Efeito da incorporação de nanopartículas de trimetafosfato de sódio, hidroxiapatita e pentóxido de nióbio nas propriedades físico-químicas, biológicas e antimicrobianas de compósitos ortodônticos resinosos

Com o avanço das pesquisas na área da nanobiotecnologia, a incorporação de nanomateriais com atividade antimicrobiana e potencial bioativo a compósitos resinosos tem se mostrado uma estratégia promissora e de baixo custo para auxiliar o controle do biofilme durante o tratamento ortodôntico. Assim, este estudo avaliou os efeitos da incorporação de nanopartículas de hidroxiapatita e trimetafosfato de sódio, associados ou não ao pentóxido de nióbio, sobre as propriedades físico-químicas, biológicas e antimicrobianas de uma resina composta utilizada na confecção de attachments ortodônticos. O presente estudo foi conduzido a partir de 2 fases: 1) obtenção e caracterização estrutural, morfológica e cristalográfica das nanopartículas, bem como formulação dos compósitos experimentais e avaliação do grau de conversão; e 2) análise das propriedades ópticas dos compósitos, da atividade antimicrobiana, da viabilidade celular e síntese proteica e da liberação de íons Na+, PO₄³⁻ e Ca2+. Os dados coletados foram submetidos a testes estatísticos apropriados, após verificação da normalidade e homogeneidade de variâncias, considerando o nível de significância de 5%. Os resultados demonstraram que os protocolos de moagem úmida foram eficazes na obtenção de nanopartículas de TMP e Nb₂O₅, preservando suas características morfológicas e cristalográficas, e que a incorporação das partículas à matriz resinosa foi igualmente adequada, com satisfatória distribuição das nanopartículas por toda a matriz resinosa. De modo geral, as formulações contendo HA 5%, TMP 7%, Nb 2% e Nb 2% + TMP 7% não comprometeram o grau de conversão, enquanto a associação Nb 2% + HA 5% resultou em redução significativa deste parâmetro. Todas as formulações apresentaram alterações de cor perceptíveis, com maior impacto nos grupos contendo Nb₂O₅, enquanto o grupo TMP 7% apresentou o melhor desempenho óptico. A contagem de unidades formadoras de colônia bacteriana não evidenciou efeito bactericida direto sobre Streptococcus mutans, entretanto, os ensaios de alamarBlue e Live/Dead indicaram um potencial efeito antibiofilme nos grupos experimentais contendo associações entre nanopartículas. As análises de citotoxicidade dos materiais demonstraram elevada viabilidade celular e preservação da síntese proteica pelas células HaCaT, ao passo que a liberação iônica foi restrita ao íon cálcio nos grupos contendo HA. Dessa maneira, os achados do presente estudo indicam que o desenvolvimento de compósitos ortodônticos experimentais contendo nanopartículas bioativas depende da otimização das concentrações e das combinações desses materiais, de modo a equilibrar bioatividade, estabilidade óptica e desempenho do material para aplicação clínica.Com o avanço das pesquisas na área da nanobiotecnologia, a incorporação de nanomateriais com atividade antimicrobiana e potencial bioativo a compósitos resinosos tem se mostrado uma estratégia promissora e de baixo custo para auxiliar o controle do biofilme durante o tratamento ortodôntico. Assim, este estudo avaliou os efeitos da incorporação de nanopartículas de hidroxiapatita e trimetafosfato de sódio, associados ou não ao pentóxido de nióbio, sobre as propriedades físico-químicas, biológicas e antimicrobianas de uma resina composta utilizada na confecção de attachments ortodônticos. O presente estudo foi conduzido a partir de 2 fases: 1) obtenção e caracterização estrutural, morfológica e cristalográfica das nanopartículas, bem como formulação dos compósitos experimentais e avaliação do grau de conversão; e 2) análise das propriedades ópticas dos compósitos, da atividade antimicrobiana, da viabilidade celular e síntese proteica e da liberação de íons Na+, PO₄³⁻ e Ca2+. Os dados coletados foram submetidos a testes estatísticos apropriados, após verificação da normalidade e homogeneidade de variâncias, considerando o nível de significância de 5%. Os resultados demonstraram que os protocolos de moagem úmida foram eficazes na obtenção de nanopartículas de TMP e Nb₂O₅, preservando suas características morfológicas e cristalográficas, e que a incorporação das partículas à matriz resinosa foi igualmente adequada, com satisfatória distribuição das nanopartículas por toda a matriz resinosa. De modo geral, as formulações contendo HA 5%, TMP 7%, Nb 2% e Nb 2% + TMP 7% não comprometeram o grau de conversão, enquanto a associação Nb 2% + HA 5% resultou em redução significativa deste parâmetro. Todas as formulações apresentaram alterações de cor perceptíveis, com maior impacto nos grupos contendo Nb₂O₅, enquanto o grupo TMP 7% apresentou o melhor desempenho óptico. A contagem de unidades formadoras de colônia bacteriana não evidenciou efeito bactericida direto sobre Streptococcus mutans, entretanto, os ensaios de alamarBlue e Live/Dead indicaram um potencial efeito antibiofilme nos grupos experimentais contendo associações entre nanopartículas. As análises de citotoxicidade dos materiais demonstraram elevada viabilidade celular e preservação da síntese proteica pelas células HaCaT, ao passo que a liberação iônica foi restrita ao íon cálcio nos grupos contendo HA. Dessa maneira, os achados do presente estudo indicam que o desenvolvimento de compósitos ortodônticos experimentais contendo nanopartículas bioativas depende da otimização das concentrações e das combinações desses materiais, de modo a equilibrar bioatividade, estabilidade óptica e desempenho do material para aplicação clínica.

