Bioaktiivista lasia sisältävät lasi-ionomeerisementit

Tutkimuksen tarkoitus

Tutkimuksen päätarkoituksena oli selvittää, onko lasi-ionomeerista mahdollista kehittää bioaktiivinen paikkamateriaali korvaamalla osa perinteisen lasi-ionomeerin jauheesta bioaktiivisella lasijauheella. Tutkimuksen toisena tavoitteena oli selvittää onko bioaktiivista lasia sisältävällä lasi-ionomeerilla antimikrobisia ominaisuuksia suun kahta patogeeniä, Streptococcus mutansia ja Candida albicansia, vastaan.

Materiaalit ja menetelmät

Tutkimuksessa kahteen eri kaupalliseen lasi-ionomeerisementtiin (GC Fuji II ja Fuji II LC, GC Corporation, Japani) sekoitettiin bioaktiivista lasia (S53P4, Vivoxid Ltd, Suomi) 10 % ja 30 % jauheen painosta. Kontrolleina toimivat lasi-ionomeerisementit sellaisenaan. Tutkimusmateriaalien kykyä vapauttaa ioneja tutkittiin laboratorio-olosuhteissa simuloidun kudosnesteen avulla. Vapautuneiden ionien saostumista materiaalien pinnalle kartoitettiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla tehdyin pinta-analyysein sekä laboratorio-olosuhteissa tehdyssä kokeessa että kliinisessä eläinkokeessa. Materiaalien mekaaniset ominaisuudet, puristuslujuus ja pinnan kovuus, tutkittiin ISO-standardien mukaisesti. Tutkimusmateriaalien vaikutusta S. mutans ja C. albicans mikrobien kasvuun tutkittiin kiinteillä viljelyalustoilla sekä liuosolosuhteissa.

Tulokset

Tehdyissä tutkimuksissa havaittiin, että sekoitettaessa bioaktiivista lasia lasi-ionomeerisementtiin saadaan aikaiseksi materiaali, joka vapauttaa mineralisaatiossa tarvittavia ioneja. Tutkituista materiaaleista valokovetteisella 30 % bioaktiivista lasia sisältävällä lasi-ionomeerilla oli kyky mineralisoida dentiinikappaleita simuloiduissa kudosolosuhteissa. Mekaanisia ominaisuuksia selvitettäessä havaittiin, että bioaktiivisen lasin lisäys heikentää materiaalien puristuslujuutta. Toisaalta valokovetteisten 30 % bioaktiivista lasia sisältävien tutkimusmateriaalien pintojen kovuusarvot kasvoivat ajan funktiona. Koe-eläimillä tehdyssä tutkimuksessa valokovetteisten 30 % bioaktiivista lasia sisältävien lasi-ionomeerien pinnalle muodostui yhtenäinen kalsiumfosfaattisaostuma. Mineraalisaostumia havaittiin myös täyteaineen ja dentiinin välillä sekä dentiinitubuluksissa. Tehdyissä antimikrobitöissä molemmilla 30 % bioaktiivista lasia sisältävillä materiaaleilla todettiin S. mutansin kasvua estävä vaikutus. Vastaavaa vaikutusta ei havaittu C. albicansin kanssa.

Johtopäätökset

Tutkimuksia, jotka käsittelevät lasi-ionomeerien ja bioaktiivisen lasin komposiittien dentiiniä mineralisoivaa vaikutusta, ei aiemmin ole julkaistu. Merkittävin löydös tässä työssä oli, että valokovetteisilla 30 % bioaktiivista lasia sisältävillä lasi-ionomeereilla on kyky mineralisoida dentiiniä. Kliinisessä käytössä ne soveltuvat parhaiten alueille, missä mineralisaatiota erityisesti tarvitaan mutta missä materiaaleihin kohdistuva mekaaninen rasitus ei ole kovin suuri, kuten esimerkiksi juurikarieksen korjaava hoito tai alustäytteet syvien kariesvaurioiden hoidossa. Kliinisiä jatkotutkimuksia suunnitellaan parhaillaan Turun yliopiston hammaslääketieteen laitoksella.

