Artykuł metodologiczny

Leczenie polimerem 2-metakryloyloksyetylofosforylcholiny protez całkowitych w celu zahamowania odkładania się płytki nazębnej

DOI:

10.3791/54965

⸱

26 grudnia 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Prosthodontics, School of Dentistry, Showa University, 2Department of Materials Engineering, School of Engineering, The University of Tokyo

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zdejmowane protezy z poli(metakrylanu metylu) (PMMA) są podatne na przyleganie bakterii i tworzenie się płytki nazębnej. Zakażenie płytką zębową jest źródłem poważnych powikłań stomatologicznych i medycznych u osób starszych. W artykule przedstawiono nowy protokół leczenia protez PMMA polimerem 2-metakryloyloksyetylofosforylcholiny, poli(MPC-co-BMA-co-MPAz), w celu zahamowania odkładania się płytki nazębnej na protezach PMMA.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ruchome protezy wykonane z poli(metakrylanu metylu) (PMMA) są podatne na przyleganie bakterii i tworzenie się płytki nazębnej, co nazywa się płytką nazębną. Zakażenie płytką zębową jest źródłem poważnych powikłań stomatologicznych i medycznych u osób starszych. 2-metakryloyloksyetylofosforylcholina (MPC) jest dobrze znanym materiałem biomedycznym, który wykazuje wyraźną antytrombogenność i kompatybilność tkankową ze względu na wysoką odporność na adsorpcję białek i adhezję komórek. Dlatego sugeruje się, że powłoki polimerowe MPC mogą hamować odkładanie się płytki nazębnej na powierzchni protez z PMMA. Jednak powlekanie polimeru MPC na powierzchni protezy z PMMA jest zabiegiem złożonym, wymagającym specjalistycznego sprzętu, co jest uważane za główną barierę w jej zastosowaniu klinicznym.

Tutaj wprowadzamy nową procedurę leczenia polimerami MPC, która wykorzystuje poli (MPC-co-BMA-co-MPAz) (PMBPAz) w celu zapobiegania odkładaniu się płytki nazębnej na protezach ruchomych. Procedura ta umożliwia powlekanie MPC powierzchni protez z PMMA w prosty i stabilny sposób, który jest odporny na różne obciążenia chemiczne i mechaniczne dzięki warstwie MPC PMBPAz, która jest kowalencyjnie związana z powierzchnią PMMA przez naświetlanie światłem ultrafioletowym. Ponadto zabieg nie wymaga specjalistycznego sprzętu i może być wykonany przez lekarzy w ciągu 2 minut. Zastosowaliśmy tę procedurę w warunkach klinicznych i wykazaliśmy jej przydatność kliniczną i skuteczność w hamowaniu odkładania się płytki nazębnej na protezach ruchomych.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opieka zdrowotna jamy ustnej odgrywa ważną rolę w zapobieganiu infekcjom oportunistycznym i zachłystowemu zapaleniu płuc u osób starszych wrażliwych fizycznie. Opieka zdrowotna jamy ustnej, polegająca na szczotkowaniu po każdym posiłku, czyszczeniu protez zębowych i profesjonalnej opiece zdrowotnej jamy ustnej, odgrywa istotną rolę w zmniejszaniu częstości występowania takich chorób1-3. W szczególności niewłaściwa higiena jamy ustnej jest silnie związana z zachłystowym zapaleniem płuc u osób starszych wrażliwych fizycznie. Dlatego należy zwrócić większą uwagę na higienę jamy ustnej pacjentów w podeszłym wieku, którzy mają ograniczoną zdolność do samodzielnego czyszczenia protezzębowych 4.

Nawet w krajach rozwiniętych, stosowanie akrylowych, ruchomych protez na bazie żywicy pozostaje najczęstszą opcją leczenia dla bezzębnych pacjentów w podeszłym wieku5. Ze względu na wysoką zdolność wchłaniania wody, mikroporowatą powierzchnię i hydrofobowy charakter, akrylowe podstawy protez wykonane z polimetakrylanu metylu (PMMA) łatwo gromadzą na swojej powierzchni płytkę nazębną, która nazywana jest płytką nazębną.

