An in vitro study of the preventive action of agents against dental erosion

Abstract

Erosive tooth wear is a complex and progressive pathological condition characterized by the irreversible loss of hard dental tissues due to repeated exposure to exogenous and endogenous acidic challenges in combination with mechanical wear. Unlike dental caries, microbial factors are not involved in this process. Erosive tooth wear is now recognized as an increasing threat to oral health, especially in children, adolescents, and young adults—a trend primarily attributed to modern dietary habits and an overall burdened lifestyle. Frequent consumption of acidic beverages such as soft drinks, fruit juices, and energy drinks, as well as pathological conditions like gastroesophageal reflux and eating disorders, are directly linked to the manifestation of erosive tooth wear.Within this context, timely prevention becomes of utmost importance. The salivary pellicle, a biological film that forms immediately after cleaning the dental surface, acts as a natural barrier, limiting the permeability of acids and enhancing the process of remineralization. The thickness and quality of the pellicle depends on the composition and volume of saliva and the proteins that comprise it, including statherins, histatins, and proline-rich proteins. Strengthening the pellicle either through synthetic substances (e.g., fluoride compounds) or natural agents (such as polyphenols) has become the focus of increasing research interest. Stannous fluoride (SnF₂) is a compound that has demonstrated high effectiveness in preventing erosive tooth wear. Its action is based on the creation of a protective layer on the tooth surface, enriched with tin and fluoride, forming stable complexes such as Ca(SnF₃)₂, which enhance the structural integrity of enamel. However, the frequent and long-term use of SnF₂ presents drawbacks, such as the formation of extrinsic stains and concerns over toxicity—particularly in pediatric patients—thus encouraging the exploration of natural alternative solutions. Chios Mastiha is among the most intriguing natural substances with potential benefits for oral health. It is a natural resin derived from the Pistacia lentiscus var. Chia plant and is produced exclusively on the island of Chios, Greece. Rich in terpenes, phenolic compounds, and antioxidants, Mastiha exhibits antimicrobial, anti-inflammatory, and healing properties. Its effectiveness against Streptococcus mutans has already been documented; however, its role in the prevention of enamel erosion remains insufficiently studied. This doctoral dissertation was designed as an in vitro comparative study to evaluate the preventive effect of the salivary pellicle, reinforced with either SnF₂ or Mastiha, against erosive tooth wear. A total of 54 extracted human premolars were used, prepared and processed in a standardized manner: the crowns were separated from the roots, embedded in resin molds, and a uniform layer of enamel 200 μm thick was removed. The enamel samples were divided into three groups: a control group (salivary pellicle only), a group treated with SnF₂ (Oral-B Gum & Enamel Repair® containing 1100 ppm SnF₂ and 350 ppm NaF), and a group treated with Mastiha toothpaste (experimental formulation containing mastiha water, mastiha oil, and dry mastiha extract). To form the salivary pellicle, human saliva was collected from a healthy adult donor, processed, and applied appropriately to the enamel surfaces. The