Kvaternäärinen ammoniummetakryloksisilikaattia sisältävä akryylihartsi

Oikomishoidon kysyntä kasvaa maailmanlaajuisesti. Yhdysvalloissa noin viidesosa nuorista ja nuorista ja jopa 1 % nuorista aikuisista saa jonkinlaista oikomishoitoa. Yksi oikomishoidon suurimmista haasteista on pitkäaikainen vakaus; irrotettavat ja kiinteät pidikkeet tarvitaan vakauttamaan kohdistettua hampaistoa ja estämään hoidon jälkeisen uusiutumisen. Useimmat irrotettavat pidikkeet on valmistettu polymetyylimetakrylaateista (PMMA), joita pitävät metallisoljet takahampaiden ympärillä. Koska irrotettavia pidikkeitä käytetään kosteassa suunsisäisessä ympäristössä, jonka pH vaihtelee vähintään vuoden ajan, bakteereja ja sieniä voi kerääntyä pidikkeisiin tai niiden sisälle monilajisten plakkien biofilmien muodossa, jotka toimivat näiden mikro-organismien varastoina. Tämä voi lisätä proksimaalisen hammaskarieksen tai suun kandidiaasin ilmaantuvuutta. Lisäksi oikomishoidosta on tunnistettu muita opportunistisia patogeenejä, kuten metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus, jotka voivat mahdollisesti johtaa paikalliseen tai systeemiseen infektioon, erityisesti ortodonttipotilailla, joilla on monimutkaisia ​​lääketieteellisiä häiriöitä. Aikuisilla potilailla irrotettavista akryylilaitteista peräisin olevat suun mikro-organismit ovat olleet osallisena bakteerien endokardiitissa, keuhkokuumeessa, kroonisessa obstruktiivisessa keuhkosairaudessa ja maha-suolikanavan infektiossa. Haihtuvien hajuyhdisteiden tuotanto kolonisoituneiden mikro-organismien toimesta edistää myös halitoosia, joka vaikuttaa ihmisen kommunikaatioon ja psyykkiseen hyvinvointiin.

Mikrobiplakin biofilmin kertymistä irrotettaviin oikomisvälineisiin ja pidikkeisiin kontrolloidaan yleensä mekaanisin ja kemiallisin keinoin. Tehokkuudestaan ​​​​huolimatta nämä toimenpiteet vaativat potilaiden tiukkaa suostumusta, mikä ei välttämättä ole helposti saavutettavissa henkilöillä, joilla on rajoitettu kätevyys. Siksi antimikrobisen aktiivisuuden sisällyttäminen oikomisakryylihartsiin plakin biofilmin vähentämisen saavuttamiseksi on erittäin toivottavaa. Perinteiset PMMA-pohjaiset antimikrobiset lähestymistavat perustuvat pienimolekyylisten antimikrobisten aineiden (esim. klooriheksidiini) intraoraaliseen ympäristöön, antimikrobisen pinnoitteen levittäminen materiaalin pinnalle tai antibakteeristen hopeananohiukkasten lisääminen PMMA-hartsiin. Antimikrobisista polymeereistä on nopeasti tulossa uusi biomateriaalien luokka, joka voidaan funktionalisoida ja kiinnittää materiaaleihin ja tappaa mikrobeja vapauttamatta biosideja. Metakrylaatteja varten on luotu anionisia ja fosfatoituja PMMA-polymeerejä, jotka voivat kopolymeroitua PMMA:n kanssa ja luoda akryylihartseja, joilla on pysyviä, liukenemattomia antimikrobisia ominaisuuksia.

