洞察多才多艺的牙质粘合剂的发展增加粘结界面的耐久性
伊莎贝尔克里斯蒂娜Celerino德·莫拉埃斯波尔图
1、2、*,
特蕾莎修女德Lisieux)古埃德费雷拉Lobo
1、2,
法瑞斯Raphaela罗德里格斯
1,
罗德里戈·巴罗斯Esteves林家的
1和
马科斯Aurelio Bomfim da Silva)
1
- 1生物材料的表征和分析实验室,牙科学院,联邦大学的阿拉戈斯,巴西
- 2实验室质量控制的药物、药物、食品和生物材料,医药科学研究所、联邦大学的阿拉戈斯,巴西
尽管巨大的改善胶粘剂制造技术在过去50年里,仍有一些未解决的问题的耐久性粘附界面。完全密封树脂之间的界面和牙本质基质仍难以实现,并怀疑一个最佳粘合剂体系的相互扩散在软化胶原框架内可以产生一个完整的和均匀的方式。事实上,建议水解降解,与牙本质基质酶的作用相结合,撼动了tooth-adhesive债券和扰乱了未受保护的胶原原纤维。虽然足够resin-dentin粘附通常是立即实现,结合效率下降。因此,在这里,将进行审查发表的科学论文通过文献调查在过去的几年里呈现策略,提出了改进和/或开发新的胶系统,可以帮助防止退化粘附界面。将特别关注临床新技术或新材料的特点,有助于增加粘合剂的耐久性修复,避免反复替换恢复性增长周期和随之而来的损害牙齿。
介绍
实现一个有效的和完整的边缘密封和临床长寿,理想tooth-restoration界面必须有持久的耐用性。在搪瓷,附着力是由树脂单体聚合在软化区域,创建一个更稳定和更强的粘合界面。resin-dentin债券的耐久性取决于microinterface的质量,所谓的混合层,这是通过渗透和聚合树脂胶粘剂体系的单体通过网络胶原原纤维的行动暴露的牙质表面酸到牙本质小管,因此,每一个组件的抗降解。搪瓷是一个干燥的底物,与羟磷灰石(92% v)的主要组成部分,其矿物阶段,象牙质是相反的,这是一个复杂和湿底物羟磷灰石晶体的平均45% (v), 33% (v)的有机基质,主要是胶原蛋白I型,和水体积的22% (1,2)。
虽然混合层退化的机制尚未完全清楚,这一过程被认为涉及单体的水解降解在富水区域内的混合层,其次是酶行动暴露胶原原纤维与相关影响胶粘剂的完整性的维护界面(3)。许多尝试开发新的功能性胶粘剂限制酶促降解聚合物损伤,抗菌作用了(1,4)。一些策略修改牙质表面,如减少剩余的软化胶原蛋白和应用乙醇,以减少水,似乎有助于提高粘结强度。但是,没有对新材料的合成进展以及改进或修改技术以达到良好的长期结果。
本文讨论了最近的临床技术和材料特性,有助于增加粘合剂的耐久性修复。本研究的目的是提出策略,提出了近年来改善和/或发展的新胶系统,可以帮助防止退化粘附界面。
基质金属蛋白酶抑制剂和胶原蛋白交联剂
基质金属蛋白酶(MMPs)是一组超过25分泌和膜结合酶负责损坏pericellular衬底。牙齿结构的主要有机成分是胶原蛋白,胶原蛋白和基质金属蛋白酶降解和细胞外基质的降解混合层(负责5)。
混合层的有机成分,尤其是胶原蛋白,进行降解的酶活性基质金属蛋白酶,在其他蛋白酶在牙质矩阵(6,7)。当环境的pH值降低到4.5或更少,如在腐烂的过程中,在牙本质表面的酸浸胶过程中,处于潜伏状态被激活的基质金属蛋白酶及其行动引发了降解胶原蛋白的方法,仍暴露下形成的混合层。另一方面,酸性胶系统也可以在牙本质基质诱导基质金属蛋白酶的激活。因此,即使有一个抑制基质金属蛋白酶的一部分暴露去矿化作用的牙质组织,其它基质金属蛋白酶激活的酸性胶(6,8)。
一旦激活,胶原酶裂开三重螺旋胶原蛋白分子为两个四分之一的碎片和中统。第一个四分之一的片段包含c端胶原蛋白分子的一部分,第二个半截含有氨基部分(9)。胶原蛋白失去三重螺旋构象,明胶酶可以降解MMP-2和MMP-9 (10)。MMP-2 MMP-9损害non-helical碎片和减少他们更小的肽片段。胶原蛋白的结合位点,基质金属蛋白酶非常类似于这些酶的催化部位。因此,MMP-2 collagen-binding域和MMP-9结合短段的胶原蛋白α1链(11)。绑定到衬底后,水分子被绑定到锌催化域的攻击衬底,通过质子的转移,促进了乳沟肽(12)。内源性基质金属蛋白酶在牙质矩阵估计绑定到胶原蛋白肽通过hemopexin-like域(金属蛋白酶- 1,MMP-8)和/或其fibronectin-like域(MMP-2 MMP-9) (13)。