toothpastes were prepared in neutral pH slurries. The samples underwent five repeated cycles of acid erosion using 1% citric acid (pH 3.6). Each cycle included pellicle formation—with or without toothpaste, depending on the experimental group—acid exposure, and storage in a humid chamber. Sample evaluation was performed using multiple methods: (a) optical profilometry to record surface roughness parameters (Sa, Sq, Sz, Sku, Ssk, Sc, Sm, Sv, Sdr, Sds), (b) Vickers hardness testing to measure hardness loss, (c) color measurements, (d) RAMAN microscopy, (e) scanning electron microscopy (SEM) for micromorphological analysis and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) for elemental surface analysis, before and after the acid challenge. As for the results, the SnF₂ group showed significantly reduced roughness parameters compared to the other groups, indicating effective preservation of a smoother enamel surface. In terms of microhardness, the SnF₂ group exhibited the least loss (23%), while the Mastiha group showed the greatest (36%), and the control group had an intermediate value (26%). RAMAN microscopy did not reveal significant differences among the experimental groups, whereas SEM images demonstrated better preservation of enamel prism structure in the SnF₂ group, suggesting increased resistance to acid-induced demineralization. The EDX spectra did not show notable differences in elemental composition among the groups. The Mastiha toothpaste did not provide significant protection against erosion, raising questions about its suitability for preventing erosive tooth wear under acidic conditions. Regarding color changes before and after acid exposure, no statistically significant differences were observed between groups; however, all three exhibited color shifts above both the perceptibility and acceptability thresholds following erosion. The interpretation of these findings confirms the effectiveness of SnF₂ in preventing enamel erosion by forming a protective layer on the enamel surface. In contrast, Mastiha, despite its bioactivity, did not demonstrate meaningful protection against erosive tooth wear under the specific conditions of this study. Potential limiting factors may include the poor solubility of its lipophilic constituents, difficulty in adhering to the salivary pellicle, the nature of its particles, and insufficient retention time on the enamel surface. This study makes a valuable contribution to the literature on preventive dentistry, confirming the use of SnF₂ as an effective agent for protecting enamel from erosion. While natural extracts such as Mastiha may offer antimicrobial benefits, their protective role against erosive wear appears limited. Nonetheless, Mastiha remains a promising natural agent with future potential, provided that appropriate pharmaceutical formulations are developed. The need for further research into the possible applications of natural substances is clearly highlighted, as the future of erosion prevention may lie in the synergy between natural and synthetic agents, combining efficacy with biocompatibility and patient acceptance.

