含季铵甲基丙烯酰氧基硅酸盐的丙烯酸树脂

全球对正畸护理的需求不断增加。 在美国，大约五分之一的青少年和高达 1% 的年轻人正在接受某种形式的正畸治疗。 正畸治疗的主要挑战之一是长期稳定性；需要可移动和固定的保持器来稳定对齐的牙列并防止治疗后复发。 大多数可摘保持器由聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 制成，由后牙周围的金属扣固定。 由于可摘保持器在 pH 值波动的潮湿口腔内环境中佩戴至少一年，因此细菌和真菌可能会以多种菌斑生物膜的形式在保持器上或内部积聚，充当这些微生物的储存库。 这可能导致近端龋齿或口腔念珠菌病的发生率增加。 此外，其他机会性病原体如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌已从正畸保持器中鉴定出来，这可能导致局部或全身感染，特别是在患有复杂疾病的正畸患者中。 对于成年患者，来自可拆卸丙烯酸矫治器的口腔微生物与细菌性心内膜炎、肺炎、慢性阻塞性肺病和胃肠道感染有关。 定殖的微生物产生的挥发性气味化合物也会导致口臭，从而影响人的交流和心理健康。

可摘正畸器具和保持器上的微生物菌斑生物膜积聚通常通过机械和化学方法控制。 尽管它们有效，但这些程序需要严格的患者依从性，这对于灵活性受限的人来说可能不容易实现。 因此，非常需要在正畸丙烯酸树脂中加入抗菌活性以减少牙菌斑生物膜。 传统的基于 PMMA 的抗菌方法是基于浸出小分子质量的抗菌剂（例如 洗必泰）进入口腔内环境，在材料表面应用抗菌涂层或将抗菌银纳米粒子掺入 PMMA 树脂中。 抗菌聚合物正迅速成为一类新型生物材料，可以将其功能化并束缚在材料上并在不释放杀生物剂的情况下杀死微生物。 对于甲基丙烯酸酯，阴离子和磷酸盐化的 PMMA 聚合物已经被创造出来，它们可以与 PMMA 共聚，从而创造出具有永久性、非浸出抗菌特性的丙烯酸树脂。

含有季铵和鏻基团的阳离子聚合物具有接触杀灭抗菌活性。 通过四烷氧基硅烷和两个三烷氧基硅烷之间的溶胶-凝胶反应合成了一种抗菌和抗真菌阳离子季铵甲基丙烯酰氧基硅酸盐分子 (QAMS)。 QAMS分子含有一个甲基丙烯酰氧基官能团和一个长的C-18碳链，可溶于MMA单体，并已被纳入PMMA正畸丙烯酸树脂中。 QAMS 共聚丙烯酸树脂表现出更高的断裂韧性，而不会对正畸丙烯酸的弯曲模量和强度产生不利影响。 在之前的体外研究中，当对变形链球菌、内氏放线菌和白色念珠菌进行测试时，发现含有 4-6% QAMS 的正畸丙烯酸树脂具有体外即时扩散和接触杀灭抗菌特性。 为了研究含有 QAMS 的丙烯酸树脂的抗菌耐久性，在评估其抗菌活性之前，将样品在水中老化 3 个月。 即使经过 3 个月的水老化（其中扩散杀灭的任何残余影响都已完全消除），含有 QAMS 的正畸丙烯酸树脂仍然对三种微生物产生的单一物种生物膜具有抗菌活性。 为生物医学应用而设计的抗微生物聚合物也应该对宿主组织具有最小的细胞毒性。 在之前的一项研究中，通过将这些细胞暴露于含有 QAMS 的正畸丙烯酸树脂来检查源自小鼠牙乳头的成牙本质细胞样细胞系的生存能力。 细胞活力测定的结果表明，含有 QAMS 的正畸丙烯酸树脂相对无细胞毒性。 含有 QAMS 的正畸丙烯酸已获得美国食品和药物管理局 (FDA) 的 510(K) 上市许可。 然而，缺乏临床试验来证明含有 QAMS 的正畸丙烯酸在多物种生物膜上的体内抗菌潜力。

尽管已经开发了各种多物种口腔生物膜模型并有助于理解口腔内微生物粘附和生物膜形成，但这些模型的缺点在于它们不太可能复制斑块生物膜的可变性和体内动力学。 除了体外和体内生物膜之间结构特征的差异外，在体外多物种生物膜模型中很少考虑宿主防御（如唾液中的抗菌肽）的存在。 在人类口腔微生物区系中已鉴定出 600 多种微生物，其中约 280 种已在培养中分离出来。 因此，斑块生物膜概况在个体中是独一无二的，受到不同环境因素以及来自邻近微生物的可变群体感应信号的调节。 这些混杂因素可能会降低抗菌聚合物在体内的功效。 因此，本随机临床试验的目的是确定 FDA 批准的含有 QAMS 的正畸丙烯酸的体内抗菌功效，方法是使用定制的可拆卸 Hawley 固定器，这些固定器由招募的受试者在口腔内佩戴，以产生 48 小时多-物种斑块生物膜。 由于预计单个菌斑生物膜的微生物组成具有高度可变性，因此使用分口设计来减少受试者间的可变性，并采取措施最大限度地减少不需要的交叉效应。 测试的零假设是，不含 QAMS 和含有 QAMS 的正畸丙烯酸树脂对人类受试者体内生长的口腔生物膜的抗菌活性没有差异。