DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34738-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41520031
تاريخ النشر: 2026-01-10
المؤلف: Aslı Aşık وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيولوجيا الفموية وبحوث التهاب اللثة
نظرة عامة
كان الهدف من هذه الدراسة هو تقييم التوافق الحيوي وفعالية المضادات الحيوية لاثني عشر تركيبة مختلفة من معاجين الأسنان باستخدام زراعة خلايا الألياف اللثوية البشرية (hGF). شملت التركيبات المختبرة علامات تجارية شهيرة مثل كولجيت توتال 12، وكورابروكس إنزياكال، وسنستوداين، من بين آخرين. تم اتباع الإرشادات الأخلاقية في الحصول على hGF صحي من الأفراد للتجارب.
لتقييم التأثيرات السامة للخلايا، تم استخدام نظام xCELLigence لمراقبة النشاط الخلوي في الوقت الحقيقي على فترات 5 دقائق على مدى 72 ساعة. كما قامت الدراسة بتقييم التأثيرات المسببة للموت الخلوي لمعاجين الأسنان عند تركيزات IC50 الخاصة بها باستخدام اختبارات Annexin V وCaspase-3. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقيق في السمية الجينية باستخدام علامات فلورية محددة. كانت هذه المقاربة الشاملة تهدف إلى تقديم رؤى حول سلامة وفعالية التركيبات المعتمدة من معاجين الأسنان المختبرة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الأساسي لفرش الأسنان ومعاجين الأسنان في الحفاظ على نظافة الفم، كما حددتها إدارة الغذاء والدواء. تُعرف معجون الأسنان، أو “معجون الأسنان”، بأنه تركيبة تحتوي على مواد كاشطة مصممة لتوصيل عوامل مضادة للتسوس تمنع تسوس الأسنان. تشمل الوظائف الأساسية لمعجون الأسنان إزالة اللويحات السنية وتوفير عوامل وقائية ضد تسوس الأسنان. تتكون تركيبات معجون الأسنان عادةً من مكونات نشطة، مثل مركبات الفلورايد (مثل فلوريد الصوديوم، وفلوريد القصدير)، التي تكون فعالة في منع التسوس، ومكونات غير نشطة، بما في ذلك المواد الكاشطة والمواد السطحية التي تعزز فعالية التنظيف.
تسلط الورقة الضوء على الدور المزدوج للفلورايد ليس فقط في إعادة التمعدن ولكن أيضًا في إمكانية التسبب في تأثيرات سامة للخلايا على الخلايا الفموية، خاصة عند التركيزات العالية. تشمل المكونات النشطة الأخرى، مثل التريكلوسان والكلورهكسيدين، لخصائصها المضادة للميكروبات، بينما تم فحص المواد السطحية مثل لوريل سلفات الصوديوم (SLS) لتأثيراتها السلبية على الخلايا، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي وتدمير الغشاء. تؤكد المقدمة على أهمية تقييم كل من الفعالية والسلامة البيولوجية لتركيبات معجون الأسنان، خاصة تلك المخصصة للاستخدام اليومي، نظرًا لاحتمالية التعرض الطويل الأمد لهذه المركبات.
طرق البحث
في هذه الدراسة، اتبعت المنهجية الإرشادات الأخلاقية لإعلان هلسنكي وحصلت على موافقة من لجنة الأخلاقيات بكلية الطب في جامعة إيجه (رقم البروتوكول: 14-5.1/8). ركزت الأبحاث على تقييم تركيبات معجون الأسنان المتاحة تجاريًا، التي تم اختيارها بناءً على وجودها في السوق وتركيبها. تم تصنيف ما مجموعه اثني عشر تركيبة من معاجين الأسنان وفقًا لمكوناتها النشطة أو غير النشطة، وخاصة تلك التي تحتوي على الفلورايد، لتسهيل المقارنات بين التوافق الحيوي والخصائص المضادة للبكتيريا.
لإعداد مستخلصات معجون الأسنان للتحقيق التجريبي، تم تخفيف عينات 1 مل من كل معجون أسنان مع 9 مل من وسط زراعة الخلايا، مما حقق تركيز 10% (وزن/حجم). يحاكي هذا التخفيف الظروف الفسيولوجية أثناء تنظيف الأسنان، مما يسمح بإجراء تقييمات ذات صلة للتسمم الخلوي. تم حضانة المستخلصات، ثم طردها مركزيًا، وتصفيتها للحصول على وسط معقم للاختبار. تم قياس درجة الحموضة للمستخلصات، مما كشف عن قيم ضمن النطاق الفسيولوجي (6.1-7.8)، مما يشير إلى أن التأثيرات السامة للخلايا التي لوحظت لم تكن ناتجة عن مستويات حموضة متطرفة. تم تقييم السمية الخلوية لتركيبات معجون الأسنان باستخدام نظام xCELLigence Real-Time Cell Analyzer (RTCA) على مدى 72 ساعة، مع تحديد قيمة IC50 كتركيز يمنع 50% من النشاط البيولوجي في زراعة خلايا الألياف اللثوية البشرية (hGF).
