5.5 Biokompositers unika egenskaper och anpassningsförmåga
Biokompositer har blivit alltmer populära inom tandvården på grund av deras olika önskvärda egenskaper, t.ex. mekaniska egenskaper, biokompatibilitet, bioaktivitet, antibakteriell aktivitet, kariesskyddande och regenererande aktivitet, vidhäftning till tandstrukturen, enkel användning och högt estetiskt värde. Biokompositer omfattar ett så stort antal material att författarna endast kan diskutera några av dem som exempel här.
Interaktioner mellan olika faser (t.ex. kontinuerliga och diskreta) i biokompositer bestämmer deras mekaniska, fysiska eller biologiska beteende i levande miljö. Storlek, typ och viktfraktion av oorganiska fyllnadspartiklar har en betydande effekt på böjstyrka, seghet och ythårdhet hos PMMA (Nejatian et al., 2006). Denna effekt ses i PMMA-baserade bencement där benpartiklar ökar cementets utmattningslivslängd och styvhet (Park et al., 1986). På samma sätt inducerar fiberkompositbenplattor och femurstammar inte bara läkning bättre, utan uppvisar också högre elasticitet än motsvarigheter av metall (Jockisch et al., 1992).
Biokompatibilitet är en av de viktigaste egenskaperna hos biokompositer, men att definiera detta begrepp är dock inte okomplicerat. Definitionen av biokompatibilitet har utvecklats under årens lopp eftersom biomaterial används för olika ändamål på olika platser i människokroppen. Dessutom kan interaktionerna mellan material och biologiska miljöer orsaka ett brett spektrum av lokala och systemiska reaktioner, som kan bedömas som läkande, neutrala eller toxiska i ett visst tillstånd. Det råder därför fortfarande stor osäkerhet kring definitionen av biokompatibilitet. Enligt David Williams senaste definition
Biokompatibilitet avser ett biomaterials förmåga att utföra sin önskade funktion med avseende på en medicinsk terapi, utan att framkalla några oönskade lokala eller systemiska effekter hos mottagaren eller mottagaren av denna terapi, utan att generera det lämpligaste gynnsamma cell- eller vävnadsresponsen i den specifika situationen och optimera det kliniskt relevanta resultatet av denna terapi
(Williams, 2008).
Biomaterial som HAp, kalciumfosfater (β-TCP och TTCP) wollastonit glaskeramer (Saadaldin och Rizkalla, 2014) och bioaktiva glas kan inducera bioaktivitet och benbindningsförmåga i neutral keramik eller titanlegeringar (Ducheyne och Qiu, 1999; Tanzer et al., 2004). Bioaktivitet är materialens förmåga att inducera ett specifikt biologiskt svar. Osteokonduktivitet, icke-toxicitet, icke-inflammatorisk och icke-immunogenitet är andra egenskaper hos HAp som gjort det till en populär beståndsdel i restaurativa och regenerativa material (LeGeros, 1991). Bioglass stimulerar osteoblastproliferation och osteogenes genom genuttryck och frisättning av kalcium-, fosfor- och kiseljoner.
Baserat på nedbrytbarheten hos antingen matris- eller fyllnadspartiklar klassificeras biokompositer som biologiskt nedbrytbara, delvis biologiskt nedbrytbara och icke nedbrytbara. Vävnadstekniska ställningar och resorberbara suturer är exempel på biologiskt nedbrytbara biokompositer. PMMA-baserade bencement med biologiskt nedbrytbara HAp-fyllnadspartiklar är delvis biologiskt nedbrytbara biokompositer som ger en matris för benmotstånd. HAp har osteokonduktiva och osteoinduktiva egenskaper, vilket innebär att de inte bara fungerar som en ställning för för närvarande existerande osteoblaster, utan de kommer också att framkalla bildandet av nya osteoblaster (Barbieri et al., 2010; Kumar et al., 2013). Vanligt använda harts (polymer)-baserade restaurativa och förebyggande kompositer inom tandvården är exempel på icke-biologiskt nedbrytbara biokompositer. Dessa består av polymermatris som UDMA, Bis-GMA och PMMA som blandas med icke-biologiskt nedbrytbara fyllnadspartiklar. Fyllnadspartiklarna minskar polymeriseringskrympningen, ökar slitstyrkan, förbättrar hållfastheten och minskar kompositernas vattensorption. Som ett resultat av detta behåller hartskompositerna form, storlek och utseende tillsammans med sina mekaniska och fysiska egenskaper under hela sin livslängd (Lewandrowski et al., 2002). Även om dessa polymerer anses vara cytotoxiska eller allergiframkallande i oreagerad form och kan orsaka oavsiktliga reaktioner särskilt bland tandvårdspersonal (Scott et al., 2004; Moharamzadeh et al., 2007), är de neutrala och säkra när de väl har polymeriserats. Biokompositer med polymermatris är korrosionsbeständiga med högre estetiskt värde i jämförelse med metallegeringar. De uppvisar också bättre utmattningshållfasthet och frakturtålighet jämfört med keramik (Furtos et al., 2013); de är dock inte lika röntgentäta som metallegeringar eller keramik (Furtos et al., 2012).