2-metakryloyloksyetylofosforylcholiny (MPC) są dobrze znanymi biomedycznymi materiałami polimerowymi6, które mają niezwykłą antytrombogenność i kompatybilność tkankową ze względu na ich wysoką odporność na adsorpcję białek i adhezję komórek7-11. Powłoki polimerowe MPC są stosowane w różnych wyrobach medycznych w celu zapobiegania infekcjom12 i sugeruje się, że mogą zapobiegać gromadzeniu się płytki nazębnej na powierzchniach protez z PMMA13. Wyzwaniem w klinicznym zastosowaniu polimerów MPC do protez z PMMA jest niezawodne związanie ich z powierzchniami PMMA w prosty i stabilny sposób. Wcześniej donoszono, że polimery MPC są stabilnie związane z powierzchniami PMMA za pomocą techniki szczepienia i mają potencjał do hamowania gromadzenia się płytki nazębnej. Jednak technika szczepienia nie jest prosta i wymaga specjalistycznego sprzętu, co sprawia, że jej zastosowanie kliniczne jest trudne. W tym miejscu opisujemy nową procedurę powlekania MPC, która wykorzystuje fotoreaktywne polimery fosfolipidowe - w szczególności fotoreaktywną pochodną metakrylanu, 2-metakryloyloksyetylo-4-azydobenzoesan (MPAz) - syntetyzowaną w celu uzyskania różnych modyfikacji powierzchni różnych rodzajów materiałów. MPAz poddano kopolimeryzacji z polimerami MPC i metakrylanem n-butylu (BMA) w celu uzyskania poli (MPC-co-BMA-co-MPAz) (PMBPAz). PMBPAz może kowalencyjnie wiązać się z powierzchniami protez z PMMA poprzez aktywację grup azydkowych w MPAz pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (UV)14. Zabieg nie wymaga specjalistycznego sprzętu i może być wykonany przez lekarzy w ciągu 2 minut. Zastosowaliśmy tę procedurę również w warunkach klinicznych i wykazaliśmy jej przydatność kliniczną i skuteczność w hamowaniu odkładania się płytki nazębnej na protezach ruchomych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Przygotowanie roztworu PMBPAz (Rycina 1)

  1. Zsyntetyzuj MPC zgodnie z wcześniej opisaną procedurą przemysłową15.
  2. Zsyntetyzuj fotoreaktywny polimer MPC, PMBPAz, wykorzystując konwencjonalną polimeryzację rodnikową MPC, BMA oraz MPAz w etanolu, zgodnie z wcześniejszym opisem14.
    UWAGA: PMBPAz powinien zawierać odpowiednio 60%, 30% i 10% (mol %) wyżej wymienionych jednostek monomerowych. Przed użyciem schłodź PMBPAz rozpuszczony w etanolu, aby przygotować 0,5 wt% roztwór.
  3. Przed poddaniem powierzchni PMMA obróbce, odstaw roztwór PMBPAz w etanolu na 30 min w temperaturze pokojowej.

figure-protocol-1
Rycina 1. Wzór strukturalny fotoreaktywnego polimeru MPC PMBPAz. PMBPAz został zsyntetyzowany z jednostki MPC, jednostki BMA oraz jednostki MPAz. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

2. Obróbka pełnej protezy PMMA za pomocą PMBPAz (Rycina 2)

  1. Oczyść mechanicznie protezę przez 3 min, używając szczoteczki do protez.
  2. Oczyść chemicznie protezę przez 5 min w myjce ultradźwiękowej z użyciem środka do czyszczenia protez zawierającego 2,0% podchlorynu sodu, przy następujących parametrach sonikacji: częstotliwość 50/60 Hz, liczba faz 1φ oraz częstotliwość drgań 28 kHz.
  3. Przed przeprowadzeniem modyfikacji powierzchni za pomocą PMBPAz, przemyj powierzchnię protezy poprzez zanurzenie w etanolu. Po przemyciu etanolem pozostaw powierzchnię protezy do wyschnięcia, ponieważ etanol jest związkiem lotnym.
  4. Nanieś 1 ml roztworu PMBPAz w etanolu bezpośrednio na całą powierzchnię protezy za pomocą aplikatora z pędzelkiem. Następnie pozostaw protezę w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem atmosferycznym przez 10 min, aby rozpuszczalnik odparował w atmosferze par etanolu. Pozostaw do całkowitego wyschnięcia. Powtórz te kroki dwukrotnie.
  5. Naświetl powierzchnię protezy światłem UV przez 2 min (przy 254 nm).
  6. Przed użyciem zanurz protezę potraktowaną PMBPAz w wodzie destylowanej na 5 min.

figure-protocol-2
Rycina 2. Wytwarzanie powierzchni zmodyfikowanej przy użyciu fotoreaktywnego polimeru MPC PMBPAz. Polimer PMBPAz może kowalencyjnie wiązać się z PMMA poprzez naświetlanie promieniami UV. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

