Characterization of teeth fluorescence properties due to coffee pigmentation: towards optimization of quantitative light-induced fluorescence for tooth color assessment

The assessment of tooth color is typically performed by subjective comparison with a visual shade guide or by using objective optical techniques such as quantitative light-induced fluorescence (QLF). QLF measurements rely on the precise wavelength calibration of fluorescence excitation and emission for enhancing the contrast between the white sound tooth and stained areas. These areas may change the fluorescence emission differently depending on the color that is most absorbed by the stain on the tooth surface. Although previous studies have monitored the staining contrast generated by the consumption of beverages on teeth, the information provided is based on total intensity. However, this intensity varies from each QLF device configuration and comparison across studies may not be possible. Few studies report the wavelength-dependent characterization of the staining process, which allow the comparison on the light attenuation on specific wavelengths and can be used to design fluorescence equipment with improved contrast for the tooth color assessment. In this study, we quantified the fluorescence spectral features (fluorescence intensity, wavelength shift of the maximum intensity, full width at half maximum, and wavelength-dependent intensity attenuation) of teeth in several degrees of coffee pigmentation by using 445 nm excitation. Most of the pigmentation effect was observed on the fluorescence intensity and a linear behavior was observed for the full width at half maximum (around 11.8% increase for each pigmentation level). We characterized the fluorescence properties of each degree of pigmentation level. Both spectral features and fluorescence properties can be used to design novel fluorescence equipment capable of increasing the contrast between white and stained teeth

Efeito in vitro e in vivo da terapia fotodinâmica antimicrobial sobre streptococcus mutans presentes em acessórios metálicos ortodônticos