النتائج
تشير نتائج الدراسة، كما تحددها قيم IC50 التي تم الحصول عليها من خلال نظام xCELLigence، إلى مستويات متفاوتة من السمية الخلوية لعلامات تجارية مختلفة من معاجين الأسنان على خطوط خلايا الألياف اللثوية البشرية (hGF). أظهرت ميريدول أعلى سمية خلوية بقيمة IC50 تبلغ 0.062، تليها كولجيت ماكسيموم كافتي بروتيكشن عند 0.266، وكورابروكس إنزياكال عند 0.296. تم تقييم سنستوداين بروناميل للأطفال أيضًا، على الرغم من عدم ذكر قيمته IC50 المحددة.
تم إجراء تحليلات تدفق خلوية باستخدام جهاز BD Accuri™ C6، وتمت معالجة البيانات من خلال برنامج BD Accuri باستخدام نموذج تمييز الفلورية القائم على الربع القياسي. لم تصدر الدراسة مخططات نقاط تشتت خام بسبب وضع الاكتساب العددي للجهاز. تم تقديم تمثيل تخطيطي لاستراتيجية البوابة المستخدمة للتفريق بين السكان الخلويين القابلين للحياة، والمبكرين المسببين للموت الخلوي، والمتأخرين المسببين للموت الخلوي، والسكان الخلويين النخرين في الشكل التكميلي 1.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في ورقة البحث على الأدوار المتعددة للجزيئات السكرية في تركيبات معاجين الأسنان، مسلطة الضوء على مساهماتها في استقرار وفعالية المنتجات المخصصة للتحكم في اللويحات السنية. وتبرز ضرورة أن تكون معاجين الأسنان غير سامة، وغير مسببة للحساسية، وفعالة ضد الفلورا الفموية المسببة للأمراض مع الحفاظ على قبول المستخدم في الطعم والرائحة. كما تتناول الورقة الآثار السلبية المحتملة لبعض المكونات، مثل الزيوت الأساسية والمواد السطحية الشائعة مثل لوريل سلفات الصوديوم (SLS) وكوكاميدوبروبيل بيتاين، التي يمكن أن تسبب ردود فعل تحسسية وسُمّية خلوية لدى الأفراد المعرضين.
تهدف الدراسة إلى سد فجوة في الأدبيات المتعلقة بالتأثيرات السامة، والمسببة للموت الخلوي، والسمية الجينية لمختلف تركيبات معاجين الأسنان على خلايا الألياف اللثوية البشرية (hGF)، جنبًا إلى جنب مع فعاليتها المضادة للبكتيريا ضد ستربتوكوكوس موتانس ولاكتوباسيلوس رامنوسوس. تشير النتائج إلى أنه بينما أظهرت جميع التركيبات المختبرة درجات متفاوتة من السمية الخلوية، لم تؤدي تركيزات IC₅₀ بشكل كبير إلى تحفيز الموت الخلوي أو السمية الجينية. ومن الجدير بالذكر أن كولجيت توتال 12 وكولجيت ماكسيموم كافتي بروتيكشن أظهرتا أعلى فعالية مضادة للبكتيريا ضد S. موتانس، والتي تعزى إلى محتواها من SLS، على الرغم من أنها أظهرت أيضًا تأثيرات سلبية على الخلايا. تسلط الدراسة الضوء على الطبيعة المزدوجة للمواد السطحية في معاجين الأسنان، موازنة فوائدها المضادة للبكتيريا ضد الأضرار الخلوية المحتملة، وتدعو إلى مزيد من التحقيق في التوافق الحيوي لهذه التركيبات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34738-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41520031
Publication Date: 2026-01-10
Author(s): Aslı Aşık et al.
Primary Topic: Oral microbiology and periodontitis research
Overview
The objective of this study was to assess the biocompatibility and antibacterial efficacy of twelve different toothpaste formulations using human gingival fibroblast (hGF) cell cultures. The formulations tested included popular brands such as Colgate Total 12, Curaprox Enzycal, and Sensodyne, among others. Ethical guidelines were followed in obtaining healthy hGF from individuals for the experiments.
