The evaluation of the interfaces regenerative/restorative biomaterials used in conservative pulp therapy

Abstract

Introduction The use of calcium silicate-based cements has gained an increasing relevance in clinical practice, ena- bling a more conservative approach based on the preservation and regeneration of the pulp tissue, including in pediatric patients. In order to overcome some of the limitations of mineral trioxide aggregate, new cements have been developed, such as NuSmile® NeoMTA (NuSmile Ltd. Houston,TX, USA) and BiodentineTM (Septodont, Saint-Maur-des-Fosses Cedex, France), combining the biocompatibility and bioactivity of calcium silicate cements with improved colour stability, mechanical properties and shorter setting times. However, there are still limited in vitro and in vivo studies investigating the implications of the interaction between cements and the restorative adhesive materials, a factor that is crucial for the success of the restorative treatment. The aim of the present study was to investigate the bond interface between the two cements and resin-based composites used as restorative materials, in particular regarding the shear bond strength and the ultramorphological pattern of this interface. Besides the different types of calcium silicate cements, other independent variables such as the type of adhesive system, the effects of the application of an additional hydrophobic bonding layer and the time of restoration (immediate versus delayed after 7 days) were further investigated. Material and Methods We conducted a quantitative analysis of the bonding strength between the two calcium silicate ce- ments and the composite resin restorations. Shear bond strength tests were performed in 320 speci- mens divided into 16 groups (n=20) according to the use of the two tested calcium silicate cements (NuSmile® NeoMTA and BiodentineTM), the type of self-etch adhesive system (ClearfilTM SE Bond 2 and ClearfilTM Universal Bond Quick - Kuraray Noritake Dental Inc.; Sakazu, Kurashiki, Okayama, Japan), the application of an additional hydrophobic bonding layer and the two restoration times (immediate versus delayed after 7 days).All samples were stored for 48 hours in an incubator at 37oC and 100% humidity before performing the bond tests in a universal test machine The fractured surfaces were examined under a stereomicroscope for the classification of failure modes. The statistical analysis was performed using IBM® SPSS® v26 software, with a significance level set at 0.05. Additionally, a qualitative analysis of the bond interface was performed by evaluating the ultramorphology of the interface integrity by scanning eletron microscopy. For that effect, 32 restorations were done in natural deciduous molars, which were randomly allocated into 16 groups. Furthermore, the adhesive system penetration into the calcium silicate cements was evaluated by laser scanning confocal microscopy in restorations performed on artificial teeth; the same protocol was followed for the 16 study groups, but with the particularity of the adhesive systems having been previously marked with Rhodamine B. Results The shear bond test results highlighted no statistically significant differences between the BiodentineTM and NuSmile® NeoMTA (p = 0.897).The ClearfilTM Universal Bond Quick presented a better bond performance compared to ClearfilTM SE Bond 2 (p<0.001), as with an additional hydrophobic resin bonding layer application (p = 0.014).The delayed restoration also presented better shear bond test results (p<0.001). Scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy showed the interpenetration between adhesive systems and calcium silicate cements forming an hybrid layer, which depth and degree of penetration depended on the time of restoration and the adhesive strategy.The interpenetration between calcium silicate cements and adhesive systems was greater in groups with delayed restorations. The thickness of the adhesive layer was greater in the groups with the application of an additional layer of hydrophobic resin. With regard to the interdiffusion of adhesive systems in depth into the silicate cements, a deeper penetration was observed in NuSmile® NeoMTA than in Biodentine TM. Conclusions • The shear bond strength to BiodentineTM and NuSmile® NeoMTA was similar; however, both adhesives tested penetrated deeper in the NuSmile® NeoMTA, compared to BiodentineTM. • ClearfilTM Universal Bond Quick provided higher shear bond strength to calcium silicate-based cements evaluated, compared to ClearfilTM SE Bond 2. • The application of an additional hydrophobic resin layer over the adhesive improved the shear bond strength of composite adhesive restoration placed over calcium silicate-based cements. • The delayed definitive composite restorations placed after seven days provided higher shear bond strength than immediate restorations. • The scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy morphological evalu- ation of adhesive/HCSC interfaces revealed some important aspects. Both techniques have identified the interdiffusion and interlocking between the adhesives and calcium silicate-based cements, but with differences between the groups. Both adhesives penetrated deeper into the NuSmile® NeoMTA,compared to BiodentineTM. Also,the penetration depth of the adhesives into the calcium silicate-based cements was higher in the group of immediate adhesive restorations, compared to those performed on the seventh day.

