DOI: https://doi.org/10.1186/s40510-026-00608-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41649722
تاريخ النشر: 2026-02-06
المؤلف: Jordan Warunek وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في إطلاق الميكرو- والنانوبلاستيك (MNPs) من ستة بوليمرات تقويم الأسنان المستخدمة بشكل شائع، مقارنةً بالمواد التقليدية المصنوعة بالتشكيل الحراري مع البوليمرات الضوئية المطبوعة مباشرة. تسلط الأبحاث الضوء على أن جميع المواد المختبرة أطلقت جزيئات قابلة للاكتشاف، حيث أنتجت البوليمرات المطبوعة مباشرة تركيزات أعلى بكثير وجزيئات بلاستيكية صغيرة الحجم، بينما أطلقت المواد المصنوعة بالتشكيل الحراري بشكل أساسي جزيئات نانوية الحجم. من الجدير بالذكر أن البلعميات ابتلعت بكفاءة الجزيئات ذات الحجم بين 2-10 ميكرومتر، وأن التعرض للمواد المطبوعة مباشرة القائمة على اليوريثان أدى إلى تمايز ملحوظ للبلاعم نحو أنماط ظاهرة التهابية شبيهة بـ M1.
تؤكد النتائج على الآثار المناعية لاختيار البوليمرات في علاجات تقويم الأسنان، كاشفةً أن بعض المواد يمكن أن تؤثر على سلوك البلاعم وقد تؤثر على كل من الصحة الفموية المحلية والاستجابات المناعية النظامية. هذه الدراسة هي الأولى التي تستخدم تصوير الخلايا الحية لمراقبة تفاعلات البلاعم مع MNPs المستمدة من أجهزة التقويم، مما يظهر أن تركيب البوليمر لا ينبغي أن يُفترض أنه غير نشط مناعياً. تدعو النتائج إلى تقييم شامل للمواد المستخدمة في تقويم الأسنان لتقليل مخاطر السمية المناعية والالتهاب المزمن، مما يشير إلى الحاجة لمزيد من الأبحاث لتحسين تصميم البوليمر للتطبيقات السريرية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث انتشار وآثار الميكرو بلاستيك والنانوبلاستيك (MNPs) في نظم بيئية مختلفة وصحة الإنسان. تعتبر MNPs، التي تشمل الميكرو بلاستيك (1-5000 ميكرومتر) والنانوبلاستيك (أقل من 1 ميكرومتر)، شائعة بسبب أصولها من تحلل المواد البلاستيكية الأكبر. لقد تم اكتشافها في الأنسجة البشرية، بما في ذلك المشيمة والدماغ، مع دراسات تشير إلى تركيزات أعلى في حالات الخرف مقارنةً بالأفراد العاديين. تشير النتائج الأولية إلى مخاطر صحية محتملة، مثل الالتهاب والسمية النظامية، مما يستدعي مزيدًا من البحث في الآثار طويلة الأمد للتعرض لـ MNP.
تؤكد الورقة على تفاعل MNPs مع البلاعم، التي تلعب دورًا حيويًا في الاستجابات المناعية وتوازن الأنسجة. قد يؤدي تراكم MNPs التي يصعب تحللها داخل البلاعم إلى إضعاف وظائفها البلعومية، مما يؤدي إلى التهاب مزمن وتقليل السيطرة على العدوى. تهدف الدراسة إلى التحقيق في إطلاق MNPs من المواد المستخدمة في تقويم الأسنان، مع التركيز بشكل خاص على آثارها على استقطاب البلاعم في المختبر. تفترض الفرضية أن MNPs من أجهزة تقويم الأسنان ستثير استجابة التهابية في البلاعم، مما يبرز الحاجة لتقييم التوافق الحيوي للمواد المستخدمة في التطبيقات السنية.
طرق البحث
تحدد قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، مع دمج التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات المجمعة. شملت المنهجيات المحددة تجارب محكومة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة آثارها على النتائج المعنية. شمل جمع البيانات مصادر أولية وثانوية، مما يضمن مجموعة بيانات شاملة للتحليل.