研究进行了一些物质,试图抑制基质金属蛋白酶,旨在改善耐久性的粘接界面(14)。然而,问题如MMP抑制剂及其释放的直接性聚合物矩阵保持(15)。合成或天然生物活性制剂,抑制内源性酶中使用的有机胶原蛋白矩阵一直试图生产一种坚固耐用粘结界面(14),洗必泰(CHX)是应用最广泛的(16)。这些化合物可以应用于不同的方式;例如,他们可以被纳入酸浸胶,加入粘合剂系统,或直接应用在牙质表面酸腐蚀后,同时保持接触的牙质表面(14,17- - - - - -27)。
MMP抑制剂法通过不同的机制,如螯合阳离子(17,28,29日),胶原蛋白交联(30.- - - - - -32),和竞争性抑制活性胶原蛋白分子的网站(12,33,34)。在表1修改从德·莫拉埃斯et al。35),不同的技术和材料使用各种类型的MMP抑制剂及其作用机制。许多研究应用CHX作为潜在的基质金属蛋白酶抑制剂(36- - - - - -45)。CHX可以与有机交互组件的牙质矩阵。这种交互发生通过静电力,CHX-protonated胺组之间,矿物磷酸盐,和non-collagenous磷蛋白质,而反过来,是密切相关的胶原原纤维(46)。保护胶原蛋白的完整性在混合层发生的交互与域或半胱氨酸上的巯基CHX位于基质金属蛋白酶的活性部位。这可能扭曲MMP基质分子和防止他们绑定,因此竞争结合钙和锌离子螯合的基质金属蛋白酶,因为行动。如果没有这些离子,基质金属蛋白酶将失去催化活动(47)。在体外研究表明,CHX可以保持胶粘剂的债券耐久性12个月(37,38,44)。然而,临床试验由Araujo et al。(41),Sartori et al。(42),Valerio et al。(40)的结论是,经过2 -,3 -,4年随访,分别添加CHX到self-etch胶粘剂的底漆或应用CHX蚀刻牙质没有提供任何临床优势也没有提高胶粘修复的临床耐久性,与没有CHX组。
表1。基质金属蛋白酶抑制剂和策略来提高稳定性的牙质/树脂粘结[莫拉et al (35)]一个。
近来,其它化合物,如强力霉素2% (56),1,10-phenanthroline (57)、卡托普利(58),ion-releasing填料(59),兰officinalis(印度醋栗或印度醋栗)作为酸性腐蚀剂和MMP抑制剂。印度醋栗汁也有类似的蚀刻效果self-etch胶粘剂在SEM和100%印度醋栗汁抑制MMP-9明胶zymography (60)和一个小说mussel-inspired单体(N - (3 4-dihydroxyphenethyl)甲基丙烯酰胺)(61年),目的是保护恢复之间的粘结材料和牙齿。
聚合物水解
尽管一些研究认为粘附搪瓷是一个可靠的方法,粘附牙质仍然是一项关键的挑战(62年)。粘合剂的亲水性和水含量的差异直接影响接口的耐久性。水的存在起着重要的作用在之前的酸浸技术和self-etching技术。水self-etching系统中一个非常重要的组成部分,它使酸性单体的电离去除矿物质底层搪瓷和/或牙质(63年)。除了水的成分,得组酸性单体的亲水性。因此,不同的水吸附率可以预计不同粘结系统粘结界面由(64年)。更新系统,如通用或多模粘合剂提供的选项选择传统或self-etching结合策略,或另一种策略的“选择性搪瓷蚀刻”和self-etching牙质。尽管组成类似于老self-etching粘合剂、普遍的含有特定功能单体的羧酸盐和/或磷酸,磷酸二氢的一个主要粘合剂是10-methacryloyloxydecyl (10-MDP),具有离子结合象牙质和更有效和稳定的水比其他功能性单体(65年)。
有几个因素参与水的吸附和降解的聚合物,如以下:存储介质的pH值(66年);转换程度(67年);的极性分子结构和存在的羟基可以与水形成氢键交联(68年);残留水的存在和填充粒子的存在和类型(69年)。
