Multidisciplinary Approaches in Modern Dentistry: Studies on Dental Structure and Innovative Biomaterials

Human teeth can be considered a very complex and multi-faceted organ, the study of which comprises the elucidation of several aspects, including morphology, macromolecular and chemical composition, mechanical and functional properties, as well as interaction with different biomaterials. In the last years, the demand for restorative and esthetic purposes has undergone a significant increase, also thanks to a major sensitivity of people and to the fundamental role of a healthy smile in the society. Hence, the need for more innovative materials and clinical techniques has consequently led to the implementation of scientific research in this field. Several analytical techniques, including Scanning Electron Microscopy, X-ray diffraction, and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, have been individually applied to elucidate specific issues in dentistry. Unfortunately, all these techniques have the inconvenience to destroy the sample during the preparation phase. Recently, new high-resolution techniques, including IR and Raman spectroscopies and Microcomputed Tomography (μ-CT), have been introduced. These latter analytical tools have the advantage to preserve the sample without destroying it, since they do not require fixing procedures before measurements, which could influence the final analysis. Moreover, last generation IR and Raman spectrometers are coupled with optical microscopes, letting obtain on the same samples and at the same time, reliable and objective information both on the chemical composition and the structure of the sample, simplifying data acquisition and reducing times of analysis. On these bases, it appears evident that the coupling of all these high-resolution techniques in a multidisciplinary approach represents a valuable tool to obtain reliable and comprehensive information at a molecular level on the micro- and macro- structure of dental tissues and on the structural properties of new generation biomaterials. This could be precious to improve diagnosis and treatment of several dental pathologies. Furthermore, shedding new light on the design and development of innovative dental materials will allow elucidating their interaction with hard dental tissues, thus suggesting non-invasive and more appropriate simplified clinical protocols.

I denti rappresentano un organo molto complesso, il cui studio comprende numerosi aspetti, tra cui la morfologia, la composizione chimica e elementare, le proprietà meccaniche e fisiche, e anche l’interazione con i diversi biomateriali. Negli ultimi anni si è verificato un incremento delle richieste da parte dei pazienti di trattamenti restaurativi estetici, grazie anche alla maggiore sensibilità delle persone in questo campo e alla fondamentale importanza sociale di un bel sorriso. Ciò ha portato alla necessità di sviluppare biomateriali sempre più estetici e tecniche cliniche più innovative e, di conseguenza, ad una continua implementazione della ricerca scientifica. A tutt’oggi, diverse tecniche analitiche, fra cui la Microscopia a Scansione Elettronica, la Diffrattometria a raggi X e la spettroscopia EDS, sono state applicate singolarmente per analizzare specifiche problematiche odontoiatriche. Purtroppo, tutte queste tecniche comportano la distruzione del campione durante le fasi di preparazione e/o analisi, e ciò può influenzare il risultato finale. Recentemente, sono state introdotte nuove tecniche ad alta risoluzione, fra cui le spettroscopie IR e Raman e la Microtomografia Computerizzata. Queste tecniche hanno il vantaggio di preservare l’integrità del campione, poiché non richiedono specifiche procedure preparatorie. Inoltre, gli spettrometri IR e Raman di ultima generazione sono accoppiati con microscopi ottici, e permettono, quindi, di ottenere sullo stesso campione e con una singola misura informazioni oggettive e affidabili sia sulla composizione chimica del campione che sulla sua struttura, semplificando l’acquisizione dei dati e riducendo i costi dell’analisi. Sulla base di questi presupposti, si può affermare che l'accoppiamento di tutte queste tecniche ad alta risoluzione in un approccio multidisciplinare rappresenta un valido strumento per ottenere informazioni affidabili e complete a livello molecolare sulla micro e macrostruttura dei tessuti dentali e sulle proprietà strutturali dei biomateriali di nuova generazione. I dati ottenuti rappresentano inoltre una preziosa base di partenza sia per migliorare la diagnosi e il trattamento di diverse patologie dentali, che per sviluppare nuovi biomateriali più performanti e, infine, per fornire protocolli clinici semplificati non invasivi e più appropriati.