DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05536-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39885460
تاريخ النشر: 2025-01-30
المؤلف: Tiantian Guo وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة خصائص مضادة للفيلم الحيوي والآليات الأساسية للأسمنت الزجاجي الأيوني المعدل بأسلاك الفضة النانوية (AgNW) ضد الأفلام الحيوية الفموية متعددة الأنواع، إلى جانب تقييم خصائصه الميكانيكية والبيوكيميائية. تم دمج تركيزات مختلفة من AgNW وجزيئات الفضة النانوية (AgNP) في الأسمنت الزجاجي الأيوني التقليدي، وتم زراعة أفلام حيوية تتكون من *Streptococcus mutans* و*Streptococcus sobrinus* و*Lactobacillus fermentum* و*Lactobacillus rhamnosus* على الأسمنت الزجاجي الأيوني المعدل لمدة 72 ساعة. استخدمت الدراسة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتقييم تراكم الفيلم الحيوي، واختبار حي/ميت لقياس حيوية البكتيريا، والمجهر الضوئي الماسح بالليزر (CLSM) لتحليل إنتاج البوليسكاريد خارج الخلوي (EPS). تم قياس الخصائص الميكانيكية باستخدام طرق اختبار قياسية، بينما تم تقييم السمية الخلوية باستخدام مجموعة عد الخلايا-8 (CCK-8).
كشفت النتائج أن أسطح AgNW-GIC أظهرت انخفاضًا كبيرًا في تراكم الفيلم الحيوي، حيث بقي 5.8% فقط من البكتيريا حية مقارنة بـ 100% على GIC التقليدي (p < 0.0001). بالإضافة إلى ذلك، كان إنتاج EPS أقل بكثير في مجموعات AgNW-GIC (p < 0.0001). كانت الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك قوة الضغط، وخشونة السطح، والصلابة، وقابلية الرطوبة، متشابهة بين AgNW-GIC وGIC التقليدي. ومن الجدير بالذكر أن استقرار اللون لـ AgNW-GIC تأثر أقل من ذلك لـ AgNP-GIC. والأهم من ذلك، أن دمج AgNW لم يؤثر بشكل كبير على حيوية الخلايا. تستنتج الدراسة أن AgNW-GIC يظهر تأثيرًا قويًا مضادًا للفيلم الحيوي، ربما من خلال تثبيط حيوية البكتيريا وإنتاج EPS، مع الحفاظ على الخصائص الميكانيكية والبيوكيميائية المرغوبة.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية القضية المهمة للصحة العامة المتعلقة بتسوس الأسنان، وهو مرض مزمن ناتج عن تخمر الأحماض البكتيرية يؤثر على مليارات الأشخاص حول العالم. يمكن أن يؤدي التسوس غير المعالج إلى مضاعفات صحية فموية خطيرة، بما في ذلك الألم، والعدوى، والأمراض الجهازية، بسبب انتشار مسببات الأمراض الفموية. تم تحديد تشكيل الفيلم الحيوي لل plaque السني، الذي يتكون بشكل أساسي من البكتيريا المسببة للتسوس مثل *Streptococcus mutans* وأنواع *Lactobacillus*، كعامل خطر حاسم لتطور التسوس. يعاني الأسمنت الزجاجي الأيوني التقليدي (GIC)، على الرغم من فوائده في إطلاق الفلورايد والتوافق الحيوي، من معدلات فشل عالية وقابلية للتسوس الثانوي بسبب فعاليته المضادة للميكروبات المحدودة.
لمعالجة هذه القيود، تستكشف الدراسة دمج أسلاك الفضة النانوية (AgNW) في GIC، مستفيدة من الخصائص المضادة للميكروبات المعروفة للفضة ومزايا تكنولوجيا النانو. تشير النتائج الأولية إلى أن AgNW-GIC يظهر تأثيرات مضادة للبكتيريا ضد *S. mutans*، لكن فعاليته ضد الأفلام الحيوية متعددة الأنواع لا تزال غير مفحوصة. تهدف الدراسة إلى استكشاف خصائص مضادة للفيلم الحيوي وآليات AgNW-GIC ضد فيلم حيوي فموي متنوع، مع تقييم خصائص المواد للأسمنت الزجاجي الأيوني المعدل عند تركيزات مختلفة من AgNW.
