Influence of thermocycling and coffee immersion on surface roughness and bacterial adherence of additively manufactured permanent resin based materials

La situazione appiccicosa: perché la corona del tuo dente potrebbe essere un hotel per batteri

Immagina che la tua bocca sia una città frenetica e caotica. È calda, umida e la temperatura cambia costantemente mentre sorseggi un caffè caldo o mordi un gelato. In questa città, piccoli inquilini microscopici — i batteri — sono sempre alla ricerca di un posto dove stare. Alcuni di questi inquilini sono dei piantagrane; amano attaccarsi alle superfici, costruire quartieri disordinati chiamati biofilm e causare carie. Per molto tempo, i dentisti hanno usato blocchi di materiale solido per incidere questi "edifici" (corone e ponti), ma ora utilizzano sempre più spesso la stampa 3D per costruirli strato dopo strato, come se si sovrapponesseroes pancake.

Tuttavia, il solo fatto che un edificio sia stampato in 3D non significa che sia perfetto. Con il tempo, il calore di una bevanda calda seguito dal freddo di una brezza invernale (un processo che gli scienziati chiamano termociclatura) può stressare il materiale, rendendolo crepato o più ruvido. E se bevi caffè, il liquido scuro e appiccicoso può macchiare la superficie e cambiarne la consistenza. La grande domanda è: questo irrigidimento trasforma una corona liscia e facile da pulire in una trappola irregolare e appiccicosa dove i batteri amano aggrapparsi? Se la superficie diventa ruvida, i batteri diventano più felici? Questo studio si immerge proprio in questo scenario, testando tre diversi materiali per corone stampate in 3D per vedere come resistono alla routine quotidiana di caffè caldo e sbalzi di temperatura, e quanti batteri decidono di trasferirsi lì.

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L'esperimento: Una corsa contro il tempo e il caffè in 3D

In questo studio, i ricercatori hanno organizzato una gara ad alta tensione tra tre diversi materiali in resina stampati in 3D per corone dentali permanenti: VarseoSmile TriniQ, SprintRay Ceramic Crown Resin e Tera Harz C&B TC-80DP. Non si sono limitati a osservarli; li hanno sottoposti a un durissimo campo di addestramento progettato per simulare anni di usura reale in un solo mese.

Per prima cosa, hanno creato piccoli campioni a forma di disco di ciascun materiale, lucidandoli finché non erano lisci come una strada appena asfaltata. Poi, li hanno divisi in tre gruppi. Il primo gruppo era il team di "controllo", lasciato in acqua tiepida per un giorno. Il secondo gruppo ha affrontato 10.000 cicli di termociclatura, il che significa che sono stati immersi alternativamente in acqua gelata (5°C) e acqua bollente (55°C). Questo simula lo stress derivante dal bere un caffè caldo e poi una bibita fredda. Il terzo gruppo ha subito il "doppio colpo": hanno sopportato i 10.000 cicli di temperatura e poi sono stati immersi in una tazza forte di caffè istantaneo per 30 giorni.

Dopo questo test di tortura, i ricercatori hanno misurato due cose. Primo, hanno usato un microscopio laser super preciso per misurare la rugosità superficiale (quanto è accidentata la strada). Secondo, hanno introdotto due tipi di batteri: Streptococcus mutans (il noto piantagrane che causa carie) e Streptococcus sanguinis (un colonizzatore precoce che aiuta a costruire il biofilm iniziale). Hanno contato esattamente quanti batteri si sono attaccati a ogni disco.

I Risultati: Il liscio vince, il ruvido perde

Le conclusioni sono state chiare e coerenti, come una storia con un finale prevedibile ma importante.

1. La corsa alla rugosità
Lo studio ha scoperto che l'invecchiamento ha sicuramente reso le superfici più irregolari. Le superfici più lisce erano quelle che non erano state invecchiate affatto. Una volta che i materiali hanno affrontato i 10.000 cicli di temperatura, sono diventati più ruvidi. Ma i veri campioni della rugosità sono stati quelli che hanno subito l'immersione nel caffè dopo i cicli di calore.