To evaluate cytotoxic effects, the xCELLigence system was employed to monitor cellular activity in real-time at 5-minute intervals over a 72-hour period. The study also assessed the apoptotic effects of the toothpastes at their IC50 concentrations using Annexin V and Caspase-3 assays. Additionally, genotoxicity was investigated with the use of specific fluorescent markers. This comprehensive approach aimed to provide insights into the safety and effectiveness of the tested toothpaste formulations.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the essential role of toothbrushes and toothpastes in maintaining oral hygiene, as defined by the FDA. Toothpaste, or “dentifrice,” is characterized as an abrasive-containing formulation designed to deliver anticaries agents that prevent dental cavities. The primary functions of toothpaste include the removal of dental plaque and the provision of preventive agents against tooth decay. Toothpaste formulations typically consist of active ingredients, such as fluoride compounds (e.g., sodium fluoride, stannous fluoride), which are effective in caries prevention, and inactive ingredients, including abrasives and surfactants that enhance cleaning efficacy.
The paper highlights the dual role of fluoride not only in remineralization but also in potentially inducing cytotoxic effects on oral cells, particularly at higher concentrations. Other active ingredients, such as triclosan and chlorhexidine, are included for their antimicrobial properties, while surfactants like sodium lauryl sulfate (SLS) have been scrutinized for their adverse cellular effects, including oxidative stress and membrane disruption. The introduction emphasizes the importance of evaluating both the efficacy and biological safety of toothpaste formulations, particularly those intended for daily use, given the potential long-term exposure to these compounds.
Methods
In this study, the methodology adhered to the ethical guidelines of the Declaration of Helsinki and received approval from the Ethics Committee of the Faculty of Medicine at Ege University (protocol number: 14-5.1/8). The research focused on evaluating commercially available toothpaste formulations, selected based on their market presence and ingredient composition. A total of twelve toothpaste formulations were categorized according to their active or inactive components, particularly those containing fluoride, to facilitate comparisons of biocompatibility and antibacterial properties.
To prepare the toothpaste extracts for experimental investigation, 1 mL samples of each toothpaste were diluted with 9 mL of cell culture medium, achieving a 10% (w/v) concentration. This dilution mimics the physiological conditions during tooth brushing, allowing for relevant cytotoxicity assessments. The extracts were incubated, centrifuged, and filtered to obtain a sterile medium for testing. The pH of the extracts was measured, revealing values within the physiological range (6.1-7.8), indicating that observed cytotoxic effects were not due to extreme pH levels. The cytotoxicity of the toothpaste formulations was assessed using the xCELLigence Real-Time Cell Analyzer (RTCA) system over 72 hours, with the IC50 value determined as the concentration that inhibits 50% of the biological activity in human gingival fibroblast (hGF) cell cultures.
Results
The results of the study, as determined by the IC50 values obtained through the xCELLigence system, indicate varying levels of cytotoxicity of different toothpaste brands on human gingival fibroblast (hGF) cell lines. Meridol exhibited the highest cytotoxicity with an IC50 value of 0.062, followed by Colgate Maximum Cavity Protection at 0.266, and Curaprox Enzycal at 0.296. Sensodyne Pronamel for Kids was also evaluated, although its specific IC50 value was not mentioned.
Flow cytometric analyses were conducted using the BD Accuri™ C6 flow cytometer, with data processing performed through the BD Accuri software utilizing a standardized quadrant-based fluorescence discrimination model. The study did not export raw scatter dot plots due to the numeric acquisition mode of the instrument. A schematic representation of the gating strategy employed to differentiate between viable, early apoptotic, late apoptotic, and necrotic cell populations is provided in Supplementary Figure 1.
Discussion
The discussion section of the research paper emphasizes the multifaceted roles of sugar alcohols in toothpaste formulations, highlighting their contributions to the stability and efficacy of products aimed at dental plaque control. It underscores the necessity for toothpaste to be non-toxic, non-allergenic, and effective against pathogenic oral flora while maintaining user acceptability in taste and odor. The paper also addresses the potential adverse effects of certain ingredients, such as essential oils and common surfactants like sodium lauryl sulfate (SLS) and cocamidopropyl betaine, which can induce allergic reactions and cytotoxicity in susceptible individuals.
The study aims to fill a gap in the literature regarding the cytotoxic, apoptotic, and genotoxic effects of various toothpaste formulations on human gingival fibroblast (hGF) cells, alongside their antibacterial efficacy against Streptococcus mutans and Lactobacillus rhamnosus. Findings indicate that while all tested formulations exhibited varying degrees of cytotoxicity, the IC₅₀ concentrations did not significantly induce apoptosis or genotoxicity. Notably, Colgate Total 12 and Colgate Maximum Cavity Protection demonstrated the highest antibacterial efficacy against S. mutans, attributed to their SLS content, despite also showing adverse cellular effects. The study highlights the dual nature of surfactants in toothpaste, balancing their antibacterial benefits against potential cellular harm, and calls for further investigation into the biocompatibility of these formulations.