Quaternaire ammoniummethacryloxysilicaathoudende acrylhars

Er is wereldwijd een toenemende vraag naar orthodontische zorg. In de Verenigde Staten krijgt ongeveer een vijfde van de adolescenten en tieners en tot 1% van de jonge volwassenen een vorm van orthodontische behandeling. Een van de grootste uitdagingen bij orthodontische behandelingen is stabiliteit op de lange termijn; uitneembare en vaste beugels zijn nodig om het uitgelijnde gebit te stabiliseren en terugval na de behandeling te voorkomen. De meeste verwijderbare beugels zijn gemaakt van polymethylmethacrylaten (PMMA), die worden vastgehouden door metalen klemmen rond de achterste tanden. Omdat verwijderbare beugels worden gedragen in een vochtige intraorale omgeving met fluctuerende pH gedurende ten minste één jaar, kunnen bacteriën en schimmels zich ophopen op of in de beugels in de vorm van biofilms van verschillende soorten plaques die fungeren als reservoirs van deze micro-organismen. Dit kan resulteren in een verhoogde incidentie van proximale tandcariës of orale candidiasis. Bovendien zijn andere opportunistische pathogenen, zoals methicilline-resistente Staphylococcus aureus, geïdentificeerd uit orthodontische beugels, die mogelijk kunnen leiden tot lokale of systemische infectie, vooral bij orthodontische patiënten met gecompliceerde medische aandoeningen. Voor volwassen patiënten zijn orale micro-organismen afkomstig van verwijderbare acrylhulpmiddelen betrokken bij bacteriële endocarditis, longontsteking, chronische obstructieve longziekte en gastro-intestinale infectie. De productie van vluchtige geurstoffen door gekoloniseerde micro-organismen draagt ​​ook bij aan halitose, wat iemands communicatie en psychisch welzijn beïnvloedt.

De opeenhoping van microbiële plaque en biofilm op verwijderbare orthodontische apparaten en beugels wordt meestal gecontroleerd door mechanische en chemische middelen. Ondanks hun effectiviteit vereisen deze procedures strikte naleving door de patiënt, wat misschien niet gemakkelijk haalbaar is bij mensen met beperkte handigheid. Daarom is het zeer wenselijk om antimicrobiële activiteit in orthodontische acrylhars op te nemen om plaquebiofilmreductie te bereiken. Conventionele op PMMA gebaseerde antimicrobiële benaderingen zijn gebaseerd op het uitlogen van antimicrobiële middelen met een kleine moleculaire massa (bijv. chloorhexidine) in de intraorale omgeving, aanbrengen van een antimicrobiële coating op het oppervlak van het materiaal of opname van antibacteriële zilveren nanodeeltjes in de PMMA-hars. Antimicrobiële polymeren worden snel een nieuwe klasse van biomaterialen die kunnen worden gefunctionaliseerd en aan materialen kunnen worden vastgemaakt en microben kunnen doden zonder de biociden vrij te geven. Voor methacrylaten zijn anionische en gefosfateerde PMMA-polymeren gemaakt die kunnen copolymeriseren met PMMA om acrylharsen te creëren met permanente, niet-uitlogende antimicrobiële eigenschappen.

Kationische polymeren die quaternaire ammonium- en fosfoniumgroepen bevatten, hebben contactdodende antimicrobiële activiteiten. Een antimicrobieel en schimmelwerend kationisch quaternair ammoniummethacryloxysilicaatmolecuul (QAMS) is gesynthetiseerd door een sol-gel-reactie tussen een tetraalkoxysilaan en twee trialkoxysilanen. Het QAMS-molecuul, dat een functionele methacryloxygroep en een lange C-18-koolstofketen bevat, is oplosbaar in MMA-monomeer en is opgenomen in PMMA orthodontische acrylhars. De met QAMS gecopolymeriseerde acrylhars vertoonde een verbeterde breuktaaiheid zonder de buigmodulus en sterkte van het orthodontische acryl nadelig te beïnvloeden. In eerdere in-vitro-onderzoeken werd gevonden dat orthodontische acrylharsen die 4-6% QAMS bevatten in vitro zowel directe diffusie als contactdodende antimicrobiële eigenschappen bezitten bij testen met Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii en Candida albicans. Om de antimicrobiële duurzaamheid van de QAMS-bevattende acrylhars te onderzoeken, werden de monsters 3 maanden in water gerijpt voorafgaand aan de evaluatie van hun antimicrobiële activiteiten. Zelfs na 3 maanden waterveroudering, waarin alle resterende effecten van diffusiedoding volledig zouden zijn geëlimineerd, bezat de QAMS-bevattende orthodontische acrylhars nog steeds antimicrobiële activiteiten tegen biofilms van één soort die uit de drie microben werden gegenereerd. Antimicrobiële polymeren die zijn ontworpen voor biomedische toepassingen, moeten ook minimaal cytotoxisch zijn voor gastheerweefsels. In een eerdere studie werd de levensvatbaarheid onderzocht van een odontoblastachtige cellijn die is afgeleid van tandpapillen van muizen door deze cellen bloot te stellen aan QAMS-bevattende orthodontische acrylhars. Resultaten van de cellevensvatbaarheidstesten gaven aan dat de QAMS-bevattende orthodontische acrylhars relatief niet-cytotoxisch is. Het QAMS-bevattende orthodontische acryl heeft een 510(K)-goedkeuring ontvangen voor marketing door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA). Desalniettemin ontbreken klinische onderzoeken die het in vivo antimicrobiële potentieel aantonen van QAMS-bevattend orthodontisch acryl op biofilms van meerdere soorten.

Hoewel verschillende orale biofilmmodellen voor meerdere soorten zijn ontwikkeld en hebben bijgedragen aan het begrip van intraorale microbiële adhesie en biofilmvorming, hebben deze modellen het nadeel dat ze de variabiliteit en in vivo dynamiek van plaque biofilms waarschijnlijk niet repliceren. Afgezien van verschillen in structurele kenmerken tussen in vitro en in vivo biofilms, wordt de aanwezigheid van afweermechanismen van de gastheer, zoals antimicrobiële peptiden afgeleid van speeksel, zelden in aanmerking genomen in in vitro multi-species biofilmmodellen. Er zijn meer dan 600 microbiële soorten geïdentificeerd in de menselijke orale microflora, waarvan ongeveer 280 soorten in cultuur zijn geïsoleerd. Biofilmprofielen van plaques zijn dus uniek bij individuen, omdat ze worden gemoduleerd door verschillende omgevingsfactoren en variabele quorumwaarnemingssignalen afgeleid van aangrenzende micro-organismen. Deze verstorende factoren kunnen de werkzaamheid van antimicrobiële polymeren in vivo temperen. Dienovereenkomstig was het doel van de huidige gerandomiseerde klinische studie het bepalen van de in vivo antimicrobiële werkzaamheid van het door de FDA goedgekeurde QAMS-bevattende orthodontische acryl door gebruik te maken van op maat gemaakte verwijderbare Hawley-retainers die intraoraal werden gedragen door gerekruteerde proefpersonen om 48-uurs multi-therapie te creëren. soorten plaque biofilms. Vanwege de verwachte grote variabiliteit in de microbiële samenstelling van individuele plaque-biofilms, werd een ontwerp met gesplitste mond gebruikt om de interindividuele variabiliteit te verminderen, met procedures om ongewenste carry-across-effecten te minimaliseren. De geteste nulhypothese was dat er geen verschil is in de antimicrobiële activiteiten tussen QAMS-vrije en QAMS-bevattende orthodontische acrylhars op orale biofilms die in vivo zijn gekweekt bij mensen.