Biocompatibiliteit

5.5 Unieke eigenschappen en aanpasbaarheid van biocomposieten

Biocomposieten zijn steeds populairder geworden in de tandheelkunde vanwege hun verschillende wenselijke eigenschappen zoals mechanische eigenschappen, biocompatibiliteit, bioactiviteit, antibacteriële activiteit, cariësremmende en regeneratieve activiteiten, hechting aan de tandstructuur, gebruiksgemak, en hoge esthetische waarde. Biocomposieten omvatten zo’n groot aantal materialen dat de auteurs er hier slechts enkele als voorbeeld kunnen bespreken.

Interacties tussen verschillende fasen (b.v. continu en discreet) van biocomposieten bepalen hun mechanisch, fysisch, of biologisch gedrag in een levende omgeving. Grootte, type en gewichtsfractie van anorganische vulstofdeeltjes hebben een significant effect op de buigsterkte, taaiheid en oppervlaktehardheid van PMMA (Nejatian et al., 2006). Dit effect wordt waargenomen in botcement op basis van PMMA, waar botdeeltjes de vermoeiingslevensduur en stijfheid van het cement verhogen (Park et al., 1986). Evenzo induceren vezelcomposiet botplaten en femurstelen niet alleen een betere genezing, maar vertonen zij ook een hogere veerkracht dan metalen tegenhangers (Jockisch et al., 1992).

Biomaterialen zoals HAp, calciumfosfaten (β-TCP en TTCP) wollastoniet glas-keramiek (Saadaldin en Rizkalla, 2014), en bioactieve glazen kunnen bioactiviteit en bothechtingsvermogen in neutrale keramiek of titaniumlegeringen induceren (Ducheyne en Qiu, 1999; Tanzer et al., 2004). Bioactiviteit is het vermogen van materialen om een specifieke biologische respons te induceren. Osteoconductiviteit, niet-toxiciteit, niet-ontsteking en niet-immunogeniciteit zijn de andere eigenschappen van HAp die het tot een populair bestanddeel van restauratieve en regeneratieve materialen hebben gemaakt (LeGeros, 1991). Bioglas stimuleert de proliferatie van osteoblasten en osteogenese door genexpressies en het vrijkomen van calcium-, fosfor- en siliciumionen.

Gebaseerd op de afbreekbaarheid van ofwel de matrix ofwel de vulstofdeeltjes, worden biocomposieten geclassificeerd als biologisch afbreekbaar, gedeeltelijk biologisch afbreekbaar en niet-afbreekbaar. Weefselkweeksteigers en resorbeerbare hechtdraad zijn voorbeelden van biologisch afbreekbare biocomposieten. Botcement op basis van PMMA met biologisch afbreekbare HAp-vulstofdeeltjes zijn gedeeltelijk biologisch afbreekbare biocomposieten, die een matrix bieden voor botopbouw. HAp heeft osteoconductieve en osteo-inductieve eigenschappen, wat betekent dat ze niet alleen dienen als steiger voor de huidige bestaande osteoblasten, maar dat ze ook de vorming van nieuwe osteoblasten zullen uitlokken (Barbieri et al., 2010; Kumar et al., 2013). Veelgebruikte restauratieve en preventieve composieten op basis van hars (polymeer) in de tandheelkunde zijn voorbeelden van niet-biologisch afbreekbare biocomposieten. Deze zijn gemaakt van een polymere matrix zoals UDMA, Bis-GMA en PMMA, gemengd met niet biologisch afbreekbare vulstofdeeltjes. De vulstofdeeltjes verminderen de polymerisatiekrimp, verhogen de slijtvastheid, verbeteren de sterkte en verminderen de waterabsorptie van de composieten. Daardoor behouden de harscomposieten hun vorm, grootte en uitzicht, evenals hun mechanische en fysische eigenschappen gedurende hun hele levensduur (Lewandrowski et al., 2002). Hoewel deze polymeren in niet-gereageerde vorm als cytotoxisch of allergeen worden beschouwd en onbedoelde reacties kunnen veroorzaken, vooral bij tandheelkundig personeel (Scott et al., 2004; Moharamzadeh et al., 2007), zijn ze neutraal en veilig als ze eenmaal gepolymeriseerd zijn. Biocomposieten met een polymere matrix zijn corrosiebestendig en hebben een hogere esthetische waarde in vergelijking met metaallegeringen. Ze vertonen ook een betere vermoeiingssterkte en breuktaaiheid in vergelijking met keramiek (Furtos et al., 2013); ze zijn echter niet zo radiopaak als metaallegeringen of keramiek (Furtos et al., 2012).