Resumo (inglês)

With advances in nanobiotechnology research, the incorporation of nanomaterials with antimicrobial activity and bioactive potential into resin composites has emerged as a promising and cost-effective strategy to assist in biofilm control during orthodontic treatment. Thus, this study evaluated the effects of incorporating hydroxyapatite and sodium trimetaphosphate nanoparticles, with or without niobium pentoxide, on the physicochemical, biological, and antimicrobial properties of a composite resin used in the fabrication of orthodontic attachments. The present study was conducted in two phases: (1) synthesis and structural, morphological, and crystallographic characterization of the nanoparticles, as well as formulation of the experimental composites and evaluation of the degree of conversion; and (2) analysis of the composites’ optical properties, antimicrobial activity, cell viability, protein synthesis, and the release of Na⁺, PO₄³⁻, and Ca²⁺ ions. The collected data were subjected to appropriate statistical tests after verification of normality and homogeneity of variances, adopting a significance level of 5%. The results demonstrated that the wet-grinding protocols were effective in obtaining TMP and Nb₂O₅ nanoparticles while preserving their morphological and crystallographic characteristics, and that the incorporation of the particles into the resin matrix was equally adequate, with satisfactory distribution of the nanoparticles throughout the resin matrix. Overall, formulations containing HA 5%, TMP 7%, Nb 2%, and Nb 2% + TMP 7% did not compromise the degree of conversion, whereas the Nb 2% + HA 5% association resulted in a significant reduction of this parameter. All formulations exhibited perceptible color changes, with a greater impact observed in the groups containing Nb₂O₅, while the TMP 7% group showed the best optical performance. The colony-forming unit counts did not demonstrate a direct bactericidal effect against Streptococcus mutans; however, alamarBlue and Live/Dead assays indicated a potential antibiofilm effect in the experimental groups containing nanoparticle associations. Cytotoxicity analyses demonstrated high cell viability and preservation of protein synthesis by HaCaT cells, whereas ion release was restricted to calcium ions in the groups containing HA. Therefore, the findings of the present study indicate that the development of experimental orthodontic composites containing bioactive nanoparticles depends on optimizing the concentrations and combinations of these materials in order to balance bioactivity, optical stability, and material performance for clinical application.

Palavras-chave

Nanopartículas, Durapatita, Polifosfatos, Nióbio, Aparelhos ortodônticos removíveis, Nanoparticles, Durapatite, Polyphosphates, Niobium, Orthodontic appliances, removable

Idioma

Português

Citação

Cunha LO. Efeito da incorporação de nanopartículas de trimetafosfato de sódio, hidroxiapatita e pentóxido de nióbio nas propriedades físico-químicas, biológicas e antimicrobianas de compósitos ortodônticos resinosos [dissertação de mestrado]. Araraquara: Faculdade de Odontologia da UNESP; 2026.