3. Ocena osadzania się płytki nazębnej na protezach

  1. Stosować protezę potraktowaną PMBPAz w warunkach domowych przez 2 tygodnie. W ramach kontroli powtórzyć tę samą procedurę, z pominięciem traktowania PMBPAz.
  2. Po tym, jak pacjent używał protezy przez 2 tygodnie (około 12 do 14 godzin na dobę), opłukać ją wodą z kranu, aby usunąć luźne resztki pokarmu, a następnie zabarwić 0,25% roztworem ujawniającym błękitu metylenowego przez 1 min.
  3. Usunąć wszelkie zabarwienia obecne na powierzchni protezy w wodzie destylowanej, używając myjki ultradźwiękowej przez 30 s.
  4. Przechwycić obrazy pod kątem 90° na podkładzie woskowym za pomocą aparatu cyfrowego z wykorzystaniem systemu białego światła. Przechwycić obrazy przy tej samej odległości ogniskowej od obiektu, czasie ekspozycji i natężeniu oświetlenia. Przechwycić obrazy z 3 różnych kierunków, aby uzyskać obrazy powierzchni śluzówkowej oraz prawej i lewej powierzchni polerowanej.
  5. Obliczyć powierzchnię zabarwienia i skwantyfikować ją za pomocą oprogramowania do analizy obrazu dla całej powierzchni protezy16.
    1. Wybrać obszar protezy za pomocą narzędzia „magnetic lasso” z przechwyconego obrazu protezy. Następnie zmienić kanał czerwony, aby wyróżnić obszar płytki z obrazu obszaru protezy. Wybrać wszystkie obszary płytki za pomocą narzędzia „magic wand” (poziom tolerancji 8) oraz narzędzia „select similar” z obszaru protezy.
    2. Policzyć całkowitą liczbę pikseli dla każdego obrazu. Następnie obliczyć procentowy indeks płytki dla obszaru pokrytego na protezie na podstawie liczby pikseli z tych obrazów (całkowita liczba pikseli płytki/całkowita liczba pikseli powierzchni protezy). Ocenić różnice statystyczne między obszarami zabarwionymi na protezach potraktowanych PMBPAz i niepotraktowanych (ANOVA, p <0,05).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obróbka PMBPAz umożliwia powlekanie powierzchni PMMA polimerem MPC za pomocą prostej i szybkiej metody, zachowując przy tym efekt hamowania powstawania płytki nazębnej przez polimer MPC. Procedura ta nie wymaga specjalistycznego sprzętu i może być wykonana przez klinicystów przy fotelu dentystycznym w czasie poniżej 2 min. Zgodnie z krokiem 2 protokołu, obróbka PMBPAz wyjmowanych pełnych protez u 11 pacjentów bezzębnych została pomyślnie przeprowadzona w warunkach klinicznych bez żadnych ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mechanizm powłoki PMBPAz

Wiązanie polimerów MPC z powierzchnią PMMA w prosty i stabilny sposób jest wyzwaniem. W tym przypadku użyliśmy nowego fotoreaktywnego monomeru zawierającego grupę fenylazydową, MPAz, która polimeryzuje z innymi monomerami w konwencjonalnej procedurze polimeryzacji wolnorodnikowej, w wyniku czego powstaje polimer z łańcuchami bocznymi fenylazydu. Grupy fenylazydowe są rozkładane przez promieniowanie UV w celu utworzenia grup nitrenowych, które są wysoce reaktywnymi grupami...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nie mamy żadnych ujawnień ani wsparcia finansowego.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy pragną podziękować wszystkim uczestnikom, dentystom i asystentom za ich udział w tym badaniu. Serdecznie dziękujemy profesorowi Hirotaka Kuwata i adiunktowi Hirobumi Morisaki z Wydziału Mikrobiologii i Immunologii Jamy Ustnej Showa University School of Dentistry za ich wsparcie.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Myjka ultradźwiękowaAiwa Medical EngineeringAU-12CWyczyść w wodzie destylowanej przed zabarwieniem protezy
UVP UV Crosslinker DL-1000Funakoshi95-0174-03Naświetlanie światłem UV przez 2 min przed użyciem
Lightbox SSuntec6542przechwytywanie w tym pudełku po zabarwieniu protezy
Adobe Photoshop CS6 ExtendedAdobeCalucurate i Określenia

