Use of bioluminescence measurements for detection of artificial demineralization adjacent to orthodontic brackets

Autor: Romy Nothelfer, Heike Korbmacher-Steiner, Laura Gaerttner, Anahita Jablonski-Momeni, Janine Sambale
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Journal of Orofacial Orthopedics / Fortschritte der Kieferorthopädie.
ISSN: 1615-6714
1434-5293
Popis: Enamel demineralization can occur as a side effect during orthodontic treatment with fixed appliances and should be detected as early as possible. A new approach to assess demineralization is a system consisting of a photosensitive protein that binds to free calcium ions at the enamel surface. A camera is then used to visualize the bioluminescence spots. This in vitro study aimed to evaluate the ability of the bioluminescence technology to assess artificially demineralized enamel adjacent to various orthodontic brackets.In all, 108 human enamel samples were allocated randomly to groups with different orthodontic bracket material: stainless steel, titanium, ceramic. Initial lesions were created adjacent to the brackets. The samples were assessed by bioluminescence before and after demineralization. Images were assessed for presence of bioluminescence spots (yes/no). To quantify the bioluminescence measurements, the images' pixel values (P) were calculated within a defined area (F) adjacent to each bracket before and after demineralization. Quantitative light-induced fluorescence measurements (ΔF, ΔQ) were performed as the reference standard for demineralization.After demineralization, bioluminescence spots were visible (yes/no decision) in 87% of the samples. The pixel analysis of the bioluminescence spots showed significantly higher pixel values after demineralization compared to baseline (p 0.0001). The bracket material had no influence on the bioluminescence measurements. All samples showed fluorescence loss with a median ΔF of -9.52% (±3.15) and a median ΔQ of -1.01% × mmThe bioluminescence technology is a promising tool to demonstrate demineralization adjacent to different orthodontic brackets in vitro.ZIELSETZUNG: Schmelzdemineralisationen können während einer kieferorthopädischer Behandlung mit festsitzenden Apparaturen auftreten und sollten so früh wie möglich erkannt werden. Ein neuer Ansatz ist ein System basierend auf einem lichtsensitiven Protein, das freie Kalziumionen an der Schmelzoberfläche bindet und Biolumineszenzfelder visualisiert. Das Ziel dieser In-vitro-Studie war es, die Eignung der Biolumineszenztechnologie zur Detektion von artifiziell erzeugten Demineralisationen im Schmelz in der Zirkumferenz von verschiedenen kieferorthopädischen Brackets zu untersuchen.Insgesamt 108 humane Zähne wurden randomisiert in Gruppen mit unterschiedlichem kieferorthopädischem Bracketmaterial eingeteilt: Edelstahl, Titan, Keramik. Am Rand der Brackets wurden Initialläsionen erzeugt. Die Proben wurden vor und nach der Demineralisation mittels Biolumineszenz untersucht. Die Bilder wurden auf das Vorhandensein von Biolumineszenzfeldern (ja/nein) bewertet. Zur Quantifizierung der Biolumineszenzmessungen wurden die Pixelwerte (P) der Bilder innerhalb eines definierten Bereichs (F) am Rand der Brackets vor und nach der Demineralisation berechnet. Quantitative lichtinduzierte Fluoreszenzmessungen (ΔF, ΔQ) wurden als Referenzstandard für die Demineralisation herangezogen.Nach der Demineralisation waren bei 87 % der Proben Biolumineszenzfelder sichtbar (Ja/nein-Entscheidung). Die Analyse der Biolumineszenzfelder zeigte signifikant höhere Pixelwerte nach der Demineralisation im Vergleich zu den Werten vor der Demineralisation (p 0,0001). Das Bracketmaterial hatte keinen Einfluss auf die Biolumineszenzmessungen. Alle Proben zeigten einen Fluoreszenzverlust mit einem ΔF-Medianwert von −9,52 % (± 3,15) sowie einem ΔQ-Medianwert von −1,01 % × mmDie Biolumineszenztechnologie hat sich in vitro als ein vielversprechendes Verfahren zur Visualisierung von Demineralisationen in der Bracketzirkumferenz erwiesen.
Databáze: OpenAIRE
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