Issuu on Google+

              Comparison of MTA and Ca(OH)2 for the  apexification of necrotic immature permanent  teeth  An Evidence Based Report               Allison Clark, Anthony Pino, Danielle Attoe,  Fatemeh Farzin, Keith Li, Malisa Gambacorta                DEN 207Y1  Community Dentistry, DDS II    University of Toronto, Faculty of Dentistry, Toronto, Canada   

ABSTRACT  As new treatment options become available, it is of utmost importance that  dental professionals research these options in an evidence‐based manner to determine  the most appropriate treatment approach. This research was conducted in an attempt  to find the best treatment for necrotic immature permanent teeth, specifically mineral  trioxide aggregate (MTA) compared to the standard treatment, calcium hydroxide  (Ca(OH)2). A systematic search of scientific literature was conducted in order to identify,  select, and critically appraise the relevant literature. To formulate a list of keywords for  the systematic search, a preliminary non‐systematic search was conducted. Following  the selection of key search words, the PubMed literature database was utilized.  Inclusion criteria selected for studies in English, and only those that had been completed  on humans in vivo.  The systematic search and critical appraisal of the relevant literature  resulted in one article by El‐Meligy & Avery that compared MTA and Ca(OH)2  apexification in a randomized split‐mouth controlled clinical trial with blinding. The  results of this study determined that the clinical and radiographic success rate for MTA  was 100% and for Ca(OH)2 was 87%. MTA and Ca(OH)2 each have advantages and  disadvantages, this report identifies these differences, but determines that further  randomized controlled studies are required before it can be stated that either option is  superior to the other.       

INTRODUCTION  Approximately 30% of children will experience trauma to their young permanent  teeth.1 Traumatic injuries to immature permanent teeth may eventually result in pulpal  necrosis and the arrest of root development.2 Apexification is the treatment of choice  for immature necrotic teeth.1 In such non‐vital teeth, the root has not yet completely  developed and thus it is comprised of thin dentinal walls which are prone to fracture  during normal masticatory forces.3 Furthermore, the root apex of a non‐vital immature  tooth is relatively large and open to the neighbouring environment.3 Due to the lack of  apical closure, an intact seal of the root canal to retain the root canal filling material is  not possible.4 As a result, when such a tooth requires endodontic treatment, it presents  itself as a lengthy and technique sensitive procedure.3  In premature necrotic teeth, the open root apex is closed by an apexification  technique prior to performing root canal therapy. Apexification permits a barrier to be  formed at the root apex, allowing for proper condensation and retention of the root  canal filling.5 The standard treatment is currently the apexification procedure involving  the use of calcium hydroxide (Ca(OH)2). This treatment option has been fairly successful,  yet it poses some problems that could be addressed as new materials emerge and as  research in this area continues. Albeit popular and the standard treatment option,  Ca(OH)2 may not be the most ideal material for apexification due to the variability in  treatment time and difficulty in patient follow‐up.6 Apexification performed with  Ca(OH)2 is quite time consuming, requiring about 7 to 8 months on average for apical  barrier formation.2 Also, the time required to achieve apical closure is not reliable and 

can range anywhere from 3 to 21 months4, which undoubtedly can be frustrating for the  patients who have to attend multiple appointments over such a prolonged treatment  time. Due to the lengthy treatment time, there is a risk of the patient not returning for  follow‐up appointments, which in turn increases the likelihood of failure. 2 Multiple  appointments results in more time lost from work, costing the patients’ parents the cost  of additional treatment as well as time lost from work. Another concern is that the  tooth remains prone to fracture until the treatment is successful. Dr. Malkhassian, an  endodontist at the University of Toronto, suggests that the longer the tooth has been  necrotic, the less likely that Ca(OH)2 will lead to apical closure. Such issues with Ca(OH)2  are the reason that new materials may replace Ca(OH)2 as the standard treatment for  apexification in the future.   Recently, mineral trioxide aggregate (MTA) has received a great deal of interest  among dental clinicians.1 In 1998, the US Food and Drug Administration approved MTA  for use in endodontic procedures.6 MTA allows for an immediate apical barrier to be  formed and thus immediate obturation of the root canal system.2 MTA may therefore  solve some of the problems currently experienced in apexification using Ca(OH)2.   Aside from apexification, two other techniques have just recently evolved as  treatment options for immature necrotic teeth: revitalization and tissue engineering.7  These two treatment modalities were not included in this paper because more research  into these areas is needed. As new treatment options become available, it is of utmost  importance to research what options are the best in an evidence‐based manner in order  to strive to give patients the best possible treatment. The purpose of this paper is to 

compare apexification techniques using the traditional Ca(OH)2 method and the more  recent and promising MTA.    

