Kvaternær ammoniummetacryloxysilikatholdig akrylharpiks

Der er stigende efterspørgsel efter tandregulering på verdensplan. I USA modtager ca. en femtedel af teenagere og teenagere og op til 1 % af unge voksne en eller anden form for ortodontisk behandling. En af de store udfordringer i ortodontisk behandling er langtidsstabilitet; aftagelige og faste holdere er nødvendige for at stabilisere den justerede tandsætning og forhindre tilbagefald efter behandlingen. De fleste aftagelige holdere er konstrueret af polymethylmethacrylater (PMMA), som holdes af metalspænder omkring de bageste tænder. Fordi aftagelige holdere bæres i et fugtigt intraoralt miljø med fluktuerende pH i mindst et år, kan bakterier og svampe akkumulere på eller inden i holderne i form af plaque-biofilm af flere arter, der fungerer som reservoirer for disse mikroorganismer. Dette kan resultere i øget forekomst af proksimal dental caries eller oral candidiasis. Desuden er andre opportunistiske patogener såsom methicillin-resistente Staphylococcus aureus blevet identificeret fra ortodontiske retainere, som potentielt kan føre til lokal eller systemisk infektion, især hos ortodontiske patienter med komplicerede medicinske lidelser. For voksne patienter er orale mikroorganismer afledt af aftagelige akrylapparater blevet impliceret i bakterie-endocarditis, lungebetændelse, kronisk obstruktiv lungesygdom og gastrointestinal infektion. Produktion af flygtige lugtende forbindelser af koloniserede mikroorganismer bidrager også til halitosis, som påvirker en persons kommunikation og psykologiske velvære.

Ophobning af mikrobiel plakbiofilm på aftagelige ortodontiske apparater og holdere styres normalt af mekaniske og kemiske midler. På trods af deres effektivitet kræver disse procedurer stringent patientcompliance, hvilket måske ikke er let opnåeligt hos dem med begrænset fingerfærdighed. Derfor er inkorporering af antimikrobiel aktivitet i ortodontisk akrylharpiks for at opnå plakbiofilmreduktion yderst ønskelig. Konventionelle PMMA-baserede antimikrobielle tilgange er baseret på udvaskning af antimikrobielle midler med lille molekylvægt (f. klorhexidin) i det intraorale miljø, påføring af en antimikrobiel belægning på overfladen af ​​materialet eller inkorporering af antibakterielle sølvnanopartikler i PMMA-harpiksen. Antimikrobielle polymerer er hurtigt ved at blive en ny klasse af biomaterialer, der kan funktionaliseres og bindes til materialer og dræbe mikrober uden at frigive biociderne. Til methacrylater er der skabt anioniske og fosfaterede PMMA-polymerer, der kan copolymerisere med PMMA for at skabe akrylharpikser med permanente, ikke-udvaskende antimikrobielle egenskaber.

Kationiske polymerer indeholdende kvaternære ammonium- og phosphoniumgrupper har kontaktdræbende antimikrobielle aktiviteter. Et antimikrobielt og antifungalt kationisk kvaternært ammoniummethacryloxysilikatmolekyle (QAMS) er blevet syntetiseret ved sol-gel-reaktion mellem en tetraalkoxysilan og to trialkoxysilaner. Indeholder en methacryloxy-funktionel gruppe og en lang C-18-carbonkæde, QAMS-molekylet er opløseligt i MMA-monomer og er blevet inkorporeret i PMMA ortodontisk akrylharpiks. Den QAMS-copolymeriserede akrylharpiks viste forbedret brudsejhed uden at påvirke bøjningsmodulet og styrken af ​​den ortodontiske akryl negativt. I tidligere in vitro undersøgelser viste ortodontiske akrylharpikser, der indeholder 4-6 % QAMS, at have in vitro øjeblikkelige diffusions- såvel som kontaktdræbende antimikrobielle egenskaber, når de blev testet med Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii og Candida albicans. For at undersøge den antimikrobielle holdbarhed af den QAMS-holdige akrylharpiks blev prøver ældet i vand i 3 måneder før evaluering af deres antimikrobielle aktiviteter. Selv efter 3 måneders vand-ældning, hvor enhver resterende effekt af diffusionsdræb ville være fuldstændig elimineret, havde den QAMS-holdige ortodontiske akrylharpiks stadig antimikrobielle aktiviteter mod enkelt-arts biofilm genereret fra de tre mikrober. Antimikrobielle polymerer designet til biomedicinske anvendelser bør også være minimalt cytotoksiske for værtsvæv. I en tidligere undersøgelse blev levedygtigheden af ​​en odontoblast-lignende cellelinje afledt af muse-tandpapiller undersøgt ved at udsætte disse celler for QAMS-holdig ortodontisk akrylharpiks. Resultater af cellelevedygtighedsassays indikerede, at den QAMS-holdige ortodontiske akrylharpiks er relativt ikke-cytotoksisk. Den QAMS-holdige ortodontiske akryl har modtaget 510(K) godkendelse til markedsføring af U.S. Food and Drug Administration (FDA). Ikke desto mindre mangler der kliniske forsøg, der viser det in vivo antimikrobielle potentiale af QAMS-holdig ortodontisk akryl på multi-arts biofilm.

Selvom forskellige multi-arts orale biofilmmodeller er blevet udviklet og har bidraget til forståelsen af ​​intraoral mikrobiel adhæsion og biofilmdannelse, har disse modeller ulemper, idet de sandsynligvis ikke vil replikere variabiliteten og in vivo-dynamikken af ​​plakbiofilm. Bortset fra forskelle i strukturelle karakteristika mellem in vitro og in vivo biofilm, tages tilstedeværelsen af ​​værtsforsvar, såsom antimikrobielle peptider afledt af spyt, sjældent i betragtning i in vitro multi-arts biofilmmodeller. Mere end 600 mikrobielle arter er blevet identificeret i den menneskelige orale mikroflora, hvoraf cirka 280 arter er blevet isoleret i kultur. Plaque-biofilmprofiler er således unikke blandt individer, idet de moduleres af forskellige miljøfaktorer såvel som variable kvorum-sansende signaler afledt af tilstødende mikroorganismer. Disse forvirrende faktorer kan hæmme effektiviteten af ​​antimikrobielle polymerer in vivo. Derfor var formålet med det nuværende randomiserede kliniske forsøg at bestemme den in vivo antimikrobielle effektivitet af den FDA-godkendte QAMS-holdige ortodontiske akryl ved at bruge specialfremstillede aftagelige Hawley-holdere, der blev båret intraoralt af rekrutterede forsøgspersoner for at skabe 48-timers multi- art plaque biofilm. På grund af den forventede høje variabilitet i den mikrobielle sammensætning af individuelle plaque-biofilm, blev et design med split-mund brugt til at reducere inter-subjekt-variabilitet, med procedurer taget for at minimere uønskede carry-across-effekter. Den testede nulhypotes var, at der ikke er nogen forskel i de antimikrobielle aktiviteter mellem QAMS-fri og QAMS-holdig ortodontisk akrylharpiks på orale biofilm dyrket in vivo hos mennesker.