Un procedimiento estandarizado in vitro para evaluar los cambios de microdureza superficial en compuestos de resina nanohíbrida tras la exposición a bebidas de proteína de suero

Resumen

Este protocolo describe un método estandarizado in vitro para evaluar los efectos de las bebidas de proteína de suero sobre la microdureza de compuestos de resina. El enfoque permite una evaluación controlada de la exposición dietética mediante inmersión cíclica y pruebas Vickers, proporcionando un modelo reproducible para investigar la interacción entre bebidas nutricionales y biomateriales restauradores.

Resumen

El objetivo de este estudio in vitro fue evaluar el efecto de diferentes bebidas de proteína de suero sobre la microdureza superficial de tres compuestos de resina nanohíbridos. Se prepararon un total de 90 muestras en forma de disco a partir de tres compuestos nanohíbridos de resina (n = 30 por material) y se subdividieron en tres grupos (n = 10) según el medio de inmersión: concentrado de suero, aislado de suero y agua destilada. Los ejemplares fueron sumergidos durante 10 minutos dos veces al día durante 30 días. La microdureza superficial se midió en la línea base y tras la inmersión mediante un probador de microdureza Vickers, y el cambio de dureza se calculó como ΔVHN. Los datos se analizaron utilizando medidas repetidas bidireccionales, ANOVA y pruebas post-hoc. El análisis reveló que el tipo compuesto, la solución de inmersión y su interacción tuvieron efectos estadísticamente significativos sobre los valores de ΔVHN (p < 0,0001). La mayor pérdida de dureza se observó en el compuesto inyectable expuesto al concentrado de suero (ΔVHN: 10,4 ± 2,1), mientras que el cambio más bajo se registró en el compuesto altamente relleno almacenado en agua destilada (ΔVHN: 0,9 ± 0,4). La inmersión en concentrado de suero resultó en una pérdida significativamente mayor de dureza en todos los compuestos en comparación con el agua destilada (p < 0,05). El aislado de suero también produjo una pérdida de dureza significativamente mayor en todos los compuestos excepto en el compuesto altamente relleno, en el que no se observó diferencia estadísticamente significativa (p = 0,076). Estos hallazgos indican que las bebidas de proteína de suero pueden reducir la microdureza superficial de los compuestos de resina, dependiendo tanto de la composición del material como de la formulación de la bebida.

Introducción

El éxito a largo plazo de las restauraciones con resina compuestas depende de su resistencia a complejos desafíos ambientales orales, incluyendo la carga mecánica, la exposición dietética y la degradación^{química 1,2}. Los compuestos de resina nanohíbrida se utilizan ampliamente debido a sus favorables propiedades estéticas y mecánicas, especialmente la microdureza superficial, que sirve como un indicador importante de resistencia al desgaste y deterioro estructural ^3,4.

Investigaciones previas han demostrado que la exposición a bebidas ácidas como zumos de frutas, bebidas carbonatadas y bebidas energéticas puede afectar negativamente a las restauraciones de compuestos al reducir la dureza de las microsuperficies y alterar la integridad^superficial 5,6,7,8. Estos efectos degradativos están influenciados por múltiples factores, incluyendo el pH, el tiempo de exposición y la composición de la matriz de relleno. Sin embargo, la mayoría de los modelos experimentales existentes se basan en soluciones altamente ácidas, que pueden no reflejar con precisión los desafíos químicos que se encuentran en los hábitos dietéticos contemporáneos.

En cambio, las bebidas de proteína de suero han ganado una gran popularidad debido a su valor nutricional y al aumento del consumo entre personas orientadas al fitness ^9,10. A pesar de su pH casi neutro, estas bebidas contienen lactosa, proteínas y otros componentes orgánicos que pueden interactuar con la matriz de resina y afectar la estabilidad del material. Por lo tanto, evaluar sus efectos requiere un protocolo que tenga en cuenta no solo la acidez, sino también la composición orgánica y los patrones de exposición repetidos.