METHODS  A systematic search of scientific literature was conducted to determine the best  treatment option for a necrotic immature permanent tooth, specifically comparing  apexification of MTA versus Ca(OH)2. A systematic method was used in order to identify,  select, and critically appraise the relevant literature in order to answer a formulated  PICOC (Population, Intervention, Control, Outcome, Critical Appraisal) question in an  evidence‐based manner. The PICOC used was: permanent immature necrotic teeth  (population), MTA (intervention), Ca(OH)2 (control), clinical and radiographic success  (outcome), and randomized controlled trial (critical appraisal).  To compile a list of keywords for the PICOC question and systematic search, a  preliminary non‐systematic search was conducted, including a MeSH term search on  PubMed. The keywords (Fig. 1) and inclusion criteria were then used to search for  relevant literature using PubMed. The inclusion criteria for the PubMed search were  “human” and “English.”  The PubMed search produced 162 results. The titles were read by the authors as  a group, and 31 articles deemed potentially relevant to the topic were kept for further  analysis. The abstracts of the 31 remaining articles were then assessed by the group and  6 articles were judged as relevant to the topic according to inclusion criteria. These 

inclusion criteria were: in vivo, minimum of 15 cases, studied either Ca(OH)2 or MTA, not  a case report, and not a review article.   Each of the 6 articles were read and critically appraised by at least two group  members independently, who compared their appraisals and came to an agreement  afterward. The critical appraisals were completed using a detailed checklist to assess  evidence of efficacy of therapy or prevention (Fig. 2). Of the 6 articles critically  appraised, only one article compared MTA and Ca(OH)2 (Fig. 3). The other 5 articles  were one‐sided, investigating only one material, and therefore did not meet all of the  inclusion criteria. However, these additional articles were included in the discussion as  they were able to demonstrate the efficacy of each individual treatment. Evidence was  extracted from all 6 articles and summarized (Tables 1 and 2).    Fig. 1. Keywords and search strategy entered into PubMed to search for relevant  literature  (Apexification* OR  Population:  Intervention:     apexogenesis OR      (necrotic OR non‐vital  (MTA  OR mineral trioxide  apexogeneses)      OR nonvital OR necrosis  aggregat* OR portland        OR necroses OR  cement)      pulpless)       OR     AND 



Control:   (premature OR  immature OR  underdeveloped OR  under‐developed OR  undeveloped) 


 (Calcium hydroxide OR  Ca(OH)2 OR CaOH2) 


Fig. 2. Checklist to Assess Evidence of Efficacy of Therapy or Prevention  1. Was the study ethical? ___  2. Was a strong design used to assess efficacy? ___  3. Were outcomes (benefits and harms) validly and reliably measured? ___  4. Were interventions validly and reliably measured? ___  5. What were the results?  Was the treatment effect large enough to be clinically important? ___  Was the estimate of the treatment effect beyond chance and relatively precise? ___  If the findings were “no difference” was the power of the study 80% or better ___  6. Are the results of the study valid?  • Was the assignment of patients to treatments randomised? ___  • Were all patients who entered the trial properly accounted for and attributed at its  conclusion?  i) Was loss to follow‐up less than 20% and balanced between test and controls ___  ii) Were patients analysed in the groups to which they were randomised? ___  • Was the study of sufficient duration? ___  • Were patients, health workers, and study personnel “blind” to treatment? ___  • Were the groups similar at the start of the trial? ___  • Aside from the experimental intervention, were the groups treated equally? ___  • Was care received outside the study identified and controlled for ___  7. Will the results help in caring for your patients?  Were all clinically important outcomes considered? ___  Are the likely benefits of treatment worth the potential harms and costs? ___    Adapted from: Fletcher, Fletcher and Wagner. Clinical epidemiology – the essentials. 3rd  ed. 996, and Sackett et al. Evidence‐based medicine: how to practice and teach EBM.  1997    Fig. 3. Search results flowchart  Titles: 162 results     Abstract: 31 articles 

