L'effetto delle nanoparticelle di polietilenimmina di ammonio quaternario sull'adesione batterica, sulla citotossicità e sulle proprietà fisiche e meccaniche dei compositi dentali sperimentali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 17497 (2023) Citare questo articolo

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Un problema significativo legato al funzionamento dei compositi a base di resina per otturazioni dentali è la carie secondaria o ricorrente, che è la ragione della necessità di trattamenti ripetuti. Le nanoparticelle di polietilenimmina di ammonio quaternario reticolato (QA-PEI-NP) hanno dimostrato di essere un promettente agente antibatterico contro diversi batteri, compresi quelli cariogeni. Tuttavia, si sa poco sulle proprietà dei compositi dentali a base di polimeri di dimetacrilato arricchiti con QA-PEI-NP. Questa ricerca è stata condotta su compositi sperimentali basati su matrice bis-GMA/UDMA/TEGDMA arricchita con 0,5, 1, 1,5, 2 e 3 (in peso) QA-PEI-NP e rinforzati con due riempitivi di vetro. I compositi polimerizzati sono stati testati per la loro aderenza ai batteri Streptococcus Mutans, vitalità cellulare (test MTT) con estratti di 48 ore e 10 giorni, grado di conversione (DC), assorbimento di acqua (WSO) e solubilità (WSL), angolo di contatto con l'acqua (CA), modulo di flessione (E), resistenza alla flessione (FS), resistenza alla compressione (CS) e microdurezza Vickers (HV). I materiali studiati hanno mostrato una completa riduzione dell'adesione dei batteri e una biocompatibilità soddisfacente. L'additivo QA-PEI-NPs non ha alcun effetto sui valori DC, VH ed E. I QA-PEI-NP hanno aumentato il CA (un cambiamento favorevole), il WSO e il WSL (cambiamenti sfavorevoli) e hanno ridotto la resistenza alla flessione e alla compressione (cambiamenti sfavorevoli). I cambiamenti citati erano insignificanti e accettabili per la maggior parte dei compositi, escluso il contenuto più elevato di riempitivo antibatterico. Probabilmente il motivo del deterioramento di alcune proprietà è stata la scarsa compatibilità tra le particelle del riempitivo e la matrice; pertanto, vale la pena estendere la ricerca mediante modifica superficiale dei QA-PEI-NP per ottenere caratteristiche prestazionali ottimali.

Secondo gli ultimi dati, quasi il 39% della popolazione mondiale soffre di carie dentale non trattata nei denti decidui o permanenti e questa percentuale è aumentata notevolmente negli ultimi 10 anni1,2. Inoltre, quasi il 60% degli adolescenti e oltre il 90% della popolazione adulta hanno sofferto di carie dentale3: nella prima fase del trattamento la maggior parte di loro riceve otturazioni dentali realizzate con compositi a base di resina fotopolimerizzabili. Le loro matrici sono basate su una miscela di monomeri di dimetacrilato come bisfenolo A glicerolato dimetacrilato (Bis-GMA), bisfenolo A dimetacrilato etossilato (Bis-EMA), trietilenglicole dimetacrilato (TEGDMA) e/o uretano dimetacrilato (UDMA)4, che rendono è possibile sviluppare materiali caratterizzati da vantaggiose caratteristiche funzionali, tra cui soddisfacenti proprietà estetiche, fisico-chimiche e meccaniche5,6,7.

Il problema più frequente che causa la sostituzione dal 57% all’88% delle otturazioni in composito a base di resina è la carie secondaria8,9. Di solito è associato alla presenza di un gap marginale indotto principalmente dalla contrazione da polimerizzazione nonché dalla presenza di porosità o altre imperfezioni nell'adattamento del materiale ai tessuti dentali10,11 con la contemporanea presenza di batteri patogeni e prodotti del loro metabolismo tra i restauri e denti12. Si ritiene inoltre che l'adesione batterica con l'accumulo di biofilm che si verifica sulla superficie dei restauri in composito sia correlata all'inizio della carie secondaria13,14. Inoltre, i prodotti acidi del metabolismo dei batteri non solo dissolvono i minerali dei denti ma possono anche portare alla degradazione dei restauri in composito14. Un altro grave problema è la carie residua causata dall'imperfetta rimozione dei tessuti dei denti infetti durante il trattamento15. Per questi motivi, particolare attenzione è stata focalizzata sullo sviluppo di nuovi compositi resinosi con proprietà antibatteriche per evitare la colonizzazione della superficie dei restauri e/o delle interfacce dente-restauro da parte di batteri cariogeni16,17. Sono state prese in considerazione diverse strategie sperimentali volte a risolvere questo problema. Il rilascio di agenti antimicrobici di solito consente di ottenere elevate dosi locali di agenti antimicrobici in siti specifici e di ridurre il rischio di tossicità sistemica, ma la durata dell’effetto è breve e le proprietà funzionali possono spesso diminuire. D’altro canto, la strategia contatto-dipendente spesso ha effetti negativi minori o nulli sulle proprietà meccaniche, l’attività antibatterica è prolungata, ma è relativamente debole con il rischio di un’ulteriore riduzione con il biofouling superficiale17. Nell'ultimo decennio, molta attenzione è stata rivolta ai compositi dentali arricchiti con nanoparticelle antimicrobiche e particelle di dimensioni submicrometriche come argento18, ossido di zinco19, nanocristalli di cellulosa/nanoibridi di ossido di zinco20, nanoparticelle di silice mesoporosa drogata con zinco21, argento sodio idrogeno zirconio fosfato22, titanio sistemi di rilascio di biossido23 o clorexidina24,25. Alcuni lavori suggeriscono l'uso di oli essenziali26. Altri composti polimerizzabili come l'imidazolo, il chitosano caricato con fosfato di calcio bibasico anidro e le particelle di chitosano mostrano promettenti proprietà antimicrobiche e biofunzionali27,28. Queste soluzioni sono caratterizzate da un diverso livello di successo nei test di laboratorio e i problemi segnalati più frequentemente includono la diminuzione delle proprietà estetiche29, la citotossicità30 e la diminuzione delle proprietà meccaniche31,32.