DOI: https://doi.org/10.1186/s43088-025-00701-2
تاريخ النشر: 2025-10-28
المؤلف: Dina Ezzat وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تتناول الدراسة المشكلة المستمرة للتسوس المتكرر في طب الأسنان الترميمي من خلال استكشاف دمج مستخلص بذور الليمون الحامض (Citrus aurantium L.) في الأسمنت الزجاجي الأيوني (GIC). كان الهدف هو تعزيز النشاط المضاد للميكروبات ضد Streptococcus mutans مع الحفاظ على السلامة الميكانيكية لـ GIC. شملت الأبحاث إضافة المستخلص المائي بتركيزين (10% و 20% بالوزن) وتقييم فعاليته المضادة للميكروبات من خلال اختبارات انتشار الأجار، إلى جانب تقييم الخصائص الميكانيكية بناءً على المعايير المعتمدة.
أشارت النتائج إلى أن GIC المعدل أظهر نشاطًا مضادًا للميكروبات محسّنًا بشكل كبير، خاصة عند التركيز 20%، والذي أنتج منطقة تثبيط قدرها 27.2 ± 0.6 مم مقارنة بـ 16.2 ± 0.6 مم للمجموعة الضابطة. كشفت دراسات الربط الجزيئي عن affinities ربط قوية بين المركبات النباتية الرئيسية من المستخلص و S. mutans glucosyltransferase B (GtfB)، موضحة الآليات المحتملة وراء التأثيرات المضادة للميكروبات الملحوظة. على الرغم من ملاحظة انخفاض طفيف في قوة الانحناء، أظهرت كلا المجموعتين المعدلتين من GIC صلابة سطحية محسّنة مقارنة بالمجموعة الضابطة.
في الختام، أدى دمج مستخلص C. aurantium L. إلى تحسين الخصائص المضادة للميكروبات لـ GIC بشكل كبير مع الحفاظ على أداء ميكانيكي مرضٍ. تؤكد النتائج على إمكانية دمج المركبات الطبيعية النشطة بيولوجيًا مع الطرق الحاسوبية في تطوير المواد السنية، مما يوفر طريقًا واعدًا لتعزيز ممارسات طب الأسنان الترميمي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الاستخدام الواسع للأسمنت الزجاجي الأيوني (GICs) في طب الأسنان على مدار الخمسين عامًا الماضية، مع تسليط الضوء على أدوارها كطبقات، وقواعد، ومواد لاصقة، وختمات، ومواد ترميمية. يُفضل استخدام GICs بسبب قدرتها الفعالة على الالتصاق بهياكل الأسنان، وإطلاق الفلورايد، والتوافق الحيوي، ومع ذلك تواجه قيودًا مثل الحساسية للرطوبة، والعتامة، والضعف في القوة. من الجدير بالذكر أن البكتيريا المتبقية يمكن أن تستمر تحت ترميمات GIC، مما يساهم في التسوس الثانوي، الذي يمثل 60% من فشل الترميمات ويمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية فموية كبيرة، بما في ذلك فقدان الأسنان.
لتحسين الخصائص المضادة للميكروبات لـ GICs، تم استكشاف دمج عوامل مضادة للميكروبات متنوعة، وخاصة الكلورهيكسيدين (CHX). ومع ذلك، قد يؤثر الكلورهيكسيدين على الخصائص الفيزيائية لـ GICs، مما يثير القلق بشأن ملاءمته. وبالتالي، هناك اهتمام متزايد بالمضادات الحيوية الطبيعية، بما في ذلك المستخلصات العشبية. تركز هذه الدراسة على إمكانيات مستخلص بذور الليمون الحامض (Citrus aurantium L.) كعامل مضاد للميكروبات في GICs، وتقييم فعاليتها ضد Streptococcus mutans وخصائصها الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، سيتم إجراء دراسات الربط الجزيئي لفهم التفاعلات بين المركبات النباتية الرئيسية من C. aurantium وإنزيم glucosyltransferase B (GtfB) البكتيري، وهو إنزيم حاسم لتكوين الأغشية الحيوية، وبالتالي دمج كل من المنهجيات المختبرية والحاسوبية لتوضيح الإمكانات المضادة للميكروبات لهذا المستخلص الطبيعي في تركيبات GIC.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون بذور Citrus aurantium L. المأخوذة من مورد محلي في النوبارية، مصر، إلى جانب الأسمنت الزجاجي الأيوني التقليدي (Fuji IX GP) من شركة GC، طوكيو، اليابان. لاختبار النشاط المضاد للميكروبات، تم استخدام محلول 0.12% من الكلورهيكسيدين (CHX) كتحكم إيجابي، تم الحصول عليه من Sigma-Aldrich، سانت لويس، ميزوري، الولايات المتحدة الأمريكية. تم إجراء زراعة البكتيريا باستخدام مرق الصويا التريبتوكسي (TSB) المقدم من Merck KGaA، دارمشتات، ألمانيا، بينما تم استخدام ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) كتحكم للمذيب، تم شراؤه من Chem-Lab NV، زيدلجم، بلجيكا. السلالة البكتيرية المستخدمة في التجارب كانت Streptococcus mutans (ATCC 25175)، تم الحصول عليها من مجموعة الثقافة الأمريكية (ATCC)، الولايات المتحدة الأمريكية.
