Effects of a novel microbubble experimental formula on coronal dentin chemical composition – An in vitro study

Abstract

Introdução: A terapia pulpar vital (TPV) e revitalização requerem a utilização de soluções de irrigação que promovam a desinfeção, sendo o hipoclorito de sódio (NaOCl) o irrigante mais utilizado. Apesar da excelente atividade antimicrobiana e capacidade de dissolução do tecido pulpar, o NaOCl dissolve simultaneamente o colagénio dentinário e consequentemente compromete as propriedades mecânicas da dentina. Os efeitos deletérios sobre o substrato dentinário, bem como a citotoxicidade associada ao NaOCl, constituem desafios da sua aplicação em endodontia regenerativa. A emulsão de microbolhas (MBs) foi proposta como agente de contraste em bioimagem e como transportadora de produtos farmacêuticos. Para além da sua ação antimicrobiana, quando ultrassonicamente ativada, esta não apresenta toxicidade para as células humanas. Este conjunto de caraterísticas levou a um crescente interesse na utilização deste agente em procedimentos regenerativos. Contudo, não existem estudos que descrevam o efeito das MBs na dentina coronária. Este estudo pretende determinar a composição química da dentina coronária após irrigação com NaOCl e uma nova fórmula de microbolhas.Métodos: Dividiram-se fragmentos dentinários de seis terceiros molares extraídos em quatro grupos experimentais, de acordo com o protocolo de irrigação utilizado (n = 6): água destilada (controlo); 5% NaOCl (grupo NaOCl); MBs ultrassonicamente ativadas durante um minuto (grupo MB1min); MBs ultrassonicamente ativadas durante dois minutos (grupo MB2min). Avaliou-se a composição química da dentina com recurso a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR). Analisaram-se os dados relativos às razões fosfato/amidaII e carbonato/fosfato utilizando testes ANOVA e post-hoc de Tuckey, bem como testes Kruskal-Wallis seguidos de testes Dunn-Šidák com correção para comparações múltiplas, respetivamente. Considerou-se um nível de significância de 0.05. Resultados: A irrigação com NaOCl resultou num aumento da razão fosfafto/amidaII quando comparada com os restantes grupos (p < 0.001). Por outro lado, a irrigação com MBs não resultou em diferenças estatisticamente significativas quando comparada com o controlo (p = 1.000). Quanto à razão carbonato/fosfato, não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas entre grupos (p > 0.05).Conclusão: Considerando as limitações do presente estudo in vitro, conclui-se que a irrigação com NaOCl resultou na redução do conteúdo orgânico da dentina coronária por dissolução do colagénio presente na matriz dentinária, sendo que a irrigação com MBs não causou nenhuma alteração. A composição inorgânica da dentina permaneceu inalterada, independentemente do protocolo de irrigação testado. Combinando o potencial antimicrobiano e ausência de citotoxicidade, as MBs representam uma alternativa promissora para irrigação no âmbito de procedimentos de revitalização e TPV.

Introduction: Vital pulp therapy (VPT) and revitalization procedures require the use of well-known endodontic irrigation solutions to promote disinfection. Sodium hypochlorite (NaOCl) remains the most frequently used irrigant as it displays effective broad-spectrum antimicrobial activity and tissue-dissolution ability. Being a deproteinizing agent, NaOCl concurrently acts on dentin by dissolving dentinal collagen, ultimately impairing dentin’s mechanical properties. Some of the unsolved challenges regarding irrigation within the scope of VPT and revitalization include the deleterious NaOCl-dentin interaction and the NaOCl-associated cytotoxicity. Microbubbles (MBs) emulsion has been proposed as contrast agents for bioimaging and carriers for pharmaceutical products. Besides MBs’ effective antimicrobial action once ultrasonically activated, they do not induce cytotoxicity to human cells. The set of characteristics of MBs led to a growing interest in these agents as a promising option for regenerative procedures. However, to our knowledge, no studies have described the effect of MBs on coronal dentin. This study aimed to assess the chemical composition of coronal dentin following irrigation with sodium hypochlorite and a new MBs experimental formula, with the latter being ultrasonically activated for one or two minutes. Methods: Dentin fragments of six extracted non-carious and non-treated third molars were assigned to four groups according to the irrigation protocol (n = 6): distilled water (control group); 5% NaOCl (NaOCl group); MBs ultrasonically activated for one minute (MB1min group); MBs ultrasonically activated for two minutes (MB2min group). Chemical composition was assessed using Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR). Data regarding phosphate/amide-II and carbonate/phosphate ratios were statistically analyzed using ANOVA followed by Tuckey post-hoc tests and Kruskal-Wallis followed by Dunn-Šidák tests with correction for multiple comparisons, respectively. A significance level of 0.05 was considered.Results: NaOCl resulted in a statistically higher phosphate/amide-II ratio when compared to all the remaining groups (p < 0.001), while no statistically significant differences were found between both MBs groups and the control (p = 1.000). Concerning the carbonate/phosphate ratio, no statistically significant differences were found between groups (p > 0.05). Conclusion: Within the limitations of the present in vitro study, it can be concluded that NaOCl irrigation reduced coronal dentin’s organic content by dissolving collagen from the dentin matrix, while no alterations were produced by the ultrasonically activated MBs emulsion. In addition, inorganic dentinal composition remained unaltered independently of the tested irrigation protocol. Together with their antimicrobial potential and non-cytotoxicity, MBs present a promising alternative for endodontic irrigation within the scope of revitalization procedures and VPT.