Η διαβρωτική οδοντική φθορά της αδαμαντίνης αποτελεί μία σύνθετη και προοδευτική παθολογική κατάσταση, η οποία χαρακτηρίζεται από μη αναστρέψιμη απώλεια σκληρών οδοντικών ιστών εξαιτίας της επαναλαμβανόμενης έκθεσης σε εξωγενείς και ενδογενείς οξείες χημικές προσβολές, σε συνδυασμό με μηχανική φθορά. Σε αντίθεση με την τερηδόνα, δεν εμπλέκεται καθόλου ο μικροβιακός παράγοντας. Η διαβρωτική οδοντική φθορά αναγνωρίζεται σήμερα ως μία αυξανόμενη απειλή για τη στοματική υγεία, ιδίως σε παιδιά, εφήβους και νεαρούς ενήλικες, γεγονός που αποδίδεται κυρίως στις σύγχρονες διατροφικές συνήθειες και στον επιβαρυμένο τρόπο ζωής. Η συχνή κατανάλωση όξινων ποτών, όπως αναψυκτικά, χυμοί φρούτων και ενεργειακά ποτά, αλλά και παθολογικές καταστάσεις όπως η γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση και οι διατροφικές διαταραχές, συνδέονται άμεσα με την εμφάνιση διαβρωτικής οδοντικής φθοράς. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, η έγκαιρη πρόληψή της καθίσταται υψίστης σημασίας. Το σιαλογενές υμένιο, ένα βιολογικό φιλμ που σχηματίζεται αμέσως μετά τον καθαρισμό της οδοντικής επιφάνειας, λειτουργεί ως φυσικός φραγμός, περιορίζοντας τη διαπερατότητα των οξέων και ενισχύοντας τη διαδικασία επαναμεταλλικοποίησης. Το πάχος και η ποιότητα του σιαλικού υμενίου εξαρτώνται από τη σύσταση και τον όγκο του σάλιου και τις πρωτεΐνες που το απαρτίζουν, όπως οι σταθερίνες, οι ιστατίνες και οι πρωτεΐνες πλούσιες σε προλίνη. Η ενίσχυση του υμενίου είτε μέσω συνθετικών ουσιών (π.χ. φθοριούχων ενώσεων) είτε μέσω φυσικών παραγόντων (όπως οι πολυφαινόλες) αποτελεί αντικείμενο ολοένα και αυξανόμενης ερευνητικής δραστηριότητας. Ο φθοριούχος κασσίτερος (SnF₂) είναι ένωση που έχει αποδείξει την υψηλή της αποτελεσματικότητα στην πρόληψη της διαβρωτικής οδοντικής φθοράς. Η δράση του βασίζεται στη δημιουργία μίας προστατευτικής στιβάδας στην οδοντική επιφάνεια που εμπλουτίζεται με κασσίτερο και φθόριο, σχηματίζοντας σταθερά σύμπλοκα όπως Ca(SnF₃)₂, τα οποία ενισχύουν τη δομική ακεραιότητα της αδαμαντίνης. Ωστόσο, η συχνή και χρόνια χρήση του SnF₂ παρουσιάζει και μειονεκτήματα, όπως η πρόκληση εξωτερικών χρωστικών και η ανησυχία για τοξικότητα, ιδιαίτερα σε παιδιατρικούς ασθενείς, γεγονός που ενθαρρύνει την αναζήτηση φυσικών εναλλακτικών λύσεων. Η Μαστίχα Χίου αποτελεί μία από τις πιο ενδιαφέρουσες φυσικές ουσίες με πιθανά οφέλη για τη στοματική υγεία. Είναι φυσική ρητίνη που προέρχεται από το φυτό Pistacia lentiscus var. Chia και παράγεται αποκλειστικά στο νησί της Χίου. Πλούσια σε τερπένια, φαινολικά συστατικά και αντιοξειδωτικά, η μαστίχα εμφανίζει αντιμικροβιακή, αντιφλεγμονώδη και επουλωτική δράση. Έχει ήδη τεκμηριωθεί η αποτελεσματικότητά της έναντι του Streptococcus mutans, ωστόσο η επίδρασή της στην πρόληψη της οδοντικής διάβρωσης παραμένει ανεπαρκώς διερευνημένη. Η παρούσα διδακτορική διατριβή σχεδιάστηκε ως μία in vitro συγκριτική μελέτη για την εκτίμηση της προληπτικής δράσης του σιαλικού υμενίου, ενισχυμένης με SnF₂ ή Μαστίχα, έναντι της διαβρωτικής οδοντικής φθοράς. Συνολικά χρησιμοποιήθηκαν 54 εξαχθέντες ανθρώπινοι προγόμφιοι, οι οποίοι προετοιμάστηκαν και επεξεργάστηκαν με συγκεκριμένο τρόπο: διαχωρίστηκαν οι μύλες από τις ρίζες των δοντιών, οι μύλες εγκιβωτίστηκαν σε ρητινώδεις μήτρες και αφαιρέθηκε ομοιόμορφο στρώμα αδαμαντίνης πάχους 200 μm. Τα δείγματα αδαμαντίνης χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες: ομάδα ελέγχου (μόνο σιαλικό υμένιο), ομάδα με SnF₂ (Oral-B Gum & Enamel Repair® με 1100 ppm SnF₂ και 350 ppm NaF) και ομάδα με οδοντόκρεμα Μαστίχας (πειραματική σύνθεση με μαστιχόνερο, μαστιχέλαιο και ξηρό εκχύλισμα μαστίχας). Για το σχηματισμό του σιαλικού υμενίου, συλλέχθηκε ανθρώπινο σάλιο από υγιή ενήλικο δότη, το οποίο επεξεργάστηκε και εφαρμόστηκε καταλλήλως στις επιφάνειες της αδαμαντίνης. Οι οδοντόκρεμες παρασκευάστηκαν σε διαλύματα ουδέτερου pH. Τα δείγματα υπέστησαν πέντε επαναλαμβανόμενους κύκλους διάβρωσης με 1% κιτρικό οξύ (pH 3.6), ενώ κάθε κύκλος περιλάμβανε τη φάση σχηματισμού του σιαλικού υμενίου με ή χωρίς οδοντόπαστα ανάλογα με την πειραματική ομάδα στην οποία ανήκε κάθε δείγμα, την έκθεση στο όξινο διάλυμα και τέλος τη διατήρηση σε υγρό θάλαμο.