DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04402-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38824555
تاريخ النشر: 2024-06-01
المؤلف: Massoud Seifi وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تطوير لاصق تقويم الأسنان المركب الذي يتضمن زجاج حيوي نانوي-فضي (nBG@Ag) لمعالجة تكوين بقع بيضاء، تشير إلى آفات كارياسية مبكرة، المرتبطة بتقويم الأسنان الثابت. تم تخليق nBG@Ag عبر طريقة الجل-الصلب وتمت مميزاته من خلال تقنيات متنوعة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) وحيود الأشعة السينية (XRD). قامت الأبحاث بتقييم السمية الخلوية، والفعالية المضادة للميكروبات، وإمكانية إعادة التمعدن، وقوة الربط للاصق الذي يحتوي على تركيزات مختلفة (1%، 3%، و5% وزن/وزن) من nBG@Ag. أظهرت النتائج توافقًا حيويًا عاليًا، ونشاطًا مضادًا للبكتيريا ملحوظًا ضد *Streptococcus mutans* (p < 0.05)، وتحسنًا في الصلابة الدقيقة، على الرغم من أن قوة الربط القصوي انخفضت بشكل ملحوظ (p < 0.001) مع إضافة الجسيمات النانوية، لكنها ظلت فوق العتبات الموصى بها. في الختام، فإن دمج nBG@Ag في لاصقات تقويم الأسنان يمثل استراتيجية واعدة لتعزيز الخصائص المضادة للميكروبات وتقليل إزالة المعادن من المينا حول الأقواس، مع الحفاظ على التوافق الحيوي وقوة الربط المقبولة. إن تكوين رواسب هيدروكسيباتيت على أسطح المينا، الذي تم تأكيده من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وطيف الأشعة السينية المشتت للطاقة (EDX)، يدعم أيضًا إمكانية هذه التركيبة اللاصقة المبتكرة في تقليل حدوث آفات البقع البيضاء. هناك حاجة إلى دراسات سريرية مستقبلية لتأكيد هذه النتائج المخبرية وتقييم آثارها العملية في علاج تقويم الأسنان.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية القضية الشائعة لإزالة المعادن من المينا وتكوين آفات البقع البيضاء أثناء علاج تقويم الأسنان، والتي تؤثر على عدد كبير من المرضى. يُعزى هذا المشكلة إلى حد كبير إلى عدم كفاية نظافة الفم وزيادة خطر تكوين الأغشية الحيوية البكتيرية المرتبطة بأجهزة تقويم الأسنان الثابتة. تم اقتراح تدابير وقائية متنوعة، بما في ذلك تعليم نظافة الفم، وحفر الحمض الانتقائي، وتطبيقات الفلورايد، واستخدام عوامل إعادة التمعدن الموضعية. يُلاحظ أن الفلورايد لديه القدرة على تكوين فلوراباتيت على المينا، مما يعزز المقاومة للهجمات الحمضية، بينما ظهر فوسفات الكازين-الببتيد غير المتبلور (CPP-ACP) كبديل، على الرغم من فعاليته السريرية المحدودة مقارنة بالفلورايد.
تسلط الورقة الضوء على إمكانية الزجاج الحيوي (45S5) في إعادة تمعدن آفات البقع البيضاء، خاصة بسبب قدرته على تحفيز تكوين الأباتيت وخصائصه المضادة للبكتيريا، خاصة في التركيبات التي تحتوي على الفضة. ركزت الأبحاث السابقة بشكل أساسي على دمج عوامل مضادة للبكتيريا وعوامل إعادة التمعدن في برايمرات تقويم الأسنان. ومع ذلك، تدمج هذه الدراسة بشكل مبتكر جسيمات نانوية مباشرة في اللاصق التقويمي، بهدف تبسيط عملية ربط الأقواس. الهدف هو تطوير لاصق تقويم أسنان مركب يتضمن زجاجًا حيويًا نانويًا مع الفضة، مع تقييم سميته الخلوية، وإمكانية إعادة التمعدن، والخصائص الميكانيكية، والنشاط المضاد للبكتيريا مقارنة باللاصقات التقليدية.
طرق
في هذه الدراسة المعملية، التي تمت الموافقة عليها من قبل جامعة شهيد بهشتي للعلوم الطبية (ID IR.SBMU.DRC.REC.1402.081)، قام الباحثون بدراسة خصائص المركبات التقويمية، مع التركيز بشكل خاص على لاصق متاح تجاريًا (GC Ortho Connect) ومركب تم تصنيعه من أجزاء متساوية من Bis-GMA وTEGDMA، مع 75% وزن/وزن من السيليكا المعالجة. تم إنشاء تركيبات متنوعة من خلال دمج 1%، 3%، و5% وزن/وزن من nBG@Ag في كل من المركبات التجريبية والضابطة، مما أسفر عن ثمانية مجموعات متميزة للتحليل.