Taustalla pitkään jatkunut biomateriaalitutkimus

Tutkimus tehtiin Turun yliopiston hammaslääketieteen laitoksen biomateriaalitutkimusryhmässä, jonka tavoitteena on kehittää ja tutkia hammaslääketieteen ja lääketieteen käyttöön soveltuvia uusia biomateriaaleja. Tutkimus on osa Suomen Akatemian, TEKESin ja yliopistojen rahoittamaa Bio- ja nanopolymeerien huippuyksikkötutkimusta. Yksikön yhtenä päämääränä on kehittää bioaktiivisia molekyylejä ja kovakudosten paranemisessa tarvittavia ioneja vapauttavia tuotteita.

Glass polyalkenoate cements containing bioactive glass

The aim of this series of studies was to evaluate the possibility of forming a mineralizing dental restorative material with glass ionomer cements (GIC), containing bioactive glass (BAG) focusing on their mechanical, chemical and antimicrobial properties.

Experimental GIC-BAG-materials were made by mixing 10- or 30-wt% of BAG particles with conventional-cure and resin-modified GIC powders. GICs without BAG particles were used as control materials. The release of ions from the materials into simulated body fluid was determined. The precipitation of minerals, suggesting bioactivity of the material, on the surfaces of the study materials was evaluated with SEM both under laboratory conditions and in vivo. Mechanical properties of GICs were characterized according to ISO standards. The antimicrobial effect using Streptococcus mutans and Candida albicans was also evaluated.

It was found that GICs containing BAG were able to create signs of bioactivity. Resin-modified GICs containing 30-wt% of BAG were found to have the ability to initiate mineralization on dentin surface in vitro. The mechanical properties of the materials decreased with the increasing quantity of BAG, whereas, the surface microhardness of resin-modified GICs containing 30-wt% of BAG increased with time. Both of the GICs containing 30-wt% BAG inhibited the growth of S. mutans. There was no growth inhibition against C. albicans. The resin-modified GICs containing 30-wt% of BAG showed uniform CaP-surface formation on the GIC restorations in vivo. Mineral depositions in the close vicinity of the restoration-dentin interface, as well as signs of existing CaP precipitation in deeper parts of dentine tubules were found.

It can be concluded that resin-modified GICs containing 30-wt% of BAG have the potential to mineralize dentin. These materials could be used in dental applications where an enhanced mineralization effect is desired, but where high mechanical strength is not mandatory.

Osajulkaisut

I Yli-Urpo H, Lassila LVJ, Närhi T, Vallittu PK. Compressive strength and surface characterization of glass ionomer cements modified by particles of bioactive glass. Dent Mater 2005; 21: 201–209.

II Yli-Urpo H, Väkiparta M, Forsback A-P, Vallittu PK, Närhi TO. Release of silica, calcium, phosphorus and fluoride from glass ionomer cement containing bioactive glass. J Biomater Appl 2004; 19: 5–20.

III Yli-Urpo H, Söderling E, Vallittu PK, Närhi T. pH changes induced by bioactive glass ionomer cements. Key Engineering Materials 2004; 254–256: 599–602.

IV Yli-Urpo H, Närhi T, Söderling E. Antimicrobial effects of glass ionomer cements containing bioactive glass (S53P4) on oral micro-organisms in vitro. Acta Odontol Scand 2003; 61: 241–246.

V Yli-Urpo H, Närhi M, Närhi T. Compound changes and tooth mineralization effects of glass ionomer cements containing bioactive glass (S53P4), an in vivo study. Biomaterials, in press

Lämmin kiitos väitöskirjatyötä taloudellisesti tukeneille: Suomen Hammaslääkäriseura Apollonia ry, Suomen Naishammaslääkärit ry, Turun Hammaslääkäriseura, Hilkka Brusiinin rahasto ja Turun Yliopistosäätiö.