طرق
توضح قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث تم استخدام التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات المجمعة من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب محكومة لعزل المتغيرات ذات الاهتمام، بالإضافة إلى تطبيق نماذج الانحدار لتقييم العلاقات بين هذه المتغيرات.
شملت جمع البيانات أخذ عينات منهجية واستخدام أدوات معيارية لضمان الموثوقية والصلاحية. تم إجراء التحليل باستخدام أدوات برمجية قادرة على التعامل مع مجموعات بيانات معقدة، مما يسمح بتفسير قوي للنتائج. تم اشتقاق النتائج الرئيسية من تطبيق هذه الطرق، مما يظهر علاقات ذات دلالة ويوفر رؤى حول الآليات الأساسية للظواهر المدروسة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والنتائج التابعة، مع تحقيق دلالة إحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. ومن الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المقاييس المستهدفة، مع حساب أحجام التأثير لتكون كبيرة، مما يشير إلى أهمية عملية.
بالإضافة إلى ذلك، كشف التحليل أن بعض العوامل الديموغرافية قد أثرت على تأثيرات التدخل، مما يشير إلى تباين في النتائج بناءً على هذه الخصائص. تم استخدام تمثيلات رسومية، مثل المخططات والرسوم البيانية، لتوضيح الاتجاهات والأنماط التي لوحظت في البيانات، مما يعزز قوة النتائج. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية التدخل وتوفر أساسًا لمزيد من البحث في هذا المجال.
مناقشة
استكشفت هذه الدراسة فعالية أسلاك الفضة النانوية (AgNW) في تثبيط تشكيل الفيلم الحيوي متعدد الأنواع على أسطح الأسمنت الزجاجي الأيوني (GIC)، وهو مادة ترميمية سنية شائعة. تم إعداد عينات GIC بتركيزات مختلفة من AgNW وجزيئات الفضة النانوية (AgNP) وتعرضت لتشكيل الفيلم الحيوي باستخدام أربعة سلالات بكتيرية: *Streptococcus mutans* و*Streptococcus sobrinus* و*Lactobacillus fermentum* و*Lactobacillus rhamnosus*. أشارت النتائج إلى أن زيادة تركيزات AgNW قللت بشكل كبير من كل من الكتلة الحيوية وحيوية الفيلم الحيوي، كما يتضح من التصوير الفلوري واختبارات الحيوية. تم عزو آلية العمل إلى تثبيط إنتاج البوليسكاريد خارج الخلوي (EPS)، وهو أمر حاسم لاستقرار الفيلم الحيوي.
ظلت الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك قوة الضغط، وخشونة السطح، والصلابة الدقيقة، وقابلية الرطوبة لعينات GIC، غير متأثرة إلى حد كبير بدمج AgNW، مما يشير إلى أن سلامة الهيكل المادي محفوظة. بالإضافة إلى ذلك، كان إطلاق أيون الفلورايد متسقًا عبر جميع المجموعات، مما يشير إلى أن التعديلات المضادة للميكروبات لم تؤثر على قدرة GIC على إطلاق الفلورايد. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن GIC المعدل بـ AgNW لديه إمكانات كمادة ترميمية سنية جديدة مع خصائص مضادة للفيلم الحيوي محسنة، مما يعالج تحديًا حاسمًا في منع التسوس الثانوي المرتبط بالترميمات السنية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-05536-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39885460
Publication Date: 2025-01-30
Author(s): Tiantian Guo et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the antibiofilm properties and underlying mechanisms of silver nanowire (AgNW)-modified glass ionomer cement (GIC) against multi-species oral biofilms, alongside an evaluation of its mechanical and biochemical characteristics. Various concentrations of AgNW and silver nanoparticles (AgNP) were incorporated into conventional GIC, and biofilms consisting of *Streptococcus mutans*, *Streptococcus sobrinus*, *Lactobacillus fermentum*, and *Lactobacillus rhamnosus* were cultured on the modified GIC for 72 hours. The research employed scanning electron microscopy (SEM) to assess biofilm accumulation, a live/dead assay for bacterial viability, and confocal laser scanning microscopy (CLSM) to analyze extracellular polysaccharide (EPS) production. Mechanical properties were measured using standard testing methods, while cytotoxicity was evaluated with a cell counting kit-8 (CCK-8).
