The influence of mechanical stimulation on the orthodontic tooth movement acceleration

Abstract

A odontologia moderna visa principalmente alcançar uma oclusão funcional e a estética, concentrando-se no impacto da face na autoestima e interações sociais do indivíduo. Embora os tratamentos ortodônticos ofereçam diversas opções de aparelhos, a satisfação do paciente não é garantida apenas pelo tratamento, os traços de personalidade podem influenciar as suas perceções, escolhas e satisfação. Para explorar este tema, foi realizado um estudo baseado em questionários de forma a avaliar o impacto dos traços de personalidade na perceção estética de vários aparelhos ortodônticos, revelando que os profissionais da área possuem julgamentos estéticos mais apurados do que leigos. Os alinhadores foram o tipo de aparatologia preferidos pelos participantes, porém a eficácia destes no tratamento de más oclusões complexas permanece em aberto devido a potenciais desajustes que podem prolongar e comprometer o tratamento. Recentemente, surgiram métodos de aceleração do movimento ortodôntico, como vibrações mecânicas, para aumentar a eficácia dos alinhadores e reduzir a dor, estimulando a mecanobiologia das células envolvidas no movimento dentário. Foi realizada uma revisão sistemática de evidências clínicas e pré-clínicas sobre a eficácia das vibrações mecânicas. Os resultados reportados foram consistentes relativamente à estimulação da mecanobiologia celular, mas inconsistentes no que diz respeito à aceleração do movimento dentário ortodôntico (MDO) e à gestão da dor. Com base nessas evidências, decidimos investigar se as vibrações poderiam ajudar a reduzir o desajuste dos alinhadores, promovendo o movimento dos dentes em situações mais complexas. Um estudo de caso com terapia de vibração foi conduzido, incluindo monitorização da inflamação e dor. Os resultados mostraram que as vibrações não resolveram os desajustes dos alinhadores, não controlaram a resposta inflamatória, nem aliviaram a dor. Os resultados da revisão sistemática e o nosso estudo clínico indicam que as vibrações têm eficácia limitada no MDO, destacando a necessidade de novas terapias adjuvantes de forma a estimular eficazmente a remodelação óssea. Consequentemente, investigamos a estimulação por ultrassom (US), um método promissor de estimulação mecânica. Realizamos uma revisão sistemática com estudos in vitro abordando os bioefeitos dos US na atividade, morfologia e expressão proteica de células periodontais e/ou ósseas. Os resultados foram inconsistentes, e ficou claro que os protocolos de US precisam de ser revistos para otimizar a sua aplicabilidade clínica na aceleração do MDO. Embora pareça melhorar a remodelação tecidular e óssea, a literatura atual carece de protocolos otimizados para os US, dificultando a sua aplicação em modelos mais complexos. Neste contexto, realizamos um estudo laboratorial para explorar variações nos parâmetros dos US em células periodontais. Concluímos que os US aumentaram a atividade biológica e a diferenciação osteogénica de osteoblastos e fibroblastos do ligamento periodontal. No entanto, análises biológicas adicionais, ao longo de períodos de estimulação mais longos, são necessárias para entender completamente o impacto dos US na diferenciação osteogénica. Acreditamos que essa terapia também pode ser personalizada para cada contexto clínico, e diferentes configurações de estimulação podem ser aplicadas a diferentes dentes, dependendo da natureza do MDO. Estudos futuros com células e animais devem ser conduzidos para entender melhor a eficácia dos US na aceleração do MDO.

Modern dentistry primarily aims to achieve functional occlusion and aesthetic smiles, focusing on the significant impact of facial appearance on an individual’s self-esteem and social interactions. Although orthodontic treatments offer various appliance options, patient satisfaction is not guaranteed by treatment alone, as personality traits can significantly influence their perceptions, choices, and satisfaction. To explore this further, a questionnaire-based study was conducted to assess the impact of personality traits on the aesthetic perception of various orthodontic appliances, revealing that dental professionals often possess sharper aesthetic judgments than laypeople. While aligners were favored by about 70% of participants, the efficacy of clear aligners in treating complex malocclusions remains disputed due to potential maladjustments that can extend and compromise the treatment process. Recent interest in the orthodontic field has focused on acceleration methods, like mechanical vibrations, to enhance the effectiveness of clear aligners and reduce pain by stimulating the mechanobiology of cells involved in tooth movement. For this purpose, an exhaustive survey of clinical and preclinical evidence on the effectiveness of mechanical vibrations was carried out. The reported results were consistent related to stimulation of cellular mechanobiology, but highly inconsistent regarding the acceleration of orthodontic tooth movement (OTM) and pain management capability at the clinical level. Based on this evidence, we decided to investigate whether vibrations could help reduce aligner misadjustment by promoting tooth movement in more complex situations. A case study with vibration therapy was conducted, including monitor inflammation, and self-reported pain. The findings showed that low-frequency vibrations (LFV) did not correct aligner misadjustments, control the inflammatory response, or alleviate pain. The findings from the systematic review and our clinical investigational study indicate that vibration have limited effectiveness in OTM. This highlights a need for new adjunct therapies to effectively stimulate bone remodeling. Consequently, we decided to investigate ultrasound stimulation (US), a promising and non-invasive mechanical stimulation method. A systematic review of in vitro studies addressing the bioeffects of US on the activity, morphology and protein expression of periodontal and/or bone cells was conducted. The results shown inconsistent outcomes, and it became clear that US protocols need to be revised to optimize its clinical applicability to accelerate the OTM. Although showing its ability to enhance tissue remodeling and bone turnover, current literature lacks optimized protocols for US parameters, hindering its application in more complex models. To address this, a laboratory study was conducted to explore the effects of varying US parameters on periodontal cells involved in OTM. The study found that US stimulation enhanced the biological activity and osteogenic differentiation of osteoblasts and periodontal ligament fibroblasts. However, further biological analyses, particularly over longer stimulation periods, are necessary to fully understand the impact of US on osteogenic differentiation. We believed that this therapy could be also adjusted and customized to each clinical context, and different stimulation settings could be applied to different tooths, depending on the nature of the OTM. Future cell and animal studies should be conducted to better understand the US efficacy in accelerating the orthodontic movement.