Dominyka Bauraitė
V kursas, 7 grupėPERSPEKTYVIAUSIOS NANODALELĖS
ORTODONTINIŲ LANKO VIELŲ PAVIRŠIAMS
MODIFIKUOTI IR GYDYMO KOKYBEI
TOBULINTI
Baigiamasis magistro darbas Darbo vadovas Docentas Mantas Šidlauskas Kaunas, 2021
2 LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS
MEDICINOS AKADEMIJA ODONTOLOGIJOS FAKULTETAS
ORTODONTIJOS KLINIKA
,,PERSPEKTYVIAUSIOS NANODALELĖS ORTODONTINIŲ LANKO VIELŲ PAVIRŠIAMS MODIFIKUOTI IR GYDYMO KOKYBEI
TOBULINTI”
Baigiamasis magistro darbas
Darbą atliko magistrantas... (parašas)
Darbo vadovas ...
(parašas)
Dominyka Bauraitė V kursas 7 grupė
Docentas Mantas Šidlauskas
2021 m. balandžio 30d. 2021 m. balandžio 30d. Kaunas, 2021
3 MOKSLINĖS LITERATŪROS SISTEMINĖS APŽVALGOS TIPO BAIGIAMOJO
MAGISTRO DARBO VERTINIMO LENTELĖ
Įvertinimas:...
Recenzentas:... (moksl. laipsnis, vardas pavardė) (parašas)
Recenzavimo data: ...
Eil .Nr
.
BMD dalys BMD vertinimo aspektai
BMD reikalavimų atitikimas ir įvertinimas
Taip Iš dalies Ne
1
Santrauka (0,5 balo)
Ar santrauka informatyvi ir atitinka darbo turinį bei
reikalavimus? 0,2 0,1 0
2 Ar santrauka anglų kalba atitinka darbo turinį bei
reikalavimus? 0,2 0.1 0
3 Ar raktiniai žodžiai atitinka darbo esmę? 0,1 0 0
4
Įvadas, tikslas uždaviniai
(1 balas)
Ar darbo įvade pagrįstas temos naujumas,
aktualumas ir reikšmingumas? 0,4 0,2 0
5 Ar tinkamai ir aiškiai suformuluota problema,
tikslas ir uždaviniai? 0,4 0,2 0
6 Ar tikslas ir uždaviniai tarpusavyje susiję? 0,2 0,1 0
7 Straipsnių atrankos kriterijai ir paieškos metodai bei strategija (3,4 balai)
Ar yra sisteminės apžvalgos protokolas? 0,6 0,3 0
8
Ar buvo nustatyti straipsnių tinkamumo kriterijai parinktam protokolui (pvz.: metai, kalba,
publikavimo būklė ir pan.)
0,4 0,2 0
9
Ar yra aprašyti visi informacijos šaltiniai (duomenų bazės ir paieškos metai, kontaktai su straipsnių
autoriais) ir paskutinės paieškos data?
0,2 0,1 0
10
Ar yra apibūdinta elektroninė duomenų paieškos strategija taip, kad ją galima būtų pakartoti
(paieškos metai; paskutinės paieškos data;
4
raktažodžiai ir jų deriniai; surastų ir atrinktų straipsnių skaičius pagal raktažodžių derinius)?
11
Ar yra aprašytas straipsnių atrinkimo procesas (skriningas, tinkamumas sisteminei apžvalgai ar, jei
taikoma, meta-analizei)?
0,4 0,2 0
12
Ar yra aprašytas duomenų atrinkimo iš straipsnių procesas (tyrimų tipai, dalyviai, intervencijos,
analizuojami veiksniai, rodikliai)?
0,4 0,2 0
13 Ar išvardinti ir aprašyti visi kintamieji, kurių
duomenys buvo ieškomi ir kokios prielaidos ar 0,4 0,2 0
supaprastinimai buvo daromi?
14
Ar aprašyti metodai, kuriais buvo vertinta atskirų tyrimų sisteminių klaidų rizika ir kaip ši informacija
buvo panaudota apibendrinant duomenis?
0,2 0,1 0
15 Ar buvo nustatyti pagrindiniai matavimo rodikliai
(santykinė rizika, vidurkių skirtumai)? 0,4 0,2 0
16
Duomenų sisteminimas
bei analizė (2,2 balo)
Ar pateiktas patikrintų straipsnių skaičius: įtrauktų, įvertinus tinkamumą, ir atmestų, pateikus priežastis
kiekvienoje atmetimo stadijoje?
0,6 0,3 0
17
Ar pateiktos įtrauktuose straipsniuose aprašytų tyrimų charakteristikos pagal kurias buvo paimti duomenys (pvz.: tyrimo imtis, stebėjimo laikotarpis,
tiriamųjų tipas)?
0,6 0,3 0
18
Ar pateikti atskirų tyrimų naudingų ar žalingų rezultatų įvertinimai: a) apibendrinti duomenys
kiekvienai grupei; b) nustatyti įverčiai ir pasikliautinumo intervalai?
0,4 0,2 0
19 Ar pateikti susisteminti publikacijų duomenys
lentelėse pagal atskirus uždavinius? 0,6 0,3 0
20 Rezultatų
aptarimas
Ar apibendrinti pagrindiniai rezultatai ir nurodyta jų
5
21 (1,4 balo) Ar aptarti atliktos sisteminės apžvalgos trūkumai? 0,6 0,3 0
22 Ar autorius pateikia rezultatų interpretaciją? 0,4 0,2 0
23
Išvados(0,5 balo)
Ar išvados atspindi baigiamojo darbo temą, iškeltus
tikslus ir uždavinius? 0,2 0,1 0
24 Ar išvados pagrįstos analizuojama medžiaga? 0,2 0,1 0
25 Ar išvados yra aiškios ir lakoniškos? 0,1 0,1 0
26
Literatūros sąrašas (1 balas)
Ar bibliografinis literatūros sąrašas sudarytas pagal
reikalavimus? 0,4 0,2 0
27 Ar literatūros sąrašo nuorodos į tekstą yra teisingos;
ar teisingai ir tiksliai cituojami literatūros šaltiniai? 0,2 0,1 0
28 Ar literatūros sąrašo mokslinis lygmuo tinkamas
moksliniam darbui? 0,2 0,1 0
29
Ar cituojami šaltiniai, ne senesni nei 10 metų, sudaro ne mažiau nei 70% šaltinių, o ne senesni kaip 5 metų
– ne mažiau kaip 40%?
0,2 0,1 0
Papildomi aspektai, kurie gali padidinti surinktą balų skaičių
30 Priedai Ar pateikti priedai padeda suprasti nagrinėjamą
temą? +0,2 +0,1 0
31
Praktinės rekomendacij
os
Ar yra pasiūlytos praktinės rekomendacijos ir ar jos
susiję su gautais rezultatais? +0,4 +0,2 0
32
Ar naudoti ir aprašyti papildomi duomenų analizės metodai ir rezultatai (jautrumo analizė,
metaregresija)?
+1 +0,5 0
33
Ar naudota meta-analizė; ar nurodyti pasirinkti statistiniai metodai; ar pateikti kiekvienos
metaanalizės rezultatai?
+2 +1 0
Bendri reikalavimai, kurių nesilaikymas mažina balų skaičių
34
Bendri reikalavimai
Ar pakankama darbo apimtis (be priedų) 15-20 psl.
(-2 balai)
<15 psl. (-5 balai)
35 Ar darbo apimtis dirbtinai padidinta? -2 balai -1 balas
36 Ar darbo struktūra atitinka baigiamojo darbo
6
37 Ar darbas parašytas taisyklinga kalba, moksliškai,
logiškai, lakoniškai? -0,5 balo -1 balas
38 Ar yra gramatinių, stiliaus, kompiuterinio
raštingumo klaidų? -2 balai -1 balas
39 Ar tekstui būdingas nuoseklumas, vientisumas,
struktūrinių dalių apimties subalansuotumas? -0,2 balo
-0,5 balo
40 Plagiato kiekis darbe >20%
(nevert.)
41 Ar turinys (skyrių, poskyrių pavadinimai ir puslapių
numeracija) atitinka darbo struktūrą ir yra tikslus? -0,2 balo
-0,5 balo
42
Ar darbo dalių pavadinimai atitinka tekstą; ar yra logiškai ir taisyklingai išskirti skyrių ir poskyrių
pavadinimai?
-0,2 balo -0,5 balo
43 Ar yra (jei reikalingi) svarbiausių terminų ir
santrumpų paaiškinimai? -0,2 balo
-0,5 balo
44 Ar darbas apipavidalintas kokybiškai (spausdinimo,
vaizdinės medžiagos, įrišimo kokybė)? -0,2 balo
-0,5 balo
*Viso (maksimumas 10 balų):
*Pastaba: surinktų balų suma gali viršyti 10 balų.