El objetivo general de este protocolo es proporcionar un método in vitro estandarizado y reproducible para evaluar los efectos de las bebidas de proteína de suero, específicamente las formulaciones concentradas y aisladas, sobre la microdureza superficial de compuestos de resina nanohíbrida. Este método permite simular controladamente la exposición dietética diaria mediante inmersión cíclica, mejorando así la relevancia experimental de las condiciones de pruebas in vitro .

En comparación con los modelos convencionales de exposición a bebidas ácidas, este protocolo ofrece varias ventajas. Primero, permite investigar la degradación de materiales bajo condiciones de pH casi neutras, lo que permite evaluar las respuestas de materiales más allá de los efectos impulsados por ácidos. Segundo, el diseño de inmersión cíclica refleja mejor los patrones de consumo reales. En tercer lugar, el método facilita la evaluación comparativa de diferentes formulaciones de compuestos basándose en características estructurales como el contenido de relleno y la composición de la matriz de resina.

Este protocolo es especialmente adecuado para investigadores que buscan evaluar la estabilidad química de materiales restauradores en condiciones nutricionalmente relevantes, así como para estudios que investigan la interacción entre componentes dietéticos y biomateriales dentales. También puede adaptarse para probar formulaciones alternativas de bebidas, tratamientos superficiales o materiales compuestos de nueva revelación.

Protocolo

Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.

1. Preparación del espécimen

1. Preparar un total de 90 muestras en forma de disco a partir de tres compuestos de resina nanohíbrida (n = 30 por material).
2. Fabrica las muestras utilizando moldes cilíndricos de silicona transparente (6 mm de diámetro × 2 mm de grosor) para asegurar dimensiones estandarizadas.
3. Colocar el material compuesto en los moldes en un solo incremento (2 mm de grosor) y cubrir la superficie con una lámina de microscopio transparente para obtener una superficie plana.
4. Polimerizar la muestra usando una unidad de curado de luz LED azul (espectro de emisión ≈440–480 nm) situada aproximadamente a 1 mm de la superficie con una intensidad de salida de 1000 mW/^cm2 durante 20 s.
5. Verifica la intensidad de la luz de curado usando un radiómetro antes de cada ciclo de polimerización para asegurar una exposición constante a la luz.
6. Almacenar las muestras preparadas en agua destilada a 37 °C durante 24 horas para permitir la postpolimerización y simular las condiciones orales iniciales.
   NOTA: Los ejemplares pueden almacenarse en agua destilada a 37 °C durante hasta 24 horas antes de su procesamiento adicional.

2. Procedimiento de acabado y pulido

1. Termina y pule las superficies superiores de todas las muestras utilizando discos de pulido impregnados de óxido de aluminio. Todos los procedimientos de pulido deben ser realizados por un solo operador para garantizar la estandarización superficial.
2. Aplica el pulido secuencialmente usando discos medios, finos y superfinos durante 10 segundos cada uno bajo refrigeración líquida a aproximadamente 10.000 rpm con baja presión y un movimiento rotacional unidireccional.
3. Sustituye los discos de pulido cada cinco muestras para mantener una eficiencia abrasiva constante y garantizar la estandarización superficial.
4. Después de cada paso de pulido, enjuaga las muestras con agua destilada durante 10 segundos para eliminar los restos y seca suavemente al aire durante 5 segundos antes de pasar al siguiente disco.
5. Marque la superficie sin pulir de cada muestra con un código de identificación único para asegurar una orientación consistente durante las pruebas posteriores.
6. Almacenar muestras en agua destilada a 37 °C durante 24 horas antes de la prueba inicial de microdureza.
   NOTA: Las muestras pueden almacenarse en agua destilada a 37 °C durante hasta 24 horas antes de la prueba inicial.

