Resina acrilica contenente metacrilossi silicato di ammonio quaternario

C'è una crescente domanda di cure ortodontiche in tutto il mondo. Negli Stati Uniti, circa un quinto degli adolescenti e degli adolescenti e fino all'1% dei giovani adulti riceve una qualche forma di trattamento ortodontico. Una delle maggiori sfide nel trattamento ortodontico è la stabilità a lungo termine; sono necessari fermi rimovibili e fissi per stabilizzare la dentatura allineata e prevenire la ricaduta post-trattamento. La maggior parte dei fermi rimovibili sono realizzati in polimetilmetacrilati (PMMA), che sono tenuti da fermagli metallici attorno ai denti posteriori. Poiché i ritentori rimovibili vengono indossati in un ambiente intraorale umido con pH fluttuante per almeno un anno, batteri e funghi possono accumularsi sopra o all'interno dei ritentori sotto forma di biofilm di placca multispecie che fungono da serbatoi di questi microrganismi. Ciò può comportare un aumento dell'incidenza di carie dentale prossimale o candidosi orale. Inoltre, altri patogeni opportunistici come lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina sono stati identificati da apparecchi di contenzione ortodontici, che possono potenzialmente portare a infezioni locali o sistemiche, in particolare nei pazienti ortodontici con complicate patologie mediche. Per i pazienti adulti, i microrganismi orali derivati ​​da apparecchi acrilici rimovibili sono stati implicati nell'endocardite batterica, nella polmonite, nella broncopneumopatia cronica ostruttiva e nell'infezione gastrointestinale. Anche la produzione di composti odoriferi volatili da parte di microrganismi colonizzati contribuisce all'alitosi, che influisce sulla comunicazione e sul benessere psicologico di una persona.

L'accumulo di biofilm di placca microbica su apparecchi ortodontici rimovibili e apparecchi di contenzione è solitamente controllato con mezzi meccanici e chimici. Nonostante la loro efficacia, queste procedure richiedono una stretta compliance del paziente, che potrebbe non essere facilmente realizzabile in coloro con destrezza limitata. Pertanto, l'incorporazione dell'attività antimicrobica nella resina acrilica ortodontica per ottenere la riduzione del biofilm della placca è altamente desiderabile. Gli approcci antimicrobici convenzionali basati su PMMA si basano sulla lisciviazione di agenti antimicrobici di piccola massa molecolare (ad es. clorexidina) nell'ambiente intraorale, applicazione di un rivestimento antimicrobico sulla superficie del materiale o incorporazione di nanoparticelle d'argento antibatteriche nella resina PMMA. I polimeri antimicrobici stanno rapidamente diventando una nuova classe di biomateriali che possono essere funzionalizzati e legati ai materiali e uccidere i microbi senza rilasciare i biocidi. Per i metacrilati sono stati creati polimeri PMMA anionici e fosfatati in grado di copolimerizzare con PMMA per creare resine acriliche con proprietà antimicrobiche permanenti e non liscivianti.

I polimeri cationici contenenti gruppi ammonio quaternario e fosfonio possiedono attività antimicrobiche che uccidono il contatto. Una molecola di metacrilossi silicato di ammonio quaternario cationico antimicrobico e antimicotico (QAMS) è stata sintetizzata mediante reazione sol-gel tra un tetraalcossisilano e due trialcossisilani. Contenendo un gruppo funzionale metacrilossi e una lunga catena di carbonio C-18, la molecola QAMS è solubile nel monomero MMA ed è stata incorporata nella resina acrilica ortodontica PMMA. La resina acrilica copolimerizzata QAMS ha dimostrato una migliore tenacità alla frattura senza influire negativamente sul modulo di flessione e sulla resistenza dell'acrilico ortodontico. In precedenti studi in vitro, le resine acriliche ortodontiche contenenti il ​​4-6% di QAMS sono risultate possedere proprietà antimicrobiche di diffusione immediata in vitro e di uccisione del contatto quando testate con Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii e Candida albicans. Per studiare la durata antimicrobica della resina acrilica contenente QAMS, i campioni sono stati invecchiati in acqua per 3 mesi prima della valutazione delle loro attività antimicrobiche. Anche dopo 3 mesi di invecchiamento dell'acqua in cui qualsiasi effetto residuo dell'uccisione diffusiva sarebbe stato completamente eliminato, la resina acrilica ortodontica contenente QAMS possedeva ancora attività antimicrobiche contro i biofilm di singola specie generati dai tre microbi. I polimeri antimicrobici progettati per applicazioni biomediche dovrebbero anche essere minimamente citotossici per i tessuti ospiti. In uno studio precedente, la vitalità di una linea cellulare simile a odontoblasti derivata dalla papilla dentale di topo è stata esaminata esponendo queste cellule alla resina acrilica ortodontica contenente QAMS. I risultati dei test di vitalità cellulare hanno indicato che la resina acrilica ortodontica contenente QAMS è relativamente non citotossica. L'acrilico ortodontico contenente QAMS ha ricevuto l'autorizzazione 510(K) per la commercializzazione dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense. Tuttavia, mancano studi clinici che dimostrino il potenziale antimicrobico in vivo dell'acrilico ortodontico contenente QAMS su biofilm multispecie.

Sebbene siano stati sviluppati vari modelli di biofilm orale multi-specie e abbiano contribuito alla comprensione dell'adesione microbica intraorale e della formazione di biofilm, questi modelli presentano degli svantaggi in quanto è improbabile che replichino la variabilità e la dinamica in vivo dei biofilm di placca. A parte le differenze nelle caratteristiche strutturali tra biofilm in vitro e in vivo, la presenza di difese dell'ospite come i peptidi antimicrobici derivati ​​dalla saliva, è raramente presa in considerazione nei modelli di biofilm multispecie in vitro. Nella microflora orale umana sono state identificate più di 600 specie microbiche, di cui circa 280 specie sono state isolate in coltura. Pertanto, i profili del biofilm della placca sono unici tra gli individui, essendo modulati da diversi fattori ambientali e segnali di rilevamento del quorum variabili derivati ​​​​da microrganismi adiacenti. Questi fattori confondenti possono moderare l'efficacia dei polimeri antimicrobici in vivo. Di conseguenza, l'obiettivo del presente studio clinico randomizzato era determinare l'efficacia antimicrobica in vivo dell'acrilico ortodontico contenente QAMS approvato dalla FDA utilizzando fermi Hawley rimovibili su misura che sono stati indossati per via intraorale da soggetti reclutati per creare 48 ore multi- biofilm di placche di specie. A causa dell'elevata variabilità prevista nella composizione microbica dei singoli biofilm di placca, è stato utilizzato un design split-mouth per ridurre la variabilità inter-soggetto, con procedure adottate per ridurre al minimo gli effetti di trasferimento indesiderati. L'ipotesi nulla testata era che non vi fosse alcuna differenza nelle attività antimicrobiche tra resina acrilica ortodontica priva di QAMS e contenente QAMS su biofilm orali cresciuti in vivo in soggetti umani.