Introdução e objetivos A utilização dos cimentos de silicato de cálcio tem vindo a ganhar maior relevância na prática clínica, pos- sibilitando uma abordagem mais conservadora baseada na preservação e regeneração do tecido pulpar, inclusivamente em idade pediátrica. Por forma a ultrapassar algumas desvantagens do agregado de trióxido mineral convencional têm sur- gido novos cimentos, de que são exemplo o NuSmile® NeoMTA (NuSmile Ltd. Houston,TX, USA) e o BiodentineTM (Septodont, Saint-Maur-des-Fosses Cedex, France), que associam à biocompatibilidade e bioatividade dos cimentos de silicato de cálcio, maior estabilidade da cor, melhores propriedades mecânicas e menor tempo da reação de presa; carecem ainda, porém, de estudos in vitro e in vivo que avaliem a implicação da sua interação com os materiais adesivos restauradores, fator esse determinante para o sucesso do tratamento regenerador/restaurador. Objetivou-se estudar as interfaces adesivas entre estes dois cimentos e a subsequente restauração adesiva com resina composta, nomeadamente no que concerne à força de adesão e aos seus padrões ultramorfológicos. Para além do tipo de cimento de silicato de cálcio, foram avaliadas outras variáveis independentes como o tipo de sistema adesivo, o efeito da aplicação de uma camada adicional de resina hidrofóbica e o tempo de execução da restauração definitiva (imediata ou após 7 dias). Materiais e Métodos Procedeu-se à análise quantitativa da adesão entre os cimentos de silicato de cálcio e as restaurações adesivas com resina composta. Foram realizados testes por forças de cisalhamento em 320 amostras distribuídas por 16 grupos (n=20) em função da utilização dos dois cimentos de silicato de cálcio (NuSmile® NeoMTA e o BiodentineTM), dos dois sistemas adesivos autocondicionantes (ClearfilTM SE Bond 2 e do ClearfilTM Universal Bond Quick - Kuraray Noritake Dental Inc.; Sakazu, Kurashiki, Okay- ama, Japan), da aplicação ou não de uma camada adicional de resina hidrofóbica e dos dois tempos de execução da restauração com resina composta, imediata ou após 7 dias de armazenamento. Todas as amostras foram armazenadas durante 48 horas numa incubadora a 37oC com 100% de humidade, previamente à realização dos testes de adesão numa máquina de testes universal. As superfícies fraturadas foram examinadas sob microscopia ótica para classificação dos padrões de fratura.A análise estatística dos dados registados foi realizada na plataforma estatística IBM® SPSS® v26 tendo-se adoptado um nível de significância de 0.05. Complementarmente procedeu-se à análise qualitativa das interfaces adesivas através da avaliação ultramorfológica por microscopia eletrónica de varrimento. Para o efeito foram realizadas 32 restaurações em molares decíduos naturais aleatorizados pelos 16 grupos de estudo. A penetração do sistema adesivo nos cimentos de silicato de cálcio foi avaliada por microscopia confocal de varrimento a laser em restaurações efetuadas em dentes artificiais, seguindo os mesmos protocolos dos 16 grupos de estudo, mas com a particularidade dos sistemas adesivos terem sido previamente marcados com Rhodamina B. Resultados Os resultados dos testes de adesão não revelaram diferenças estatisticamente significativas entre os dois cimentos de silicato avaliados (p=0.897). No referente aos sistemas adesivos, o ClearfilTM Universal Bond Quick apresentou uma melhor performance adesiva comparativamente com ClearfilTM SE Bond 2 (p<0.001), o mesmo podendo ser afirmado no respeitante à aplicação de uma camada de resina hi- drofóbica (p=0.014). Por último, a restauração definitiva diferida apresentou melhores resultados nos testes de cisalhamento (p<0.001). A microscopia eletrónica de varrimento e a microscopia confocal de varrimento a laser evidenciaram a interpenetração entre os sistemas adesivos e cimentos de silicato de cálcio formando uma zona híbrida cuja profundidade e grau penetração dependeram do momento da restauração e da estratégia adesiva. A interpenetração entre os cimentos de silicato de cálcio e os sistemas adesivos foi maior nos grupos com restaurações definitivas efetuadas de imediato. A espes- sura da camada adesiva foi maior nos grupos com aplicação da camada adicional de resina hidrofóbica. No que concerne à difusão dos sistemas adesivos em profundidade para o interior dos cimentos de silicato, verificou-se uma penetração mais profunda no NuSmile® NeoMTA que no BiodentineTM. Conclusões • Não se verificaram diferenças nos valores de adesão aos cimentos de silicato de cálcio testados, BiodentineTM and NuSmile® NeoMTA. • O ClearfilTM Universal Bond Quick proporcionou valores de adesão mais elevados aos cimentos de silicato de cálcio que o ClearfilTM SE Bond 2. • A aplicação de uma camada adicional de resina hidrofóbica sobre os sistemas adesivos aumentou os valores de adesão aos cimentos de silicato de cálcio. • O valor de adesão aos silicatos de cálcio foi maior quando a restauração adesiva com resina composta foi efetuada após 7 dias, comparativamente ao grupo em que a restauração foi ime- diatamente efetuada após a colocação da base de silicato de cálcio. • A avaliação ultramorfológica das respetivas interfaces adesivas pelas duas técnicas de microsoco- pia revelaram a presença de uma camada híbrida, com uma interpenetração evidente entre os sistemas adesivos e os cimentos de silicato, mas cuja espessura, morfologia e nível de penetração variaram em função dos grupos.