Quaternäres Ammoniummethacryloxysilikat enthaltendes Acrylharz

Die Nachfrage nach kieferorthopädischer Versorgung steigt weltweit. In den Vereinigten Staaten erhalten etwa ein Fünftel der Heranwachsenden und Teenager und bis zu 1 % der jungen Erwachsenen irgendeine Form der kieferorthopädischen Behandlung. Eine der größten Herausforderungen in der kieferorthopädischen Behandlung ist die Langzeitstabilität; herausnehmbare und festsitzende Retainer sind erforderlich, um das ausgerichtete Gebiss zu stabilisieren und einen Rückfall nach der Behandlung zu verhindern. Die meisten herausnehmbaren Retainer bestehen aus Polymethylmethacrylat (PMMA), die von Metallklammern um die Seitenzähne gehalten werden. Da herausnehmbare Retainer mindestens ein Jahr lang in einer feuchten intraoralen Umgebung mit schwankendem pH-Wert getragen werden, können sich Bakterien und Pilze auf oder in den Retainern in Form von multispezies Plaque-Biofilmen ansammeln, die als Reservoir dieser Mikroorganismen dienen. Dies kann zu einer erhöhten Inzidenz von proximaler Zahnkaries oder oraler Candidiasis führen. Darüber hinaus wurden andere opportunistische Pathogene wie Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus aus kieferorthopädischen Retainern identifiziert, die möglicherweise zu lokalen oder systemischen Infektionen führen können, insbesondere bei kieferorthopädischen Patienten mit komplizierten medizinischen Erkrankungen. Bei erwachsenen Patienten wurden orale Mikroorganismen, die von abnehmbaren Acrylapparaturen stammen, mit bakterieller Endokarditis, Lungenentzündung, chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und gastrointestinalen Infektionen in Verbindung gebracht. Die Produktion flüchtiger Duftstoffe durch kolonisierte Mikroorganismen trägt ebenfalls zu Mundgeruch bei, der die Kommunikation und das psychische Wohlbefinden einer Person beeinträchtigt.

Die Ansammlung von mikrobiellem Plaque-Biofilm auf herausnehmbaren kieferorthopädischen Apparaturen und Retainern wird normalerweise durch mechanische und chemische Mittel kontrolliert. Trotz ihrer Wirksamkeit erfordern diese Verfahren eine strenge Patienten-Compliance, die bei Personen mit eingeschränkter Fingerfertigkeit möglicherweise nicht ohne weiteres erreicht werden kann. Daher ist die Aufnahme einer antimikrobiellen Aktivität in kieferorthopädisches Acrylharz zur Erzielung einer Reduktion des Plaque-Biofilms höchst wünschenswert. Herkömmliche antimikrobielle Ansätze auf PMMA-Basis basieren auf dem Auslaugen von antimikrobiellen Wirkstoffen mit kleiner Molekülmasse (z. Chlorhexidin) in die intraorale Umgebung, das Aufbringen einer antimikrobiellen Beschichtung auf der Materialoberfläche oder die Einarbeitung von antibakteriellen Silber-Nanopartikeln in das PMMA-Harz. Antimikrobielle Polymere werden schnell zu einer neuen Klasse von Biomaterialien, die funktionalisiert und an Materialien gebunden werden können und Mikroben abtöten, ohne die Biozide freizusetzen. Für Methacrylate wurden anionische und phosphatierte PMMA-Polymere entwickelt, die mit PMMA copolymerisieren können, um Acrylharze mit dauerhaften, nicht auslaugenden antimikrobiellen Eigenschaften zu erzeugen.