水解是在混合层树脂降解的主要原因,随着时间的推移导致粘结强度降低。水渗透聚合物矩阵后,触发化学降解的过程中,导致生成低聚物和单体。水吸附和溶解率由胶粘剂系统聚合后重要的间接确定恢复的寿命和边际质量(28)。它早就知道,水分存在于口服或存储环境的过程中扮演着重要的角色的化学降解聚合物和有害影响resin-dentin接口(70年)。
浸了水的渗透到弱交联胶粘剂债券或亲水性基团。亲水性基团单体/聚合物转换显示有限,因为粘合剂相分离(71年)和一个光疏水性和亲水性之间缺乏兼容性阶段(72年)。不亲水聚合物阶段迅速降解水媒体(73年)。甲基丙烯酸酯结构胶粘剂,hydrolytically易感群体酯和聚氨酯等,以及羟基、羧基和磷酸基(74年),可以通过化学水解和酶促降解在口腔环境中(75年),胶原蛋白矩阵以前由树脂渗透变得易受攻击通过蛋白水解酶(73年)。
胶粘剂系统通常采用以[4 - (2-hydroxy-3-methacryloxypropoxy)苯基]丙烷(Bis-GMA)作为基单体和低粘度2-hydroxyethyl丙烯酸甲酯(-)作为单体稀释剂提高材料质量和处理属性和确保适当的牙质渗透(76年)。然而,胶粘剂耐用性和保护能力往往受到失败的牙齿/恢复界面(77年,78年)。增加耐用性和毒性的问题需要更持久的牙科产品的开发没有Bis-GMA /丙烯酸-胶系统。
已经提出新的单体和聚合系统绕过水解的过程- Bis-GMA /系统(79年),例如,三甘醇vinyl-benzyl-ether单体(TEGBE),这是一个hydrolytically稳定ether-based单体(80年)。这种化合物有一个哑铃状两亲性结构,核心和两个疏水亲水vinyl-benzyl组。其聚合机制不扩散的限制,提供了一个更高程度的转换(81年)。歌等。68年)。显示,功能性单体甲基丙烯酸氨基硅烷酯(ASMA)能够同时采取co-monomer和co-initiator能力开发一个简化的胶粘剂,达到更大的耐用性和机械性能。
系统与抗菌活性的粘合剂
添加抗菌物质牙胶可以改善tooth-restoration键(82年),抑制其他细菌的生长和增殖(82年,83年),而预防的新的微生物,甚至限制因素的影响开始牙科胶粘剂的化学和酶促降解(84年)。结果,耐久性tooth-restoration界面的增加和减少继发龋。
寻找材料的抗菌性能导致新的牙科胶粘剂与抗菌药物的发展,与无机填充剂、改性单体、添加剂结合在聚合物基体和填料粒子(85年- - - - - -87年氧化锌纳米颗粒等)(88年),携带两性霉素B的二氧化硅纳米粒子(89年),银纳米粒子(90年- - - - - -92年)、改性单体含有季铵(93年),类黄酮(94年,95年)、植物提取物(94年,96年),金纳米粒子(97年)、磷酸钙(87年,98年)、氧化锌(99年),二氧化钛(One hundred.,101年)。•阿吉亚尔et al。(102年)编制各种研究在商用抗菌粘合剂(Clearfil™SE保护债券/ MDPB格鲁玛2键/戊二醛,高峰环球债券/洗必泰)和实验材料或商业胶粘剂改性抗菌药物,包括材料甲基丙烯酸与季铵酯(QAM)、二甲胺甲基丙烯酸十二烷基酯(DMADDM)和二甲胺hexa-decyl丙烯酸甲酯(DMAHDM),银纳米粒子(唠叨),二氧化钛(TiO2),氧化锌2)、银或积极zinc-doped生物活性玻璃(袋),钛,和碘化铜,和化合物如三氯生,槲皮素,葡萄籽萃取物,进行了分析。与对照组相比,所有这些测试化合物显示所有测试的最佳效果的抑制病原体,单层细菌和生物膜没有任何不利影响的物理化学和力学性能上胶系统。
银纳米粒子,纯或与其他物质混合,进行测试。的银纳米粒子在牙科粘合剂证明特定的抗菌活动tooth-restoration接口(103年,104年)。2020年,Munchow et al。(83年)两种处理方法(电纺和cryomilling)获得生物活性填料基于纤维包含一个强大的MMP抑制剂,强力霉素,抗菌和金属蛋白酶抑制剂的性质。填料是用于获得生物活性胶粘剂与抑制基质金属蛋白酶和抗菌活性的潜力变异链球菌和乳物理机械性能的前提下,或键的强度(12个月)。