• Il Vincitore: Tera Harz C&B TC-80DP è rimasto il più liscio del gruppo, anche dopo l'abuso. La sua rugosità (misurata come Ra) è salita solo a 0,11 ± 0,03 µm dopo l'immersione nel caffè.
• Il Perdente: VarseoSmile TriniQ è finito con la superficie più ruvida, raggiungendo 0,18 ± 0,04 µm dopo il trattamento con caffè.
• Il Centro classifica: SprintRay Ceramic Crown Resin si è posizionato nel mezzo con 0,15 ± 0,03 µm.

I ricercatori hanno notato che, sebbene i materiali reagissero in modo diverso, il modello era lo stesso per tutti: il calore li rendeva più ruvidi e l'aggiunta del caffè li rendeva ancora più ruvidi. Interessante notare che l'interazione tra il materiale specifico e il processo di invecchiamento non era un puzzle complesso; l'invecchiamento rendeva semplicemente tutto più ruvido in modo simile.

2. L'invasione batterica
Qui la storia si fa appiccicosa. I ricercatori hanno trovato un legame diretto: più la superficie è ruvida, più batteri vi si attaccano. È come una striscia di velcro: più ganci (rugosità) hai, più loop (batteri) possono incastrarsi.

• Il Re dei Batteri: Streptococcus mutans (il batterio che causa carie) era molto più appiccicoso di Streptococcus sanguinis. In tutti i materiali e in tutte le condizioni, lo S. mutans ha mostrato un'adesione maggiore.
• Lo Scenario Peggiore: Il materiale con la più alta adesione batterica è stato VarseoSmile TriniQ dopo la termociclatura e l'immersione nel caffè, con 4,20 ± 0,28 log₁₀(CFU/mm²).
• Lo Scenario Migliore: Tera Harz C&B TC-80DP ha avuto la più bassa adesione batterica, con 3,15 ± 0,20 log₁₀(CFU/mm²) per lo S. mutans al baseline, salendo a 3,65 ± 0,24 dopo l'immersione nel caffè.

Lo studio ha esplicitamente respinto l'ipotesi iniziale (l'ipotesi nulla) secondo cui il tipo di materiale o l'invecchiamento non avrebbero avuto importanza. I dati hanno dimostrato il contrario: sia il tipo di materiale che il protocollo di invecchiamento hanno cambiato significativamente quanto la superficie fosse ruvida e quanti batteri vi si attaccassero. Tuttavia, lo studio ha anche scoperto che l'interazione tra il materiale e l'invecchiamento non ha creato una sorpresa unica e imprevedibile per nessuna coppia specifica; l'invecchiamento ha semplicemente peggiorato le cose per tutti, seppur in misura diversa.

La Conclusione: Il liscio è meglio

Questo studio suggerisce che se stai ricevendo una corona permanente stampata in 3D, il materiale conta, ma conta anche quanto bene viene rifinita. Il materiale Tera Harz C&B TC-80DP si è dimostrato il più resistente nel diventare ruvido e appiccicoso, mentre VarseoSmile TriniQ è stato il più propenso a diventare irregolare e ad attirare batteri.

I ricercatori hanno concluso che più la superficie diventa ruvida (a causa di calore e caffè), più è probabile che diventi un parco giochi per i batteri, specialmente per lo S. mutans, responsabile delle carie. Sebbene i numeri abbiano mostrato una forte connessione tra rugosità e appiccicosità, lo studio ci ha anche ricordato che non si tratta solo di protuberanze; anche la composizione chimica del materiale gioca un ruolo. Ma per ora, il messaggio è chiaro: mantieni quelle corone stampate in 3D il più lisce possibile, perché una superficie liscia è una superficie che i batteri trovano molto più difficile da afferrare.