Recenzento pastabos: _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________
__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ______________________________ ___________________________________ Recenzento vardas , pavardė Recenzento parašas
8
TURINYS
SANTRAUKA10
SUMMARY12
PADĖKA14
SANTRUMPOS15
ĮVADAS16
1. STRAIPSNIŲ ATRANKOS KRITERIJAI IR PAIEŠKOS METODAI BEI STRATEGIJA
18
1.1 Pagrindinis sisteminės apžvalgos klausimas
18
1.2 Sisteminės apžvalgos protokolas
19
1.3 Informacijos rinkimo šaltiniai ir paskutinės paieškos data
21
1.4 Metodikos, taikytos paieškai duomenų bazėse
21
1.5 Atrankos kriterijai
23
1.6 Straipsnių tinkamumo kriterijai
23
1.7 Straipsnių atmetimo kriterijai
23
1.8 Duomenų atrinkimo iš straipsnių procesas
24
1.9 Kintamieji, kurių duomenys buvo vertinami
24
1.10 Individualių studijų sisteminių klaidų rizika
24
1.11 Pagrindiniai matavimo rodikliai
26
1.11.1 Lanko vielų trinties koeficientų matavimo rodikliai
26
1.11.2 Antimikrobinio poveikio vertinimui atliktų testų matavimo rodikliai
26
2. DUOMENŲ SISTEMINIMAS IR ANALIZĖ
27
2.1 Straipsnių įtraukimas
27
2.2 Į sisteminę literatūros apžvalgą įtrauktų tyrimų charakteristikos
28
2.3 Nanopadengimas siekiant sumažinti lanko vielų pasipriešinimą slydimui sąlytyjesu breketais
30
9 2.4.1 Sidabro nanodalelių antibakterinį poveikį vertinusių tyrimų apžvalga
37
2.4.2 Cinko oksido nanodalelių antimikrobinis poveikis
38
3. REZULTATŲ APTARIMAS
40
3.1 Apibendrinti tyrimų rezultatai
40
3.2 Nanodalelių poveikis lanko vielų paviršių trinties koeficientui
40
3.3 Nanodalelių indukuotas lanko vielų antibakterinis poveikis42
3.4 Sisteminės apžvalgos trūkumai
44
IŠVADOS
45
PRAKTINĖS REKOMENDACIJOS
46
LITERATŪROS SĄRAŠAS
47
PERSPEKTYVIAUSIOS NANODALELĖS ORTODONTINIŲ LANKO
VIELŲ PAVIRŠIAMS MODIFIKUOTI IR GYDYMO KOKYBEI
TOBULINTI
SANTRAUKA
Problemos aktualumas ir darbo tikslas: Nanodydžio dimensijos dalelių panaudojimas pritraukia vis didesnį mokslininkų, siekiančių patobulinti ortodontijoje naudojamas medžiagas, susidomėjimą. Inovatyvaus tradicinių ortodontinių lanko vielų paviršių nanomodifikavimo siekis yra pagerinti jų biomechanines ir antibakterines charakteristikas.
Darbo tikslas: Apžvelgus ir susisteminus naujausią mokslinę literatūrą, ,,in vitro“ sąlygomis tiriančią nanodalelių panaudojimą ortodontinių vielų paviršiaus savybėms tobulinti, siekiant užtikrinti efektyvesnį ir saugesnį gydymo procesą, išskirti nanodalelių rūšį, kuri būtų perspektyviausia pritaikymui klinikinėje praktikoje.
Medžiaga ir metodai: Publikuotų mokslinių tyrimų atranka buvo atlikta remiantis PRISMA reikalavimais. ,,Pubmed”, ,,Google Scholar”, ,,Web Of Science” elektroninėse duomenų bazėse ieškoti ne senesni, negu penkeri metai straipsniai, parašyti anglų kalba. Po dviejų publikacijų atrankos etapų, į sisteminę literatūros analizę įtraukti 7 tyrimai, kurių kokybinis ir šališkumo vertinimas atliktas pasitelkiant Faggion (2012) pateiktus ikiklinikinių ,,in vitro” tyrimų vertinimo kriterijus. Juos išanalizavus, pateikiama susisteminta informacija apie aprašytų tyrimų charakteristikas, atliekamas naudingų ir žalingų rezultatų įvertinimas.
Rezultatai: Atlikus straipsnių atranką, remiantis tinkamumo kriterijais į sisteminę literatūros apžvalgą įtraukti 7 tyrimai. Šiuose tyrimuose vertintos sidabro, cinko oksido ir sunkiųjų metalų(molibdeno bei volframo) disulfidų nanodalelėmis padengtų ortodontinių lankų mechaninės ir antibakterinės charakteristikos. Susisteminus pateiktus rezultatus, nustatyta, jog molibdeno bei volframo disulfidų nanodalelėmis padengti lankai pasižymėjo mažesnėmis trinties koeficiento vertėmis nei tradiciniai lankai tiriant tiek sausomis, tiek drėgnomis sąlygomis. O ,,in vitro” tirtos sidabru nanomodifikuotos vielos užtikrino statistiškai reikšmingą antibakterinį efektą.
Išvados: Tiriant ,,in vitro“ molibdeno ir volframo disulfidais nanomodifikuoti lanko vielų paviršiai pasižymi mažiausiu pasipriešinimu slydimui, o sidabro nanodydžio dalelės, nusodintos ant vielų paviršių, sukuria kariogeninių bei periopatogeninių bakterijų inhibicijos zonas. Susisteminus publikacijas nepavyko išskirti vienos idealios nanodalelių rūšies, kuria padengti lankai galėtų tiek
11 tobulinti ortodontinio gydymo biomechaniką, tiek užtikrinti patogeninių bakterijų kontrolę, todėl reikalinga atlikti tolimesnius, išsamesnius nanomodifikuotų lankų savybių tyrimus.
Raktažodžiai: nanotechnologijos, nanodalelės, nanopadengimas, ortodontinės lanko vielos, sidabro nanodalelės, cinko oksido nanodalelės, volframo disulfido nanodalelės, molibdeno disulfido nanodalelės, trintis, antibakterinis
THE MOST PROMISING NANOPARTICLES TO MODIFY THE SURFACE
OF AN ORTHODONTIC ARCHWIRE AND TREATMENT QUALITY
SUMMARY
Relevance of the problem: Application of nanoscale sized particles gains a growing attention of scientists, focused on improving the materials used in orthodontics. Orthodontic archwires surface modification is an innovation aiming to improve their mechanical and antibacterial characteristics. The objective of this study is to review and systematize recently published “in vitro” research on nanoparticles application for ameliorating the qualities of the orthodontic wires, in order to perform a safer and more efficient treatment process. Then determine the most perspective type of nanocoating for the clinical use.
Material and methods: The screening of articles was performed according to PRISMA checklist. The literature was searched on “PubMed”, “Google Scholar” and “Web of Science” databases in order to find “in vitro” articles, published in English and during the past 5 years. After performing two stages of selection, 7 eligible articles that were included in the study, which internal validity was evaluated according to Faggion (2012) “Guidelines for reporting pre-clinical in vitro studies on dental materials”. After analysis of the articles, the information presented was summarized.
Results: Mechanical and antibacterial characteristics of orthodontic archwires, nanocoated with Silver, Zinc Oxide, Tungsten and Molybdenum disulphides particles, were evaluated in 7 studies. After systematizing their results, wires coated with Tungsten and Molybdenum disulphides showed the smallest amount of frictional value in both “dry” and “wet” conditions. Archwires with Silver nanoparticles tested “in vitro” showed a statistically significant antibacterial effect.
Conclusions: Recent “in vitro” studies show that archwires coated with Tungsten and Molybdenum disulphide nanoparticles have the greatest potential to reduce friction during the bracket and wire interface. Archwires that are incorporated with silver nanosized particles induce cariogenic and periopathogenic bacteria inhibition zones. However, further and more complex research is needed in order to determine the ideal type of nanocoating, that would be able to refine both mechanical and antibacterial properties of an orthodontic archwire used clinically.
13 Keywords: nanotechnology, nanoparticles, nanocoating, orthodontic archwires, silver nanoparticles, zinc oxide nanoparticles, tungsten disulphide nanoparticles, molybdenum disulphide nanocoating, friction, anti-bacterial
14
PADĖKA
Nuoširdžiai dėkoju amžinąjį atilsį med. m. dr. Vilmai Švalkauskienei už visokeriopą pagalbą, naudingas rekomendacijas, rūpestį ir visą paskirtą laiką.
