Kvaternärt ammoniummetakryloxisilikatinnehållande akrylharts

Det finns en ökande efterfrågan på ortodontisk vård över hela världen. I USA får ungefär en femtedel av ungdomarna och tonåringarna och upp till 1 % av unga vuxna någon form av ortodontisk behandling. En av de stora utmaningarna inom ortodontisk behandling är långsiktig stabilitet; löstagbara och fasta hållare krävs för att stabilisera den inriktade tandsättningen och förhindra återfall efter behandling. De flesta avtagbara hållarna är konstruerade av polymetylmetakrylater (PMMA), som hålls av metallspännen runt de bakre tänderna. Eftersom avtagbara hållare bärs i en fuktig intraoral miljö med fluktuerande pH i minst ett år, kan bakterier och svampar ackumuleras på eller inuti hållarna i form av plackbiofilmer av flera arter som fungerar som reservoarer för dessa mikroorganismer. Detta kan resultera i ökad förekomst av proximal tandkaries eller oral candidiasis. Dessutom har andra opportunistiska patogener såsom meticillinresistent Staphylococcus aureus identifierats från ortodontiska retainers, vilket potentiellt kan leda till lokal eller systemisk infektion, särskilt hos ortodontiska patienter med komplicerade medicinska störningar. För vuxna patienter har orala mikroorganismer härrörande från löstagbara akrylapparater varit inblandade i bakterier endokardit, lunginflammation, kronisk obstruktiv lungsjukdom och gastrointestinala infektioner. Produktion av flyktiga luktande föreningar av koloniserade mikroorganismer bidrar också till halitosis, vilket påverkar en persons kommunikation och psykologiska välbefinnande.

Ansamling av mikrobiell plackbiofilm på avtagbara ortodontiska apparater och hållare kontrolleras vanligtvis med mekaniska och kemiska medel. Trots sin effektivitet kräver dessa procedurer strikt patientefterlevnad, vilket kanske inte är lätt att uppnå hos dem med begränsad fingerfärdighet. Därför är inkorporering av antimikrobiell aktivitet i ortodontisk akrylharts för att uppnå plackbiofilmsreduktion mycket önskvärt. Konventionella PMMA-baserade antimikrobiella metoder är baserade på urlakning av antimikrobiella medel med liten molekylvikt (t.ex. klorhexidin) i den intraorala miljön, applicering av en antimikrobiell beläggning på ytan av materialet eller inkorporering av antibakteriella silvernanopartiklar i PMMA-hartset. Antimikrobiella polymerer håller snabbt på att bli en ny klass av biomaterial som kan funktionaliseras och bindas till material och dödar mikrober utan att släppa biociderna. För metakrylater har anjoniska och fosfaterade PMMA-polymerer skapats som kan sampolymerisera med PMMA för att skapa akrylhartser med permanenta, icke-läckande antimikrobiella egenskaper.

Katjoniska polymerer innehållande kvartära ammonium- och fosfoniumgrupper har kontaktdödande antimikrobiella aktiviteter. En antimikrobiell och antifungal katjonisk kvartär ammoniummetakryloxisilikatmolekyl (QAMS) har syntetiserats genom sol-gel-reaktion mellan en tetraalkoxisilan och två trialkoxisilaner. Innehåller en metakryloxifunktionell grupp och en lång C-18-kolkedja, QAMS-molekylen är löslig i MMA-monomer och har inkorporerats i PMMA ortodontisk akrylharts. Det QAMS-sampolymeriserade akrylhartset visade förbättrad brottseghet utan att negativt påverka böjmodulen och styrkan hos den ortodontiska akrylen. I tidigare in vitro-studier har ortodontiska akrylhartser innehållande 4-6 % QAMS visat sig ha in vitro omedelbara diffusions- och kontaktdödande antimikrobiella egenskaper när de testats med Streptococcus mutans, Actinomyces naeslundii och Candida albicans. För att undersöka den antimikrobiella hållbarheten hos det QAMS-innehållande akrylhartset, åldrades prover i vatten i 3 månader före utvärdering av deras antimikrobiella aktiviteter. Även efter 3 månaders vattenåldring där eventuella resteffekter av diffusionsdöd helt skulle ha eliminerats, hade det QAMS-innehållande ortodontiska akrylhartset fortfarande antimikrobiell aktivitet mot biofilmer av enstaka arter genererade från de tre mikroberna. Antimikrobiella polymerer utformade för biomedicinska tillämpningar bör också vara minimalt cytotoxiska för värdvävnader. I en tidigare studie undersöktes livsdugligheten hos en odontoblastliknande cellinje härledd från mustandpapiller genom att exponera dessa celler för QAMS-innehållande ortodontisk akrylharts. Resultaten av cellviabilitetsanalyserna visade att det QAMS-innehållande ortodontiska akrylhartset är relativt icke-cytotoxiskt. Den QAMS-innehållande ortodontiska akrylen har fått 510(K) godkännande för marknadsföring av U.S. Food and Drug Administration (FDA). Ändå saknas kliniska prövningar som visar den antimikrobiella potentialen in vivo hos QAMS-innehållande ortodontisk akryl på biofilmer av flera arter.

Även om olika multi-arter orala biofilmmodeller har utvecklats och har bidragit till förståelsen av intraoral mikrobiell vidhäftning och biofilmbildning, har dessa modeller nackdelar genom att de sannolikt inte kommer att replikera variabiliteten och in vivo-dynamiken hos plackbiofilmer. Bortsett från skillnader i strukturella egenskaper mellan biofilmer in vitro och in vivo, tas sällan hänsyn till förekomsten av värdförsvar, såsom antimikrobiella peptider från saliv, i in vitro-biofilmmodeller av flera arter. Mer än 600 mikrobiella arter har identifierats i människans orala mikroflora, varav cirka 280 arter har isolerats i kultur. Således är plackbiofilmsprofiler unika bland individer, som moduleras av olika miljöfaktorer såväl som variabla kvorumavkänningssignaler härledda från intilliggande mikroorganismer. Dessa förvirrande faktorer kan dämpa effektiviteten av antimikrobiella polymerer in vivo. Följaktligen var syftet med denna randomiserade kliniska prövning att fastställa den antimikrobiella effekten in vivo av den FDA-godkända QAMS-innehållande ortodontiska akrylen genom att använda skräddarsydda avtagbara Hawley-hållare som bars intraoralt av rekryterade försökspersoner för att skapa 48-timmars multi- arter plack biofilmer. På grund av den förväntade höga variabiliteten i den mikrobiella sammansättningen av individuella plackbiofilmer, användes en design med delad mun för att minska variabiliteten mellan individer, med procedurer som vidtogs för att minimera oönskade effekter som överförs till varandra. Den testade nollhypotesen var att det inte finns någon skillnad i de antimikrobiella aktiviteterna mellan QAMS-fritt och QAMS-innehållande ortodontisk akrylharts på orala biofilmer odlade in vivo hos människor.