Propiedades biológicas y mecánicas de un cemento ortodóntico modificado con nanopartículas de plata para la prevención de lesiones de mancha blanca - estudio in vitro

Abstract

Objetivo: Evaluar las propiedades biológicas y mecánicas de un cemento ortodóntico modificado con nanopartículas de plata y su efecto preventivo en la formación de lesiones de mancha blanca. Material y métodos: Se empleó un cemento ortodóntico modificado con 0.05%, 0.1%, 0.5% y 1% de NPsAg (p/p). La actividad antibacteriana se evaluó mediante el método de difusión en agar y por conteo de UFC transformadas a log UFC/mL empleando cepas de Streptococcus mutans ATCC 25175 y Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 . La evaluación del cambio del color del esmalte de las muestras luego de seis meses de almacenaje se calculó empleando la fórmula CIEDE2000 (ΔE00). La prueba se resistencia al cizallamiento se realizó en una máquina universal de ensayos con un velocidad del cabezal de 1 mm/min, los datos fueron regitrados en MPa. El patrón de falla de adhesión se evaluó mediante el índice remante adhesivo. Se realizó una inducción microbiológica de formación de lesiones de mancha blanca sobre la superficie del esmalte. Los dientes fueron fotografiados de manera estandarizada y las áreas de formación de las lesiones (mm²) se calcularon con el programa Image J. Las muestras fueron seccionadas transversalmente y se midió la cantidad relativa iones fostatos (PO4³⁻) a 960 cm⁻¹ empleando un sistema de microscopía Raman confocal con un modo de adquisición lineal de 136 µm, con mediciones cada 5 µm en la zona de la lesión. La longitud de las lesiones de mancha blanca se midieron a partir de las microfotografías con el programa Image J. Resultados: Los grupos con 0.5% y 1% promovieron la formación de zonas de inhibición para S. mutans y fueron significativas respecto a los otros grupos (p<0.05). No se observaron diferencias significativas para L. acidophilus (p>0.05). Todos los cementos experimentales mostraron una menor formación de UFC que el cemento convencional para S. mutans y L. acipdophilus (p<0.05). El mayor cambio de color fue observado en el grupo con 1% de NPsAg (8.04±1.48); sin embargo, no hubieron diferencias significativas cuando se realizó una comparación múltiple con los grupos de 0.5% y 0.1% de NPsAg (p>0.05). La incorporación de las NPsAg en el cemento ortodóntico disminuyó la resistencia al cizallamiento en todos los grupos. No se observaron diferencias significativas en la reducción de la resistencia al cizallamiento entre los grupos con concentraciones de 1%, 0.5% y 0.1% de NPsAg (p>0.05). Las puntuaciones del IRA en el grupo con 1% de NPsAg fueron principalmente valores de 0 y 1. Todos los grupos donde se usaron los cementos con las NPsAg presentaron una menor área de desmineralización que el grupo control (p<0.05). El grupo de 1% de NPsAg promovió la mayor prevención de formación de LMB (3.21 ± 0.56 mm²). En las muestras del grupo de 1% de NPsAg, la cantidad relativa de iones fosfato (PO4³⁻) se mantuvo cercana al 70.41% respecto a los valores medidos en el esmalte sano. Conclusión: La incorporación de 0.5% y1% de NPsAg en el cemento ortodóntico provee importante actividad antibacteriana. Las concentraciones mayores a 0.1% de NPsAg afectan el color del esmalte. A mayor concentración de NPsAg mayor la disminución de la resistencia al cizallamiento, con un patrón de falla principalmente en la interfase resina-esmalte. La concentración de 1% de NPsAg promovió mayor prevención de formación de LMB y presentó un potencial de mantener la cantidad de iones fosfato (PO4³⁻) cercana a los valores medidos en el esmalte sano.

Objective: To evaluate the biological and mechanical properties of an orthodontic cement modified with silver nanoparticles and its preventive effect on the formation of white spot lesions. Material and methods: An orthodontic cement modified with 0.05%, 0.1%, 0.5% and 1% NPsAg (w/w) was used. The antibacterial activity was evaluated by the agar diffusion method and by counting transformed CFUs at log CFU/mL using Streptococcus mutans ATCC 25175 and Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 strains. The evaluation of the color change of the enamel after six months of storage was calculated using the CIEDE2000 formula (ΔE00). Shear bond strength testing was performed on a universal testing machine with a head speed of 1 mm/min, data was recorded in MPa. The pattern of adhesion failure was evaluated by the adhesive remnant index. A microbiological induction of white spot lesion formation was performed on the enamel surface. The teeth were photographed in a standardized way and the areas of lesion formation (mm²) were calculated with the Image J program. The samples were cross-sectioned and the relative amount of phosphate ions (PO4³⁻) was measured at 960 cm⁻¹ using a confocal Raman microscopy system with a linear acquisition mode of 136 µm, with measurements every 5 µm in the area of the lesion. The length of the white spot lesions was measured from the photomicrographs with the Image J program. Results: The groups with 0.5% and 1% promoted the formation of inhibition zones for S. mutans and were significant compared to the other groups (p<0.05). No significant differences were observed for L. acidophilus (p>0.05). All the modified cements showed lower CFU formation than the conventional cement for S. mutans and L. acipdophilus (p<0.05). The greatest color change was observed in the group with 1% NPsAg (8.04±1.48); however, there were no significant differences when multiple comparison was made with the 0.5% and 0.1% NPsAg groups (p>0.05). The incorporation of the NPsAg in the orthodontic cement decreased the shear bond strength in all groups. No significant differences were observed in the shear bond strength reduction between the groups with concentrations of 1%, 0.5% and 0.1% of NPsAg (p>0.05). The ARI scores in the group with 1% NPsAg were mainly values of 0 and 1. All the groups where the modified cements with NPsAg were used presented a smaller area of demineralization than the control group (p<0.05). The 1% NPsAg group promoted the greatest prevention of LMB formation (3.21 ± 0.56 mm²). In the samples of the 1% AgNP group, the relative amount of phosphate ions (PO4³⁻) remained close to 70.41% compared to the values measured in healthy enamel. Conclusion: The incorporation of 0.5% and 1% of NPsAg in an orthodontic cement provides important antibacterial activity. Concentrations greater than 0.1% of NPsAg affect the color of the enamel. The higher the concentration of NPsAg, the greater the decrease in shear bond strength, with a failure pattern mainly at the resin-enamel interface. The 1% concentration of NPsAg promoted greater prevention of WSL formation and had the potential to maintain the amount of phosphate ions (PO4³⁻) close to the values measured in healthy enamel.