SANTRUMPOS
ND- nanodalelės
Ag ND- sidabro nanodalelės ZnO ND- cinko oksido nanodalelės
MoS2 ND- molibdeno disulfido nanodalelės
WS2 ND- volframo disulfido nanodalelės
SS- nerūdijantis plienas Ni- nikelis
Ni-Ti- nikelis-titanas
SEM- skenuojantis elektroninis mikroskopas SN- standartinis nuokrypis
16 ĮVADAS
Nanotechnologijos yra mokslo šaka, nagrinėjanti medžiagų manipuliacijas molekuliniame bei atominiame lygmenyje. Šiomis dienomis jų pritaikymas įvairiose biomedicinos mokslų srityse sulaukia vis didesnio susidomėjimo. [1] Nanodydžio dimensijos (1-100nm) dalelės yra netirpios, turi geresnį paviršiaus ploto ir masės santykį lyginant su didesnio skersmens, analogiškos konfigūracijos dalelėmis, yra reaktyvesnės. Dėl šių unikalių savybių, nanodaleles nusodinus ant medžiagos paviršiaus, galima reikšmingai, nesudėtingai ir nebrangiai modifikuoti fizikochemines, mechanines bei antimikrobines substrato charakteristikas. [2]
Ortodontinės anomalijos yra vienos dažniausiai nustatomų patologijų odontologijoje, kurių paplitimas, remiantis A. Kavaliauskienės ir bendraautorių tyrimo [3] duomenimis, 11-15 metų amžiaus moksleivių grupėje svyruoja nuo 39% iki 93%, todėl auga poreikis jas gydyti breketų sistema. Šių fiksuotų ortodontinių aparatų sukuriamas dantų judėjimas yra biologinis procesas, inicijuojamas jėgų, kurios verčiamos į biocheminius signalus, ir pagrinde yra nulemiamas mineralizuotų ir minkštųjų audinių fiziologijos [4]. Ortodontinės lanko vielos generuoja jėgas, kurios perduodamos per breketą, surišimo sistema pritvirtintą prie danties paviršiaus, leidžia išgauti korpusinį danties perkėlimą ir gydyti netaisyklingą sąkandį, dantų transpozicijas, susigrūdimą ar uždaryti tarpus [5]. Danties judesiui sukurti aplikuojama jėga turi įveikti pasipriešinimą slydimui, dėl kurio yra netenkama per 60% jos dydžio [6]. Pasipriešinimas slydimui yra suminis dydis, kurį nulemia trintis (dviejų kūnų sąlyčio plote dėl jų paviršių mikrošiurkštumo) bei kampas, kuriuo išlinksta viela kirsdama breketo kraštą [7]. Šį pasipriešinimą įveikti galima padidinant aplikuojamos jėgos dydį, tačiau tokia metodika nėra saugi ir sukelia didesnę komplikacijų riziką, tokių kaip prailginta gydymo trukmė, atramos praradimas, nekontroliuojamas danties judėjimas bei šaknų rezorbcijos [8] .Siekiant išvengti nepageidaujamų reiškinių gydant breketų sistema, nemažai pastaraisiais metais publikuotų ,,in vitro“ studijų siūloma panaudoti nanodalelėmis modifikuotus lankus, kurių paviršiai pasižymi mažesnėmis frikcijos koeficiento vertėmis ir savaime geresniu slydimo breketo paviršiumi potencialu. [9] Nusodintų nanodalelių veikimo mechanizmas yra pristatomas Rapoport et. al [10] bei Cizaire et al. [11] studijose. Autoriai nurodo, jog vielų ir breketų paviršiams esant paraleliai vienas kitam, metalų nanodalelės gali infiltruoti į reljefo mikronelygumų zonas bei jas užpildyti, o vietose, kur viela kerta breketo įpjovos kraštą ir užlinksta, dalis nusodintų dalelių atsisluoksniuoja ir veikia lubrikuojamai savo judėjimo trajektorijoje [11]. Tokiu būdu modifikuotos vielos leidžia pagerinti jų veikimo efektyvumą 50%, pritaikant net ir mažesnes jėgas bei reikšmingai palengvinti danties korpusinį perkėlimą, jo kontrolę, sutrumpinti gydymo trukmę. [12]. Šiam tikslui pasiekti šioje sisteminėje apžvalgoje nagrinėjamų straipsnių autoriai nagrinėjo
17 lankus padengtus cinko oksidu [13] [14], sidabru [15] ir volframo bei molibdeno disulfidų nanodalelėmis [16].
Kiti gydymo breketų sistema šalutiniai efektai yra periodonto pažeidimai bei emalio demineralizacija, kuriai progresuojant susidaro ,,macula cariosa alba“ pažeidimai, nustatomi vidutiniškai 38% pacientų per pirmuosius 6 mėnesius, 50% pacientų gydymo pabaigoje ir gali būti stebimi dar penkerius metus po ortodontinės terapijos. [13] Pirma, breketų sistemos elementai veikia kaip pasyvūs paviršiai, sukuriantys palankias zonas maisto likučių retencijai, apnašų akumuliacijai bei mikroorganizmų kolonizacijai. Antra, jie sutrikdo savaiminį dantų apsivalymą seilėmis, skruostais ir paciento asmeninę burnos higieną. [17] Trečia, biofilmas apsaugo bakterijas nuo antimikrobinių agentų, todėl šį sluoksnį pašalinti įmanoma tik mechaniniu būdu nuvalant danties paviršių. [18] Šių faktorių pasekoje, dėl patogenų produkuojamų organinių rūgščių biofilmo pH krenta, o kariogeninių ir periopatogeninių mikroorganizmų kolonijų akumuliacija ir brendimas progresuoja. [19, 20] Naujausios ,,in vitro“ studijos siūlo šių patogenų kiekį ortodontinio gydymo metu mažinti panaudojant bando nanodalelėmis modifikuotus lankus. [13][19][20] [21]Baktericidinis ND mechanizmas gali būti suskirstytas į 3 tipus: paveikiant patogeninės ląstelės peptidoglikaninę sienelę ir membraną; sąveikaujant su ląstelės baltymais ir sutrikdant jų sintezę; sąveikaujant su bakterijos citoplazmine DNR ir sutrikdant jos replikaciją. [22] Baktericidiniam vielų efektui pasiekti Hammad et al. [13]naudojo cinko oksido nanodaleles, o Espinosa-Cristobal et al. [21] , Gil et al. [20] bei Goncalves [19] tyrimuose nanopadengimui buvo naudotos sidabro dalalelės. Jų studijose siekta eliminuoti S. Sanguinis, S.Mutans, L.Salivarius, S.Aureus, S.Pyogenes bei E.Coli bakterijų kultūras. Šios sisteminės literatūros analizės tikslas yra apžvelgti naujausius ,,in vitro“ tyrimus, kuriuose nanodalelės buvo nusodintos ant ortodontinių lanko vielų paviršių, bei remiantis juose gautais rezultatais, išskirti nanodalelių rūšį, kuri būtų perspektyviausia inovacija ir klinikinėje ortodontijos praktikoje.
Siekiant tikslo reikia įvykdyti šiuos uždavinius:
1. Nustatyti, kokiomis nanodalelėmis padengtos ortodontinės vielos pasižymi mažesniu paviršiaus mikrošiurkštumu ir pasipriešinimu slinkčiai sąlytyje su breketais
2. Apžvelgti skirtingomis nanodalelėmis padengtų ortodontinių lankų poveikį bakterijų adhezijai
3. Įvertinus ,,in vitro“ tirtas nanodaleles, išskirti perspektyviausias ortodontinių vielų paviršių modifikacijai ir klinikiniam panaudojimui, siekiant užtikrinti kokybiškesnį ir saugesnį ortodontinį gydymą breketų sistema.
18
1.
STRAIPSNIŲ ATRANKOS KRITERIJAI IR PAIEŠKOS METODAI
BEI STRATEGIJA
Ši sisteminė literatūros apžvalga yra skirta aptarti ir susisteminti naujausius(publikuotus pastarųjų penkerių metų laikotarpiu) nanotechnologijas pritaikančius tyrimus, kuriuose pristatomos ir analizuojamos ortodontinių lanko vielų paviršiams modifikuoti skirtos nanodalelės. Į apžvalgą įtraukti 8 straipsniai.
Magistro baigiamajam darbui buvo išduotas leidimas iš Lietuvos sveikatos mokslų universiteto bioetikos centro (registracijos Nr. BEC-OF-99). Literatūros apžvalga atlikta remiantis PRISMA-P (Preferred Reporting Items for Systematic review and Meta-Analysis Protocols) rekomendacijomis.
