DOI: https://doi.org/10.3389/froh.2025.1630019
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40851914
تاريخ النشر: 2025-08-07
المؤلف: Heba Alqarni وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في مادة جديدة مضادة للبكتيريا وفعالة حيوياً تعتمد على الراتنج لتثبيت أجهزة التقويم الشفافة، مع معالجة القضايا المتعلقة بالنظافة والمظهر المرتبطة بأجهزة التقويم الثابتة التقليدية. استخدمت الدراسة مصفوفة راتنجية من يوريثان ديميثاكريلات (UDMA) وإيثر تريثيلين غليكول ديفينيل بنزيل (TEG-DVBE)، معدلة بـ 3% من ديميثيل أمينودودسيل ميثاكريلات (DMADDM) لخصائص مضادة للبكتيريا وفوسفات الكالسيوم غير المتبلور النانوي (NACP) للمساعدة في إعادة تمعدن المينا. تم تقييم الخصائص الميكانيكية، ودرجة التحويل، والفعالية المضادة للبكتيريا ضد أغشية *Streptococcus mutans* الحيوية بشكل صارم.
أشارت النتائج إلى أن المجموعات التجريبية أظهرت قوى انحناء تتراوح بين 100.6 إلى 109.2 ميغاباسكال، متجاوزة المعايير الدولية لمواد الراتنج. كانت درجة التحويل في هذه المجموعات أعلى بكثير من تلك الخاصة بالتحكم Transbond (p < 0.05)، مع قيم تتراوح بين 53.4% و69%. علاوة على ذلك، حققت التثبيتات التجريبية تقليلاً بمقدار 6 سجلات في وحدات تشكيل مستعمرات الأغشية الحيوية (CFU) وتقليلاً بنسبة 90% في النشاط الأيضي وإنتاج حمض اللبنيك مقارنة بالتحكم (p < 0.01). تشير النتائج إلى أن هذا التثبيت المبتكر لا يتمتع فقط بخصائص ميكانيكية قوية ولكنه يقلل أيضاً بشكل فعال من خطر ظهور بقع بيضاء أثناء علاج أجهزة التقويم الشفافة، مما يعزز الرعاية الوقائية في تقويم الأسنان.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية تطور علاج تقويم الأسنان من الأجهزة الثابتة التقليدية إلى علاج أجهزة التقويم الشفافة الحديثة (CAT)، والتي تقدم مزايا مثل تحسين راحة المريض والمظهر. تمثل أجهزة التقويم الشفافة الآن حوالي 30%-45% من حالات تقويم الأسنان، ويرجع ذلك إلى طبيعتها القابلة للإزالة وسهولة استخدامها. ومع ذلك، فإن استخدام التثبيتات – الهياكل الصغيرة المعتمدة على الراتنج المرتبطة بالأسنان لتعزيز فعالية أجهزة التقويم – يطرح تحديات للنظافة الفموية، مما يزيد من خطر الاستعمار البكتيري وظهور بقع بيضاء (WSLs)، مع تقارير عن حدوثها تتراوح بين 2.85% إلى 8.25% أثناء العلاج.
لمعالجة هذه القضايا، تركز الدراسة على تطوير مادة جديدة مضادة للبكتيريا تعتمد على الراتنج لتثبيتات أجهزة التقويم الشفافة التي تتضمن ديميثيل أمينودودسيل ميثاكريلات (DMADDM) وفوسفات الكالسيوم غير المتبلور بحجم نانو (NACP). لقد أظهر DMADDM خصائص مضادة للبكتيريا فعالة ضد أغشية Streptococcus mutans الحيوية، بينما يساعد NACP في إعادة تمعدن هياكل الأسنان المنزوعة المعادن. تهدف الدراسة إلى تقييم فعالية هذه المادة الجديدة في تثبيط نشاط الأغشية الحيوية ومنع WSLs، مع تقييم الخصائص الميكانيكية للراتنج مقارنة بالتحكمات التجارية. تفترض الفرضيات أن المادة الجديدة ستقلل بشكل كبير من نشاط S. mutans وتحافظ على السلامة الميكانيكية، في حين تقترح الفرضيات الصفرية عدم وجود اختلافات ذات دلالة.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون صياغة مركبات التثبيتات التقويمية المعالجة بالضوء، والتي تتكون أساساً من 55.8% UDMA و44.2% TEG-DVBE. تضمنت تخليق TEG-DVBE عملية تفاعل متعددة الخطوات تحت ظروف محكومة، تلاها إضافة المحفزات الضوئية (0.2% كامفوركوينون و0.8% إيثيل 4-N,N-dيميثيل أمينوبنزوات). تم تخليق مونومر مضاد للبكتيريا، DMADDM، وإدخاله في الراتنج بنسبة 3% من الكتلة، بناءً على دراسات سابقة تشير إلى خصائصه المضادة للبكتيريا الفعالة. بالإضافة إلى ذلك، تم تخليق جزيئات نانوية من فوسفات الكالسيوم غير المتبلور (NACP) وإضافتها بمستويات 10% و20% لتعزيز إطلاق أيونات الكالسيوم والفوسفات لإعادة تمعدن المينا.