细菌抵抗银是难以实现,因为它多种抗菌机制(105年):(a)与维持生命的酶和电子传递系统的阻塞在细菌(106年)和硫醇基的酶去活化,导致细菌细胞死亡(107年);(b)绑定到细菌细胞细胞壁与细胞膜或交互。这可以抑制机体的运动或膜的泄漏或破裂触发(107年,108年)(c)渗透细胞内和细胞内结构的损伤(空泡,线粒体核糖体)和生物分子(蛋白质、脂类和DNA) (109年);和(d)的形成一个有机金属复杂当银离子结合的氨基酸。因此,银离子可以在细菌细胞内生成当这个有机金属复杂的分解。银离子的积累在细胞可以灭活细菌DNA和RNA,它可以破坏,细胞膜破裂,导致细胞死亡(110年)。
与潜在的仿生补充矿质结合剂
努力帮助补充矿质牙科组织是一个理想的属性在牙质粘合剂。仿生补充矿质被认为是替代恢复方法,目前是微创手术。因此,选择性龋齿组织去除已成为临床现实在深腔软化牙质的纸浆地区和密封与修复(111年)。
附着在这个意义上,是一个临床的挑战,因为传统胶粘剂粘结强度较低时应用于软化或受污染的牙质,因为这可以只是部分渗透牙质层树脂单体(112年),成为更容易水解或酶促降解,这可能会妥协的耐用性复合树脂修复(113年,114年)。
因此,生物活性修复材料的发展能够remineralizing mineral-depleted网站dentin-adhesive接口是牙科研究的主要目的之一(112年,115年- - - - - -117年)。
研究用生物活性玻璃纳入实验提供矿物粘合剂增益,增加了显微硬度,更好的密封resin-dentin接口(112年,115年)。机制是基于能力释放Si(哦)4生物活性玻璃,与胶原蛋白结合暴露的酸腐蚀和聚合成一个SiO吸收剂2丰富的层。该层可以帮助无定形磷酸钙沉淀(118年非化学计量磷灰石)和随后的转换(119年)。此外,矿产丰富的碱性环境中可以允许一个凝结的Si(哦)4和降水的Ca2 +和阿宝4−3,这可以帮助使陈腐金属蛋白酶和组织蛋白酶和减少他们的蛋白水解活性(28,120年)。
也发现,材料的使用可以减少锌metalloproteinase-mediated在低渗透混合层和蛀牙本质胶原降解,保护敏感在软化牙本质胶原乳沟网站(121年,122年),锌离子作为抑制剂MMP-2和MMP-9 (123年)。
使用酪蛋白phosphopeptide-amorphous磷酸钙(CPP-ACP)可能会增加长寿的dentin-resin接口(124年- - - - - -126年通过释放)、沉积和稳定的梯度与高浓度的钙和磷酸盐离子牙(127年)。
自组装肽P11−4(CH3CO-QQRFEWEFEQQ-NH3)是设计成β-sheet-forming肽组装成层次结构,应对环境诱因,导致形成的三维仿生支架的成核羟磷灰石,由于阴离子组出现在P11−4侧链吸引钙离子诱导的层次化沉淀钙磷酸盐在预制支架(128年,129年)。自组装肽可能控制羟磷灰石晶体的沉积和生长在搪瓷(130年- - - - - -132年)。P的行为和性能11−4在牙质已经被描述(125年,126年,133年),可能是一个有前途的方法治疗caries-affected牙质,增加粘结修复的长寿。
氟化钠也被证明是一个可能的化学基质金属蛋白酶抑制剂(134年,135年)。然而,Moreira et al。(126年)没有检测键的强度的增加在使用氟化钠与CPP-ACP和肽相比P11−4。
的完整补充矿质caries-affected牙质仍然是一个挑战,但仿生补充矿质策略建议,可以促进矿物沉淀在混合层,减少胶原蛋白降解。然而,需要更多的研究来确定可行的临床协议和确定他们的长期疗效。
清除残余水决不能胶原蛋白
众所周知,条件搪瓷树脂材料的粘附是明显高于牙质,主要归因于每个基质的特征(136年)。牙质混合层中的水的存在在聚合干扰杂化的质量在这层(137年),可引起水解降解(138年),一个低质量的机械性能(138年)和nanoleakage (139年)。
