Une procédure standardisée in vitro pour évaluer les variations de microdureté de surface dans les composites de résine nanohybrides après exposition à une boisson protéinée de lactosérum

Résumé

Ce protocole décrit une méthode standardisée in vitro pour évaluer les effets des boissons à base de protéine de lactosérum sur la microdureté en composite de résine. Cette approche permet une évaluation contrôlée de l’exposition alimentaire à l’aide d’immersion cyclique et de tests Vickers, fournissant un modèle reproductible pour étudier l’interaction entre les boissons nutritionnelles et les biomatériaux restaurateurs.

Résumé

L’objectif de cette étude in vitro était d’évaluer l’effet de différentes boissons protéinées de lactosérum sur la microdureté de surface de trois composites de résine nanohybride. Un total de 90 échantillons en forme de disque ont été préparés à partir de trois composites nanohybrides de résine (n = 30 par matériau) et subdivisés en trois groupes (n = 10) selon le milieu d’immersion : concentré de lactosérum, isolat de lactosérum et eau distillée. Les spécimens ont été immergés pendant 10 minutes, deux fois par jour, pendant 30 jours. La microdureté de surface a été mesurée à la base et après immersion à l’aide d’un testeur de microdureté Vickers, et la variation de dureté a été calculée comme ΔVHN. Les données ont été analysées à l’aide de tests ANOVA à mesures répétées bidirectionnelles et post-hoc. L’analyse a révélé que le type composite, la solution d’immersion et leur interaction avaient des effets statistiquement significatifs sur les valeurs de ΔVHN (p < 0,0001). La plus grande perte de dureté a été observée dans le composite injectable exposé au concentré de lactosérum (ΔVHN : 10,4 ± 2,1), tandis que la variation la plus faible a été enregistrée dans le composite très rempli stocké dans de l’eau distillée (ΔVHN : 0,9 ± 0,4). L’immersion dans le concentré de lactosérum a entraîné une perte de dureté significativement plus importante dans tous les composites que dans l’eau distillée (p < 0,05). L’isolat de lactosérum a également produit une perte de dureté significativement plus élevée dans tous les composites à l’exception du composite très rempli, dans lequel aucune différence statistiquement significative n’a été observée (p = 0,076). Ces résultats indiquent que les boissons protéinées de lactosérum peuvent réduire la microdureté de surface des composites résiniques, l’étendue de la dégradation dépendant à la fois de la composition du matériau et de la formulation de la boisson.

Introduction

Le succès à long terme des restaurations en composite résine dépend de leur résistance aux défis complexes de l’environnement oral, notamment la charge mécanique, l’exposition alimentaire et la dégradation^{chimique 1,2}. Les composites nanohybrides en résine sont largement utilisés en raison de leurs propriétés esthétiques et mécaniques favorables, en particulier la microdureté de surface, qui constitue un indicateur important de la résistance à l’usure et à la détérioration^{structurelle 3,4}.

Des études antérieures ont démontré que l’exposition à des boissons acides telles que les jus de fruits, les boissons gazeuses et les boissons énergisantes peut affecter négativement la restauration des composites en réduisant la microdureté de surface et en modifiant l’intégrité^{de la surface} 5,6,7,8. Ces effets dégradants sont influencés par plusieurs facteurs, notamment le pH, le temps d’exposition et la composition de la matrice de remplissage. Cependant, la plupart des modèles expérimentaux existants reposent sur des solutions très acides, qui peuvent ne pas refléter fidèlement les défis chimiques rencontrés dans les habitudes alimentaires contemporaines.

En revanche, les boissons protéinées de lactosérum ont gagné en popularité grâce à leur valeur nutritionnelle et à leur consommation croissante chez les personnes orientées vers le fitness ^9,10. Malgré leur pH quasi neutre, ces boissons contiennent du lactose, des protéines et d’autres composants organiques qui peuvent interagir avec la matrice de résine et influencer la stabilité du matériau. Par conséquent, évaluer leurs effets nécessite un protocole qui prend en compte non seulement l’acidité mais aussi la composition organique et les schémas d’exposition répétés.

