Patrik Sluk, 4. ročník, LF UK BA
Súčasný vývoj moderných medicínskych materiálov čoraz viac upriamuje svoju pozornosť na bioaktívne materiály, ktoré by dokázali pozitívne interagovať s ľudskými bunkami a tým stimulovať proces regenerácie a obnovy tkanív. Jedným z týchto materiálov je aj bioaktívne sklo (Bioactive Glass-BAG), ktoré si našlo uplatnenie aj v zubnom lekárstve ako potenciálna prísada do výplňových materiálov, kostných štepov, profylaktických pomôcok alebo implantátov. V tomto článku si preto predstavíme jednotlivé možnosti využitia tohto vynikajúceho materiálu.
Zloženie:
Bioaktívne sklo predstavuje amorfnú tuhú látku s nepravidelnou organizáciou, ktorá je opticky transparentná a krehká. Pôvodne sa bioaktívne sklo skladalo z SiO2, Na2O, CaO a P2O5. Postupne sa však začali do BAG pridávať prvky ako CaF, B2O3, alebo ďalšie bioaktívne zložky ako Fluoroapatit, Wollastonite, Trikalciumfosfát alebo Diopsid.
Ďalšie zlúčeniny ako Al2O3 a B2O3 sa pridávajú na zvýšenie povrchovej reaktivity, Co prispieva k lepšej angiogenéze, Ag a Zn sa zvyšujú antimikrobiálne vlasnosti a Cu, Mg a Sr zvyšujú bioaktivitu. Dôležitým prvkom je fluór, ktorý zvyšuje bioaktivitu a znižuje demineralizáciu tvorbou acidorezistentnejšieho fluoroapatitu.
Vlastnosti bioaktívneho skla
Antimikrobiálne vlastnosti:
Bioaktívne sklá, preukazujú širokospektrálnu antimikrobiálnu účinnosť, bez zistenej rezistencie. Bioaktívne sklo efektívne redukuje biofilm, dokonca aj voči multirezistentným kmeňom, alebo zvyčajnému pôvodcovi periimplantitídy S. aureus. Antimikrobiálny účinok vyplýva z lokálneho zvýšenia ph a osmolality, čo vytvára nepriaznivé prostredie pre baktérie. Účinnosť pritom narastá so zmenšujúcou sa veľkosťou častíc a zväčšujúcim sa celkovým povrchom skla. Pridanie antimikrobiálnych molekúl alebo častíc medi ešte zvyšuje túto účinnosť a úspešne lieči osteomyelitídu alebo sínusitídu.
Bioaktivita:
Pojem bioaktivita znamená, že materiál dokáže interagovať s živým organizmom pričom vyvoláva pozitívnu biologickú odpoveď, ako napríklad formáciu hydroxyapatitovej vrstvy, ktorá vytvára väzbu medzi materiálom a tkanivom.
Narozdiel od klasického skla sa BAG po kontakte s telovými tekutinami začína okamžite rozpúšťať a uvoľňovať katióny Na+ a Ca 2+, výmenou za H+ v tekutine, čo vedie k tvorbe silanolových skupín. Následné zvýšenie koncentrácie OH- vytvára alkalické prostredie, pričom sa kremíková sieť ďalej rozkladá, vytvárajúc kyselinu kremičitú a hydroxid kremičitý na povrchu vo forme negatívne nabitého gélu. Táto gélová vrstva funguje ako matrica pre precipitáciu fosforečnanu vápenatého na hydroxyapatit. Vytvorenie tejto hydroxyapatitovej vrstvy umožňuje naviazanie rastových faktorov ako aj pripojenie, proliferáciu a diferenciáciu osteoprogenitorových buniek a spojeniu s tkanivom. K spojeniu medzi sklom a tkanivom dochádza za pomoci kolagénu a glykoproteínov.
Kliniké využitie bioaktívneho skla
Priaznivé mechanické vlasnosti podobné kosti a zubom v kombinácii s bioaktívnym a antibakteriálnym účinkom viedli k výskumu využitia bioaktívneho skla v rôznych medicínskych odvetviach. Najvýznamnejšie uplatnenie si našli ako náhrada kosti v dentoalveolárnej, maxilofaciálnej a parodontálnej chirurgii. Pozrieme sa však aj na ďalšie využitia.
Adhezívne systémy
Adhézia ortodontických zámkov na sklovinu vytvára priaznivé miesto pre kolonizáciu baktériami, ktoré pri zlej hygiene môžu viesť k tvorbe bielych škvŕn. Preto je v súčasnosti snaha vyvinúť také adhezívum, ktoré by kontinuálne počas terapie uvoľňovalo fluór. Takýmto materiálom sa môže stať nové ortodontické živicové adhezívum s BAG a fluoridom, ktoré vykazuje okrem tvorby apatitovej vrstvy aj remineralizačné vlastnosti, ktoré by mohli slúžiť na prevenciu vzniku bielych škvŕn okolo ortodontickych zámkov.
Dentínová hypersenzitivita
Na konzervatívne ošetrenie DH sa používajú skloionomerné cementy, adhezíva a zubné pasty, pričom všetky tieto produkty môžu byť modifikované časticami BAG. Novamin, aktívna zložka zubných pást Sensodyne využívaných na dentínovú hypersenzitivitu a remineralizáciu sa svojim zložením podobá na bioaktívne sklo. Jeho výhodou je dlhodobé uvoľňovanie vápnika a fosfátu, ktoré precipitujú a vytvárajú vrstvu hydroxyapatitu, čím obturujú dentínové tubuly. Materiál s názvom PerioGlas® sa taktiež osvedčil v liečbe HD. Jeho vysoká afinita ku kolagénu uľahčuje viazanie na dentín a tým uzáver kanálikov.