Demineralization and caries are often present in patients with orthodontic braces due to the increased accumulation of dental biofilm containing Streptococcus mutans, which produces acids that attack the tooth surface. The Antimicrobial Photodynamic Therapy (APDT) has been shown as an alternative in microbial inactivation in dentistry. This work, carried out both in vitro and in vivo, aims to evaluate the antimicrobial effect of APDT on Streptococcus mutans present in the dental biofilm accumulated on the metal surface of orthodontic appliances and in patients undergoing orthodontic treatment. The in vitro study evaluated the susceptibility of biofilm formed by S. mutans on the metal surface under the application of orthodontic appliances APDT induced Curcumin diluted surfactant (SDS) and blue light-emitting diode (LED). The samples were treated with the photosensitizer (PS) at a concentration of 1 g/L, 0.1% surfactant and exposed to LED light (455 ± 10 nm, 46mW/cm²), fluence of 30 J/cm². The experimental groups studied were: control group (P-L-S-); light (P-L+S-), surfactant (P-L-S+) and photosensitizer (P+L-S-) groups; surfactant-light (P-L+S+), photosensitizer-surfactant (P+L-S+) and PDT (P+L+S-) groups; and the PDT-surfactant (P+L+S+) group. Each group was named accordingly to the addiction or not of the photosensitizer (P+ or P-), surfactant (S+ or S-) and application or not of light (L+ or L-), respectively. The colonies grown on plates of brain heart infusion (BHI) were counted (CFU / mL) and the results were analyzed by ANOVA and the post hoc Tukey test (p <0.05). The results showed that in this research protocol, the group P+L+S+ was able to promote significant decrease (p<0.001) on the population of S. mutans of 99.999% compared to the control group. In the in vivo study, 24 volunteers were randomly selected in order to evaluate the clinical utility of APDT and the APDT association with the surfactant (SDS) as oral decontamination agents in orthodontic patients. The selected patients (n = 24) were randomly divided into seven groups: G1 - Negative control, G2 - Curcumin mouthwash, G3 - Curcumin mouthwash+SDS, G4 - light irradiation, G5 - APDT, G6 - APDT+SDS and G7 - Positive Control (chlorhexidine 0.12% moutwash). Saliva samples were collected from unstimulated way of each patient in three steps (S) as follows: S1 - initial condition S2 - Treatment with rinsing (water, curcumin or chlorhexidine) and S3 - After APDT. The photosensitiser used was curcumin with concentration of 1 g/L. Two types of blue LED light source emitting in 450±10nm were used in the present study: one emitting with an intensity of 33.54 mW/cm² and other with 212 mW/cm². Evaluation of microbial reduction, and survival fraction in each of the studied levels, was performed using the Kruskal-Wallis ANOVA test. Statistical analysis showed that only G6 and G7 presented results of bacterial inactivation that showed statistically significant differences (p<0.05) compared to those observed in G1. These results indicated that APDT, when combined with SDS surfactant, may be used as an adjunct agent for convenient oral decontamination promoter in vivo.Não recebi financiamentoDesmineralizações e cáries dentais estão comumente presentes em indivíduos portadores de aparelho fixo ortodôntico, isto ocorre devido ao aumento de acúmulo de biofilme dental contendo Streptococcus mutans, os quais produzem ácidos que atacam a superfície dental. A terapia fotodinâmica antimicrobial (TFDA) tem sido mostrada como alternativa em inativação microbiana na Odontologia. Este trabalho, realizado in vitro e in vivo, tem o objetivo de avaliar o efeito antimicrobiano da TFDA sobre Streptococcus mutans em biofilme dental sobre superfície metálica de acessórios ortodônticos e em indivíduos sob tratamento ortodôntico. O estudo in vitro avaliou a susceptilidade de biofilme formado por S. mutans sobre superfície metálica de acessórios ortodônticos sob aplicação de TFDA induzida por Curcumina diluída em surfactante (SDS) e por diodo emissor de luz azul (LED). Nas amostras obtidas de lâminas de bandas ortodônticas foram formados biofilmes e tratadas com fotossensibilizador (FS) com concentração de 1g/L, surfactante a 0,1% e exposto a luz LED (455±10 nm, 46mW/cm²), com fluência de30J/cm2. Os grupos experimentais estudados foram: C- (somente lavagem com solução fisiológica); L+ (aplicação apenas de luz); S+L- (aplicação de surfactante); S+L+ (aplicação de surfactante e luz); F+L- (aplicação de fotossensibilizador sem luz); F+L+ (aplicação de fotossensibilizador e luz); F+L-S+ (aplicação de fotossensibilizador sem luz + surfactante) e F+L+S+ (aplicação de fotossensibilizador e luz + surfactante). As colônias cultivadas em placas com Brain Heart Infusion (BHI) foram contadas (UFC/mL) e os resultados foram analisados por ANOVA e teste Tukey post hoc (p<0.05). Os resultados obtidos demonstraram que no protocolo deste estudo o grupo F+S+L+ foi capaz de promover diminuição significativa(p<0,001) da população de S. mutans em 99,999% comparado ao grupo controle. No estudo in vivo, 24 voluntários foram selecionados aleatoriamente, com o objetivo de avaliar a eficiência clínica da TFDA e da associação da TFDA com o surfactante SDS como agentes de descontaminação bucal em indivíduos ortodônticos. Os indivíduos selecionados foram distribuídos aleatoriamente em sete grupos experimentais: G1 - controle negativo, G2 - bochechos com curcumina, G3 – bochechos com curcumina + SDS, G4 - irradiação com luz apenas, G5 - TFDA, G6 - TFDA + SDS e G7 - Controle Positivo (clorexidina 0,12%). Amostras de saliva foram coletadas de maneira não estimulada de cada um dos indivíduos em três etapas (s), como segue: S1 - Condição inicial, S2 - Tratamento com bochechos (água, clorexidina ou curcumina) e S3 - Após TFDA. O fotossensibilizador usado foi a Curcumina em concentração de 1g/L. Foi utilizado no estudo dois tipos de equipamentos de luz com LED azul (450 ± 10nm, 33.54 mW/cm2 e 212 mW/cm2). A avaliação da redução microbiana, e da fração de sobrevivência em cada um dos níveis estudados, foi realizada utilizando-se o teste ANOVA Kruskal-Wallis. A análise estatística mostrou que apenas os grupos 6 e 7 apresentaram resultados de inativação bacteriana que apresentavam diferenças estatisticamente significantes (p <0,05) em relação aos resultados observados no grupo 1. Estes resultados indicam que a TFDA associada com o surfactante SDS pode ser utilizado como agente auxiliar conveniente para promover a descontaminação bucal