En grupp bioaktiva dentala kompositer har utvecklats för att minska kariesaktiviteten, antingen genom att undertrycka skadlig aktivitet hos orala bakterier eller genom att öka tandstrukturens syrabeständighet. Bioaktivt glas som innehåller 45S5 BAG-fyllmedel introduceras som tätningsmaterial för gropar och klyftor på grund av karieshämmande aktiviteter och acceptabla mekaniska och fysiska egenskaper (Yang et al., 2013). Glasjonomer, hartsmodifierad glasjonomer och kompomerer är andra exempel på restaureringsmaterial med kompositstruktur som kan lagra och avge fluorid i den orala miljön (Wiegand et al., 2007). Fluoridjonen kan ersätta hydroxid i HAp-kristallen och bilda mer syrabeständig fluorapatit, underlätta remineralisering av emalj och hämma metabolismen hos kariogena bakterier som Streptococcus mutans (Buzalaf et al., 2011). Bencement kan innehålla antibakteriella medel antingen i form av antibiotika som gentamicin, tobramycin, vankomycin och cephazolin (Bistolfi et al., 2011) eller i form av fyllnadspartiklar som silvernanopartiklar eller kalciumhydroxidpartiklar (se stycket nedan). Silvernanopartiklar har visat sig ha antimikrobiell aktivitet mot vissa skadliga bakteriestammar och svampar som Candida albicans (Mocanu et al., 2014).
Läkning och regenerering av mjuka och hårda vävnader har alltid varit huvudfokus för biomaterialvetenskapen. Det mest populära exemplet på material med sådan förmåga är förmodligen kalciumhydroxid, som ingår som huvudingrediens i några av de rutinmässigt använda massaförpackningarna och rotkanalförseglarna för att framkalla dentinogenes. Dessa används antingen för att försegla och skydda exponerad vital pulpavävnad och ge möjlighet till mognad eller stängning av roten (apexogenes och apexification). De hydroxyjoner som frigörs från detta cement inducerar ett alkaliskt pH-värde, vilket orsakar en liquefaktiv nekros i den ytliga delen av pulpan, medan det djupare området av pulpan behåller ett neutralt pH-värde och stimulerar bildandet av hårdvävnad. Dessutom undertrycker den alkaliska miljön den bakteriella aktiviteten. Mineraltrioxidaggregat är ett annat exempel på dessa material, som introducerades av Torabinejad et al. (1993) som ett material för pulpacapning, fyllning av rotkanaler, perforationsreparation, apexifiering, apikala barriärer och revaskularisering (Nagy et al., 2014). Dessutom används kompositer av bioaktiva material, t.ex. bioglas eller biokeramik, som beläggning för att förbättra osteointegration av titan och titanbaserade implantat (Ning och Zhou, 2002; Chu et al., 2006). Det bör noteras att inte bara sammansättningen utan även struktur- och ytegenskaperna hos biomaterial kan påverka vävnadssvaret. Till exempel tillåter endast porösa material med en porstorlek större än 150 µm, när de används i implantat, vävnadsinväxt (Li et al., 1994; Simmons et al., 1999).
Adhesion till tandstrukturen är en annan önskvärd egenskap hos de restaurativa materialen. Glasjonomer och harts-modifierad glasjonomer är exempel på material med sådan förmåga. Deras bindning sker genom mikroretention och kemisk bindning till Ca-joner i tandstrukturen (Almuhaiza, 2016). Konventionella hartskompositer saknar däremot denna egenskap; därför behöver de ett adhesivt medel för retention. Nyutvecklade självhäftande hartskompositer visade lovande in vivo-resultat; tillräckliga kliniska bevis är dock sällsynta (Makishi et al., 2015). Kompositer har en svag bindning till tandstrukturen, vilket endast räcker för att hålla kvar små restaurationer i lagerområden med låg belastning. Generellt sett har tandbindningsförmågan eliminerat behovet av destruktiva retentionsfunktioner vid kavitetsberedning och öppnat dörrarna till mindre invasiva restaureringar.
Kerameror och polymerbaserade kompositer håller på att bli de mest populära restaureringsmaterialen främst på grund av deras successivt förbättrade estetiska värde, hållbarhet och mekaniska egenskaper. De är lätta att använda med olika nyans och translucens för att efterlikna den naturliga tandfärgen eller maskera missfärgade tänder. Polymerkompositer kan härdas direkt genom antingen kemisk eller ljusaktiverad polymerisation. Även om polymeriseringskrympning kan innebära påfrestningar på restaurationen och tandbindningsytan, vilket leder till mikroläckage och återkommande karies, kan det i de flesta fall kontrolleras på ett tillförlitligt sätt genom ett korrekt val av fall och appliceringsteknik.