Biocompatibility

5.5 Biocompositesのユニークな特性と適応性

バイオコンポジットは、機械特性、生体適合性、生体活性、抗菌活性、う蝕抑制・再生活性、歯質との接着、使いやすい、高い審美価値などの様々な望ましい特性から歯科の分野でますます人気が高くなってきています。 バイオコンポジットには非常に多くの材料が含まれるため、ここではその一部のみを例として説明します。

バイオコンポジットの異なる相間（例えば、連続と不連続）の相互作用は、生活環境における機械的、物理的、または生物学的な挙動を決定します。 無機フィラー粒子のサイズ，種類，重量分率はPMMAの曲げ強度，靭性，表面硬度に大きな影響を与える（Nejatianら，2006）． この効果は、PMMAベースの骨セメントで見られ、骨粒子はセメントの疲労寿命と剛性を高める（Parkら、1986）。 同様に、繊維複合材骨プレートと大腿骨ステムは、治癒をよりよく誘導するだけでなく、金属製の対応物よりも高い弾性を示します（Jockischら、1992）。

HAp、リン酸カルシウム（β-TCPおよびTTCP）ウォラストナイトガラスセラミックス（サーダルディンおよびリズカラ、2014）、および生物活性ガラスなどの生物材料は、中性セラミックスまたはチタン合金の生物活性および骨結合能を誘導することができる（DucheyneおよびQiu、1999；タンザー（Tanzer）ら、2004）。 生体活性とは、材料が特定の生体反応を誘導する能力のことである。 骨伝導性、非毒性、非炎症性、非免疫原性は、HApのその他の特性であり、修復材料や再生材料の構成要素として広く用いられるようになった（LeGeros, 1991）。 バイオグラスは、遺伝子発現とカルシウム、リン、シリコンイオンの放出により、骨芽細胞の増殖と骨形成を促進する。

マトリックスまたはフィラー粒子のいずれかの分解性に基づいて、バイオコンポジットは生分解性、部分生分解性、非分解性に分類される。 生分解性バイオコンポジットの例として、組織工学用足場材や再吸収性縫合糸がある。 生分解性HApフィラー粒子を含むPMMAベースの骨セメントは、部分的に生分解性のバイオコンポジットであり、骨に対抗するためのマトリックスを提供するものである。 HApは、骨伝導性および骨誘導性を有するため、現在存在する骨芽細胞の足場となるだけでなく、新たな骨芽細胞の形成を誘発する（Barbieriら、2010年；Kumarら、2013年）。 歯科で広く使用されているレジン（ポリマー）ベースの修復用および予防用コンポジット材は、非生分解性バイオコンポジットの例である。 これらは、UDMA、Bis-GMA、PMMAなどのポリマーマトリックスに非生分解性フィラー粒子を混合したものである。 フィラー粒子は、重合収縮の低減、耐摩耗性の向上、強度の向上、複合材料の吸水性の低減を実現する。 その結果、樹脂複合材料は耐用年数の間、形状、寸法、外観、および機械的・物理的特性を維持することができる（Lewandrowskiら、2002年）。 これらのポリマーは、未反応の状態では細胞毒性またはアレルギー性であると考えられており、特に歯科スタッフの間で不注意な反応を引き起こすことがあるが（Scottら、2004；Moharamzadehら、2007）、重合後は中性で安全なポリマーである。 ポリマーマトリックスを用いたバイオコンポジットは、金属合金と比較して耐食性に優れ、高い審美性を有しています。 しかし、金属合金やセラミックスほど放射線不透過性ではありません（Furtos et al. 45S5 BAGフィラーを含む生体活性ガラスは、齲蝕抑制作用と許容できる機械的および物理的特性から、ピットおよびフィシャーシーラントとして導入されている（Yangら、2013年）。 グラスアイオノマー，レジン添加型グラスアイオノマー，コンポマーは，複合構造を有する修復材料の他の例であり，口腔内環境においてフッ化物を貯蔵・放出できる（Wiegandら，2007）． フッ化物イオンがHAp結晶中の水酸化物を置換し、より耐酸性の高いフルオロアパタイトを形成し、エナメル質の再石灰化を促進し、Streptococcus mutansなどの虫歯菌の代謝を抑制することができる（Buzalaf et al.，2011）。 骨セメントは、ゲンタマイシン、トブラマイシン、バンコマイシン、およびセファゾリンなどの抗生物質の形態（Bistolfiら、2011）、または銀ナノ粒子もしくは水酸化カルシウム粒子などの充填剤粒子の形態（以下の段落参照）のいずれかで抗菌剤を含んでもよい。 銀ナノ粒子は、いくつかの有害な細菌株およびカンジダ・アルビカンスなどの真菌に対して抗菌活性を有することが示されている（Mocanu et al.、2014）＜60＞＜8611＞軟組織および硬組織の治癒および再生は、常に生体材料科学の主要焦点となっている。 そのような能力を持つ材料のおそらく最も一般的な例は、水酸化カルシウムであり、日常的に使用されるパルプキャッピングおよび根管シーラーのいくつかの主成分として組み込まれ、象牙質形成を誘発する。 これらは、露出した重要な歯髄組織を封鎖して保護し、根の成熟や閉鎖の機会を与えるために用いられる（アペックス形成とアペックス化）。 このセメントから放出されるヒドロキシイオンがpHをアルカリ性にし，歯髄表層部の液状化壊死を引き起こすが，歯髄深部はpHを中性に保ち，硬組織形成を促進させる． また、アルカリ性の環境は細菌の活動を抑制する。 三酸化ミネラル骨材もその一例であり、Torabinejadら（1993）により、パルプキャッピング、根管充填、穿孔修復、アペックス化、アピカルバリア、再灌流用の材料として紹介された（Nagyら、2014）。 また、チタンやチタン系インプラントのオステオインテグレーションを改善するためのコーティングとして、バイオグラスやバイオセラミックスなどの生体活性材料のコンポジットが使用されている（Ning and Zhou, 2002; Chu et al, 2006）。 組成だけでなく、バイオマテリアルの構造および表面特性も組織反応に影響を与える可能性があることに留意する必要がある。 例えば、インプラントに使用される場合、150μm以上の孔径を持つ多孔質材料のみが、組織の浸潤を可能にする（Li et al.1994; Simmons et al.1999）。 グラスアイオノマーやレジン添加型グラスアイオノマーは、そのような機能を有する材料の一例です。 これらの接着は、歯質中のCaイオンとの微小保持と化学結合によるものである（Almuhaiza, 2016）。 一方、従来のレジンコンポジットはこのような性質がないため、保持のために接着剤が必要である。 新しく開発された自己接着性レジンコンポジットは、生体内で有望な結果を示したが、十分な臨床エビデンスは少ない（Makishi et al.、2015）。 コンポマーは歯質との結合力が弱く、ストレスの少ない部位に小さな修復物を保持するのに十分な程度である。 一般的に、歯の接着能力は、虫歯の準備における破壊的な保定機能の必要性を排除し、より低侵襲な修復への扉を開いた。

セラミックスとポリマーベースの複合材料は、主に審美的価値、耐久性、および機械的特性が徐々に向上しているため、最も人気のある修復材料となっている。 これらの材料は、天然歯の色を模倣したり、変色した歯を隠すために、異なる色合いと透明度を使用することが容易である。 ポリマーコンポジットは、化学的または光活性化重合によって直接硬化させることができます。 重合収縮は修復物や歯の接着面にストレスを与え、マイクロリークやむし歯の再発を引き起こす可能性がありますが、ほとんどの場合、正しい症例選択と適用技術によって確実にコントロールすることができます

。