Read‐through: 6 articles 

Accepted: 1 article 

RESULTS    The systematic search and critical appraisal of the literature resulted in one  article that compared apexification results using either MTA or Ca(OH)2 in a randomized  split‐mouth controlled clinical trial with blinding (Fig. 4). This article provided the  strongest evidence compared to the other five articles which used weaker study designs  (Table 2). In this study, El‐Meligy and Avery compared the clinical and radiographic  findings of each treatment option in its ability to close root apices in necrotic permanent  teeth with immature (open) apices.4 Since radiographs and clinical findings were used as  opposed to histological evidence, some error in detecting a seal formation could have  been possible. Evidence extracted from this article, including the critical appraisal, was  summarized in Table 1.   For their study, El‐Meligy and Avery selected 15 healthy and cooperative children  ranging from 6 to 12 years old, who had at least 2 necrotic permanent teeth requiring  apexification treatment. These children were selected from the Pediatric Dental Clinic at  the Faculty of Dentistry, Alexandria University, Alexandria, Egypt, and they were invited  for a 12‐month treatment period. A total of 30 teeth were evenly divided into either the  control group (Ca(OH)2 apexification) or the experimental group (MTA apexification).  Clinical and radiographic evaluations were conducted after 3, 6, and 12 months.4  El‐Meligy and Avery found that the clinical and radiographic success rate for MTA  was 100% and for Ca(OH)2 was 87%. Both examiners in the study reported identical  clinical success (no pain, no tenderness to percussion, no swelling or fistula) and  radiographic success (normal periodontal ligament, no periapical radiolucency, no 

external root resorption).4 However, El‐Meligy and Avery stated that there was no  statistically significant difference between the two apexification treatments, clinically or  radiographically, according to the chi‐square test (chi‐square=2.14; P=0.16). They  concluded that MTA could potentially be an appropriate substitute for Ca(OH)2 in  apexification treatment.4    Fig. 4. Design of study by Meligy and Avery (2006)4  30 immature necrotic permanent teeth from  15 children 2 randomly selected groups

Split‐mouth trial 

15 treated with Ca(OH)2 

15 treated with MTA 

Blinded examiners looked at clinical and  radiographic success of treatment at 3, 6, and 12  months     

DISCUSSION    Based on the results, the merits of using MTA instead of Ca(OH)2 can be seen,  mainly for its ability to achieve apical closure as successfully as Ca(OH)2, but in less  time4,8‐11. Calcium hydroxide has been deemed the standard treatment for apexification,  but the duration of treatment is variable and can range from 3 to 21 months.4 The  diameter of the apical opening, the level of damage and necrosis of the tooth, and the 

variable repositioning methods are some of the factors that may affect the duration of  treatment.4 During that time frame, the tooth is vulnerable to re‐infection from coronal  leakage if the temporization technique fails. In addition, the root canal is still in the  midst of apexification for this prolonged period of time, so it is weak and prone to  fracture.4   These disadvantages can be avoided by using MTA as it can be placed  immediately after disinfection. MTA is an effective apical plug and demonstrates good  adaptation at the margins of the root apices. Furthermore, MTA sets relatively fast, in  approximately four hours, and is biocompatible at the root apex.4 Due to its fast setting  time, patient compliance is much less of a concern as there are fewer follow‐up  appointments required compared to Ca(OH)2. However, the sandy consistency of MTA  makes it more difficult to work with compared to Ca(OH)2 and it is much more expensive  for the initial treatment.4 A single 1‐gram packet of MTA intended for one use costs  approximately $300.4 However, the overall cost may not be much more for MTA,  considering that it may take a few treatments for Ca(OH)2 to work, and more  appointments can results in lost income due to missing work for those appointments.  Based on the results of El‐Meligy and Avery, the success rates of MTA and  Ca(OH)2 had no statistically significant difference.4 While they failed to achieve a  statistically significant difference, the relative difference of 13% that they found could  be clinically significant. From a statistical standpoint, it is widely known that very  unimpressive P‐values can result from studies showing a strong treatment effect if there  is a low sample size. Using a conventional power of 80%, a relative difference of 15% 

between treatment options, we found that a sample size of 76 patients would be  needed to achieve statistical significant. Therefore, if larger randomized controlled trials  are performed in the future, MTA may show a significantly higher success rate than  Ca(OH)2.  The study by El‐Meligy and Avery had little bias as the control and experimental  groups were randomized and the observers were blinded to treatment when examining  the results.4 Clinical examination and radiographic observations were recorded, which  generated thorough details of successful or non‐successful treatment.  Clinical  observation without the use of radiographs would not have been a sufficient  examination as a patient may not experience pain, sensitivity or any other noticeable  symptom following incomplete apexification. A radiographic exam enhances detection  of apex formation following either treatment. The greatest weakness in this study was  that too few subjects were used (only 15 samples in each group).4 A larger sample size  would have strengthened the results.   According to the current research available, MTA and Ca(OH)2 have similar  success rates.4,8‐11 Thus, the decision to use either treatment depends on other factors,  such as cost, ease of treatment, and patient compliance. If a patient opts for the  Ca(OH)2 treatment because it is less expensive, the patient should also keep in mind the  intrinsic cost of time as treatment takes 3 to 21 months and the risk due to the inherent  vulnerability of the tooth during that time.4 In addition, if the treatment fails, the cost of  re‐treatment will have to be paid again and the patient will need to spend considerably  more time at the dentist office, potentially resulting in further expenses and lost wages. 