استخدمت الدراسة أسنان إنسانية سليمة مستخرجة وأقراص لاصقة لتقييم السمية الخلوية، وقدرة إعادة التمعدن، والخصائص الميكانيكية، والخصائص المضادة للبكتيريا للمركبات. تم تحديد حجم العينة بـ 80 سنًا بناءً على خطأ من النوع الأول (α) قدره 0.05 وخطأ من النوع الثاني (β) قدره 0.2، مما أسفر عن قوة اختبار تبلغ 80%. لضمان القوة، تم تضمين 12 سنًا في كل مجموعة لأخذ الخسائر المحتملة في الاعتبار، على الرغم من أنه تم استخدام 10 أسنان فقط لكل مجموعة للتحليل الإحصائي. بالنسبة لتقييمات السمية الخلوية والمضادة للميكروبات، تم اختيار خمسة أقراص لاصقة من كل مجموعة، مما يسهل تقييمًا شاملاً لأداء المواد.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية. علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج، تم قياسها من خلال أحجام التأثير التي تتجاوز العتبات السريرية ذات الصلة.
بالإضافة إلى ذلك، توضح التمثيلات الرسومية، مثل المخططات والرسوم البيانية، الاتجاهات الملحوظة عبر ظروف تجريبية مختلفة، مما يعزز قوة النتائج. كما يسلط التحليل الضوء على مجموعات فرعية معينة أظهرت تأثيرات ملحوظة بشكل خاص، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في الآليات الأساسية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، داعمةً الفرضية ومقترحةً مسارات محتملة للبحث المستقبلي.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استكشاف تخليق وتوصيف زجاج حيوي نانوي-فضي (nBG@Ag)، مع التركيز على تطبيقه المحتمل في لاصقات تقويم الأسنان لمنع آفات البقع البيضاء. تم تخليق nBG@Ag باستخدام طريقة الجل-الصلب، تلاها تقنيات التوصيف مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، مما يؤكد هيكله البلوري وحجمه الذي يقل عن 100 نانومتر. تم تقييم التوافق الحيوي لـ nBG@Ag باستخدام خط خلايا Vero، مما كشف عن معدلات بقاء عالية عبر تركيزات مختلفة، مما يشير إلى عدم وجود سمية خلوية ملحوظة.
تم إثبات الفعالية المضادة للميكروبات لـ nBG@Ag من خلال طرق تخفيف الميكروبات، حيث أظهرت تركيزًا مثبطًا أدنى (MIC) قدره 0.125 ميكروغرام/مل ضد *Streptococcus mutans*، وهو بكتيريا رئيسية في الآفات الكارياسية المبكرة. أدى دمج nBG@Ag في المركبات التقويمية إلى تقليل كبير في نمو البكتيريا، مع تعزيز التأثير عند التركيزات الأعلى. على الرغم من أن قوة الربط القصوي (SBS) للاصقات انخفضت مع إضافة nBG@Ag، إلا أنها ظلت مقبولة سريريًا. بالإضافة إلى ذلك، أشارت الدراسة إلى تحسن طفيف في صلابة المينا الدقيقة وإعادة التمعدن، مدعومةً بملاحظات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لرواسب بلورات هيدروكسيباتيت على الأسطح المعالجة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن nBG@Ag يمكن أن يكون مضافًا واعدًا في لاصقات تقويم الأسنان، يجمع بين الخصائص المضادة للميكروبات مع أداء ميكانيكي مقبول وتوافق حيوي.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04402-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38824555
Publication Date: 2024-06-01
Author(s): Massoud Seifi et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study investigates the development of a composite orthodontic adhesive incorporating nano-bioactive glass-silver (nBG@Ag) to address the formation of white spots, indicative of early carious lesions, associated with fixed orthodontics. The nBG@Ag was synthesized via the sol-gel method and characterized through various techniques, including transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The research assessed the cytotoxicity, antimicrobial efficacy, remineralization potential, and bond strength of the adhesive containing varying concentrations (1%, 3%, and 5% wt/wt) of nBG@Ag. Results indicated high biocompatibility, significant antibacterial activity against *Streptococcus mutans* (p < 0.05), and an improvement in microhardness, although the shear bond strength decreased significantly (p < 0.001) with the addition of nanoparticles, remaining above recommended thresholds. In conclusion, the incorporation of nBG@Ag into orthodontic adhesives presents a promising strategy to enhance antimicrobial properties and mitigate enamel demineralization around brackets, while maintaining biocompatibility and acceptable bond strength. The formation of hydroxyapatite deposits on enamel surfaces, confirmed through scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), further supports the potential of this innovative adhesive composition in reducing the incidence of white spot lesions. Future clinical studies are necessary to confirm these laboratory findings and evaluate their practical implications in orthodontic treatment.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the prevalent issue of enamel demineralization and the formation of white spot lesions during orthodontic treatment, which affects a significant number of patients. This problem is largely attributed to inadequate oral hygiene and the increased risk of bacterial biofilm formation associated with fixed orthodontic appliances. Various preventive measures have been proposed, including oral hygiene education, selective acid etching, fluoride applications, and the use of localized remineralizing agents. Fluoride is noted for its ability to form fluorapatite on enamel, enhancing resistance to acid attacks, while casein phosphopeptide-amorphous calcium phosphate (CPP-ACP) has emerged as an alternative, albeit with limited clinical effectiveness compared to fluoride.