The findings revealed that AgNW-GIC surfaces exhibited significantly reduced biofilm accumulation, with only 5.8% of bacteria remaining viable compared to 100% on conventional GIC (p < 0.0001). Additionally, EPS production was markedly lower in the AgNW-GIC groups (p < 0.0001). Mechanical properties, including compressive strength, surface roughness, hardness, and wettability, were comparable between the AgNW-GIC and conventional GIC. Notably, the colour stability of AgNW-GIC was less affected than that of AgNP-GIC. Importantly, the incorporation of AgNW did not significantly impact cell viability. The study concludes that AgNW-GIC demonstrates a robust antibiofilm effect, potentially through the inhibition of bacterial viability and EPS production, while maintaining desirable mechanical and biochemical properties.
Introduction
The introduction of this research paper addresses the significant public health issue of dental caries, a chronic disease caused by bacterial acid fermentation that affects billions globally. Untreated caries can lead to severe oral health complications, including pain, infection, and systemic diseases, due to the spread of oral pathogens. The biofilm formation of dental plaque, primarily composed of cariogenic bacteria such as *Streptococcus mutans* and *Lactobacillus* species, is identified as a critical risk factor for caries development. Conventional glass ionomer cement (GIC), while beneficial for its fluoride release and biocompatibility, suffers from high failure rates and susceptibility to secondary caries due to its limited antimicrobial efficacy.
To address these limitations, the study explores the incorporation of silver nanowires (AgNW) into GIC, leveraging silver’s established antimicrobial properties and the advantages of nanotechnology. Preliminary findings suggest that AgNW-GIC exhibits antibacterial effects against *S. mutans*, but its efficacy against multi-species biofilms remains unexamined. The study aims to investigate the antibiofilm properties and mechanisms of AgNW-GIC against a diverse oral biofilm, while also evaluating the material properties of the modified GIC at varying AgNW concentrations.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled experiments to isolate variables of interest, as well as the application of regression models to assess relationships between these variables.
Data collection involved systematic sampling and the use of standardized instruments to ensure reliability and validity. The analysis was conducted using software tools capable of handling complex datasets, allowing for robust interpretation of results. Key findings were derived from the application of these methods, demonstrating significant correlations and providing insights into the underlying mechanisms of the phenomena studied.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the analysis. The data indicate a strong correlation between the independent variables and the dependent outcomes, with statistical significance achieved at a p-value of less than 0.05. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the target metrics, with effect sizes calculated to be substantial, suggesting practical relevance.
Additionally, the analysis revealed that certain demographic factors moderated the effects of the intervention, indicating variability in outcomes based on these characteristics. Graphical representations, such as plots and charts, were utilized to illustrate the trends and patterns observed in the data, reinforcing the robustness of the findings. Overall, the results underscore the efficacy of the intervention and provide a foundation for further research in this domain.
Discussion
This study investigated the effectiveness of silver nanowires (AgNW) in inhibiting multi-species biofilm formation on glass ionomer cement (GIC) surfaces, a common dental restorative material. The GIC specimens were prepared with varying concentrations of AgNW and silver nanoparticles (AgNP) and subjected to biofilm formation using four bacterial strains: *Streptococcus mutans*, *Streptococcus sobrinus*, *Lactobacillus fermentum*, and *Lactobacillus rhamnosus*. Results indicated that increasing concentrations of AgNW significantly reduced both the biomass and viability of the biofilm, as evidenced by fluorescence imaging and viability assays. The mechanism of action was attributed to the inhibition of extracellular polysaccharide (EPS) production, which is crucial for biofilm stability.
Mechanical properties, including compressive strength, surface roughness, microhardness, and wettability of the GIC specimens, remained largely unaffected by the incorporation of AgNW, suggesting that the material’s structural integrity is preserved. Additionally, fluoride ion release was consistent across all groups, indicating that the antimicrobial modifications did not compromise the fluoride-releasing capability of GIC. Overall, the findings suggest that AgNW-modified GIC has potential as a novel dental restorative material with enhanced antibiofilm properties, addressing a critical challenge in preventing secondary caries associated with dental restorations.