Choosing MTA treatment will certainly cost more initially, however the treatment will be  done within the first appointment and the failure rate after the first treatment is lower  than with Ca(OH)2.4,8‐11  Five studies were found during the systematic search (Table 2) that tested either  MTA or Ca(OH)2 , but did not compare the two techniques.8‐12 All five studies showed  that the individual treatments were highly successful. Interestingly and possibly raising  suspicion of their findings, all of the papers studying Ca(OH)2 claimed that it was 100%  effective.9‐12  This was due to the fact that the clinicians continued treating the subjects  until apical closure was achieved, and focussed on the duration of treatment as opposed  to initial success. That being said, the major limitation of this systematic review of the  literature is that it was limited to only one well‐performed study.4 Additional resources  and the results of other randomized controlled trials would have been largely  advantageous. Contacting the author would have added more insight into the topic,  however there were time constraints with the submission of this review. In addition, the  research was limited to publications in the English language, and grey literature was not  included as it was not part of the systematic search method while it may have provided  further insight.  In conclusion, additional research, especially randomized controlled trials with  more subjects, comparing MTA and Ca(OH)2 for apexification is recommended. MTA has  several apparent advantages and has the potential to replace Ca(OH)2. Dr. Calvin  Torneck, an endodontist from the University of Toronto, suggested that MTA will only  have a place in endodontic therapy if cheaper synthetic materials are made in the 

future. He also stated that a synthetic MTA is currently being developed in Brazil. There  are also other upcoming and exciting treatment options for the apical closure of a  permanent necrotic immature tooth, such as the regeneration of the apex.  Revascularization, which is the regeneration of the apex via blood clot stimulation13 and  stem cell regeneration, the regeneration of the apex using stem cells14 are two new  areas of research. Ca(OH)2 has been the standard material for apexification for many  years and has been shown to achieve success, while undoubtedly possessing multiple  drawbacks. With the addition of MTA to the option list and apical regeneration being  considered, the future for successful treatment of necrotic immature permanent teeth  is promising. Continued research will certainly lead to faster and more reliable  treatment options for patients with necrotic immature permanent teeth.                                             

REFERENCES    1. Rafter M. Apexification: a review. Dent Traumatol. 2005;21:1‐8.    2. Pradhan DP, Chawla HS, Gauba K, Goyal A. Comparative evaluation of endodontic  management of teeth with unformed apices with mineral trioxide aggregate and  calcium hydroxide. J Dent Child (Chic). 2006;73(2):79‐85.    3. Al Ansary MA, Day PF, Duggal MS, Brunton PA. Interventions for treating traumatized  necrotic immature permanent anterior teeth: inducing a calcific barrier & root  strengthening. Dent Traumatol. 2009;25(4):367‐79.    4. El‐Meligy OA, Avery DR. Comparison of apexification with mineral trioxide aggregate  and calcium hydroxide. Pediatr Dent. 2006;28(3):248‐53.    5. Friedlander LT, Cullinan MP, Love RM. Dental stem cells and their potential role in  apexogenesis and apexification. Int Endod J. 2009;42(11):955‐62.    6. Schwartz RS, Mauger M, Clement DJ, Walker WA 3rd. Mineral trioxide aggregate:   a new material for endodontics. J Am Dent Assoc. 1999;130(7):967‐75.    7. Huang GT. Apexification: the beginning of its end. Int Endod J. 2009;42(10):855‐66.    8. Sarris S, Tahmassebi JF, Duggal MS, Cross IA. A clinical evaluation of mineral trioxide  aggregate for root‐end closure of non‐vital immature permanent incisors in children‐a  pilot study. Dent Traumatol. 2008;24(1):79‐85.    9. Dominguez Reyes A, Muñoz Muñoz L, Aznar Martín T. Study of calcium hydroxide  apexification in 26 young permanent incisors. Dent Traumatol. 2005;21(3):141‐5.    10. Finucane D, Kinirons MJ. Non‐vital immature permanent incisors: factors that may  influence treatment outcome. Endod Dent Traumatol. 1999;15(6):273‐7.    11. Walia T, Chawla HS, Gauba K. Management of wide open apices in non‐vital  permanent teeth with Ca(OH)2 paste. J Clin Pediatr Dent. 2000;25(1):51‐6.    12. Kinirons MJ, Srinivasan V, Welbury RR, Finucane D. A study in two centres of  variations in the time of apical barrier detection and barrier position in nonvital  immature permanent incisors. Int J Paediatr Dent. 2001;11(6):447‐51.    13. Thibodeau B, Trope M. Pulp revascularization of a necrotic infected immature  permanent tooth: case report and review of the literature. Pediatr Dent. 2007;29(1):47‐ 50.  

