disease.