Een groep bioactieve tandcomposieten is ontwikkeld om cariësactiviteit te verminderen door ofwel de schadelijke activiteit van orale bacteriën te onderdrukken, ofwel de zuurbestendigheid van de tandstructuur te verhogen. Bioactief glas met 45S5 BAG-vullers worden geïntroduceerd als put- en fissuurverzegeling vanwege cariësremmende activiteiten en aanvaardbare mechanische en fysische eigenschappen (Yang et al., 2013). Glasionomeren, harsgemodificeerd glasionomeer en compomeren zijn andere voorbeelden van restauratiematerialen met een composietstructuur, die fluoride kunnen opslaan en afgeven in de orale omgeving (Wiegand et al., 2007). Het fluoride-ion kan hydroxide in het HAp-kristal vervangen, waardoor meer zuurbestendig fluoroapatiet wordt gevormd, remineralisatie van glazuur wordt vergemakkelijkt, en het metabolisme van cariogene bacteriën zoals Streptococcus mutans wordt geremd (Buzalaf et al., 2011). Botcement kan antibacteriële stoffen bevatten in de vorm van antibiotica zoals gentamicine, tobramycine, vancomycine en cefazoline (Bistolfi et al., 2011) of in de vorm van vulstofdeeltjes zoals zilvernanopartikels of calciumhydroxidedeeltjes (zie onderstaande paragraaf). Van zilveren nanodeeltjes is aangetoond dat ze antimicrobiële activiteit hebben tegen sommige schadelijke bacteriestammen en schimmels zoals Candida albicans (Mocanu et al., 2014).

Genezing en regeneratie van zachte en harde weefsels zijn altijd de belangrijkste focus geweest van biomateriaalwetenschappen. Waarschijnlijk het populairste voorbeeld van een materiaal met een dergelijk vermogen is calciumhydroxide, dat als hoofdbestanddeel van sommige routinematig gebruikte pulpa-afdekkingen en wortelkanaalafdichtingen wordt gebruikt om dentinogenese uit te lokken. Deze worden gebruikt om blootliggend vitaal pulpaweefsel af te sluiten en te beschermen en een kans te geven op wortelrijping of -sluiting (apexogenese en apexificatie). De hydroxy-ionen die vrijkomen uit dit cement induceren alkalische pH, wat liquefactieve necrose veroorzaakt in het oppervlakkige deel van de pulpa, terwijl het diepere deel van de pulpa neutrale pH behoudt en de vorming van hard weefsel stimuleert. Bovendien onderdrukt de alkalische omgeving de bacteriële activiteit. Mineraal trioxide aggregaat is een ander voorbeeld van deze materialen, dat werd geïntroduceerd door Torabinejad et al. (1993) als een materiaal voor pulpa-overkappingen, wortelkanaalvulling, perforatieherstel, apexificatie, apicale barrières en revascularisatie (Nagy et al., 2014). Daarnaast worden composieten van bioactieve materialen, zoals bioglas of biokeramiek, gebruikt als coating om de osteo-integratie van titanium en titanium-gebaseerde implantaten te verbeteren (Ning en Zhou, 2002; Chu et al., 2006). Opgemerkt moet worden dat niet alleen de samenstelling, maar ook de structurele en oppervlaktekenmerken van biomaterialen de weefselrespons kunnen beïnvloeden. Bijvoorbeeld, alleen poreuze materialen met een poriegrootte groter dan 150 µm, wanneer gebruikt in implantaten, laten weefsel ingroei toe (Li et al., 1994; Simmons et al., 1999).

Adhesie aan de tandstructuur is een andere wenselijke eigenschap van de restauratieve materialen. Glasionomeer en harsgemodificeerd glasionomeer zijn voorbeelden van de materialen met een dergelijke eigenschap. Hun hechting vindt plaats door microretentie en chemische binding aan Ca-ionen in de tandstructuur (Almuhaiza, 2016). Conventionele harscomposieten daarentegen missen deze eigenschap; daarom hebben ze een adhesief nodig voor retentie. Nieuw ontwikkelde zelfklevende harscomposieten lieten veelbelovende in vivo resultaten zien; voldoende klinisch bewijs is echter schaars (Makishi et al., 2015). Compomeren hebben een zwakke hechting aan de tandstructuur, slechts voldoende om kleine restauraties in laagbelaste dragende gebieden vast te houden. Over het algemeen elimineerde het vermogen van tandhechting de noodzaak voor destructieve retentieve kenmerken bij caviteitspreparatie en opende de deuren naar minder invasieve restauraties.

Keramiek en polymeergebaseerde composieten worden de populairste restauratiematerialen, voornamelijk vanwege hun geleidelijk verbeterende esthetische waarde, duurzaamheid en mechanische eigenschappen. Ze zijn gemakkelijk te gebruiken met verschillende tinten en translucentie om de natuurlijke tandkleur na te bootsen of de verkleurde tanden te maskeren. Polymeercomposieten kunnen direct uitharden door chemische of door licht geactiveerde polymerisatie. Hoewel het krimpen van de polymerisatie druk kan uitoefenen op de restauratie en het tandhechtoppervlak, wat kan leiden tot microlekkage en terugkerende cariës, kan dit in de meeste gevallen op betrouwbare wijze worden beheerst door een juiste selectie van de casus en een juiste applicatietechniek

.