The paper highlights the potential of bioactive glass (45S5) in remineralizing white spot lesions, particularly due to its ability to induce apatite formation and its antibacterial properties, especially in silver-containing formulations. Previous research has primarily focused on incorporating antibacterial and remineralizing agents into orthodontic primers. However, this study innovatively integrates a combined nanoparticle directly into the orthodontic adhesive, aiming to streamline the bracket bonding process. The objective is to develop a composite orthodontic adhesive that incorporates nanostructured bioactive glass with silver, evaluating its cytotoxicity, remineralization potential, mechanical properties, and antibacterial activity in comparison to conventional adhesives.
Methods
In this in vitro study, approved by the Shahid Beheshti University of Medical Sciences (ID IR.SBMU.DRC.REC.1402.081), researchers investigated the properties of orthodontic composites, specifically focusing on a commercially available adhesive (GC Ortho Connect) and a synthesized composite made from equal parts of Bis-GMA and TEGDMA, combined with 75% w/w silanized silica. Various formulations were created by incorporating 1%, 3%, and 5% w/w of nBG@Ag into both the experimental and control composites, resulting in eight distinct groups for analysis.
The study utilized extracted healthy human premolar teeth and adhesive discs to evaluate cytotoxicity, remineralization ability, mechanical properties, and antibacterial properties of the composites. A sample size of 80 teeth was determined based on a type I error (α) of 0.05 and a type II error (β) of 0.2, yielding a test power of 80%. To ensure robustness, 12 teeth were included in each group to account for potential losses, although only 10 teeth per group were used for statistical analysis. For the cytotoxicity and antimicrobial assessments, five adhesive discs were selected from each group, facilitating a comprehensive evaluation of the materials’ performance.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables studied, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied led to measurable improvements in the outcomes, quantified by effect sizes that exceed the minimum clinically relevant thresholds.
Additionally, graphical representations, such as plots and charts, illustrate the trends observed across different experimental conditions, reinforcing the robustness of the findings. The analysis also highlights specific subgroups that exhibited particularly pronounced effects, warranting further investigation into the underlying mechanisms. Overall, the results contribute valuable insights into the field, supporting the hypothesis and suggesting potential avenues for future research.
Discussion
In this study, the synthesis and characterization of nano-bioglass-silver (nBG@Ag) were explored, focusing on its potential application in orthodontic adhesives to prevent white spot lesions. The nBG@Ag was synthesized using a sol-gel method, followed by characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and transmission electron microscopy (TEM), confirming its crystalline structure and size under 100 nanometers. The biocompatibility of nBG@Ag was assessed using the Vero cell line, revealing high survival rates across various concentrations, indicating no significant cytotoxicity.
The antimicrobial efficacy of nBG@Ag was demonstrated through microbroth dilution methods, showing a minimum inhibitory concentration (MIC) of 0.125 µg/mL against *Streptococcus mutans*, a key bacterium in early carious lesions. The incorporation of nBG@Ag into orthodontic composites resulted in a significant reduction in bacterial growth, with higher concentrations enhancing this effect. Although the shear bond strength (SBS) of the adhesives decreased with the addition of nBG@Ag, it remained clinically acceptable. Additionally, the study indicated a modest improvement in enamel microhardness and remineralization, supported by scanning electron microscopy (SEM) observations of hydroxyapatite crystal deposits on treated surfaces. Overall, the findings suggest that nBG@Ag could serve as a promising additive in orthodontic adhesives, combining antimicrobial properties with acceptable mechanical performance and biocompatibility.