Kvartær ammoniummetakryloksysilikatholdig akrylharpiks

Det er økende etterspørsel etter kjeveortopedisk behandling over hele verden. I USA mottar omtrent en femtedel av ungdommene og tenåringene, og opptil 1 % av unge voksne en eller annen form for kjeveortopedisk behandling. En av de store utfordringene i kjeveortopedisk behandling er langsiktig stabilitet; avtakbare og faste holdere er nødvendige for å stabilisere det justerte tannsettet og forhindre tilbakefall etter behandling. De fleste avtakbare holderne er konstruert av polymetylmetakrylater (PMMA), som holdes av metallspenner rundt de bakre tennene. Fordi avtakbare holdere bæres i et fuktig intraoralt miljø med varierende pH i minst ett år, kan bakterier og sopp samle seg på eller inne i holderne i form av plakkbiofilmer av flere arter som fungerer som reservoarer for disse mikroorganismene. Dette kan resultere i økt forekomst av proksimal tannkaries eller oral candidiasis. Dessuten har andre opportunistiske patogener som meticillin-resistente Staphylococcus aureus blitt identifisert fra kjeveortopedisk holdere, noe som potensielt kan føre til lokal eller systemisk infeksjon, spesielt hos kjeveortopedisk pasienter med kompliserte medisinske lidelser. For voksne pasienter har orale mikroorganismer avledet fra uttakbare akrylapparater vært involvert i bakterie-endokarditt, lungebetennelse, kronisk obstruktiv lungesykdom og gastrointestinal infeksjon. Produksjon av flyktige luktholdige forbindelser av koloniserte mikroorganismer bidrar også til halitose, som påvirker en persons kommunikasjon og psykologiske velvære.

Akkumulering av mikrobiell plakkbiofilm på avtakbare kjeveortopedisk apparater og holdere kontrolleres vanligvis med mekaniske og kjemiske midler. Til tross for deres effektivitet, krever disse prosedyrene streng pasientoverholdelse, som kanskje ikke er lett oppnåelig hos de med begrenset fingerferdighet. Derfor er inkorporering av antimikrobiell aktivitet i ortodontisk akrylharpiks for å oppnå plakkbiofilmreduksjon svært ønskelig. Konvensjonelle PMMA-baserte antimikrobielle tilnærminger er basert på utlekking av antimikrobielle midler med liten molekylmasse (f. klorheksidin) inn i det intraorale miljøet, påføring av et antimikrobielt belegg på overflaten av materialet eller inkorporering av antibakterielle sølvnanopartikler i PMMA-harpiksen. Antimikrobielle polymerer er raskt i ferd med å bli en ny klasse av biomaterialer som kan funksjonaliseres og festes til materialer og drepe mikrober uten å frigjøre biocidene. For metakrylater er det laget anioniske og fosfaterte PMMA-polymerer som kan kopolymerisere med PMMA for å lage akrylharpikser med permanente, ikke-utlutende antimikrobielle egenskaper.

Kationiske polymerer som inneholder kvaternære ammonium- og fosfoniumgrupper har kontaktdrepende antimikrobielle aktiviteter. Et antimikrobielt og antifungalt kationisk kvaternært ammoniummetakryloksysilikatmolekyl (QAMS) har blitt syntetisert ved sol-gel-reaksjon mellom en tetraalkoksysilan og to trialkoksysilaner. Inneholder en metakryloksyfunksjonell gruppe og en lang C-18 karbonkjede, QAMS-molekylet er løselig i MMA-monomer og har blitt inkorporert i PMMA ortodontisk akrylharpiks. Den QAMS-kopolymeriserte akrylharpiksen viste forbedret bruddseighet uten å påvirke bøyemodulen og styrken til den kjeveortopediske akrylen negativt. I tidligere in vitro-studier ble det funnet at kjeveortopedisk akrylharpiks som inneholder 4-6 % QAMS har in vitro umiddelbare diffusjons- og kontaktdrepende antimikrobielle egenskaper når de ble testet med Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii og Candida albicans. For å undersøke den antimikrobielle holdbarheten til den QAMS-holdige akrylharpiksen, ble prøver eldet i vann i 3 måneder før evaluering av deres antimikrobielle aktiviteter. Selv etter 3 måneders vannaldring der eventuelle gjenværende effekter av diffusjonsdrap ville ha blitt fullstendig eliminert, hadde den QAMS-holdige kjeveortopedisk akrylharpiks fortsatt antimikrobiell aktivitet mot biofilmer av én art generert fra de tre mikrobene. Antimikrobielle polymerer designet for biomedisinske applikasjoner bør også være minimalt cytotoksiske for vertsvev. I en tidligere studie ble levedyktigheten til en odontoblastlignende cellelinje avledet fra musetannpapiller undersøkt ved å eksponere disse cellene for QAMS-holdig kjeveortopedisk akrylharpiks. Resultatene av cellelevedyktighetsanalysene indikerte at den QAMS-holdige ortodontiske akrylharpiksen er relativt ikke-cytotoksisk. Den QAMS-holdige kjeveortopediske akrylen har fått 510(K) godkjenning for markedsføring av U.S. Food and Drug Administration (FDA). Likevel mangler det kliniske studier som viser det in vivo antimikrobielle potensialet til QAMS-holdig kjeveortopedisk akryl på biofilmer av flere arter.

Selv om ulike multi-arts orale biofilmmodeller har blitt utviklet og har bidratt til forståelsen av intraoral mikrobiell adhesjon og biofilmdannelse, har disse modellene ulemper ved at det er usannsynlig at de vil gjenskape variasjonen og in vivo-dynamikken til plakkbiofilmer. Bortsett fra forskjeller i strukturelle egenskaper mellom in vitro og in vivo biofilmer, blir tilstedeværelsen av vertsforsvar som antimikrobielle peptider avledet fra spytt sjelden tatt i betraktning i in vitro multi-arts biofilmmodeller. Mer enn 600 mikrobielle arter er identifisert i den menneskelige orale mikrofloraen, hvorav omtrent 280 arter har blitt isolert i kultur. Plakkbiofilmprofiler er således unike blant individer, og blir modulert av forskjellige miljøfaktorer så vel som variable quorum-sensing-signaler avledet fra tilstøtende mikroorganismer. Disse forvirrende faktorene kan dempe effekten av antimikrobielle polymerer in vivo. Følgelig var målet med den nåværende randomiserte kliniske studien å bestemme in vivo antimikrobiell effekt av den FDA-godkjente QAMS-holdige kjeveortopedisk akryl ved å bruke skreddersydde avtakbare Hawley-holdere som ble båret intraoralt av rekrutterte forsøkspersoner for å lage 48-timers multi- arter plakk biofilmer. På grunn av den forventede høye variasjonen i den mikrobielle sammensetningen av individuelle plakkbiofilmer, ble et design med delt munn brukt for å redusere variabiliteten mellom emnene, med prosedyrer tatt for å minimere uønskede bæreeffekter. Nullhypotesen som ble testet var at det ikke er noen forskjell i de antimikrobielle aktivitetene mellom QAMS-fri og QAMS-holdig kjeveortopedisk akrylharpiks på orale biofilmer dyrket in vivo hos mennesker.