L’objectif global de ce protocole est de fournir une méthode in vitro standardisée et reproductible pour évaluer les effets des boissons protéinées de lactosérum, en particulier les formulations concentrées et isolées, sur la microdureté de surface des composites résine nanohybrides. Cette méthode permet une simulation contrôlée de l’exposition alimentaire quotidienne par immersion cyclique, améliorant ainsi la pertinence expérimentale des conditions de test in vitro .

Comparé aux modèles conventionnels d’exposition à boissons acides, ce protocole présente plusieurs avantages. Premièrement, cela permet d’étudier la dégradation des matériaux dans des conditions de pH proches de la neutralité, permettant d’évaluer les réponses des matériaux au-delà des effets acides. Deuxièmement, la conception à immersion cyclique reflète mieux les habitudes de consommation réelles. Troisièmement, la méthode facilite l’évaluation comparative de différentes formulations composites en fonction de caractéristiques structurelles telles que la teneur en charge et la composition de la matrice résinique.

Ce protocole est particulièrement adapté aux chercheurs cherchant à évaluer la stabilité chimique des matériaux restaurateurs dans des conditions nutritionnellement pertinentes, ainsi qu’aux études portant sur l’interaction entre les composants alimentaires et les biomatériaux dentaires. Il peut également être adapté pour tester des formulations alternatives de boissons, des traitements de surface ou des matériaux composites nouvellement développés.

Protocole

Les réactifs et l’équipement utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.

1. Préparation des échantillons

1. Préparez un total de 90 échantillons en forme de disque à partir de trois composites nanohybrides de résine (n = 30 par matériau).
2. Fabriquez des échantillons à l’aide de moules cylindriques en silicone transparent (6 mm de diamètre × 2 mm d’épaisseur) pour garantir des dimensions standardisées.
3. Placez le matériau composite dans les moules en un seul incrément (2 mm d’épaisseur) et couvrez la surface d’une lame de microscope transparente pour obtenir une surface plane.
4. Polymériser l’échantillon à l’aide d’une unité de durcissement lumineux à LED bleue (spectre d’émission ≈440–480 nm) positionnée à environ 1 mm de la surface avec une intensité de sortie de 1000 mW/^cm2 pendant 20 s.
5. Vérifiez l’intensité lumineuse de durcissement à l’aide d’un radiomètre avant chaque cycle de polymérisation afin d’assurer une exposition claire constante.
6. Conservez les échantillons préparés dans de l’eau distillée à 37 °C pendant 24 heures pour permettre la post-polymérisation et simuler les conditions orales initiales.
   REMARQUE : Les spécimens peuvent être conservés dans de l’eau distillée à 37 °C pendant jusqu’à 24 heures avant un traitement supplémentaire.

2. Finition et polissage

1. Finissez et polissez les surfaces supérieures de tous les échantillons à l’aide de disques de polissage imprégnés d’oxyde d’aluminium. Toutes les procédures de polissage doivent être effectuées par un seul opérateur afin d’assurer la standardisation des surfaces.
2. Appliquez le polissage séquentiellement à l’aide de disques moyens, fins et superfins pendant 10 secondes chacun, sous refroidissement par eau à environ 10 000 tr/min avec une pression légère et un mouvement rotationnel unidirectionnel.
3. Remplacez les disques de polissage après chaque cinq échantillons pour maintenir une efficacité abrasive constante et garantir la standardisation des surfaces.
4. Après chaque étape de polissage, rincez les échantillons à l’eau distillée pendant 10 secondes pour enlever les débris et laissez-les doucement sécher à l’air libre pendant 5 secondes avant de passer au disque suivant.
5. Marquez la surface non polie de chaque échantillon avec un code d’identification unique afin d’assurer une orientation cohérente lors des tests ultérieurs.
6. Conservez les échantillons dans de l’eau distillée à 37 °C pendant 24 heures avant le test de microdureté de base.
   REMARQUE : Les échantillons peuvent être conservés dans de l’eau distillée à 37 °C pendant jusqu’à 24 heures avant les tests de base.