Η αξιολόγηση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε με πολλαπλές μεθόδους: (α) οπτικό προφιλομέτρο για καταγραφή τραχύτητας της επιφάνειας (παράμετροι Sa, Sq, Sz, Sku, Ssk, Sc, Sm, Sv, Sdr, Sds), (β) σκληρόμετρο Vickers για υπολογισμό απώλειας σκληρότητας, (γ) μετρήσεις χρώματος, (δ) μικροσκοπία RAMAN ε) ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) για μικρομορφολογική ανάλυση και φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (EDX) για στοιχειακή ανάλυση των επιφανειών πριν και μετά την όξινη πρόκληση. Αναφορικά με τα αποτελέσματα της μελέτης, η ομάδα SnF₂ εμφάνισε σημαντικά μειωμένες τιμές των παραμέτρων τραχύτητας συγκριτικά με τις υπόλοιπες ομάδες, γεγονός που καταδεικνύει αποτελεσματική διατήρηση της λείας επιφάνειας της αδαμαντίνης. Στην παράμετρο της μικροσκληρότητας, η ομάδα SnF₂ παρουσίασε την ελάχιστη απώλεια (23%), ενώ η Μαστίχα εμφάνισε τη μεγαλύτερη (36%) και η ομάδα ελέγχου ενδιάμεση (26%). Η μικροσκοπία RAMAN δεν έδειξε σημαντικές διαφορές μεταξύ των πειραματικών ομάδων, ενώ οι SEM εικόνες ανέδειξαν καλύτερη διατήρηση της πρισματικής δομής στην ομάδα SnF₂, υποδεικνύοντας αυξημένη αντοχή στην απομεταλλικοποίηση που προκαλείται από τα οξέα. Τα EDX φάσματα δεν έδειξαν σημαντικές διαφορές στη στοιχειακή σύνθεση μεταξύ των ομάδων. Η οδοντόκρεμα μαστίχας δεν παρείχε σημαντική προστασία από τη διάβρωση, εγείροντας ερωτήματα σχετικά με την καταλληλότητά της για την πρόληψη της διαβρωτικής οδοντικής φθοράς σε όξινα περιβάλλοντα. Σχετικά με τις μεταβολές χρώματος πριν και μετά την όξινη πρόκληση, δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των ομάδων, αλλά και οι 3 ομάδες παρουσίασαν σημαντικά υψηλότερες χρωματικές αλλαγές τόσο από το όριο αντίληψης όσο και από το όριο αποδοχής μετά από την όξινη πρόκληση. Η ερμηνεία των δεδομένων επιβεβαιώνει την αποτελεσματικότητα του SnF₂ στην πρόληψη της διαβρωτικής οδοντικής φθοράς μέσω σχηματισμού προστατευτικής στιβάδας πάνω στην οδοντική επιφάνεια. Αντιθέτως, η Μαστίχα, παρά τη βιοδραστικότητά της, δεν παρείχε αξιόλογη προστασία ενάντια στη διαβρωτική οδοντική φθορά με βάση τις συνθήκες της παρούσας μελέτης. Πιθανοί περιοριστικοί παράγοντες περιλαμβάνουν τη χαμηλή διαλυτότητα των λιπόφιλων συστατικών της, τη δυσκολία προσκόλλησης στο σιαλικό υμένιο, τη φύση των σωματιδίων της και τον ανεπαρκή χρόνο παραμονής πάνω στην οδοντική επιφάνεια. Η μελέτη αυτή συνεισφέρει σημαντικά στη βιβλιογραφία της προληπτικής οδοντιατρικής, καθώς επιβεβαίωσε τη χρήση του SnF₂ ως αποτελεσματικού παράγοντα για την προστασία της αδαμαντίνης από τη διαβρωτική οδοντική φθορά. Ενώ τα φυσικά εκχυλίσματα, όπως η μαστίχα μπορεί να έχουν αντιμικροβιακά οφέλη, ο προστατευτικός τους ρόλος έναντι της διαβρωτικής οδοντικής φθοράς φαίνεται περιορισμένος. Παρόλα αυτά, παραμένει ένας φυσικός παράγοντας με μελλοντικές δυνατότητες, εφόσον αναπτυχθούν οι κατάλληλες φαρμακοτεχνικές προσεγγίσεις. Υπογραμμίζεται σαφώς η ανάγκη για περαιτέρω έρευνα των πιθανών εφαρμογών των φυσικών παραγόντων, καθώς το μέλλον της πρόληψης της οδοντικής διάβρωσης ενδέχεται να βρίσκεται στη συνέργεια φυσικών και συνθετικών παραγόντων, που θα συνδυάζουν την αποτελεσματικότητα με τη βιοσυμβατότητα και την αποδοχή από τον ασθενή.