1.1 Pagrindinis sisteminės apžvalgos klausimas
1 lentelė. Pagrindinio sisteminės apžvalgos klausimo formulavimo kriterijai, remiantis PICO metodika
PICO elementas Klausimo formulavimo elementų
apibūdinimas
P(populiacija) Ortodontinės vielos, naudojamos gydymui breketų sistema, pagamintos iš nikelio-titano bei nerūdijančio plieno
I (Intervencija) Ortodontinių vielų paviršiaus padengimas nanodalelėmis
C(palyginimas) Lyginamos charakteristikos tradicinių nikelio-titano ir nerūdijančio plieno lanko vielų su vielų, kurių paviršiai buvo padengti skirtingų metalų nanodalelėmis, charakteristikomis
O(Rezultatas) Ortodontinių vielų paviršiaus modifikacija nanodalelėmis yra veiksmingas būdas pasiekti saugesnį ir kokybiškesnį ortodontinį gydymą breketų sistema; pateikiama
19 geriausius klinikinius rezultatus žadančios
paviršiaus padengimui skirtos nanodalelės
Remiantis PICO metodika, suformuluotas pagrindinis sisteminės apžvalgos klausimas: ,,Kurios naujausiuose moksliniuose nanotechnologijų tyrimuose analizuojamos nanodalelėmis modifikuotos lanko vielos galėtų būti naudingiausios klinikinėje praktikoje gydant pacientus breketų sistema?“
1.2 Sisteminės apžvalgos protokolas
2 lentelė. Tyrimo protokolas
Sisteminės literatūros apžvalgos
pavadinimas Ortodontinių vielų, naudojamų gydymui
breketų sistema, padengimas nanodalelėmis
Duomenų bazės ,,PubMed”, ,,Google Scholar”, ,,Web of
Science”
Raktiniai žodžiai ,,archwires”, ,,orthodontic wires”, ,,nickel-titanium”, ,,stainless steel”, ,,nanoparticles”, ,,nanocoating”
Paieškos filtrai ,,PubMed“, ,,Google Scholar“ ir ,,Web of Science“:
• Straipsniai ne senesni negu 5 metai • Straipsniai anglų kalba
,,Web of Science“ papildomai pritaikyti filtrai: • ,,Nanoscience, nanotechnology“
• ,,Dentistry, oral surgery“
Publikacijos data 2016 01 01- 2020.12.31
Populiacija Ortodontinės lanko vielos iš nerūdijančio
plieno
Ortodontinės lanko vielos ir nikelio-titano
Įtraukimo kriterijai ,,In vitro” tyrimai
Straipsniai ne senesni negu 5 metai
Straipsniai publikuoti arba išversti į anglų kalbą
20 Tyrimai, kuriuose tirta nanodalelių depozicija ant nikelio-titano arba nerūdijančio plieno vielų paviršių
Tyrimai, kuriuose naudotos vielos buvo skirtos gydymui breketų sistema
Ortodontinių vielų paviršiaus modifikavimui naudotos metalų ir metalų oksidų nanodalelės
Atmetimo kriterijai Publikacijos senesnės negu 5 metai
Komentarai, stendiniai pranešimai, sisteminės literatūros apžvalgos, meta-analizės, prospektyviniai tyrimai, tyrimai su gyvūnais Publikacijos, kurioms naudojantis LSMU nuotoline prieiga nebuvo suteikta prieiga prie pilnateksčio dokumento
Straipsniai, kuriuose nanodalelėmis padengtos vielos buvo skirtos ne ortodontiniam gydymui breketų sistema
Straipsniai, kuriuose nanodalelėmis padengtos ne vielos, o breketai
Publikacijų atrankos etapai Atranka pagal pavadinimą Atranka perskaičius santrauką
Atranka perskaičius pilną dokumentą
Tyrėjų skaičius Vienas nepriklausomas tyrėjas
Tyrimų tipas ,,In vitro“
Duomenų kaupimas Straipsnio pavadinimas, autoriai, tyrimo publikavimo data
Tyrimo tipas
Medžiaga, iš kurios buvo pagaminta lanko viela
Tyrimo imtis Tyrimo tikslas Nanodalelių tipas Nanodalelių dydis
21 Nanodalelių forma
Nanodalelių padengimo technologija
Paviršiaus modifikavimo nanodalelėmis indukuojamas poveikis kariesogeninėms bakterijoms
Paviršiaus modifikavimo nanodalelėmis indukuojamas poveikis vielos mechaninėms savybėms
Informacijos atrinkimas: išvados Kokybinis nanodalelių poveikio (ortodontinių vielų paviršių charakteristikoms) vertinimas
1.3 Informacijos rinkimo šaltiniai ir paskutinės paieškos data
Straipsnių atranka atlikta ,,PubMed“, ,,Web of Science“ ir ,,Google Scholar“ duomenų bazėse (naudojant LSMU virtualiosios bibliotekos nuotolinę prieigą) vieno nepriklausomo tyrėjo, pagal jo sudarytus atmetimo bei įtraukimo į sisteminę apžvalgą kriterijus.
Publikacijų paieška buvo pradėta 2020 metų lapkričio 8 dieną ir baigta 2021 metų sausio 3 dieną. Papildomai su analizuojamų ir sisteminamų mokslinių publikacijų autoriais kontaktuota nebuvo.
1.4 Metodikos, taikytos paieškai duomenų bazėse
Lentelė nr. 3. Paieška ,,PubMed“ elektroniniame žurnale
Raktiniai žodžiai Filtrai Rezultatai Paieškos data
,,orthodontic wires” OR ,,orthodontic archwires” AND ,,bracket” AND ,,nanoparticles” OR ,,nanocoating” - 642 2020.12.10 ,,orthodontic wires” OR ,,orthodontic archwires” AND ,,bracket” AND Straipsniai ne senesni negu 5 metai Straipsniai anglų kalba 365 2020.12.10
22 ,,nanoparticles” OR
,,nanocoating”
Lentelė nr. 4 Paieška ,,Google Scholar“ duomenų bazėje
Raktiniai žodžiai Filtrai Rezultatai Paieškos data
“orthodontic” AND “archwires” AND “nanoparticles” OR “nanocoating” - 361 2020.12.10 “orthodontic” AND “archwires” AND “nanoparticles” OR “nanocoating” Straipsniai ne senesni negu 5 metai
Straipsniai anglų kalba
223 2020.12.10
Lentelė nr. 5 Paieška ,,Web of Science“ duomenų bazėje
Raktiniai žodžiai Filtrai Rezultatai Paieškos data
“orthodontic archwires” OR “orthodontic wires” AND “nanoparticles” OR “nanocoating” AND “bracket” OR “fixed orthodontic“ - 1825 2020.12.10 “orthodontic archwires” OR “orthodontic wires” AND “nanoparticles” OR “nanocoating” OR “nanotechnology” AND “fixed orthodontic” Straipsniai ne senesni negu 5 metai Straipsniai anglų kalba 782 2020.12.10 “orthodontic archwires” OR “orthodontic wires” AND “nanoparticles” OR “nanocoating” AND “bracket” OR “fixed orthodontic“ Straipsniai ne senesni negu 5 metai Straipsniai anglų kalba Straipsniai, priklausantys ,,Nanoscience 9 2020.12.10
23 nanotechnology”
kategorijai
1.5 Atrankos kriterijai
Straipsnių atranka buvo vykdoma trimis etapais: pradinės atrankos metu, straipsnių pavadinimuose buvo ieškoma raktažodžių ,,archwires”, ,,orthodontic wires”, ,,nickel-titanium”, ,,stainless steel”, ,,nanoparticles”, ,,nanocoating”, tuomet peržvelgiant duomenų bazėse pateikiamas šių straipsnių santraukas. Straipsniai, kurių santraukose tyrimo planas, metodika, rezultatai bei išvados nebuvo pateikti struktūrizuotai, buvo atmetami; taip pat atmesti straipsniai, kurių pilno teksto dokumentas nebuvo pasiekiamas LSMU virtualiąja prieiga. Galiausiai pasiekiami straipsniai buvo suskirstyti į skirtingus aplankus pagal tyrime analizuojamas nanodaleles, pasitelkiant ProQuest ,,RefWorks“ priedėlį.
1.6 Straipsnių tinkamumo kriterijai
Į apžvalgą buvo įtraukti straipsniai, pristatantys ,,in vitro” sąlygomis atliktus tyrimus; publikuoti ne anksčiau nei prieš penkerius metus; pateikiami anglų kalba arba į ją išversti; tyrimai, kuriuose tirta nanodalelių depozicija ant nikelio-titano arba nerūdijančio plieno vielų paviršių; tyrimai, kuriuose naudotos vielos buvo skirtos gydymui breketų sistema; ortodontinių vielų paviršiaus modifikavimui naudotos metalų ir metalų oksidų dalelės, kurių diametras varijuotų nuo 1 iki 100 nanometrų.
1.7 Straipsnių atmetimo kriterijai
Į apžvalgą nebuvo įtrauktos studijos, publikuotos anksčiau nei prieš penkerius metus; studijos, kurių tipai- komentarai, stendiniai pranešimai, doktorantūros tezės, sisteminės literatūros apžvalgos, meta-analizės, prospektyviniai tyrimai, straipsniai apie tyrimus su gyvūnais; publikacijos, kurių pilno teksto dokumentas nebuvo prieinamas LSMU nuotoline prieiga; studijos, kuriose nanodalelėmis padengtos vielos buvo skirtos ne ortodontiniam gydymui breketų sistema; straipsniai, kuriuose nanodalelėmis padengtos ne vielos, o tik breketai;
24 1.8 Duomenų atrinkimo iš straipsnių procesas
Atrinktos publikacijos, kuriose aprašomos ,,in vitro“ tirtos nanodalelėmis modifikuotų ortodontinių lanko vielų charakteristikos. Perskaičius pilnateksčius straipsnius buvo analizuojami juose pateikti duomenys, siekiant atsakyti į pagrindinį sisteminės literatūros analizės klausimą: ,,Kurios naujausiuose moksliniuose nanotechnologijų tyrimuose analizuojamos nanodalelėmis modifikuotos lanko vielos galėtų būti naudingiausios klinikinėje praktikoje gydant pacientus breketų sistema?“. Šiam tikslui įvykdyti, buvo sisteminami duomenys: panaudotų nanodalelių tipai, charakteristikos, nanopadengimo technologija, lanko vielos tipas, trinties koeficiento tyrimų rezultatai tarp eksperimentinių ir kontrolinių grupių, antibakterinių tyrimų rezultatai.
1.9 Kintamieji, kurių duomenys buvo vertinami
1. Tyrimų charakteristikos: antraštės, autoriai, žurnalai, data 2. Tiriamųjų charakteristika:
a. Tyrimų, kuriuose vielų modifikavimas buvo atliekamas siekiant sumažinti jų trinties koeficientą: nanodalelių tipas, dydis, morfologija; modifikuotos vielos lydinys; nanopadengimo technologija; imties dydis, tyrimo grupės; tyrime naudoti breketai; sąlygos; trinties koeficiento reikšmės kontrolinėse ir eksperimentinėse grupėsė; P vertė;
b. Tyrimų, kuriuose vielų modifikavimas buvo atliekamas siekiant išgauti antibakterinį poveikį: nanodalelių tipas, dydis, morfologija; nanopadengimo technologija; modifikuotos vielos lydinys; imties dydis, tyrimo grupės; paveiktos bakterijų kultūros; rezultatas- poveikis bakterijų adhezijai.