3. Mesure de la microdureté de base

1. Effectuer un test de microdureté Vickers (VHN) de base en suivant des protocoles précédemment publiés à l’aide d’un testeur de microdureté^{Vickers 11}.
2. Appliquer une charge de 200 g pendant 15 s de temps de repos.
3. Faites trois creux par sbicimen avec au moins 1 mm d’espacement. Effectuez des indentations sur la surface centrale de chaque échantillon pour éviter les effets de bord.
4. Calculer la moyenne de référence VHN.
5. Effectuer des mesures par un seul opérateur calibré pour minimiser la variabilité.
   REMARQUE : Les spécimens peuvent être conservés dans de l’eau distillée à 37 °C pendant jusqu’à 24 heures avant immersion.

4. Préparation des supports d’immersion

1. Préparez deux formulations de protéine de lactosérum : concentré de protéine de lactosérum (WC) et isolat de protéine de lactosérum (WI) à l’aide de poudres disponibles dans le commerce.
2. Dissoudre 25 g de poudre de protéine de lactosérum dans 200 mL d’eau distillée (0,125 g/mL) pour préparer les solutions d’immersion.
3. Mélangez les solutions à l’aide d’un shaker de laboratoire pendant 60 secondes jusqu’à la dissolution complète.
4. Laissez les solutions s’équilibrer à température ambiante pendant 5 minutes afin de minimiser la formation de mousse et d’assurer l’homogénéité.
5. Mesurez et enregistrez le pH de chaque solution à l’aide d’un pHömètre numérique calibré avant immersion.
6. Préparez des solutions de lactosérum fraîches avant chaque cycle d’immersion afin d’assurer une composition chimique uniforme et éviter la dégradation des protéines.
7. Utilisez 10 mL de solution d’immersion par échantillon pour assurer une immersion complète à chaque cycle.

5. Procédure d’immersion

1. Divisez chaque groupe composite en trois sous-groupes (n = 10).
2. Immergez les échantillons dans les solutions assignées pendant 10 minutes, deux fois par jour. Sélectionnez la durée et la fréquence d’immersion en fonction de modèles d’exposition in vitro aux boissons établis précédemment conçus pour simuler des schémas de consommation quotidiens^{répétés 7}.
3. Après chaque cycle d’immersion, rincez les échantillons avec de l’eau distillée et placez-les dans une salive artificielle pendant 10 minutes pour simuler une exposition salivaire à court terme.
4. Conservez les échantillons dans de l’eau distillée entre les cycles d’immersion à 37 °C jusqu’au cycle d’exposition suivant.
5. Appliquez cette procédure uniquement aux groupes exposés au lactosérum. Maintenir le groupe témoin en continu dans de l’eau distillée (DW) à 37 °C pendant toute la période expérimentale.
   REMARQUE : Le protocole d’immersion peut être mis en pause entre les cycles et repris le lendemain sans affecter la cohérence expérimentale.
6. Continuez le protocole d’immersion pendant 30 jours.

6. Mesure de microdureté post-immersion

1. Rincez les échantillons à l’eau distillée et séchez doucement.
2. Effectuez des essais de microdureté Vickers en utilisant les mêmes paramètres (200 g, 15 s).
3. Enregistrez trois indentations et calculez la moyenne du VHN post-immersion.
4. Déterminez ΔVHN pour chaque sémimen.

7. Analyse statistique

1. Analysez les valeurs de microdureté de Vickers à l’aide d’un modèle ANOVA à mesures répétées, avec le point temporel (base et post-immersion) comme facteur intra-sujet et le type composite et la solution d’immersion comme facteurs entre les sujets.
2. Lorsque cela est approprié, calculez les valeurs de ΔVHN comme mesures descriptives pour exprimer l’ampleur du changement de microdureté pour chaque échantillon.
3. Effectuez des comparaisons post-hoc par paires en utilisant le test de différence honnêtement significative (HSD) de Tukey.
4. Calculez des intervalles de confiance à 95 % pour toutes les moyennes de groupe.
5. Rapportez les tailles d’effet en utilisant l’eta-carré partiel (η²p) pour les résultats ANOVA.
6. Comparez les valeurs de pH entre les solutions de protéines de lactosérum à l’aide du test t de Welch.
7. Fixez le niveau de signification statistique à p < 0,05.
8. En plus des valeurs absolues de ΔVHN, calculez le pourcentage de variation de la microdureté à l’aide de la formule suivante : [(VHN de base − VHN post-immersion) / VHN de base] × 100.