14. Friedlander LT, Cullinan MP, Love RM. Dental stem cells and their potential role in  apexogenesis and apexification. Int Endod J. 2009;42(11):955‐62.        

Author,  Date,  Location 


Meligy & Avery     2006    Comparison of  Apexification  With Mineral  Trioxide  Aggregate and  Calcium  Hydroxide    Alexandria,  Egypt    Randomized  Controlled Trial 

15 children,  each with 2  necrotic  permanent  teeth with  immature  apices (24  maxillary  central  incisors and 6  lateral  incisors); age  6‐12yrs 

Intervention (number  studied) 

MTA  N=15 

Control (number  studied) 

Ca(OH)2  N=15 


Ca(OH)2‐ 87%  clinical and  radiographic  success    MTA – 100%  clinical and  radiographic  success 

Critical Appraisal  Comments 

Randomized controlled  trial, split mouth, blinded,  valid with good efficacy;  however, small sample  size, & the follow‐up  period was only 1 year 

Table 1. Evidence‐based table for the randomized controlled trial comparing MTA and Ca(OH)2   



Conclusion, Strength of  Evidence and  Classification 

Concluded that there  was no statistically  significant difference  between the  radiographic and  clinical success of  Ca(OH)2 and MTA 

Number of  Sessions 

Recall  examination at  3, 6, & 12  months 

Author,  Date,  Location 

Sarris et al.    2006    Leeds Dental  Institute, UK      Domingeuz et  al.    2005    University of  Seville, Spain  Finucane D &  Kinirons MJ    1999    Northern  Ireland, UK  Walia et al.    2000    Chandigarh,  India 


17 non‐vital  immature  permanent  incisors from  15 children (12  males, 3  females);  mean age 11.7  years  26 non‐vital  permanent  incisors with  open apices;   19 children (14  boys, 5 girls);  age 6‐9 years  44 non‐vital  immature  permanent  incisors; age of  children not  mentioned  15  discoloured,  non‐vital,  permanent  incisors with  open apices;  12 children,  age 7‐16 years 

Intervention (number  studied) 

Control (number  studied) 


Critical Appraisal  Comments 

Conclusion, Strength  of Evidence and  Classification 

Number of  Sessions 

MTA has advantages  over Ca(OH)2, but  cost and difficulty  should be  considered. Further  studies required. 

3 visits in total:  1‐root canal, 2‐ MTA placement  (only 1 for MTA  itself), 3‐ obturation 

MTA  N=17   


Apical closure: Clinical  Success=94.1%,  Radiographic  Success=76.5% 

A pilot case study, no  control groups, no  blinding 

Ca(OH)2  N=26 


Apical closure was  obtained in 100%  of cases 

Mean 3.23  Case study, no control, no  Apexification with  follow up after  Ca(OH)2 is effective in  sessions  inducing apical  treatment, no blinding  closure 

Ca(OH)2  N=44 


Apical closure  obtained in 100%  of cases, 

This is a case series; it had  no control group, no  follow up after treatment  and no blinding 

Ca(OH)2  N=15 


100% success  within 1 year, with  80% requiring 1 or  2 dressings 

Retrospective study, no  control group, no  blinding, no follow up  after apical closure was  obtained 

Apexification is  successful and is  determined by rate  of change of Ca(OH)2  and the number of  Ca(OH)2  dressings placed Ca(OH)2 is successful  treatment for   apexification; factors  are periapical  infection, frequency  of dressings and age 

Mean number of  sessions is 1.9  and the average  duration was 8  months 

Mean 1.8  sessions 

Kinirons et al.    2001    UK 

107 non‐vital  immature  permanent  incisors;  children 

Ca(OH)2  N=107 


Apical closure  obtained in 100%  of cases; changing  the Ca(OH)2 more  frequently  increased rate of  closure 

Table 2. Summary of one‐sided reports on MTA or Ca(OH)2   


Retrospective  study, not  Strong evidence to  randomized, not blinded  show frequently  changing the Ca(OH)2  dressings the faster  the formation of an  apical barrier  however it did not  compare this to MTA  nor was the study of  preferred design ie  not a RCT   

Pts were seen 6  weeks after  initial placement  and at 3 month  intervals  thereafter until  barrier  formation was  detected 

Comparison of MTA and Ca(OH)2 for theapexification