1.10 Individualių studijų sisteminių klaidų rizika
Ikiklinikinių ,,in vitro” tyrimų kokybės vertinimas buvo atliekamas vadovaujantis Dr. Faggion (2012) pateiktu gidu priešklinikinių ,,in vitro” odontologijoje naudojamų medžiagų tyrimų kokybės ir šališkumo vertinimui (1 priedas)[23]. Vertinimo kriterijai ir konkrečių tyrimų šališkumo reikšmės pateiktos lentelėje Nr. 6. Į apžvalgą įtrauktos studijos, kurių sisteminių klaidų rizika įvertinta kaip vidutinė arba žema.
25 Lentelė Nr. 6. Įtrauktų ,,in vitro“ publikacijų kokybės įvertinimas pagal Faggion gaires [23]
Autorius ir
metai
Go
n
ca
lv
es
i
r
k
it
i,
2
0
2
0
[19]
Gi
l
ir
k
it
i,
2020
[20]
Shah
ir
ki
ti
,
2018
[15]
Es
p
in
o
sa
i
r
k
it
i,
2
0
1
8
[21]
Ha
m
m
a
d
i
r
k
it
i,
2
0
2
0
[13]
Be
h
ro
o
zi
a
n
i
r
k
it
i,
2
0
1
6
[14]Gr
a
cc
o
i
r
k
it
i,
2019
[16]
1 Ne Taip Taip Ne Taip Taip Taip
2a Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
2b Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
3 Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
4 Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
5 Ne Ne Taip Taip Ne Taip Taip
6 Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
7 Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne
8 Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne
9 Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne
10 Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
11 Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
12 Taip Taip Taip Taip Taip Taip Taip
13 Ne Taip Ne Ne Ne Taip Taip
14 Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Reikšmių pasiskirstymas N(Taip) 7 10 10 9 9 11 11 N(Ne) 7 5 5 6 6 4 4 Bendra sisteminių klaidų rizika
Vidutinė Žema Žema Vidutinė Vidutinė Žema Žema
„Taip“ – pateikti duomenys išsamūs „Ne“ – duomenys nepateikti/yra neišsamūs
26 1.11 Pagrindiniai matavimo rodikliai
Šešiose iš septynių į sisteminę literatūros apžvalgą įtrauktų publikacijų yra nurodomas nanodalelių dydis, pateikiamas nanoskalėje (1-100nm), [19] tyrime tikslus sidabro nanodalelių dydis nenurodytas. Ortodontinių lanko vielų ir breketų matmenys publikacijose įvardijami coliais.
1.11.1 Lanko vielų trinties koeficientų matavimo rodikliai
Visų tyrimų kontrolinių ir eksperimentinių grupių trinties koeficientų reikšmės pateikiamos niutonais (N), su standartiniu nuokrypiu(SN), tačiau [16] publikacijos autoriai nenurodyta ar koreliacija statistiškai reikšminga.
1.11.2 Antimikrobinio poveikio vertinimui atliktų testų matavimo rodikliai
[19] tyrimo autoriai bakterijų adhezijai vertinti pasitelkė kiekybinę spektrofotometrinę analizę, matuojant 492nm šviesos bangos ilgiu, ir vertinant optinį tankį, kuris yra tiesiogiai proporcingas susiformavusio biofilmo kiekiui. Tačiau šioje studijoje tikslūs OT rezultatai ir jų SN buvo nurodyti tik kontrolinių grupių vielų, o eksperimentinių grupių reikšmės pateiktos grafiškai, nedetalizuojant konkrečių skaitinių reikšmių ir jų SN.
[20] [21] publikacijose kiekybinė bakterijų inhibicija vertinta KFV/ml, tačiau tikslūs rezultatai su SN nurodyti tik Espinosa et al. straipsnyje [21], Gil et al. publikacijoje [20] gautos reikšmės pateiktos tik diagramoje.
[13] eksperimente buvo atliekamas mikrobiologinis testas, ir apskaičiuoti vidutiniai bakterijų inhibicijos zonų diametrai milimetrais (mm) bei pateikiamas jų SN.
2. DUOMENŲ SISTEMINIMAS IR ANALIZĖ
2.1 Straipsnių įtraukimas
Straipsnių atrankos į sisteminę literatūros apžvalgą procesas ,,PubMed”, ,,Web of Science” ir ,,Google Scholar” duomenų bazėse pristatomas naudojantis PRISMA ,,Flow“ diagrama (1 pav.).
Iš viso duomenų bazėse rasta publikacijų: (n =2828) At ra nka Įtr au ki m as Ti nk am um as Pa ie ška
Straipsnių atranka, pritaikius filtrus ,,5 years”, ,,English”
(n=365)
Straipsnių aktualumas perskaičius pavadinimą
(n = 64)
Tyrimų, įtrauktų į analizę, skaičius
(n = 7) ,,Google Scholar“ duomenų
bazėje rasta publikacijų: (n = 361)
,,Web of Science“ duomenų bazėje rasta publikacijų:
(n = 1825)
Straipsnių atranka, pritaikius filtrus ,,5 years”,
,,English” (n=223)
Straipsnių atranka, pritaikius filtrus ,,5 years”, ,,English”
(n=782)
Papildomai pritaikius filtrą ,,Nanoscience Nanotechnology“
(n=9) ,,PubMed” duomenų bazėje
rasta publikacijų (n=642) Straipsnių aktualumas perskaičius pavadinimą (n = 43) Straipsnių aktualumas perskaičius pavadinimą (n = 5) Straipsnių tinkamumas perskaičius santrauką; pilno
teksto dokumento prieiga (n = 17)
Straipsnių tinkamumas perskaičius santrauką; pilno
teksto dokumento prieiga (n = 3)
Straipsnių tinkamumas perskaičius santrauką; pilno
teksto dokumento prieiga (n =2)
Tyrimai, atitinkantys įtraukimo į apžvalgą kriterijus
(n = 5)
Tyrimai, atitinkantys, įtraukimo į apžvalgą kriterijusatmetus
duplikatus pateikiamus ir ,,PubMed“
(n = 1)
Tyrimai, atitinkantys įtraukimo į apžvalgą kriterijus, atmetus
duplikatus pateikiamus ir ,,PubMed“bei ,,Google Scholar“
(n = 1)
2.2 Į sisteminę literatūros apžvalgą̨ įtrauktų tyrimų charakteristikos
Sisteminei analizei sudaryti buvo pasitelktos 7 publikacijos, kurių paskelbimo data nurodoma nuo 2016 iki 2020 metų. Visi nagrinėjami tyrimai buvo atliekami dirbtinėse ,,in vitro“ sistemose. Juos pristatančių straipsnių antraštės, metai bei žurnalai, kuriuose buvo skelbiami, nurodomi lentelėje Nr.7.
Lentelė Nr. 7 Bendros nagrinėtų tyrimų charakteristikos
Keturi iš septynių nanotechnologijas ortodontinių lanko vielų paviršių modifikavimui pritaitikiusių tyrimų buvo orientuoti į sidabro nanodalelių panaudojimą. [19] [20] [21] [15] Sidabro nanodalelių padengimo efektas šioje apžvalgoje yra lyginamas su galimybe ortodontinių vielų paviršius modifikuoti cinko ok[14] [13] [14] ir sunkiųjų metalų, t.y. molibdeno ir volframo, disulfidų nanodalelėmis [16].
Eil. Nr.
Antraštė Bendraautoriai Žurnalas Metai
1
,,Comparative Evaluation of Frictional Resistance of Silver-Coated Stainless Steel Wires with Uncoated Stainless Steel
Wires: An In vitro Study”
Shah ir kiti ,,Contemp Clin Dent” 2018
2
,,Evaluation of zinc-oxide nanocoating on the characteristics and antibacterial behavior of nickel-titanium alloy”
Hammad ir kiti ,,Dental press journal of orthodontics”
2020
3
,,The effect of ZnO nanoparticle coating on the frictional resistance between orthodontic wires and ceramic brackets”
Behroozian ir kiti ,,Journal of Dental Research“ 2016 4
,,Application of a Molybdenum and Tungsten Disulfide Coating to Improve Tribological Properties of Orthodontic Archwires”
Gracco ir kiti ,,Nanomaterials” 2019
5
,,Antimicrobial Orthodontic Wires Coated with Silver Nanoparticles” Goncalves ir kiti ,,Brazilian Archives of Biology and Technology” 2020 6
,,New Bactericide Orthodonthic Archwire: NiTi with Silver Nanoparticles”
Gil ir kiti ,,Metals” 2020
7
,, Antiadherence and Antimicrobial Properties of Silver Nanoparticles against Streptococcus mutans on Brackets and
Wires Used for Orthodontic Treatments”
Espinosa-Cristobal ir kiti
,,Journal of Nanomaterials”
29 Penkiuose iš apžvelgiamų tyrimų nanodalelių nusodinimas buvo atliekamas ant nerūdijančio plieno vielų(SS) paviršių ir trijuose jų buvo naudota viela, pagaminta iš nikelio-titano(NiTi), jų matmenys pateikiami lentelėje Nr. 8.