Résultats

Statistiques descriptives

Les valeurs moyennes de ΔVHN (±SD) des combinaisons composite-solution sont présentées dans le Tableau 1.

...

Composite résine	Solution	ΔVHN (Moyenne ± SD)	IC à 95 %	n

Discussion

Le protocole actuel propose une approche standardisée pour évaluer l’impact chimique des boissons protéinées de lactosérum sur la microdureté des composites de résine. Les étapes critiques incluent une fabrication uniforme de l’échantillon, des conditions de durcissement de lumière contrôlées et des paramètres de test Vickers standardisés. Maintenir des dimensions et une intensité de durcissement cohérentes de l’échantillon est essentiel, car les variations peuvent influencer le degré de...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Disques de polissage en oxyde d'aluminium	RubyPlaton, Inci Dental Tibbi Malz. San. ve Tic. Ltd. Sti., Istanbul, Turquie	5714	Moyen, fin, superfin, utilisé pour la finition et le polissage
Balance analytique			Utilisée pour le pesage des matériaux
Solution de salive artificielle	DIN 53160-1, Testonic Laboratory, Istanbul, Turquie		Utilisée pour le stockage entre les cycles d'immersion
pH-mètre numérique	Hanna Instruments, Woonsocket, RI, USA	HI2211	Mesure du pH des boissons
Eau distillée	Non spécifié	Non applicable	Utilisée comme solution de contrôle et pour le stockage des échantillons
Lame de microscope en verre	Ningbo Trueline Imp. & Exp. Co., Ltd, Zhejiang, Chine	7102	Utilisée pour obtenir une surface plate de l'échantillon lors du placement du composite
Cylindre gradué	Non spécifié	Non applicable	Utilisé pour mesurer les volumes de liquide
Composite résine hybride nano hautement chargé (EA)	Estelite Asteria (Tokuyama Dental, Tokyo, Japon)	10942	Utilisé comme matériau de restauration ; diffère par sa teneur en charge et la composition de la matrice résine
Incubateur	Memmert Universal, Memmert GmbH + Co. KG, Schwabach, Allemagne	UN55	Utilisé pour le stockage à 37 °C
Composite résine hybride nano injectable (GUI)	G-ænial Universal Injectable (GC Corporation, Tokyo, Japon)	12365	Utilisé comme matériau de restauration ; diffère par sa teneur en charge et la composition de la matrice résine
Bidon de laboratoire	Non spécifié	Non applicable	Utilisé pour la préparation des solutions de protéines de lactosérum
Agitateur de laboratoire	Non spécifié	Non applicable	Utilisé pour le mélange et l'homogénéisation des solutions
Unité de polymérisation à LED et radiomètre	Unité de polymérisation LED Woodpecker (Guilin Woodpecker Medical Instrument Co., Ltd., Guangxi, Chine)	FD-300	Polymérisation et  vérification de l'intensité lumineuse
Tête de micromoteur	FX205, NSK Ltd., Kanuma, Japon	C1056002	Utilisée dans la procédure de polissage
Composite résine hybride nano modérément chargé (FU)	Filtek Universal (3M ESPE, St. Paul, MN, USA)	6570A2	Utilisé comme matériau de restauration ; diffère par sa teneur en charge et la composition de la matrice résine
Moule en silicone	Non spécifié	Non applicable	En forme de disque, 6 mm de diamètre × 2 mm d'épaisseur, utilisé pour la fabrication d'échantillons
Testeur de microdureté Vickers	HMV, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japon	HMV-G31	Test de nombre de dureté Vickers (VHN)
Poudre de concentré de protéines de lactosérum	Poudre de protéines de lactosérum à la fraise, Proteinocean Gida AS., Ankara, Turquie		Teneur en lactose : ~1–2%, teneur en protéines : ~85–90%
Poudre de protéines de lactosérum isolée	Saveur chocolat isolé de protéines de lactosérum, Proteinocean Gida AS., Ankara, Turquie		Teneur en lactose : ~4–6%, teneur en protéines : ~70–80%