لتحسين الخصائص الميكانيكية، تم تضمين جزيئات زجاج الباريوم البوروألومينوسيليكات المعالجة بالسيلا كمواد مساعدة بمستويات متفاوتة (45%، 50%، و55%). تم استخدام تصميم كامل للعوامل 2 × 3 لتقييم تأثيرات مستويات مختلفة من NACP والزجاج، مما أسفر عن ستة تركيبات. ومع ذلك، كشفت الاختبارات الأولية أن تركيبتين (مع 20% NACP و50% أو 55% زجاج) كانت جافة جداً للخلط المتماسك وتم استبعادها لاحقاً من التحليل. شملت الدراسة أيضاً تحكمين تجاريين: Transbond TM Supreme LV وVitremer TM، اللذان خدموا كمعايير لتقييم المركبات التجريبية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على نقاط البيانات والاتجاهات المهمة التي لوحظت. غالباً ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية ذات صلة، والتي قد تشمل قيم p، وفترات الثقة، أو أحجام التأثير، لدعم النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح البيانات بوضوح، مما يسمح بتفسير النتائج بسهولة أكبر. عادةً ما يتم مناقشة تداعيات هذه النتائج فيما يتعلق بالفرضيات المطروحة في بداية الدراسة، مما يوفر رؤى حول السياق الأوسع للبحث. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تدعم استنتاجات الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تطوير مادة جديدة لتثبيت أجهزة التقويم تعتمد على الراتنج، تتضمن مصفوفة راتنجية من UDMA/TEGDVBE، و3% DMADDM لخصائص مضادة للبكتيريا، وفوسفات الكالسيوم غير المتبلور النانوي (NACP) لإعادة التمعدن، ومواد زجاجية لتعزيز الميكانيكا. أظهرت التركيبة التي تحتوي على 20% NACP و45% زجاج أفضل فعالية مضادة للبكتيريا، محققة تقليلاً بمقدار 6 سجلات في وحدات تشكيل المستعمرات (CFUs) من *Streptococcus mutans*، وانخفاضاً بنسبة 95% في النشاط الأيضي، وتقليلات كبيرة في إنتاج حمض اللبنيك. من المهم أن هذه التركيبة أظهرت أيضاً خصائص ميكانيكية ملائمة، بما في ذلك قوة الانحناء وقوة الربط القص، متجاوزة المعايير الدولية وقابلة للمقارنة مع التحكمات التجارية.
كانت درجة تحويل البوليمر (DC) أعلى بشكل ملحوظ في المجموعات التجريبية مقارنة بالتحكمات، مما يدل على بوليمرة فعالة وإمكانية تعزيز المتانة والتوافق الحيوي. حسنت إضافة NACP ومواد الزجاج من كفاءة البوليمرة دون المساس بالسلامة الميكانيكية للراتنج. تشير نتائج الدراسة إلى أن هذه المادة الحيوية المعتمدة على الراتنج يمكن أن تقلل بشكل كبير من خطر ظهور بقع بيضاء أثناء علاج أجهزة التقويم الشفافة من خلال تثبيط تشكيل الأغشية الحيوية وتعزيز إعادة تمعدن المينا، مما يساهم في تحسين نتائج صحة الأسنان.
DOI: https://doi.org/10.3389/froh.2025.1630019
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40851914
Publication Date: 2025-08-07
Author(s): Heba Alqarni et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
The research investigates a novel resin-based antibacterial and bioactive attachment for clear aligners, addressing the hygiene and aesthetic concerns associated with traditional fixed orthodontic appliances. The study utilized a resin matrix of urethane dimethacrylate (UDMA) and triethylene glycol divinylbenzyl ether (TEG-DVBE), modified with 3% dimethylaminododecyl methacrylate (DMADDM) for antibacterial properties and nano-amorphous calcium phosphate (NACP) to aid in enamel remineralization. Mechanical properties, degree of conversion, and antibacterial efficacy against *Streptococcus mutans* biofilms were rigorously evaluated.