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Watando, A., et al. Daily oral care and cough reflex sensitivity in elderly nursing home patients. Chest. 126, 1066-1070 (2004).
  2. Bassim, C. W., Gibson, G., Ward, T., Paphides, B. M., DeNucci, D. J. Modification of the risk of mortality from pneumonia with oral hygiene care. J. Am. Geriatr. Soc. 56, 1601-1607 (2008).
  3. Ishikawa, A., Yoneyama, T., Hirota, K., Miyake, Y., Miyatake, K. Professional oral health care reduces the number of oropharyngeal bacteria. J. Dent. Res. 87, 594-598 (2008).
  4. Hosokawa, R. Prosthodontic interventions for special-needs patients. J Prosthodont Res. 58, 69-70 (2014).
  5. Parvizi, A., Lindquist, T., Schneider, R., Williamson, D., Boyer, D., Dawson, D. V. Comparison of the dimensional accuracy of injection-molded denture base materials to that of conventional pressure-pack acrylic resin. J. Prosthodont. 13, 83-89 (2004).
  6. Ishihara, K., Ueda, T., Nakabayashi, N. Preparation of phospholipid polylmers and their properties as polymer hydrogel membranes. Polym. J. 22, 355-360 (1990).
  7. Ishihara, K., Aragaki, R., Ueda, T., Watenabe, A., Nakabayashi, N. Reduced thrombogenicity of polymers having phospholipid polar groups. J. Biomed. Mater. Res. 24 (8), 1069-1077 (1990).
  8. Ishihara, K., Ziats, N. P., Tierney, B. P., Nakabayashi, N., Anderson, J. M. Protein adsorption from human plasma is reduced on phospholipid polymers. J. Biomed. Mater. Res. 25 (11), 1397-1407 (1991).
  9. Ishihara, K., Nomura, H., Mihara, T., Kurita, K., Iwasaki, Y., Nakabayashi, N. Why do phospholipid polymers reduce protein adsorption?. J. Biomed. Mater. Res. 39 (2), 323-330 (1998).
  10. Ishihara, K. Bioinspired phospholipid polymer biomaterials for making high performance artificial organs. Sci. Technol. Adv. Mater. 1 (3), 131-138 (2000).
  11. Iwasaki, Y., Ishihara, K. Cell membrane-inspired phospholipid polymers for developing medical devices with excellent biointerfaces. Sci. Technol. Adv. Mater. 13 (6), 064101 (10pp)(2012).
  12. Zhang, N., Chen, C., Melo, M. A., et al. A novel protein-repellent dental composite containing 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine. Int J Oral Sci. 7, 103-109 (2015).
  13. Hirota, K., Yumoto, H., Miyamoto, K., et al. MPC-polymer reduces adherence and biofilm formation by oral bacteria. J Dent Res. 90, 900-905 (2011).
  14. Fukazawa, K., Ishihara, K. Synthesis of photoreactive phospholipid polymers for use in versatile surface modification of various materials to obtain extreme wettability. ACS Appl. Mater. Interfaces. 5 (15), 6832-6836 (2013).
  15. Ishihara, K., Ueda, T., Nakabayashi, N. Preparation of phospholipid polymers and their properties as polymer hydrogel membranes. Polym. J. 22 (5), 355-360 (1990).
  16. Coulthwaite, L., Verran, J. Evaluation of in vivo denture plaque assessment methods. Br Dent J. 207 (E12), 282-283 (2009).
  17. He, D., Susanto, H., Ulbricht, M. Photo-irradiation for preparation, modification and stimulation of polymeric membranes. Prog Polym Sci. 34, 62-98 (2009).
  18. Nakayama, Y. Surface macromolecular architectural designs using photo-graft copolymerization based on photochemistry of benzyl N,N-diethyldithiocarbamate. Macromolecules. 29, 8622-8630 (1996).
  19. Takahashi, N., Iwasa, F., Inoue, Y., Morisaki, H., Ishihara, K., Baba, K. Evaluation of the durability and antiadhesive action of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine grafting on an acrylic resin denture base. J. Prosthet. Dent. 112 (2), 194-203 (2014).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Pow oka polimerowa MPCpowierzchnia protezy z PMMAna wietlanie wiat em UVatmosfera opar w etanolubarwienie b kitem metylenowymoprogramowanie do analizy obrazumyjka ultrad wi kowaobrazowanie cyfrow kamerkwantyfikacja powierzchni p ytki naz bnej

Powiązane artykuły