Restoratívne materiály
Počas výplňovej terapie kompozitmi dochádza k ich polymerizácii a zmršteniu, čím sa môže vytvoriť mikroštrbina, ktorá sa kvôli rozdielnym mechanickým vlastnostiam môže zväčšovať. Tým sa vytvára ideálne miesto pre kolonizáciu a množenie baktérií, ktoré vedie k vzniku sekundárneho kazu a zlyhaniu výplne. Preto sa v dnešnej dobe zameriava výskum na vývoj výplňových materiálov, ktoré sú schopné remineralizácie a opravy demineralizovaného dentínu.
Štúdie ukazujú, že najmä kompozity s prímesou BAG a fluoridu zlepšujú dentínovu remineralizáciu a eliminujú enzymatickú degradáciu kolagénu dentínu. Pridanie BAG a striebra vďaka svojim antibakteriálnym a bioaktívnym účinkom spôsobilo zvýšený počet mŕtvych baktérií v biofilme a zvýšenú formáciu hydroxyapatitu, pričom mechanické vlastnosti kompoztiu zostali zachované. Vďaka týmto zisteniam by sa materiál mohol využiť pri inhibícii vzniku sekundármeho kazu.
Skloionomérny cement je známy svojimi fluoridizačnými a remineralizačnými vlastnosťami ako aj schopnosťou priamej väzby na zub. Pridaním BAG do SIC sa nezmenili pôvodné acidbázické vlasnosti tuhnutia a vďaka absorpcii vody sa vytvorilo vhodné prostredie na uvoľňovanie častíc BAG. Živicou modifikované SIC s BAG vykazujú ešte vyššiu absorpciu vody čím sa ešte viac zvýrazňujú bioaktívne a remineralizačné účinky. Materiál takisto vykazuje antimikrobiálne vlastnosti, čo posilňuje jeho potenciálnu úlohu ako materiálu na prevenciu sekundárnych kazov.
Priame prekrytie a výplň koreňových kanálikov:
Pri pulpotómii alebo priamom prekrytí, je rozhodujúci výber vhodného materiálu pre krytie pulpy. Materiál by mal poskytnúť tesný uzáver, byť biokompatibilný, antibakteriálny a jednoducho sa s ním pracovať.
Štúdie ukazujú, že BAG použitý pri priamom prekrytí pulpy podnietil tvorbu hustého dentínového mostíka s reakciami podobnými MTA. Prímesou BAG do MTA by sa tak podľa výskumov mohli zlepšiť jeho fyzikálne vlastnosti a čas tuhnutia.
BAG sa používa aj v materiáloch indikovaných na vyplnenie koreňového kanála, kedy je potrebný materiál, ktorý je pevný, dimenzionálne stabilný a bráni úniku baktérií. Bio-Gutta, kombinácia gutaperče s BAG sa môže spojiť so stenami dentínu a nevyžaduje použitie sealeru. Bio-Gutta poskytuje tesný uzáver, zvyšuje pH a má antimikrobiálny účinok. Bio-Gutta sa zakladá na predpoklade, že vznik fosforečnanu vápenatého na povrchu materiálu za vlhka umožní samoadhéziu a vytvorenie tesného uzáveru.
Regenerácia kostí
Kvôli starnúcej populácii sa zvyšuje výskyt ťažko sa hojacich kostných defektov, ktoré vznikajú v dôsledku rôznych faktorov, ako sú poranenia, vrodené vady, nádory alebo parodontitída. V súčasnosti sa najviac využívajú autológne kostné štepy, ktoré sú považované za zlatý štandard, avšak vyžadujú ďalší chirurgický zákrok darcovskej kosti, ktorý môže spôsobiť komplikácie. Výhodou syntetických náhrad je, že ich možno prispôsobiť špecifickým potrebám a vlastnostiam pre regeneráciu kostí. Výskumy ukazujú, že syntetické skafoldové konštrukcie z bioaktívneho skla môžu podporovať rast kostí až o 39 %.
Parodontológia
V parodontálnej chirurgii kostných defektov si bioaktívne sklo našlo veľké uplatnenie v podobe PerioGlass, ktorý sa používa na stimuláciu kostnej regenerácie, najmä pri interproximálnych kostných defektoch. Okrem toho má PerioGlass žiadúci hemostatický účinok na trabekulárnu kosť.
Ďalším bioaktívnym sklom využívaným v parochirurgii je ERMI, ktorý je vďaka svojmu kužeľovitému tvaru vkladaný do extrakčného lôžka, kde podporuje regeneráciu kosti.
Na druhej strane však tieto materiály neposkytujú pravú regeneráciu parodontu, nakoľko chýba dôkaz o obnove cementu a periodontálnych vlákien.
Maxilofaciálna chirurgia
Biosklo si našlo široké uplatnenie aj v maxilofaciálnej chirurgii, kde sa používajú komerčné produkty ako Biogran® a NovaBone®, ktoré sa používajú na opravu defektov v oblasti tváre. StronBone®, obsahujúci SrO, je indikovaný na redukciu resorpcie kostí . V porovnaní s inými materiálmi na báze fosforečnanu vápenatého vyvolávajú rýchlejšiu a kvalitnejšiu regeneráciu kosti so znížením komplikácií. Zaujímavým je aj využitie tzv. skafoldov, ktoré môžu obsahovať na mieru pripravené lieky rastové hormóny, kmeňové bunky alebo látky stimulujúce angiogenézu a diferenciáciu kmeňových buniek.
Záver
V závere môžeme konštatovať, že bioaktívne sklo a jeho deriváty poskytujú rozsiahle možnosti uplatnenia v oblasti stomatológie, naznačujúc potenciálne perspektívy pre regeneráciu a opravu kostí a tvrdých zubných tkanív v budúcnosti.