由于这些问题的存在相关的水混合层,包含溶剂胶系统和更少的亲水单体残余水清除者优先(139年,140年)。溶剂的类型在这些系统是最常用的乙醇,丙酮和水。乙醇与残余水通过氢键结合,增加蒸发率,比水更有效的溶剂。另一方面,溶剂含有丙酮显示承诺在一个简化的胶粘剂性能系统,它使用一个瓶含有亲水和疏水单体在一起(141年)。此外,丙酮包含更高的蒸汽压除了water-chasing效应,这被认为是诱发更大的残余水(142年)。然而,这两种溶剂的应用在具有挑战性的临床情况下,如non-carious宫颈病变,收益率相同相似的临床表现和存活率(143年)。
另一种技术来消除残余水叫做“乙醇湿粘结,”,这是应用于蚀刻和冲洗牙质,诱导更换水乙醇。这样,乙醇进行化学脱水的过程中,增加纤维间的空间,因为额外的纤维间收缩和减少胶原蛋白的亲水性矩阵(139年)。然而,有必要指出,这种技术并不是一个新的(144年)。在一段时间内,科学文献提出了体外研究评估这种技术,显示出良好的和有前景的结果(144年,145年)。然而,当乙醇湿结合应用于体内研究或临床试验,结果不承诺(50)。因此,声音牙质的存在与一个常数渗透率通过牙本质小管是一个持续的挑战完全删除的残余水乙醇(50,147年)。
其他胶粘剂技术具有相同目标提出:应用程序多个粘合剂层或层疏水性树脂的代理和吹气法与高强度胶粘剂可能性报告在文献中是可行的(147年)。同样,极性非质子溶剂,二甲亚砜(DMSO),提出了作为一个组件,提高胶粘剂渗透,减少残余水从resin-dentin接口,从而提高树脂材料之间的粘结强度和蚀刻牙质(148年)。
是有关强调胶系统和应用程序的评估技术,从etch-and-rinse(由三个或两个步骤)用湿牙质衬底,如前所述,self-etch胶粘剂系统由两个或两个单步()和通用,允许在干燥的衬底,免费从水分(149年,150年)。基于短期的随机临床试验,因此,self-etch和etch-and-rinse胶粘剂系统应用与多个外套似乎产生令人满意的临床表现(149年,151年)。也观察到在长期临床试验(13年),根据范Djiken研究中,连续的所有胶系统评估和类似的粘结退化non-carious宫颈病变是证明(152年)。
为进一步研究结论和观点
胶粘剂系统改善了多年来关于牙科衬底,形成互动的材料成分,和技术。即便如此,增加耐久性的粘接界面仍然是一个挑战。措施改善牙科粘结系统提出了审查已经由需要充分利用材料来解决问题,如酶和水解降解,保护胶界面的结合强度随着时间的推移,和开发新的生物活性产品。
有一个巨大的潜在发展的更好,更强,化学和生物材料制成的故意来源于可再生生物资源,如天然聚合物、蜂胶、植物油、植物提取物、树脂、和生物活性的化合物。然而,访问研究在实验室环境,在很短的时间内。即使有出色的实验的结果,在不同基质材料需要进一步临床研究(声音和腐烂的牙质,擦伤和僵化的牙质)在更长一段时间在一个具有挑战性的口腔环境,这样可以实现更好的结果和提出证据验证。
作者的贡献
ICCMP构思最初的草案。ICCMP、TLGFL RFR RBEL, mab讨论初稿写的手稿,以及所有在本文作者处理一个特定的主题,导致文献搜索,分析,解释,和写作的手稿。所有作者的文章和批准提交的版本。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
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关键词:牙科材料、牙质粘连、混合层退化,牙科粘合剂配方,结合代理
引用:波尔图ICCM, Lobo TLGF,罗德里格斯射频,林家的RBE和da Silva马伯(2023)洞察多才多艺的牙质粘合剂的发展增加粘结界面的耐久性。前面。凹痕。地中海4:1127368。doi: 10.3389 / fdmed.2023.1127368
收到:2022年12月19日;接受:2023年1月23日;
发表:2023年2月16日。
编辑:
Josette卡米尔英国伯明翰大学审核:
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*函授:伊莎贝尔克里斯蒂娜Celerino德·莫拉埃斯波尔图isabel.porto@foufal.ufal.br
专业:这篇文章提交到牙科材料、牙科医学科学前沿》杂志上的一个部分雷竞技rebat