Daugumoje tyrimų(keturiuose) nanodalelių sluoksnio padengimui buvo naudotas elektrocheminio nusodinimo būdas, dviejuose jų hidroterminė sintezė ir viename tyrime aprašyta terminio vakuuminio garinimo technologija, jų duomenys pateikiami lentelėje Nr. 8.
Lentelė Nr. 8 Tyrimų nanopadengimo charakteristikos
SEM buvo vertinama nanodalelių morfologija: visuose tyrimuose išgautos dalelės buvo sferiškos, padengtos homogenišku sluoksniu; mažiausios jų, naudotos modifikuoti nerūdijančio plieno lanko vielas Shah et al. tyrime [15] , buvo 10 nm Ag dalelės, o didžiausios, skirtos to pačio
Autoriai Nanodalelės(ND) Modifikuota viela
Nanopadengimo
būdas ND dydis ND morfologija
Shah ir kiti
[15] Sidabro SS Terminis vakuuminis garinimas
10 nm
Sferiškos
Hammad ir kiti
[13] Cinko oksido NiTi Elektrocheminis nusodinimas
40-60nm
Sferiškos
Behroozian ir
kiti [14] Cinko oksido SS Hidroterminė sintezė ND dydis
nenurodytas Sferiškos Gracco ir kiti [16] Molibdeno ir volframo disulfidų SS Elektrocheminis nusodinimas MoS2: 80-100nm WS2: 40-80nm Sferiškos Goncalves ir
kiti [19] Sidabro SS Hidroterminė sintezė
<20 nm
Sferiškos
Gil ir kiti [20]
Sidabro NiTi Elektrocheminis nusodinimas
<50 nm Sferiškos Espinosa-Cristobal ir kiti [21] Sidabro SS NiTi Elektrocheminis nusodinimas 8,1 nm 20,1 nm Sferiškos
30 lydinio lanko vieloms padengti, buvo molibdeno(40-80nm) ir volframo(80-100nm) disulfidų dalelės, aprašomos Gracco et al. publikacijoje [16].
2.3 Nanopadengimas siekiant sumažinti lanko vielų pasipriešinimą slydimui sąlytyje su breketais
Keturiuose iš septynių sisteminei analizei atrinktų straipsnių [13–16] ortodontinių lanko vielų paviršiai nanodalelėmis buvo modifikuoti siekiant sumažinti jų mikrošiurkštumą ir trinties koeficientą, kuris yra svarbi biomechaninė charakteristika vielai esant sąlytyje su breketais. Sumažinus trinties koeficientą tarp breketų sistemos elementų paviršių galima pasiekti efektyvesnį, greitesnį korpusinį danties perkėlimą. Vienoje studijoje buvo siekta nanomodifikuoti 0,016 x 0,022 colių nikelio-titano lankus [13], trys autoriai [14–16] naudojo stačiakampius nerūdijančio plieno lankus (0,017 ir 0,019 x 0,025 colių). [15] bei [13] studijose lankų paviršių trinties koeficientas tirtas sąlytyje su skirtingų gamintojų(,,American-Orthodontics“ bei ,,Ortho-Organizer“) 0,022 colių pločio SS metaliniais breketais, [14]studijoje naudoti standartiniai keramikiniai ,,edgewise“ breketai, [16]dviejų gamintojų, ,,Damon“ ir ,,In-Ovation“ SS beligatūriniai breketai. [13] ir [15] tyrimai buvo atlikti sausose terpėse, [14] studijoje buvo simuliuojamos drėgnos burnos ertmės sąlygos, panaudojant dirbtines[16]les, o [16] tyrime vielos buvo tirtos tiek sausomis, tiek drėgnomis sąlygomis.
Shah ir bendraautorių publikuotame tyrime [15] nerūdijančio plieno lanko vielų pasipriešinimą slinkimui buvo siekta sumažinti terminio vakuuminio garinimo būdu, padengiant jas 10nm skersmens sidabro dalelėmis, tuomet vertinti sausomis sąlygomis gautus rezultatus. Eksperimentai buvo atliekami pasitelkiant 0,022 x 0,028 colių ,,American Orthodontics“ metalinius breketus bei stačiakampes 0,017 x 0,025 colių (su breketo įpjovos paviršiumi sudarančias 15,5° kampą) ir 0,019 x 0,0025 colių vielas(kampas su breketo įpjova -9,6°). Palyginus kontrolinių grupių rezultatus paaiškėjo, jog ND nepadengtos 0,019 x 0,0025 colių vielos pasižymi didesniu pasipriešinimu slydimui lyginant su 0,017 x 0,025 colių kontrolinės grupės vielomis, autorių nurodoma, jog tai lemia kurio reikšmė Atlikus testus paaiškėjo, jog nors 0,017 x 0,025 colių grupės vielos paviršiaus modifikavimas ryškaus efekto frikcijos sumažinimui tiriant ,,in vitro“ neturėjo, statistiškai reikšmingas trinties koeficiento redukavimas buvo pasiektas sidabro nanodalelėmis modifikuotų 0,019 x 0,025 colių SS vielų grupėje. Tačiau autoriai nurodo, jog šioms reikšmėms turi įtakos kampai, susidarantys tarp breketų ir aktyvuotų lankų paviršių. [15]
31
Nanodalelių (ND) tipas, morfologija
Modifikuota
viela tyrimo grupės Imtis: dydis,
Tyrime naudoti breketai
Tyrimo
sąlygos Trinties koeficientas P vertė Poveikis trinties koeficientui
Shah ir kiti, 2018 [15] Sidabro (Ag) Sferiškos Stačiakampė SS 0,017 x 0,025 colių 0,019 x 0,025 colių N=40 1 gr.: 0,017 x 0,025 colių SS+ AgND 2 gr.: 0,017 x 0,025 colių SS 3 gr.: 0,019 x 0,025 colių SS+ AgND 4 gr.: 0,019 x 0,025 colių SS 0,022 colių SS ,,American Orthodontics“ Sausa terpė 1 gr.: 1,18 N(±0,83) 2 gr.: 1,46 N(±0,8) 0,854 1 grupė: statistiškai reikšmingo poveikio nestebėta 3 gr.: 1,55 N(±0,32)
4 gr.: 2,56 N(±0,99) 0,032 statistiškai reikšminga 2 grupė: redukcija
Hammad ir kiti, 2020 [13] Cinko oksido (ZnO) Sferiškos NiTi 0,016 x 0,022 colių N=20 1 gr.: NiTi vielos + ZnO 2 gr: kontrolė 0,022 colių SS (Ortho-organizer) Sausa terpė 1 gr.: 1,169 N(±1,257) 2gr.: 1,568 N(±1,017)
Pasipriešinimas slydimui sumažintas 34%
>0,05 Statistiškai reikšminga redukcija Behroozian ir kiti, 2016 [14] Cinko oksido (ZnO) Sferiškos Stačiakampė SS 0,019 x 0,025 colių N=120 OO gr.: kontrolė ZO.: ZnO padengta viela, breketas ne OZ.: ZnO padengtas breketas, viela ne Standartiniai keraminiai ,,edgewise“ Drėgna terpė OO gr.: 2,7 N(±0,2) Kontrolė Kontrolė ZO.: 2,65 N(±0,2)
Pasipriešinimas slydimui sumažintas 1%
>0,05
ZnO ND padengus tik vielos paviršių trinties koeficiento
redukcija statistiškai nereikšminga OZ.: 2,18 N(±0,5)
pasipriešinimas slydimui sumažintas 13%
<0,05 Statistiškai reikšminga redukcija pasiekta ZnO
32 ZZ gr.: ZnO
modifikuota ir viela, ir breketas
padengus keraminio breketo paviršių
ZZ gr.: 3,07 N(±0,4) <0,05
ZnO ND modifikavus tiek SS vielos, tiek keraminio breketo paviršių trinties koeficientas yra dar labiau
padidinamas Gracco ir[16]i, 2019 Molibdeno(Mo S2), Volframo(WS2) disulfidai Sferiškos Stačiakampė SS 0,019 x 0,025 colių N= 60 1gr.: kontrolė 2 gr.: SS padengtos Ni sluoksniu 3gr.: SS+ Ni+ MoS2 4 gr.: SS+ Ni+ WS2 Beligatūriniai -40 In-Ovation -Damon Q 1)Sausa terpė Lankai sąlytyje su breketais 0 ir 5 laipsnių kampais SS SS + Ni + MoS2 SS + Ni SS + Ni + WS2 Damon Q/0° (0,12) 0.58 (0,92) 3.22 (0,08) 0.42 (0,08) 0.50 Damon Q/5° 1.27 (0,18) (4,01) 9.25 (0,11) 0.94 (0,14) 1.19 In-Ovation/0° (0,12) 1.24 (0,57) 3.35 (0,06) 0.64 (0,06) 0.79 In-Ovation/5° 1.43 (0,06) 7.96 (0,59) 1.06 (0,07) 1.06 (0,13) Tikslios P reikšmės nenurodytos