Results indicated that the experimental groups exhibited flexural strengths ranging from 100.6 to 109.2 MPa, surpassing ISO standards for resin materials. The degree of conversion in these groups was significantly higher than that of the Transbond control (p < 0.05), with values between 53.4% and 69%. Furthermore, the experimental attachments achieved a 6-log reduction in biofilm colony-forming units (CFU) and a 90% reduction in metabolic activity and lactic acid production compared to controls (p < 0.01). The findings suggest that this innovative attachment not only possesses robust mechanical properties but also effectively minimizes the risk of white-spot lesions during clear aligner treatment, thereby enhancing preventive orthodontic care.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the evolution of orthodontic treatment from traditional fixed appliances to modern clear aligner therapy (CAT), which offers advantages such as improved patient comfort and aesthetics. Clear aligners now represent approximately 30%-45% of orthodontic cases, largely due to their removable nature and ease of use. However, the use of attachments—small resin-based structures bonded to teeth to enhance aligner efficacy—poses challenges for oral hygiene, increasing the risk of bacterial colonization and white-spot lesions (WSLs), with reported incidences ranging from 2.85% to 8.25% during treatment.
To address these concerns, the study focuses on developing a novel antibacterial resin-based material for clear aligner attachments that incorporates dimethylaminododecyl methacrylate (DMADDM) and nano-sized amorphous calcium phosphate (NACP). DMADDM has demonstrated effective antibacterial properties against Streptococcus mutans biofilms, while NACP aids in remineralizing demineralized tooth structures. The study aims to evaluate the effectiveness of this new material in inhibiting biofilm activity and preventing WSLs, while also assessing the mechanical properties of the resin compared to commercial controls. The hypotheses posit that the new material will significantly reduce S. mutans activity and maintain mechanical integrity, contrasting with the null hypotheses suggesting no significant differences.
Methods
In this section, the authors detail the formulation of experimental light-cured orthodontic attachment composites, primarily composed of 55.8% UDMA and 44.2% TEG-DVBE. The synthesis of TEG-DVBE involved a multi-step reaction process under controlled conditions, followed by the addition of photoinitiators (0.2% camphorquinone and 0.8% ethyl 4-N,N-dimethylaminobenzoate). An antibacterial monomer, DMADDM, was synthesized and incorporated into the resin at 3% by mass, based on previous studies indicating its effective antibacterial properties. Additionally, nanoparticles of amorphous calcium phosphate (NACP) were synthesized and added at levels of 10% and 20% to enhance calcium and phosphate ion release for enamel remineralization.
To improve mechanical properties, silanized barium boroaluminosilicate glass particles were included as co-fillers at varying levels (45%, 50%, and 55%). A 2 × 3 full-factorial design was employed to evaluate the effects of different NACP and glass filler levels, resulting in six formulations. However, preliminary testing revealed that two formulations (with 20% NACP and 50% or 55% glass) were too dry for cohesive mixing and were subsequently excluded from further analysis. The study also included two commercial controls: Transbond TM Supreme LV and Vitremer TM, which served as benchmarks for evaluating the experimental composites.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data points and trends observed. The results are often accompanied by relevant statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to substantiate the findings.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables that illustrate the data clearly, allowing for easier interpretation of the results. The implications of these findings are typically discussed in relation to the hypotheses posed at the beginning of the study, providing insights into the broader context of the research. Overall, this section serves to convey the empirical evidence supporting the study’s conclusions.
Discussion
In this study, a novel resin-based orthodontic aligner attachment material was developed, incorporating a UDMA/TEGDVBE resin matrix, 3% DMADDM for antibacterial properties, nano-amorphous calcium phosphate (NACP) for remineralization, and glass fillers for mechanical reinforcement. The formulation with 20% NACP and 45% glass exhibited the best antibacterial efficacy, achieving a 6-log reduction in colony-forming units (CFUs) of *Streptococcus mutans*, a 95% decrease in metabolic activity, and significant reductions in lactic acid production. Importantly, this formulation also demonstrated favorable mechanical properties, including flexural strength and shear bond strength, exceeding ISO standards and comparable to commercial controls.
The degree of polymerization conversion (DC) was notably higher in experimental groups compared to controls, indicating effective polymerization and potential for enhanced durability and biocompatibility. The incorporation of NACP and glass fillers improved the polymerization efficiency without compromising the mechanical integrity of the resin. The study’s findings suggest that this bioactive resin-based material could significantly mitigate the risk of white-spot lesions during clear aligner therapy by inhibiting biofilm formation and promoting enamel remineralization, thus contributing to improved dental health outcomes.