Purpose: Acidification by bacterial biofilms at the bracket/tooth interface is one of the most common problems in fixed orthodontic treatments, which can lead to white spot lesions (WSL) and caries. As lingual brackets were shown to exhibit reduced WSL formation clinically, the aim of this in situ study was to compare initial intraoral biofilm formation and acidification on bracket-like specimens placed buccally and palatally in the upper jaw as a possible cause for this observation.
Methods: Intraoral biofilm was collected from splints equipped with buccally and palatally exposed test specimens, which were worn by 12 volunteers for a total of 48 h. The test specimens consisted of standard bracket material cylinders on top of a hydroxyapatite disc to represent the bracket/tooth interface. They were analyzed for three-dimensional biofilm volume and live/dead distribution by fluorescence staining and confocal laser scanning microscopy as well as for acidification by fluorescence-based pH ratiometry.
Results: Similar general biofilm morphology with regard to volume and viability could be detected for buccally and palatally exposed specimens. For pH values, biofilms from both positions showed increased acidification at the bottom layer. Interestingly, the pH value at the top layers of the biofilms was slightly lower on palatally than on buccally exposed specimens, which may likely be due to anatomic conditions.
Conclusion: Based on the results of this study, initial intraoral biofilm formation and acidification is almost similar on the bracket material/biomimetic tooth interface when placed buccally or palatally in the upper jaw. As lingual brackets were shown to exhibit reduced WSL formation clinically, future studies should investigate further factors like bracket geometry.
Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Die durch bakterielle Biofilme verursachte Ansäuerung an der Bracket/Zahn-Grenzfläche ist eines der häufigsten Probleme während der festsitzenden kieferorthopädischen Behandlung, das zu White-Spot-Läsionen (WSL) und Karies führen kann. Da linguale Multibracketapparaturen klinisch eine verminderte WSL-Bildung aufweisen, war das Ziel dieser In-situ-Studie, die initiale intraorale Biofilmbildung und Ansäuerung an bukkal und palatinal im Oberkiefer platzierten Bracket-ähnlichen Probekörpern als mögliche Ursache zu analysieren.
Methoden: Mit Probekörpern bestückte Miniplastschienen dienten der intraoralen Biofilmgewinnung in 12 Probanden für insgesamt 48 h. Die Probekörper wurden bukkal und palatinal platziert und bestanden aus Standard-Bracketmaterialzylindern, welche auf Hydroxylapatitscheiben befestigt wurden, sodass die Bracket/Zahn-Grenzfläche imitiert werden konnte. Die Analyse des dreidimensionalen Biofilmvolumens und der Lebend/tot-Verteilung erfolgte durch Fluoreszenzfärbung und konfokale Laserscanningmikroskopie. Die Auswertung der Ansäuerung erfolgte durch fluoreszenzbasierte pH-Ratiometrie.
Ergebnisse: In Bezug auf das Volumen und die Viabilität konnte für bukkal und palatinal exponierte Probekörper eine allgemein ähnliche Biofilmmorphologie nachgewiesen werden. An beiden Positionen war eine erhöhte Ansäuerung in den unteren Schichten des Biofilms zu detektieren. Interessanterweise war der pH-Wert in den obersten Schichten der Biofilme bei palatinal positionierten Probekörpern etwas niedriger als bei bukkal positionierten Probekörpern, was vermutlich durch anatomische Gegebenheiten bedingt ist.
Schlussfolgerung: Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie ist die initiale intraorale Biofilmbildung und Ansäuerung an der Grenzfläche zwischen Bracketmaterial und biomimetischem Zahn bei bukkaler bzw. palatinaler Platzierung im Oberkieferbereich ähnlich. Da linguale Multibracketapparaturen klinisch eine reduzierte WSL-Bildung aufweisen, sollten zukünftige Studien weitere Faktoren wie die Bracketgeometrie untersuchen.
Keywords: Confocal laser scanning microscopy; Dental plaque; Orthodontic bracket materials; White spot lesions; pH value.
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