توضح قسم الطرق المواد المستخدمة لكل من اختبار النشاط المضاد للميكروبات وزراعة البكتيريا، مما يضمن أن جميع المواد الكيميائية والبيولوجية تم الحصول عليها من موردين موثوقين. تعتبر هذه الاختيارات الدقيقة للمواد حاسمة لموثوقية وإعادة إنتاج نتائج الدراسة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى أن قيم الصلابة الميكروية التي تم قياسها باستخدام اختبار صلابة فيكرز كانت أعلى بشكل ملحوظ في مجموعة 20% CA (42.4 ± 2.1 VHN) مقارنة بكل من المجموعة الضابطة (33.5 ± 2.0 VHN) ومجموعة 10% CA (32.2 ± 1.8 VHN)، مع قيمة p أقل من 0.0001. بالمقابل، لم يُلاحظ أي فرق كبير بين المجموعتين الضابطة و10% CA (p = 0.2759).
بالإضافة إلى ذلك، قدمت تحليلات الربط الجزيئي رؤى حول الخصائص المضادة للميكروبات للمركبات النشطة بيولوجيًا. من الجدير بالذكر أن حمض cis-Vaccenic أظهر ارتباطًا قويًا مع بقايا التحفيز لـ GtfB، مما قد يعيق وظيفته ويقلل من شدة البكتيريا. تم قياس affinities الربط، وكشفت القيم عن -5.247 kcal/mol لثيميدين، -5.550 kcal/mol لحمض n-Hexadecanoic، و -5.930 kcal/mol لحمض cis-Vaccenic. كانت التفاعلات مميزة بروابط هيدروجينية وتفاعلات كارهة للماء، حيث تفضل المركبات المحبة للدهون جيوب كارهة للماء وتشارك المركبات القطبية مع بقايا قطبية في GtfB. توضح أوضاع الربط التفاعلات الرئيسية، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية وتفاعلات الكاتيون-π، والتي قد تؤثر على استقرار ونشاط الإنزيم.
المناقشة
تناقش الأبحاث إعداد وتوصيف مستخلص بذور Citrus aurantium L. ودمجه في الأسمنت الزجاجي الأيوني (GIC) لتعزيز الخصائص المضادة للميكروبات. تم إعداد المستخلص المائي من البذور من خلال تقنية النقع وتم توصيفه باستخدام كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة (GC-MS)، حيث تم تحديد خمسين مكونًا كيميائيًا نباتيًا، معظمها أحماض دهنية. أظهرت تركيبات GIC المعدلة، التي تحتوي على 10% و 20% من المستخلص، فعالية مضادة للميكروبات ملحوظة ضد Streptococcus mutans، حيث أظهر التركيز 20% أعلى منطقة تثبيط (27.2 مم)، مما يشير إلى تأثير يعتمد على التركيز.
تم أيضًا تقييم الخصائص الميكانيكية، حيث أظهر GIC المعدل بنسبة 20% CA صلابة ميكروية محسّنة (23 ± 1.5 MPa) مقارنة بالمجموعة الضابطة (26.2 ± 2.1 MPa)، مما يشير إلى تحسين السلامة الهيكلية بسبب التركيب الكيميائي للمستخلص. أشارت دراسات الربط الجزيئي إلى affinities ربط قوية للمركبات النباتية الرئيسية مع إنزيم glucosyltransferase GtfB، موضحة الآلية وراء النشاط المضاد للبكتيريا الملحوظ. تدعم النتائج إمكانية استخدام مستخلص C. aurantium L. كمضاف مضاد للميكروبات طبيعي في المواد السنية، بينما تبرز أيضًا الحاجة إلى مزيد من البحث لتقييم تأثيراته على المدى الطويل في البيئات السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s43088-025-00701-2
Publication Date: 2025-10-28
Author(s): Dina Ezzat et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study addresses the persistent issue of recurrent caries in restorative dentistry by exploring the incorporation of Citrus aurantium L. seed extract into glass ionomer cement (GIC). The objective was to enhance the antimicrobial activity against Streptococcus mutans while preserving the mechanical integrity of the GIC. The research involved the addition of the aqueous extract at two concentrations (10% and 20% by weight) and assessed its antimicrobial efficacy through agar diffusion assays, alongside mechanical property evaluations based on established standards.
Results indicated that the modified GIC exhibited significantly improved antimicrobial activity, particularly at the 20% concentration, which produced a 27.2 ± 0.6 mm inhibition zone compared to 16.2 ± 0.6 mm for the control. Molecular docking studies revealed strong binding affinities between key phytocompounds from the extract and S. mutans glucosyltransferase B (GtfB), elucidating the potential mechanisms behind the observed antimicrobial effects. Although a slight reduction in flexural strength was noted, both modified GIC groups showed enhanced surface microhardness compared to the control.
