From biology to mechanics: Effects of silver fluoride treatments on dentin

Abstract

Silver fluoride-based treatments have gained increasing clinical and research attention as promising therapeutic agents for caries arrest, yet their interactions with dentin remain uncharacterized. The aim of the present thesis was to investigate the adhesive, enzymatic, biocompatibility, and fatigue-related behavior of dentin treated with ammonia-based silver diamine fluoride (SDF) and water-based silver fluoride (SF), with or without the application of potassium iodide (KI). Four studies were accomplished. Study I evaluated the resin-dentin bonding to SDF- and SDF + KI treated dentin using different bonding strategies, surface treatment approaches and delayed bonding time points. Study II investigated the long-term effects of SDF and SF treatments, with or without KI, on dentin collagen matrix stability over a six month period. Study III assessed trans-dentin and direct cytotoxicity using dentin barrier test and cell viability assays. Study IV evaluated the fracture strength and fatigue resistance of carious dentin treated with silver fluoride-based treatments using a microcosm biofilm model under quasi-static and cyclic loading conditions. Immediate self-etch bonding to SDF- or SDF + KI-treated dentin severely reduced bond strengths, whereas acid etching, rinsing, airborne-particle abrasion or delayed bonding restored bonding performance. Silver fluoride treatments reduced total enzymatic activity and partially preserved mechanical properties of dentin collagen, while KI application increased collagen degradation. SF treatment showed higher biocompatibility than SDF treatment, especially without KI application. Caries substantially reduced dentin fatigue resistance, but SF treatment without KI application improved endurance limits and resistance to crack propagation. Water based silver fluoride without potassium iodide emerged as the most promising formulation, combining superior biocompatibility and mechanical performance. The use of potassium iodide should be reconsidered, particularly when esthetic demand is less important. These findings highlight the clinical potential of water-based silver fluoride as a better alternative to ammonia-based silver diamine fluoride and provide guidance for optimizing silver fluoride-based treatment protocols.

<b> Biologiasta mekaniikkaan: hopeafluoridihoitojen vaikutukset dentiinin</b>

Hopeafluoridit ovat viime vuosina saaneet kasvavaa kliinistä ja tutkimuksellista kiinnostusta lupaavina karieksen etenemistä pysäyttävinä menetelminä, mutta niiden vuorovaikutuksia dentiinin kanssa ei vielä riittävästi tunneta. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia dentiinin mekaanisia, entsymaattisia, bioyhteensopivia ja väsymisresistenssiin liittyviä tekijöitä sen jälkeen, kun dentiini oli käsitelty ammoniakkipohjaisella hopeadiamiini-fluoridilla (SDF) tai vesipohjaisella hopeafluoridilla (SF) joko kaliumjodidin (KI) kanssa tai ilman sitä. Väitöskirja koostui neljästä osatutkimuksesta. Tutkimus I arvioi resiini-dentiinisidoksen lujuutta SDF- ja SDF + KI-käsitellyissä dentiineissä käyttäen erilaisia sidostusmenetelmiä, pintakäsittelyitä ja sidostuksen ajankohtia SDF-käsittelyn jälkeen. Tutkimus II tarkasteli SDF:n ja SF:n pitkäaikaisvaikutuksia dentiinin kollageenimatriisin stabiili suuteen KI:n kanssa tai ilman sitä kuuden kuukauden seuranta-aikana. Tutkimus III arvioi dentiinin läpäisevää ja suoraa sytotoksisuutta dentiinibarrieri-testillä ja solujen elinkykykokeilla. Tutkimus IV selvitti hopeafluoridilla käsitellyn karieksen heikentämän dentiinin murtolujuutta ja väsymisresistenssiä biofilmimallissa kvasistaattisissa ja syklisissä kuormitusolosuhteissa. Välitön itse-etsaava sidostus SDF- ja SDF + KI-käsiteltyyn dentiiniin heikensi sidoksen lujuutta, kun taas happoetsaus, huuhtelu, jauhepuhallus tai viivästynyt sidostus palauttivat sidoslujuuden. Hopeafluoridit vähensivät entsyymiaktiivisuutta ja säilyttivät osittain kollageenin mekaanisia ominaisuuksia, kun taas KI lisäsi kollageenin hajoamista. SF osoitti parempaa bioyhteensopivuutta kuin SDF, erityisesti ilman KI:tä. Karies heikensi dentiinin väsymisresistenssiä, mutta SF ilman KI:tä paransi kestävyysarvoja ja vähensi halkeamien etenemistä. Vesipohjainen hopeafluoridi ilman kaliumjodidia osoittautui lupaavimmaksi vaihtoehdoksi, sillä se yhdisti hyvän bioyhteensopivuuden ja hyvät mekaaniset ominaisuudet. Kaliumjodidin käyttöä tulisi harkita uudelleen erityisesti tilanteissa, joissa esteettiset vaatimukset ovat toissijaisia. Tulokset korostavat vesipohjaisen hopeafluoridin kliinistä soveltuvuutta ammoniakkipohjaista hopeafluoridia parempana vaihtoehtona ja tarjoavat samalla ohjeita hopeafluoridin käyttötapojen kehittämiseen.