エナメル質の機械的特性と再石灰化特性に及ぼすフッ化ストロンチウムの影響：改良型矯正用接着剤を用いたin-vitro試験

Effect of strontium fluoride on mechanical and remineralization properties of enamel: An in-vitro study on a modified orthodontic adhesive.

抄録

目的:

歯列矯正用接着剤にフッ化ストロンチウムを導入し、接着強度とエナメル質の健全性に及ぼす影響を評価する。

OBJECTIVES: Evaluate the ability of strontium fluoride on bond strength and enamel integrity after incorporation within orthodontic adhesive system as a delivery vehicle.

方法:

実験的歯列矯正用接着システムTransbond™ XTに1% Sr、0.5% SrF、1% ストロンチウム、0.5% Sr、1% F、0.5% Fを添加した。製剤の混合はフーリエ変換赤外分光法を用いてモニターした。Sr、FおよびSrFの結合に関する知見を得るために、低分子創薬スイートを使用した。6ヵ月間のエージング後にせん断接着試験を行った。エナメル質ブロックを切断し、STEM写真を記録した。試験片は、弾性率を評価するために圧痕をつけた。ラマン顕微鏡を使用してラマンスペクトルを収集し、走査型電子顕微鏡で検査した。結晶構造解析はX線回折を用いて行った。細胞増殖に対する材料の影響を測定した。バイオフィルムに対する製剤の効果を評価するため、共焦点を行った。

METHODS: Experimental orthodontic adhesive system Transbond™ XT were modified with 1% Sr, 0.5% SrF, 1% strontium, 0.5% Sr, 1% F, 0.5% F, and no additions were control. Mixing of formulation was monitored using Fourier transform infrared spectroscopy. Small-molecule drug-discovery suite was used to gain insights into Sr, F, and SrF binding. Shear bond testing was performed after 6-months of ageing. Enamel blocks were cut, and STEM pictures were recorded. Specimens were indented to evaluate elastic modulus. Raman microscope was used to collect Raman spectra and inspected using a scanning electron microscope. Crystal structural analysis was performed using X-ray diffraction. Effect of material on cellular proliferation was determined. Confocal was performed to evaluate the effect of formulation on biofilms.

結果:

改質された接着剤のFTIRは、サンプル内に存在する様々な官能基による範囲内のピーク変化を示した。TEMは、構造的に最適化されたハイドロキシアパタイトの六方晶単位胞を示した。平均せん断接着強さは、1％SrFを添加したトランスボンドXTで最も高い値を示した。死菌率は0.5%SrFと1%Fの試料で高くなった。結晶長は0.5%および1%SrF試料で増加を示した。TEM像の位相差から、0.5%SrF結晶は弾性率の高いエナメル質結晶と結合し、高度にミネラル化した結晶性ハイドロキシアパタイトであることが示された。ν1POとν1COの強度は、炭酸塩/ν1PO比とともにフッ化ストロンチウムとの良好な結合を示した。製剤は、許容可能な細胞生体適合性を示した（p<0.353）。すべての試料は、XRDにおいて異なるアパタイト角の特徴的な回折極大を示した。

RESULTS: FTIR of modified adhesives depicted peak changes within range due to various functional groups existing within samples. TEM represented structurally optimized hexagonal unit-cell of hydroxyapatite. Mean shear bond strength is recorded highest for Transbond XT with 1% SrF. Dead bacterial percentage appeared higher in 0.5% SrF and 1% F specimens. Crystal lengths showed an increase in 0.5% and 1% SrF specimens. Phase contrast within TEM images showed a union of 0.5% SrF crystal with enamel crystal with higher elastic modulus and highly mineralized crystalline hydroxyapatite. Intensity of ν1 PO and ν1 CO along with carbonate / ν1PO ratio displayed good association with strontium fluoride. The formulation showed acceptable cell biocompatibility (p < 0.353). All specimens displayed characteristic diffraction maxima of different apatite angles within XRD.

意義:

実験結果は、良好な生体適合性、適切な機械的強度、および広範囲の結晶化能力を示唆した。これは、固定式矯正歯科の2つの大きな課題であるバイオフィルムの増殖とエナメル質の脱灰を克服する新しい戦略を提供するものである。

SIGNIFICANCE: Experimental results suggested good biocompatibility, adequate mechanical strength, and far-ranging crystallization ability. This would provide a new strategy to overcome the two major challenges of fixed orthodontics, biofilm growth, and demineralization of enamel.