بالإضافة إلى ذلك، تفصل القسم الأدوات الإحصائية المطبقة، مثل تحليل الانحدار واختبار الفرضيات، لتحديد أهمية النتائج. كما نفذ الباحثون إجراءات تحقق صارمة لضمان موثوقية ودقة النتائج. بشكل عام، كانت الطرق المستخدمة مصممة لتوفير رؤى قوية حول أسئلة البحث المطروحة، مما يسهل فحصًا شاملاً للظواهر الأساسية.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة عن نتائج هامة بشأن إطلاق جزيئات الميكرو بلاستيك (MNPs) من مواد الأسنان المختلفة المستخدمة في أجهزة تقويم الأسنان. أشار تحليل تدفق الخلايا إلى أن جميع المواد المختبرة أطلقت MNPs قابلة للاكتشاف، مع أعلى معدل إطلاق لوحظ في Lux و Nylon، حيث بلغت المتوسطات 18,464 و 16,763 جزيئًا، على التوالي. بالمقابل، أطلقت مواد مثل Invisacryl™ و Zendura® عددًا أقل بكثير من MNPs، مع إجماليات 3,000 و 2,559، على التوالي. كان توزيع حجم MNPs المفرج عنها متنوعًا على نطاق واسع، يتراوح من 10 نانومتر إلى 100 ميكرومتر، حيث أنتجت المواد المطبوعة مباشرة عمومًا جزيئات أصغر وأكثر تشتتًا مقارنةً بالمواد المصنوعة بالتشكيل الحراري، التي أظهرت أحجامًا أكثر تجانسًا بسبب تأثير التنعيم الميكانيكي أثناء التشكيل.
أظهر التحقيق الإضافي في التفاعل بين البلاعم و MNPs أن الجزيئات من Lux و Nylon و Invisalign® أثارت تمايزًا التهابيًا في البلاعم، كما يتضح من زيادة التعبير عن علامات مثل iNOS و CD86. بالمقابل، لم تحفز Invi-sacryl™ و Zendura® مثل هذه الاستجابات الالتهابية. أظهرت الصور الزمنية أن البلاعم يمكن أن تبتلع MNPs، حيث حدث الامتصاص بشكل أساسي مع الجزيئات ذات الحجم بين 2 إلى 5 ميكرومتر. تؤكد هذه النتائج على إمكانية أن يسهم التعرض المزمن لـ MNPs من المواد المستخدمة في تقويم الأسنان في الالتهاب المحلي، مما يثير اعتبارات هامة لسلامة وتوافق هذه المواد الحيوي في البيئات السريرية.
المناقشة
تبحث الدراسة في خصائص تسرب الميكرو بلاستيك (MNP) لستة مواد تقويم الأسنان—ثلاثة بوليمرات ضوئية مطبوعة مباشرة (ActiveMemory™ DCA، Tera Harz TA-28، و Nylon 12) وثلاثة مواد مصنوعة بالتشكيل الحراري (Invisacryl™، Zendura®، و Invisalign SmartTrack™). تكشف النتائج أن كلا النوعين من المواد يطلقان MNPs قابلة للقياس، حيث أظهرت البوليمرات المطبوعة مباشرة كمية أكبر ونطاق حجم أوسع من الجزيئات مقارنةً بنظيراتها المصنوعة بالتشكيل الحراري. من الجدير بالذكر أن MNPs المفرج عنها وُجد أنها تم استيعابها بواسطة البلاعم، مما أدى إلى استجابة التهابية تتميز بزيادة التعبير عن علامات مثل iNOS و CD86، مما يشير إلى أن هذه المواد ليست غير نشطة مناعياً.
تعتبر هذه الأبحاث رائدة في إظهار التأثير المناعي لـ MNPs المستمدة من تقويم الأسنان على خلايا المناعة الفطرية، وخاصة البلاعم، التي تلعب دورًا حيويًا في الاستجابات المناعية الفموية والنظامية. تسلط الدراسة الضوء على الحاجة لمزيد من التحقيق في الآليات التي تؤثر بها كيمياء البوليمر المختلفة على سلوك البلاعم والآثار المحتملة طويلة الأمد للتعرض لـ MNP في البيئات السريرية. يؤكد المؤلفون على أهمية دمج التقييمات المناعية في تقييم المواد السنية لضمان سلامة المرضى وتقليل الآثار البيولوجية السلبية. يجب أن تستكشف الأبحاث المستقبلية التعديلات في تصميم البوليمر لتقليل تسرب MNP والسمية المناعية المرتبطة بها.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40510-026-00608-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41649722
Publication Date: 2026-02-06
Author(s): Jordan Warunek et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This study investigates the release of micro- and nano-plastics (MNPs) from six commonly used orthodontic polymers, comparing traditional thermoformed materials with newer direct-printed photopolymers. The research highlights that all tested materials released detectable particles, with direct-printed polymers yielding significantly higher concentrations and larger micro-sized plastics, while thermoformed materials predominantly released nano-sized particles. Notably, macrophages efficiently phagocytosed particles sized between 2-10 μm, and exposure to urethane-based direct-printed materials led to a marked differentiation of macrophages towards pro-inflammatory M1-like phenotypes.