Tik Ni sluoksniu padengtos SS vielos turi didžiausią
trinties koeficientą Redukcija statistiškai reikšminga redukcija tik tarp Ni+ MoS2 bei Ni+ WS2
padengtų vielųir
,,In-Ovation“ breketų tiek
drėgnomis, tiek sausomis sąlygomis 2)Drėgna terpė Lankai sąlytyje su breketais 0 ir 5 laipsnių kampais SS SS + Ni + MoS2 SS + Ni SS + Ni + WS2 Damon Q/0° 0.95 (0,09) (0,07) 1.01 (0,13) 0.66 (0,07) 0.94 Damon Q/5° (0,10) 1.87 (0,10) 1.33 (0,07) 1.16 (0,18) 1.27 In-Ovation/0° (0,17) 1.45 (0,11) 1.75 (0,19) 0.91 (0,16) 1.13 In-Ovation/5° 2.52 (0,09) 4.06 (0,45) 1.46 (0,13) 2.35 (0,19) Tikslios P reikšmės nenurodytos
33 2019 metais Italijoje Gracco su bendraautoriais pristatė studiją, nerūdijančio plieno breketų sistemos vielų padengimui inkorporavusią sunkiųjų metalų, molibdeno ir volframo, disulfidų nanodaleles, pasižyminčias lubrikuojančiu poveikiu. Šio efekto veikimo mechanizmas pagrįstas tiek mažo, tiek didelio apkrovimo sąlygomis, kurių metu nanodalelės išlaiko savo pirminę formą, veikia amortizuojančiai, gali įsilieti į vielų mikropaviršiaus nelygumus ir nusidėvėjimo zonas. Slydimo judesiui sukurti tyrime buvo naudoti dviejų tipų beligatūriniai breketai: a) 40 In-Ovation skirti viršutiniams centriniams kandžiams ir b) 40 Damon Q viršutiniams centriniams kandžiams bei 0,019 x 0,025 colių nerūdijančio plieno stačiakampės formos vielos, kontaktavusios su breketais 0 ir 5 laipsnių kampais. Ortodontinės vielos buvo suskirstytos į 4 grupes: I) kontrolinė grupė, II) SS vielos padengtos tik nikelio plėvele, III) SS vielos padengtos nikelio plėvele ir MoS2 sluoksniu, nusodintu elektrocheminiu būdu, IV) SS vielos padengtos nikelio plėvele ir WS2 sluoksniu, nusodintu elektrocheminiu būdu. Nikelio filmas šioje studijoje buvo dengiamas siekiant pagerinti sunkiųjų metalų nanodalelių adheziją. SEM atlikus sunkiųjų metalų nanodalelių sluoksniu padengtų nerūdijančio plieno vielų analizę nustatyta, jog elektrochemiškai nusodintų nanodalelių sluoksnis buvo homogeniškas, sudarytas iš sferinės/cilindrinės morfologijos dalelių. Priešingai negu [15], Gracco et al. tyrimą [16] atliko tiek sausomis sąlygomis, tiek simuliuojant drėgną burnos ertmės terpę pasitelkiant ,,Biotene” gamintojo seilių pakaitalą. Palyginus tiek sausomis, tiek drėgnomis sąlygomis atliktų bandymų rezultatus nustatyta, jog statistiškai reikšminga trinties koeficiento redukcija pasiekta tik tarp nikeliu ir nanodalelėmis modifikuotų vielų bei In-Ovation breketų, o SEM duomenimis, tiek mažesnės apkrovos(vielos-breketo kampas 0 laipsnių), tiek didelio tribologinio streso (vielos-breketo kampas 5 laipsniai) atvejais, vielų paviršiuose buvo matomos tik minimalios nusidėvėjimo zonos. [16]
Behroozian ir kolegų 2016 metais publikuotoje studijoje [14], siekiant sumažinti slydimo metu tarp keramikinio breketo ir nerūdijančio plieno lanko susidarantį pasipriešinimą slydimui, buvo atliekamas sferiškų cinko oksido nanodalelių sluoksnio nusodinimas. Tyrime buvo išskirtos 4 grupės: ZZ (ZnO padengtas breketas ir lankas), OO(ZnO nepadengtas nei breketas, nei lankas), ZO(ZnO padengta viela, bet nepadengtas breketas) ir OZ(ZnO padengtas breketas, bet nepadengta viela). Tyrimas buvo atliekamas elektrocheminio nusodinimo būdu padengus viršutinio centrinio kandžio ,,edgewise“ standartinius breketus ir 0,019 x 0,025 colių stačiakampes nerūdijančio plieno vielas, tuomet testuojant slydimo metu susidarantį pasipriešinimą slydimui drėgnomis sąlygomis, simuliuojamomis dirbtinėmis seilėmis lašinant jas ant breketo-vielos komplekso kas 3 sekundes. Įvertinus rezultatus nustatyta, jog pasipriešinimas slinkčiai tarp breketo ir vielos buvo sėkmingai sumažintas OZ (17 proc.) ir ZZ (13 proc.) grupėse. ZO (trinties koeficientas sumažintas 1 proc.) ir OO grupėse statistiškai reikšmingo trinties sumažėjimo neužfiksuota. Autorių teigimu, šiuos
34 rodmenis galėjo lemti savaime aukštas porcelianinių breketų paviršiaus šiurkštumas, todėl ZnO padengus tik vielos paviršių, ZO grupėje nebuvo pasiekta akivaizdžių rezultatų. [14]
Kitoje, Hammad ir bendraautorių publikuotoje studijoje [13], buvo orientuojamasi į cinko oksido nanodalelių panaudojimą modifikuoti nikelio-titano vielų paviršius, siekiant sumažinus šiurkštumą išgauti tiek geresnį slydimą, tiek antibakterines savybes. Šiame tyrime naudoti 0,016 x 0,022 colių NiTi lankai ir 0,022 colių nerūdijančio plieno ,,Ortho-Organizer“ breketai, tarpusavyje sutvirtinti elastinėmis ligatūromis ir tirti sausose sąlygose. Elektrocheminio nusodinimo būdu modifikavus NiTi lankus, SEM duomenimis išgautas homogeniškas ZnO sluoksnis, sudarytas iš 40-60nm dalelių. Atlikus trinties tarp paviršių vertinimo testus, Hammad ir kitų nustatyta, jog cinko oksidu nanomodifikuoti nikelio-titano vielų paviršiai kontakte su nerūdijančio plieno breketais pasižymėjo 1,169 N trinties koeficientu, o tradicinių NiTi vielų paviršiai- 1,568N. Vadinasi, cinko oksido nanodydžio dalelėmis paveikus NiTi lankus, buvo išgauta 34 proc. mažesnė pasipriešinimo slydimui vertė. [13]
2.4 Nanodalelėmis padengtų lankų antibakterinis poveikis
Siekiant iš pastaruoju metu ,,in vitro“ tirtų nanodalelių rūšių išskirti perspektyviausią klinikiniam panaudojimui, buvo vykdomas antrasis sisteminės analizės uždavinys- vertinama nanodalelėmis modifikuotų lankų antimikrobinis poveikis geresnei biofilmo kontrolei užtikrinti. Nanomodifikavimo ir bakterijų adhezijos inhibicijos ryšys buvo tirtas keturiose iš septynių nagrinėtų publikacijų, atitikusių įtraukimo į šią sisteminę literatūros apžvalgą kriterijus [13, 19–21]. Trijuose straipsniuose buvo pateiktas sidabro nanodalelių [19–21] ir viename- cinko oksido [13] nanodalelių poveikio kariesogeniniams patogenams vertinimas.