Kationische Polymere, die quartäre Ammonium- und Phosphoniumgruppen enthalten, besitzen kontaktabtötende antimikrobielle Aktivitäten. Ein antimikrobielles und antimykotisches kationisches quartäres Ammoniummethacryloxysilikatmolekül (QAMS) wurde durch eine Sol-Gel-Reaktion zwischen einem Tetraalkoxysilan und zwei Trialkoxysilanen synthetisiert. Das QAMS-Molekül, das eine funktionelle Methacryloxygruppe und eine lange C-18-Kohlenstoffkette enthält, ist in MMA-Monomer löslich und wurde in kieferorthopädisches PMMA-Acrylharz eingebaut. Das QAMS-copolymerisierte Acrylharz zeigte eine verbesserte Bruchzähigkeit, ohne den Biegemodul und die Festigkeit des kieferorthopädischen Acryls nachteilig zu beeinflussen. In früheren In-vitro-Studien wurde festgestellt, dass kieferorthopädische Acrylharze, die 4–6 % QAMS enthalten, bei Tests mit Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii und Candida albicans in vitro sofortige diffusionsfördernde sowie kontaktabtötende antimikrobielle Eigenschaften besitzen. Um die antimikrobielle Beständigkeit des QAMS-enthaltenden Acrylharzes zu untersuchen, wurden Proben 3 Monate in Wasser gealtert, bevor ihre antimikrobiellen Aktivitäten bewertet wurden. Selbst nach 3-monatiger Wasseralterung, bei der alle verbleibenden Wirkungen der Diffusionsabtötung vollständig eliminiert worden wären, besaß das QAMS-haltige kieferorthopädische Acrylharz immer noch antimikrobielle Aktivitäten gegen Einzelspezies-Biofilme, die von den drei Mikroben erzeugt wurden. Antimikrobielle Polymere, die für biomedizinische Anwendungen entwickelt wurden, sollten auch minimal zytotoxisch für Wirtsgewebe sein. In einer früheren Studie wurde die Lebensfähigkeit einer Odontoblasten-ähnlichen Zelllinie untersucht, die aus Zahnpapillen von Mäusen stammt, indem diese Zellen QAMS-haltigem kieferorthopädischem Acrylharz ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse der Zelllebensfähigkeitstests zeigten, dass das QAMS-haltige kieferorthopädische Acrylharz relativ nicht zytotoxisch ist. Das QAMS-haltige kieferorthopädische Acryl hat die 510(K)-Freigabe für die Vermarktung durch die U.S. Food and Drug Administration (FDA) erhalten. Dennoch fehlen klinische Studien, die das antimikrobielle Potenzial von QAMS-haltigem kieferorthopädischem Acryl in vivo auf Multispezies-Biofilmen belegen.

Obwohl verschiedene orale Biofilmmodelle für mehrere Arten entwickelt wurden und zum Verständnis der intraoralen mikrobiellen Adhäsion und Biofilmbildung beigetragen haben, haben diese Modelle insofern Nachteile, als sie die Variabilität und In-vivo-Dynamik von Plaque-Biofilmen wahrscheinlich nicht replizieren. Abgesehen von den Unterschieden in den strukturellen Eigenschaften zwischen In-vitro- und In-vivo-Biofilmen wird das Vorhandensein von Abwehrmechanismen des Wirts, wie z. Mehr als 600 mikrobielle Arten wurden in der menschlichen oralen Mikroflora identifiziert, von denen ungefähr 280 Arten in Kultur isoliert wurden. Daher sind Plaque-Biofilmprofile unter Individuen einzigartig, da sie durch verschiedene Umweltfaktoren sowie variable Quorum-Sensing-Signale, die von benachbarten Mikroorganismen stammen, moduliert werden. Diese Störfaktoren können die Wirksamkeit antimikrobieller Polymere in vivo beeinträchtigen. Dementsprechend bestand das Ziel der vorliegenden randomisierten klinischen Studie darin, die antimikrobielle In-vivo-Wirksamkeit des von der FDA zugelassenen, QAMS-haltigen kieferorthopädischen Acryls zu bestimmen, indem maßgefertigte herausnehmbare Hawley-Retainer verwendet wurden, die von rekrutierten Probanden intraoral getragen wurden, um eine 48-Stunden-Mehrfachfunktion zu schaffen. Spezies Plaque-Biofilme. Aufgrund der erwarteten hohen Variabilität in der mikrobiellen Zusammensetzung einzelner Plaque-Biofilme wurde ein Split-Mouth-Design verwendet, um die Variabilität zwischen den Probanden zu reduzieren, wobei Verfahren ergriffen wurden, um unerwünschte Übertragungseffekte zu minimieren. Die getestete Nullhypothese war, dass es keinen Unterschied in den antimikrobiellen Aktivitäten zwischen QAMS-freiem und QAMS-haltigem kieferorthopädischem Acrylharz auf oralen Biofilmen gibt, die in vivo bei Menschen gewachsen sind.