In conclusion, the incorporation of C. aurantium L. extract significantly improved the antimicrobial properties of GIC while maintaining satisfactory mechanical performance. The findings underscore the potential of integrating natural bioactive compounds with computational methods in the development of dental materials, providing a promising avenue for enhancing restorative dentistry practices.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the extensive use of glass ionomer cements (GICs) in dentistry over the past fifty years, highlighting their roles as liners, bases, luting agents, sealers, and restorative materials. GICs are favored for their effective bonding to tooth structures, fluoride release, and biocompatibility, yet they face limitations such as moisture sensitivity, opacity, and inadequate strength. Notably, residual bacteria can persist under GIC restorations, contributing to secondary caries, which account for 60% of restoration failures and can lead to significant oral health issues, including edentulism.
To enhance the antimicrobial properties of GICs, the incorporation of various antimicrobial agents, particularly chlorhexidine (CHX), has been explored. However, CHX may compromise the physical properties of GICs, raising concerns about its suitability. Consequently, there is growing interest in natural antimicrobials, including herbal extracts. This study focuses on the potential of Citrus aurantium L. (sour orange) seed extract as an antimicrobial agent in GICs, evaluating its efficacy against Streptococcus mutans and its mechanical properties. Additionally, molecular docking studies will be conducted to understand the interactions between key phytocompounds from C. aurantium and bacterial glucosyltransferase B (GtfB), an enzyme critical for biofilm formation, thereby integrating both in vitro and in silico methodologies to elucidate the antimicrobial potential of this natural extract in GIC formulations.
Methods
In this study, the researchers utilized Citrus aurantium L. seeds sourced from a local supplier in Nubariya, Egypt, alongside conventional glass ionomer cement (Fuji IX GP) from GC Corporation, Tokyo, Japan. For antimicrobial testing, a 0.12% solution of chlorhexidine (CHX) was employed as a positive control, obtained from Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri, USA. The bacterial culturing was conducted using trypticase soy broth (TSB) provided by Merck KGaA, Darmstadt, Germany, while dimethyl sulfoxide (DMSO) served as a solvent control, purchased from Chem-Lab NV, Zedelgem, Belgium. The bacterial strain used in the experiments was Streptococcus mutans (ATCC 25175), acquired from the American Type Culture Collection (ATCC), USA.
The methods section outlines the materials used for both the antimicrobial testing and bacterial culturing, ensuring that all reagents and biological materials were sourced from reputable suppliers. This careful selection of materials is critical for the reliability and reproducibility of the study’s findings.
Results
The results of the study indicate that the microhardness values measured using Vickers microhardness testing were significantly higher in the 20% CA group (42.4 ± 2.1 VHN) compared to both the control group (33.5 ± 2.0 VHN) and the 10% CA group (32.2 ± 1.8 VHN), with a p-value of less than 0.0001. In contrast, no significant difference was observed between the control and the 10% CA groups (p = 0.2759).
Additionally, molecular docking analyses provided insights into the antimicrobial properties of bioactive compounds. Notably, cis-Vaccenic acid demonstrated strong binding to the catalytic residues of GtfB, potentially inhibiting its function and reducing bacterial virulence. The binding affinities were quantified, revealing values of -5.247 kcal/mol for Thymine, -5.550 kcal/mol for n-Hexadecanoic acid, and -5.930 kcal/mol for cis-Vaccenic acid. The interactions were characterized by hydrogen bonds and hydrophobic interactions, with lipophilic compounds favoring hydrophobic pockets and polar compounds engaging with polar residues in GtfB. The docking poses illustrated key interactions, including hydrogen bonds and cation-π interactions, which may influence the stability and activity of the enzyme.
Discussion
The research discusses the preparation and characterization of Citrus aurantium L. seed extract and its incorporation into glass ionomer cement (GIC) to enhance antimicrobial properties. The aqueous seed extract was prepared through a maceration technique and characterized using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), identifying fifty phytochemical components, predominantly fatty acids. The modified GIC formulations, containing 10% and 20% of the extract, demonstrated significant antimicrobial efficacy against Streptococcus mutans, with the 20% concentration exhibiting the highest inhibition zone (27.2 mm), indicating a concentration-dependent effect.
Mechanical properties were also assessed, revealing that the 20% CA-modified GIC had improved microhardness (23 ± 1.5 MPa) compared to the control (26.2 ± 2.1 MPa), suggesting enhanced structural integrity due to the chemical composition of the extract. Molecular docking studies indicated strong binding affinities of key phytochemicals with the glucosyltransferase enzyme GtfB, elucidating the mechanism behind the observed antibacterial activity. The findings support the potential of C. aurantium L. extract as a natural antimicrobial additive in dental materials, while also highlighting the need for further research to evaluate its long-term effects in clinical settings.