5.5 Biokompositers unikke egenskaber og tilpasningsevne
Biokompositter er blevet stadig mere populære i tandplejen på grund af deres forskellige ønskværdige egenskaber såsom mekaniske egenskaber, biokompatibilitet, bioaktivitet, antibakteriel aktivitet, carieshæmmende og regenererende aktiviteter, vedhæftning til tandstrukturen, let at anvende og høj æstetisk værdi. Biokompositter omfatter et så stort antal materialer, at forfatterne kun kan diskutere nogle af dem som eksempler her.
Interaktioner mellem forskellige faser (f.eks. kontinuerlige og diskrete) af biokompositter bestemmer deres mekaniske, fysiske eller biologiske opførsel i levende miljø. Størrelse, type og vægtfraktion af uorganiske fyldstofpartikler har en betydelig effekt på bøjningsstyrke, sejhed og overfladehårdhed af PMMA (Nejatian et al., 2006). Denne effekt ses i PMMA-baserede knoglecementer, hvor knoglepartikler øger cementets træthedslevetid og stivhed (Park et al., 1986). På samme måde inducerer fiberkompositknogleplader og femurstammer ikke blot bedre heling, men udviser også højere modstandsdygtighed end metalmodstykker (Jockisch et al., 1992).
Biokompatibilitet er en af de vigtigste egenskaber ved biokompositter, men det er ikke ligetil at definere dette begreb. Definitionen af biokompatibilitet er blevet udviklet gennem årene i takt med, at biomaterialer anvendes til forskellige formål på forskellige steder i menneskekroppen. Desuden kan interaktionerne mellem materialer og biologiske miljøer forårsage en lang række lokale og systemiske reaktioner, som kan vurderes som helbredende, neutrale eller giftige i en bestemt tilstand. Der hersker derfor stadig stor usikkerhed omkring definitionen af biokompatibilitet. Ifølge David Williams’ seneste definition
Biokompatibilitet henviser til et biomaterials evne til at udføre sin ønskede funktion i forbindelse med en medicinsk behandling uden at fremkalde uønskede lokale eller systemiske virkninger hos modtageren eller modtageren af denne behandling, men ved at generere den mest hensigtsmæssige gavnlige celle- eller vævsrespons i den specifikke situation og optimere den klinisk relevante effekt af denne behandling
(Williams, 2008).
Biomaterialer såsom HAp, calciumfosfater (β-TCP og TTCP) wollastonit glaskeramisk keramik (Saadaldin og Rizkalla, 2014) og bioaktive glas kan fremkalde bioaktivitet og knoglebindingsevne i neutral keramik eller titanlegeringer (Ducheyne og Qiu, 1999; Tanzer et al., 2004). Bioaktivitet er materialers evne til at inducere et specifikt biologisk respons. Osteokonduktivitet, ikke-toksicitet, ikke-inflammatorisk og ikke-immunogenitet er de andre egenskaber ved HAp, som har gjort det til en populær bestanddel af restaurative og regenerative materialer (LeGeros, 1991). Bioglas stimulerer osteoblastproliferation og osteogenese ved genudtryk og frigivelse af calcium-, fosfor- og siliciumioner.
Baseret på nedbrydeligheden af enten matrix- eller fyldstofpartikler klassificeres biokompositter som bionedbrydelige, delvist bionedbrydelige og ikke-nedbrydelige. Væveteknologiske stilladser og resorberbare suturer er eksempler på bionedbrydelige biokompositter. PMMA-baserede knoglecementer med bionedbrydelige HAp-fyldepartikler er delvist bionedbrydelige biokompositter, som udgør en matrix for knoglemodstand. HAp har osteokonduktive og osteoinduktive egenskaber, hvilket betyder, at de ikke kun tjener som et stillads for allerede eksisterende osteoblaster, men også vil fremkalde dannelse af nye osteoblaster (Barbieri et al., 2010; Kumar et al., 2013). Bredt anvendte resin- (polymer)-baserede restaurerende og forebyggende kompositter i tandplejen er eksempler på ikke-bionedbrydelige biokompositter. Disse er fremstillet af polymermatrix såsom UDMA, Bis-GMA og PMMA, blandet med ikke-bionedbrydelige fyldstofpartikler. Fyldepartiklerne reducerer polymerisationskrumpningen, øger slidstyrken, forbedrer styrken og reducerer kompositternes vandsorption. Som følge heraf bevarer harpikskompositterne form, størrelse og udseende sammen med deres mekaniske og fysiske egenskaber i hele deres levetid (Lewandrowski et al., 2002). Selv om disse polymerer anses for at være cytotoksiske eller allergifremkaldende i uomdannet form og kan forårsage utilsigtede reaktioner, især blandt tandlægepersonalet (Scott et al., 2004; Moharamzadeh et al., 2007), er de neutrale og sikre, når de er polymeriseret. Biokompositter med polymermatrix er korrosionsbestandige og har en højere æstetisk værdi i forhold til metallegeringer. De udviser også bedre træthedsstyrke og brudstyrke sammenlignet med keramik (Furtos et al., 2013); de er dog ikke så radiopake som metallegeringer eller keramik (Furtos et al., 2012).