35 ND tipas, dydis, morfologija Modifikuot a viela Imties dydis, grupių dydžiai Veiktos bakterijų
kultūros Tyrimo grupės
Antibakterinio efekto vertinimo parametrai Rezultatai Goncalves ir [19], 2020 [19] Sidabro (Ag) Sferiškos SS ,,A“-,,Abzil” ,,O“-,,Orthometric” Tyrime tikslus imties dydis nenurodomas 8 gr. S.Aureus(G+) -Kontrolinė gr. -,,A“ impregnuota AgND 10-1 konc. -,,A“ impregnuota AgND 1-2 konc. -,,A“ impregnuota AgND 1-3konc. Optinis tankis, vertintas spektrofotometru (bangos ilgis 492mm) ,,A“ SS :OT=0,113±0,01 SS+ AgND: ** ,,O“ SS: OT=0,174±0,04 SS+ AgND: ** S.Mutans(G+) -Kontrolinė gr. -,,A“ impregnuota AgND 10-1 konc. -,,A“ impregnuota AgND 1-2 konc. -,,A“ impregnuota AgND 1-3konc. ,,A“ SS: OT=0,118±0,009 SS+ AgND: ** ,,O“ SS: OT=0,118±0,007 SS+ AgND: ** Gil ir kiti, 2020 [20] Sidabro (Ag) Sferiškos Termoelastinė NiTi*** N=24 6x4 S. Sanguinis(G+) Eksperimentinė gr. Kontrolinė gr. Bakterijų kolonijas formuojančių vienetų kiekis, KFV/ml NiTi: 500 KFV/mL** NiTi + AgND: 50 KFV/mL** Lactobacillus salivarius(G+) Eksperimentinė gr. Kontrolinė gr. NiTi: 34 KFV/mL** NiTi + AgND: 1,5 KFV/mL** Espinosa-Cristobal ir kiti, 2018 [21] Sidabro (Ag) Sferiškos SS NiTi CuNiTi* N=48 12x4, tačiau šioje analizėje nėra įtraukiami S. Mutans(G+) SS+AgND(8,1nm) SS+AgND(20,1nm) Neigiama kontrolinė (dejonizuotas vanduo) Teigiama kontrolė(be bakterijų) Bakterijų kolonijas formuojančių SS lankai: 346,7±3,3 KFV/mL SS+AgND: 26,1-52,6±2,6-2,8 KFV/mL Lentelė Nr. 10 Nanodalelėmis padengtų lankų antibakterinis poveikis
36 CuNiTi grupių duomenys NiTi+AgND(8,1nm) NiTi+AgND(20,1nm) Neigiama kontrolinė (dejonizuotas vanduo) Teigiama kontrolė(be bakterijų) vienetų kiekis, KFV/ml NiTi lankai: 342,3±39,1 KFV/mL NiTi+AgND: 15,1-49,6±2,1-2,5 KFV/mL Hammad ir kiti, 2020 [13] Cinko oksido (ZnO) Sferiškos NiTi N=24 6x4 S.Pyogenes(G+) Eksperimentinė gr. Kontrolinė gr. Bakterijų inhibicijos zonos vertinimas, mm
Aplink lanką stebima bakterijų vid. inhibicijos zona: 4,25mm±0,49
S.Aureus(G+) Eksperimentinė gr. Kontrolinė gr. Aplink lanką stebima bakterijų vid. inhibicijos zona: 6,25mm±0,64
E.Coli(G-) Eksperimentinė gr. Kontrolinė gr. Aplink lanką stebima bakterijų vid. inhibicijos zona: 3,57mm±0,43
*Nanodalelių efektas CuNiTi šioje sisteminėje apžvalgoje vieloms nebuvo analizuojamas, nes neatitinka įtraukimo kriterijų ** Tiksli skaitinė reikšmė nenurodyta publikacijoje nenurodyta, rezultatai pateikti tik grafiškai
-37 Antimikrobiškai veikiančios vielos gali padėti išvengti vienos dažniausių su breketų sistemos panaudojimu susijusių komplikacijų- danties kietųjų audinių demineralizacijos, predisponuojamos padidėjusio užsilaikančių patogeninių bakterijų kiekio. Antibakterinis ND mechanizmas gali būti suskirstytas į tris kategorijas. Pirmiausia, ND gali sąveikauti su peptidoglikanais ląstelės sienelėje ir membranoje, taip sukeldamos ląstelės irimą, lizę, žūtį. Antra, jos geba sąveikauti su ląstelės baltymais ir sutrikdyti jų sintezę. Trečia, paveikti su bakterine(citoplazmine) DNR ir inhibuoti jos replikaciją. [13]
Keturiose iš septynių nagrinėtų publikacijų, atitikusių įtraukimo į šią sisteminę literatūros apžvalgą kriterijus, buvo tirtos nanodalelėmis modifikuotų ortodontinių lanko vielų antimikrobinės savybės, galinčios potencialiai sumažinti bakterinio biofilmo kaupimąsi ir šio proceso sukeltą danties kietųjų audinių demineralizaciją [13, 19–21]. Trijuose straipsniuose buvo pateiktas sidabro nanodalelių [19–21] ir viename- cinko oksido [13] nanodalelių poveikio kariesogeniniams patogenams vertinimas.
2.4.1 Sidabro nanodalelių antibakterinį poveikį vertinusių tyrimų apžvalga
Sidabro nanodalelės pasižymi sugebėjimu penetruoti į bakterijų sieneles, modifikuoti jų membranų struktūrą bei sukelti šių ląstelių žūtį. Jų efektyvumą nulemia ne tik dydis nanoskalėje, bet ir sukuriamas didelis paviršiaus paviršiaus ploto- tūrio santykis. AgND gali padidinti ląstelių membranų pralaidumą, produkuoti reaktyvaus deguonies rūšis bei atpalaiduojant sidabro jonus sutrikdyti ląstelių DNR replikaciją.
Sidabro nanodalelių antibakterinės savybės tiesiogiai priklauso nuo jų dydžio, paviršiaus morfologijos ir bakterijų, kurios yra taikiniai, rūšies. Baktericidinis sidabro nanodalelių mechanizmas yra paremtas chemine reakcija, kurios metu sidabro jonams jungiantis su bakterijų aminorūgščių sieros atomu yra suardoma patogenų genetinės medžiagos DNR grandinė. [20] Pažymėtina, jog priešingai negu antibiotikai, sidabro nanodalelės pasižymi kompleksiniu veikimu prieš mikroorganizmus, todėl šiems yra sunkiau įgyti atsparumo mechanizmus. [24]
Gil ir bendraautoriai atliko tyrimą [20], skirtą įvertinti sidabro nanodalelėmis padengtų termoplastinių nikelio-titano lankų poveikį kariesogeninių S. Sanguinis ir Lactobacillus salivarius kultūrų kolonizacijai ortodontinio gydymo metu. Šioje in vitro studijoje dvidešimt penki NiTi lankai buvo padengti mažesnio nei 50nm dydžio AgND, tuomet panardinti į bakterijų suspensijas 2 valandoms. Atlikus bakterinius testus paaiškėjo, jog statistiškai reikšmingas baktericidinis efektas buvo pasiektas abiejų bakterijų kultūrų grupėse, jų KFV(kolonijas formuojančių vienetų) buvo
38 sumažinta 90% lyginant su tradicinėmis NiTi vielomis. Analogišką bandymą pakartojus su žmogaus osteoblastais, pokyčių šių ląstelių genetinei medžiagai neužfiksuota, todėl autoriai teigia, jog sidabro nanodalelės nėra citotoksiškos žmogaus organizmo ląstelėms, netrikdo jų proliferacijos ir nesukelia morfofiziologinių pokyčių, todėl gali būti saugiai pritaikomas ortodontijoje. [20]
Espinosa-Cristobal ir bendraautoriai [21] sidabro nanodalelėmis padengė tiek nikelio-titano, tiek nerūdijančio plieno lankus ir vertino jų S. Mutans bakterijų prisitvirtinimą prie vielų paviršiaus inhibuojantį poveikį. Šioje studijoje diferencijuotos ir vielų padengimui naudotos dviejų dydžių sferinės morfologijos AgND (8,1nm ir 20,1nm). Mikroorganizmų sankaupų ant NiTi ir SS lankų paviršiaus analizei atlikti antibakteriniai testai pasitelkiant SS breketus, a) su elastikais ir b) be elastikų. Pateiktų rezultatų duomenimis, sidabro ND padengus nikelio-titano lankus S.Mutans kiekis sumažintas nuo 342,3±39,1 KFV/mL (kontrolinė NiTi grupė) iki 15,1-49,6±2,1-2,5 KFV/mL(AgND modifikuotų NiTi grupė), o nerūdijančio plieno grupėse šių patogenų skaičius sumažintas nuo 346,7±3,3 KFV/mL iki 26,1-52,6,3±2,6-2,8 KFV/mL. Šis bakterijas inhibuojantis poveikis pasiektas tiek mažesnių, tiek didesnių AgND grupėse, tačiau 8,1 nm grupėje stebėtas ryškesnis prisitvirtinusių bakterijų skaičių redukavęs efektas (SEM duomenimis bakterijų kiekis 16,7±0,0µg/mL) lyginant su 20,1nm grupe(66,8±0,0µg/mL) dėl geresnio paviršiaus ploto-tūrio santykio. [21]
Saugesnių alternatyvų, tradicinių nerūdijančio plieno lanko vielų paviršius modifikuojant sidabru, ieškojo ir Goncalves su bendraautoriais [19], kurie gilinosi į šių vielų antimikrobinį poveikį S. Aureus ir S. Mutans bakterijų kultūroms. Šiame tyrime hidroterminės sintezės būdu, sferinėmis 20nm dydžio dalelėmis buvo padengti a) ,,Abzil“ ir b) ,,Orthometric“ gamintojų lankai. Antimikrobinių testų optinio tankumo rezultatai parodė statistiškai reikšmingą (p<0,05) S. Aureus adhezijos skirtumą tarp tradicinių ,,Abzil“ (0,113±0,01) ir ,,Orthometric” (0,174±0,04) firmų vielų, priešingai negu tiriant S.Mutans prisitvirtinimą, kur ,,Abzil“ mikrobiologinio testo vertė- 0,118±0,009, o ,,Orthometric” lanko- 0,118±0,007. Testuose, atliktuose su nanomodifikuotomis vielomis, statistiškai reikšminga patogenų redukcija stebėta tik ,,Abzil“ vielų grupėje, tiek S.Aureus, tiek S. Mutans kultūroms, tuo tarpu ,,Orthometric“ grupėje, kaip ir kontrolinėse, poveikio šiems burnos ertmės patogenams stebėta nebuvo. [19]
2.4.2 Cinko oksido nanodalelių antimikrobinis poveikis
Sėkmingų rezultatų keičiant nikelio-titano lankų paviršių mikrošiurkštumą, padengus juos cinko oksido nanodalelėmis, pasiekę Hammad su bendraautoriais [13]tyrimo metu atliko ir antibakterinius testus prieš S.pyogenes(G+), S. Aureus(G+) ir E. Coli (G-) kultūras. Rezultatų duomenimis, po 24h inkubacijos 37 laipsnių temperatūroje periodo, bakterinės inhibicijos zonos
39 susidarė apie visus ZnO padengtus NiTi vielų paviršius, visų trijų bakterijų kultūrų proliferacija, augimas buvo sėkmingai sumažintas, o stipresnis baktericidinis efektas pasiektas prieš gramteigiamus patogenus (S. Pyogenes ir S.Aureus). [13]