3. Medición base de microdureza

1. Realizar pruebas de microdureza (VHN) de Vickers de referencia siguiendo protocolos previamente publicados utilizando un tester de microdureza^{Vickers 11}.
2. Aplica una carga de 200 g durante 15 segundos de tiempo de permanencia.
3. Haz tres hendiduras por ejemplar con al menos 1 mm de espacio. Realiza hendiduras en la superficie central de cada muestra para evitar efectos de borde.
4. Calcula la VHN media de base.
5. Realizar mediciones por un solo operador calibrado para minimizar la variabilidad.
   NOTA: Los ejemplares pueden almacenarse en agua destilada a 37 °C durante hasta 24 horas antes de la inmersión.

4. Preparación de medios de inmersión

1. Prepara dos formulaciones de proteína de suero: concentrado de proteína de suero (WC) y aislado de proteína de suero (WI) utilizando polvos disponibles comercialmente.
2. Disuelva 25 g de proteína de suero en polvo en 200 mL de agua destilada (0,125 g/mL) para preparar las soluciones de inmersión.
3. Mezclar las soluciones con un agitador de laboratorio durante 60 segundos hasta lograr la disolución completa.
4. Deja que las soluciones se equilibren a temperatura ambiente durante 5 minutos para minimizar la formación de espuma y asegurar la homogeneidad.
5. Mide y registra el pH de cada solución usando un medidor digital calibrado antes de la inmersión.
6. Prepara soluciones frescas de suero antes de cada ciclo de inmersión para asegurar una composición química consistente y evitar la degradación de proteínas.
7. Utiliza 10 mL de solución de inmersión por muestra para asegurar la sumergida completa durante cada ciclo.

5. Procedimiento de inmersión

1. Dividir cada grupo compuesto en tres subgrupos (n = 10).
2. Sumerge las muestras en las soluciones asignadas durante 10 minutos, dos veces al día. Selecciona la duración y frecuencia de inmersión basándose en modelos de exposición a bebidas in vitro previamente establecidos, diseñados para simular patrones de consumo diario^{repetidos 7}.
3. Tras cada ciclo de inmersión, enjuaga las muestras con agua destilada y colócalas en saliva artificial durante 10 minutos para simular una exposición salival a corto plazo.
4. Almacenar las muestras en agua destilada entre ciclos de inmersión a 37 °C hasta el siguiente ciclo de exposición.
5. Aplica este procedimiento solo a los grupos expuestos al suero. Mantener el grupo de control de forma continua en agua destilada (DW) a 37 °C durante todo el periodo experimental.
   NOTA: El protocolo de inmersión puede pausarse entre ciclos y reanudarse al día siguiente sin afectar la consistencia experimental.
6. Continúa con el protocolo de inmersión durante 30 días.

6. Medición de microdureza post-inmersión

1. Enjuaga las muestras con agua destilada y seca suavemente.
2. Realiza pruebas de microdureza Vickers usando los mismos parámetros (200 g, 15 s).
3. Registra tres hendiduras y calcula la media de VHN post-inmersión.
4. Determina ΔVHN para cada ejemplar.

7. Análisis estadístico

1. Analizar los valores de microdureza de Vickers usando un modelo ANOVA de medidas repetidas, con el punto temporal (base y post-inmersión) como factor dentro del sujeto y el tipo compuesto y la solución de inmersión como factores entre sujetos.
2. Cuando sea apropiado, calcular los valores de ΔVHN como medidas descriptivas para expresar la magnitud del cambio de microdureza para cada muestra.
3. Realiza comparaciones por pares post-hoc usando la prueba de diferencia honestamente significativa (HSD) de Tukey.
4. Calcula intervalos de confianza del 95% para todas las medias de grupo.
5. Informa los tamaños del efecto usando el eta-cuadrado parcial (η²p) para los resultados de ANOVA.
6. Compara los valores de pH entre soluciones de proteína de suero usando la prueba t de Welch.
7. Establece el nivel de significación estadística en p < 0,05.
8. Además de los valores absolutos de ΔVHN, calcula el porcentaje de cambio en la microdureza usando la siguiente fórmula: [(VHN base − VHN post-inmersión) / VHN base] × 100.