Kationisilla polymeereillä, jotka sisältävät kvaternaarisia ammonium- ja fosfoniumryhmiä, on kontaktia tappavia antimikrobisia vaikutuksia. Antimikrobinen ja antifungaalinen kationinen kvaternäärinen ammoniummetakryloksisilikaattimolekyyli (QAMS) on syntetisoitu sooli-geeli-reaktiolla tetraalkoksisilaanin ja kahden trialkoksisilaanin välillä. Metakryloksifunktionaalisen ryhmän ja pitkän C-18-hiiliketjun sisältävä QAMS-molekyyli liukenee MMA-monomeeriin ja on sisällytetty PMMA-oikomisakryylihartsiin. QAMS-kopolymeroitu akryylihartsi osoitti parempaa murtolujuutta vaikuttamatta haitallisesti oikomisakryylin taivutuskertoimeen ja lujuuteen. Aiemmissa in vitro -tutkimuksissa oikomisakryylihartseilla, jotka sisälsivät 4–6 % QAMS:a, havaittiin olevan välitöntä diffuusiota sekä kontaktia tappavia antimikrobisia ominaisuuksia in vitro, kun niitä testattiin Streptococcus mutansilla, Actinomyces naeslundiilla ja Candida albicansilla. QAMS-pitoisen akryylihartsin antimikrobisen kestävyyden tutkimiseksi näytteitä vanhennettiin vedessä 3 kuukautta ennen niiden antimikrobisten vaikutusten arviointia. Jopa 3 kuukauden veden vanhenemisen jälkeen, jolloin kaikki diffuusiotapojen jäännösvaikutukset olisivat täysin eliminoituneet, QAMS-pitoisella oikomisakryylihartsilla oli edelleen antimikrobisia vaikutuksia kolmesta mikrobista syntyneitä yksittäisiä biofilmejä vastaan. Biolääketieteellisiin sovelluksiin suunniteltujen antimikrobisten polymeerien tulisi myös olla minimaalisesti sytotoksisia isäntäkudoksille. Aiemmassa tutkimuksessa hiiren hampaiden papillasta peräisin olevan odontoblastin kaltaisen solulinjan elinkelpoisuutta tutkittiin altistamalla nämä solut QAMS-pitoiselle oikomisakryylihartsille. Solujen elinkelpoisuusmääritysten tulokset osoittivat, että QAMS-pitoinen ortodonttinen akryylihartsi on suhteellisen ei-sytotoksinen. QAMS-pitoinen ortodonttinen akryyli on saanut 510(K)-luvan markkinointia varten Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirastolta (FDA). Siitä huolimatta puuttuvat kliiniset tutkimukset, jotka osoittaisivat QAMS-pitoisen oikomisakryylin in vivo antimikrobisen potentiaalin useiden lajien biofilmeillä.

Vaikka erilaisia ​​monilajisia suun biofilmimalleja on kehitetty ja ne ovat auttaneet ymmärtämään suunsisäistä mikrobien tarttumista ja biofilmin muodostumista, näillä malleilla on haittoja, koska ne eivät todennäköisesti toista plakin biofilmien vaihtelua ja in vivo -dynamiikkaa. In vitro- ja in vivo -biofilmien rakenteellisten ominaisuuksien erojen lisäksi isäntäpuolustuksen, kuten syljestä peräisin olevien antimikrobisten peptidien, läsnäolo otetaan harvoin huomioon monilajisissa biofilmimalleissa. Ihmisen suun mikrofloorassa on tunnistettu yli 600 mikrobilajia, joista noin 280 lajia on eristetty viljelmässä. Siten plakin biofilmiprofiilit ovat ainutlaatuisia yksilöiden keskuudessa, ja niitä moduloivat erilaiset ympäristötekijät sekä viereisistä mikro-organismeista peräisin olevat vaihtelevat quorum-tunnistussignaalit. Nämä hämmentävät tekijät voivat lieventää antimikrobisten polymeerien tehokkuutta in vivo. Tämän mukaisesti tämän satunnaistetun kliinisen tutkimuksen tavoitteena oli määrittää FDA:n hyväksymän QAMS-pitoisen ortodonttisen akryylin antimikrobinen teho in vivo käyttämällä mittatilaustyönä valmistettuja irrotettavia Hawley-pidikkeitä, joita rekrytoidut koehenkilöt käyttivät suunsisäisesti 48 tunnin monitoimien luomiseksi. lajien plakin biofilmit. Koska yksittäisten plakkien biofilmien mikrobikoostumuksessa oli odotettavissa suurta vaihtelua, jaettua suuta käytettiin vähentämään koehenkilöiden välistä vaihtelua ja toimenpiteitä ei-toivottujen siirtovaikutusten minimoimiseksi. Testattu nollahypoteesi oli, että QAMS-vapaan ja QAMS-pitoisen oikomisakryylihartsin antimikrobisissa aktiivisuuksissa ei ole eroa ihmisillä in vivo kasvatetuilla suun biofilmeillä.