Avaliação in vitro da atividade antimicrobiana da terapia fotodinâmica sobre Streptococcus mutans em biofilme denteal in situ

The Photodynamic Antimicrobial Chemotherapy (PACT) has shown that is a promising alternative for buccal disinfection. The objective of this in situ work is to investigate the antimicrobial effect of photodynamic therapy over biofilms by the use of curcumine and Photogem® presented in a solution. In this research 18 volunteers were selected randomly from both sexes, with age over than 18 years. These patients wore a removable palatine device that contained six enamel/dentin specimens of 5 square millimeters by 2 millimeters of thickness. Those patients wore those devices during the period of four days, after that the biofilm created over the specimens were treated using different PACT protocols. The effect of the PACT treatments was evaluated by the microbial reduction of the Streptococcus mutans by UFC counting. This study compared a control group with the curcumine group that didn't received light irradiation with another group that was treated with the PACT protocol using curcumine solution, and other group that used the photosensitizer presented in solution with Photogem®. The obtained results of this investigation showed the reduction of the amount of the S. mutans UFC. The highest reduction (p=0.02) was observed when the PACT is applied with solution using Photogem as the photosensitizer. In conclusion, this study suggests that there is a antimicrobial effect of photodynamic therapy over biofilms by the use of curcumine (1.500&#956;g/mL) and Photogem® (1.000&#956;g/mL) followed by LED system irradiation (&#955;=640±5nm).Universidade Federal de Sao CarlosA Terapia Fotodinâmica (TFD) antimicrobiana tem se mostrado uma promissora alternativa para a desinfecção bucal. Os objetivos deste trabalho in situ foram de investigar o efeito antimicrobiano em biofilme dental por meio da TFD, utilizando-se bochecho e aerosol contendo, respectivamente, curcumina e Photogem®. Nesta pesquisa, foram selecionados 18 voluntários de ambos os sexos, com idade acima de 18 anos e de forma aleatória na população. Esses voluntários usaram uma placa contendo blocos de esmalte bovino, durante 4 dias. Após a formação de biofilme dental sobre a superfície dos blocos, as amostras foram submetidas ao tratamento com TFD. O efeito da TFD foi avaliado pela redução de Streptococcus mutans em meio de cultura Mitis Salivarius com Bacitracina e sacarose. Os grupos experimentais investigados foram, Grupo II: tratado com solução de curcumina (1.500&#956;g/mL); Grupo III: tratado com TFD (&#955;=450±5nm) e solução de curcumina (1.500&#956;g/mL); Grupo IV: que recebeu TFD (&#955;=640±5nm) com solução contendo Photogen® (1.000&#956;g/mL) comparados com o grupo controle(Grupo I), o qual não recebeu tratamento. Os dados resultantes obtidos foram submetidos ao teste de análise estatística ANOVA a nível de 5% (p<0,05). A análise estatística mostrou que houve redução significativa na quantidade de S. mutans no grupo tratado com a curcumina + luz (p=0,04) e no grupo com Photogen® + luz (p=0,02). Ocorreu redução de S. mutans quando comparamos o Grupo I com os demais grupos experimentais, nas seguintes proporções: 8% para o Grupo II, 15% para o Grupo III e 18% para o Grupo IV. Em conclusão, sugere-se que há efeito antimicrobiano em biofilme dental por meio da TFD quando do uso de solução de curcumina (1.500&#956;g/mL) e ou de Photogen® (1.000&#956;g/mL) seguidos da irradiação com sistema LED (&#955;=640±5nm)