Resultados

Estadísticas descriptivas

Los valores medios de ΔVHN (±SD) de las combinaciones compuestas-solución se presentan en la Tabla 1.

Resina compuesta	Solución	ΔVHN (Media ± SD)	IC 95%	n

Discusión

El protocolo actual ofrece un enfoque estandarizado para evaluar el impacto químico de las bebidas de proteína de suero en la microdureza de resina compuesta por resina. Los pasos críticos incluyen la fabricación uniforme de la muestra, condiciones controladas de curado a la luz y parámetros estandarizados de prueba Vickers. Mantener dimensiones y una intensidad de curado consistentes de la muestra es esencial, ya que las variaciones pueden influir en el grado de conversión y la estabili...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Aluminum oxide polishing discs	RubyPlaton, Inci Dental Tibbi Malz. San. ve Tic. Ltd. Sti., Istanbul, Turkey	5714	Medio, fino, superfino, usado para acabado y pulido
Balanza analítica			Usada para pesar materiales
Solución de saliva artificial	DIN 53160-1, Testonic Laboratory, Istanbul, Turkey		Usada para almacenamiento entre ciclos de inmersión
Medidor de pH digital	Hanna Instruments, Woonsocket, RI, USA	HI2211	Medición del pH de bebidas
Agua destilada	No especificado	No aplicable	Usada como solución de control y para almacenamiento de muestras
Lámina de microscopio de vidrio	Ningbo Trueline Imp. & Exp. Co., Ltd, Zhejiang, China	7102	Usada para obtener una superficie plana del espécimen durante la colocación de compuesto
Cilindro graduado	No especificado	No aplicable	Usado para medir volúmenes de líquidos
Compuesto de resina nano híbrida altamente cargado (EA)	Estelite Asteria (Tokuyama Dental, Tokyo, Japan)	10942	Usado como material restaurador; difiere en el contenido de relleno y composición de la matriz de resina
Incubadora	Memmert Universal, Memmert GmbH + Co. KG, Schwabach, Germany	UN55	Usada para almacenamiento a 37 °C
Compuesto de resina nano híbrida inyectable (GUI)	G-ænial Universal Injectable (GC Corporation, Tokyo, Japan)	12365	Usado como material restaurador; difiere en el contenido de relleno y composición de la matriz de resina
Vaso de precipitados de laboratorio	No especificado	No aplicable	Usado para la preparación de soluciones de proteína de suero
Agitador de laboratorio	No especificado	No aplicable	Usado para mezclar y homogeneizar soluciones
Unidad de curado por luz LED y radiómetro	Unidad de curado LED Woodpecker (Guilin Woodpecker Medical Instrument Co., Ltd., Guangxi, China)	FD-300	Polimerización y  verificación de intensidad lumínica
Pieza de mano de micromotor	FX205, NSK Ltd., Kanuma, Japan	C1056002	Usada en el procedimiento de pulido
Compuesto de resina nano híbrida moderadamente cargado (FU)	Filtek Universal (3M ESPE, St. Paul, MN, USA)	6570A2	Usado como material restaurador; difiere en el contenido de relleno y composición de la matriz de resina
Molde de silicona	No especificado	No aplicable	Forma de disco, 6 mm de diámetro × 2 mm de grosor, usado para la fabricación de muestras
Probador de microdureza Vickers	HMV, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan	HMV-G31	Prueba de número de dureza Vickers (VHN)
Polvo concentrado de proteína de suero	Proteína de suero sabor fresa, Proteinocean Gida AS., Ankara, Turkey		Contenido de lactosa: ~1–2%, contenido de proteína: ~85–90%
Polvo aislado de proteína de suero	Aislado de proteína de suero sabor chocolate, Proteinocean Gida AS., Ankara, Turkey		Contenido de lactosa: ~4–6%, contenido de proteína: ~70–80%