En gruppe bioaktive dentale kompositter er blevet udviklet til at reducere cariesaktivitet enten ved at undertrykke skadelig aktivitet af orale bakterier eller øge tandstrukturens syrebestandighed. Bioaktivt glas, der indeholder 45S5 BAG-fyldstoffer, introduceres som pit- og fissurforseglinger på grund af karieshæmmende aktiviteter og acceptable mekaniske og fysiske egenskaber (Yang et al., 2013). Glasionomer, harpiks-modificeret glasionomer og kompomerer er andre eksempler på restaurationsmaterialer med kompositstruktur, som kan lagre og frigive fluorid i det orale miljø (Wiegand et al., 2007). Fluoridionen kan erstatte hydroxid i HAp-krystallen og danne mere syrebestandig fluoroapatit, lette remineralisering af emaljen og hæmme metabolismen af kariogene bakterier som Streptococcus mutans (Buzalaf et al., 2011). Knoglecementer kan indeholde antibakterielle midler enten i form af antibiotika som gentamicin, tobramycin, vancomycin og cephazolin (Bistolfi et al., 2011) eller i form af fyldstofpartikler som f.eks. sølvnanopartikler eller calciumhydroxidpartikler (se afsnit nedenfor). Sølvnanopartikler har vist sig at have antimikrobiel aktivitet mod nogle af de skadelige bakteriestammer og svampe såsom Candida albicans (Mocanu et al., 2014).
Heling og regenerering af blødt og hårdt væv har altid været hovedfokus for biomaterialevidenskab. Det mest populære eksempel på et materiale med en sådan evne er sandsynligvis calciumhydroxid, der indgår som hovedingrediens i nogle af de rutinemæssigt anvendte pulpafdækningsprodukter og rodkanalforseglere for at fremkalde dentinogenese. Disse anvendes til enten at forsegle og beskytte udsat vitalt pulpavæv og give mulighed for rodmodning eller lukning (apexogenese og apexifikation). De hydroxyioner, der frigives fra denne cement, inducerer en alkalisk pH-værdi, hvilket forårsager en væskeafgivende nekrose i den overfladiske del af pulpa, mens det dybere område af pulpa bevarer en neutral pH-værdi og stimulerer dannelsen af hårdt væv. Desuden undertrykker det alkaliske miljø den bakterielle aktivitet. Mineral trioxidaggregat er et andet eksempel på disse materialer, som blev introduceret af Torabinejad et al. (1993) som et materiale til pulpafdækning, rodkanalfyldning, perforationsreparation, apexificering, apikale barrierer og revaskularisering (Nagy et al., 2014). Desuden anvendes kompositter af bioaktive materialer, såsom bioglas eller biokeramik, som belægning for at forbedre osteointegration af titan og titanbaserede implantater (Ning og Zhou, 2002; Chu et al., 2006). Det skal bemærkes, at ikke kun sammensætningen, men også biomaterialernes strukturelle og overfladekarakteristika kan også påvirke vævsresponsen. For eksempel tillader kun porøse materialer med porestørrelse større end 150 µm, når de anvendes i implantater, vævsindvækst (Li et al., 1994; Simmons et al., 1999).
Adhæsion til tandstrukturen er en anden ønskværdig egenskab ved de restaurerende materialer. Glasionomer og harpiks-modificeret glasionomer er eksempler på materialer med en sådan egenskab. Deres binding sker gennem mikroretention og kemisk binding til Ca-ioner i tandstrukturen (Almuhaiza, 2016). Derimod mangler konventionelle harpikskompositter denne egenskab; derfor har de brug for et adhæsivt middel til fastholdelse. Nyudviklede selvklæbende harpikskompositter viste lovende in vivo resultater; der er dog kun få tilstrækkelige kliniske beviser (Makishi et al., 2015). Kompomerer har en svag binding til tandstrukturen, som kun er tilstrækkelig til at fastholde små restaurationer i områder med lav belastning. Generelt har tandbindingsevnen elimineret behovet for destruktive retentionselementer i kavitetsforberedelsen og åbnet dørene for mindre invasive restaureringer.
Keramik og polymerbaserede kompositter er ved at blive de mest populære restaurationsmaterialer, primært på grund af deres gradvist forbedrede æstetiske værdi, holdbarhed og mekaniske egenskaber. De er nemme at anvende med forskellig nuance og translucens for at efterligne den naturlige tandfarve eller maskere de misfarvede tænder. Polymerkompositter kan hærde direkte gennem enten kemisk eller lysaktiveret polymerisering. Selv om polymeriseringskrumpning kan udgøre en belastning for restaurationen og tandbindingsoverfladen, hvilket kan føre til mikrolækage og tilbagevendende caries, kan det i de fleste tilfælde kontrolleres pålideligt ved korrekt valg af case og applikationsteknik.