The findings underscore the immunological implications of polymer selection in orthodontic treatments, revealing that certain materials can influence macrophage behavior and potentially affect both local oral health and systemic immune responses. This study is the first to utilize live-cell imaging to observe macrophage interactions with aligner-derived MNPs, demonstrating that polymer composition should not be assumed to be immunologically inert. The results advocate for a thorough evaluation of orthodontic materials to mitigate risks of immunotoxicity and chronic inflammation, suggesting a need for further research to optimize polymer design for clinical applications.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the prevalence and implications of microplastics and nanoplastics (MNPs) in various ecosystems and human health. MNPs, which include microplastics (1-5000 µm) and nanoplastics (less than 1 µm), are ubiquitous due to their origins from the degradation of larger plastic materials. They have been detected in human tissues, including the placenta and brain, with studies indicating higher concentrations in dementia cases compared to normal individuals. Initial findings suggest potential health risks, such as inflammation and systemic toxicity, necessitating further research into the long-term effects of MNP exposure.
The paper emphasizes the interaction of MNPs with macrophages, which play a crucial role in immune responses and tissue homeostasis. The accumulation of poorly degradable MNPs within macrophages may impair their phagocytic functions, leading to chronic inflammation and reduced infection control. The study aims to investigate the release of MNPs from orthodontic materials, particularly focusing on their effects on macrophage polarization in vitro. The hypothesis posits that MNPs from orthodontic appliances will provoke a pro-inflammatory response in macrophages, highlighting the need to assess the biocompatibility of materials used in dental applications.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, incorporating statistical analyses to evaluate the data collected. Specific methodologies included controlled experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest. Data collection involved both primary and secondary sources, ensuring a comprehensive dataset for analysis.
Additionally, the section details the statistical tools applied, such as regression analysis and hypothesis testing, to ascertain the significance of the findings. The researchers also implemented rigorous validation procedures to ensure the reliability and accuracy of the results. Overall, the methods employed were designed to provide robust insights into the research questions posed, facilitating a thorough examination of the underlying phenomena.
Results
The results of this study reveal significant findings regarding the release of microplastic particles (MNPs) from various dental materials used in orthodontic appliances. Flow cytometry analysis indicated that all tested materials released detectable MNPs, with the highest shedding observed in Lux and Nylon, yielding mean totals of 18,464 and 16,763 particles, respectively. In contrast, materials such as Invisacryl™ and Zendura® released significantly fewer MNPs, with totals of 3,000 and 2,559, respectively. The size distribution of the released MNPs varied widely, ranging from 10 nm to 100 μm, with direct-printed materials generally producing smaller and more dispersed particles compared to thermoformed materials, which exhibited more uniform sizes due to the mechanical smoothing effect during molding.
Further investigation into the interaction between macrophages and MNPs revealed that particulates from Lux, Nylon, and Invisalign® induced a pro-inflammatory differentiation in macrophages, as evidenced by the upregulation of markers such as iNOS and CD86. In contrast, Invi-sacryl™ and Zendura® did not trigger such inflammatory responses. Time-lapse imaging demonstrated that macrophages could phagocytose MNPs, with uptake occurring predominantly with particles sized between 2 to 5 μm. These findings underscore the potential for chronic exposure to MNPs from orthodontic materials to contribute to local inflammation, raising important considerations for the safety and biocompatibility of these materials in clinical settings.
Discussion
The study investigates the microplastic (MNP) shedding properties of six orthodontic materials—three direct-printed photopolymers (ActiveMemory™ DCA, Tera Harz TA-28, and Nylon 12) and three thermoformed materials (Invisacryl™, Zendura®, and Invisalign SmartTrack™). The findings reveal that both types of materials release measurable MNPs, with direct-printed polymers exhibiting a greater quantity and a wider size range of particles compared to thermoformed counterparts. Notably, the released MNPs were found to be internalized by macrophages, leading to a pro-inflammatory response characterized by increased expression of markers such as iNOS and CD86, indicating that these materials are not immunologically inert.
This research is pioneering in demonstrating the immunological impact of orthodontic-derived MNPs on innate immune cells, particularly macrophages, which play a crucial role in oral and systemic immune responses. The study highlights the need for further investigation into the mechanisms by which different polymer chemistries influence macrophage behavior and the potential long-term implications of MNP exposure in clinical settings. The authors emphasize the importance of integrating immunological assessments into the evaluation of dental materials to ensure patient safety and minimize adverse biological effects. Future research should explore modifications in polymer design to reduce MNP shedding and its associated immunotoxicity.