Introduction
Oral hälsovård spelar en viktig roll i förhindrandet av opportunistiska infektioner och aspirationspneumoni i fysiskt sårbara äldre. Oral hälsovård, bestående av borstning efter varje måltid, rengöring av tandproteser, och ta emot professionell munhälsovård, spelar en viktig roll för att minska förekomsten av sådana sjukdomar 1-3. Framför allt är dålig munhygien starkt förknippat med aspirationspneumoni i fysiskt utsatta äldre. Därför bör mer uppmärksamhet ägnas åt den orala hälsovård för äldre patienter, som har begränsad förmåga att rengöra sina proteser själva 4.
Även i utvecklade länder, fortfarande användningen av akryl, hartsbaserade avtagbara proteser den vanligaste behandlingsalternativ för tandlösa äldre patienter 5. Med tanke på deras höga vattenupptagningsförmåga, mikroporösa ytan och hydrofoba natur, akryl tandprotes baser tillverkade av polymetylmetakrylat (PMMA) lätt ansamlas plack på sina ytor, som kallas protes plack.
2-metakryloyloxietyl fosforylkolin (MPC) polymerer är välkända biomedicinska polymera material 6, som har anmärkningsvärt antitrombogenicitet och vävnadskompatibilitet på grund av deras höga motståndskraft mot proteinadsorption och cellvidhäftning 7-11. MPC polymerbeläggningar har använts i olika medicinska anordningar för att förhindra infektion 12 och har föreslagits för att ha potential att förhindra protesen plack samlas på PMMA protes ytor 13. Utmaningen i den kliniska tillämpningen av MPC polymerer PMMA tandproteser är att på ett tillförlitligt sätt binda dem till PMMA ytor på ett enkelt och stabilt sätt. Tidigare har MPC polymerer rapporterats vara stabilt bunden till PMMA ytor med en ympning teknik och ha potential att hämma plackansamling. Emellertid är ympningstekniken inte enkel och kräver specialiserad utrustning, which gör sin kliniska tillämpning utmanande. Här beskriver vi ett nytt MPC beläggningsprocedur som utnyttjar fotoreaktiva fosfolipid polymerer-specifikt, en fotoreaktiv metakrylat-derivat, 2-metakryloyloxietyl-4-azidobensoat (MPAz) -synthesized att åstadkomma en variation av ytmodifieringar av olika typer av material. MPAz samin polymeriseras med MPC polymerer och n-butylmetakrylat (BMA) för att ge poly (MPC- co -BMA- co -MPAz) (PMBPAz). PMBPAz kan kovalent binda till ytorna av PMMA proteser via aktivering av aziden grupperna i MPAz under ultraviolett (UV) ljus-bestrålning 14. Förfarandet kräver ingen specialutrustning och kan kompletteras med kliniker inom två minuter. Vi tillämpade även detta förfarande i en klinisk miljö och visat sin kliniska nyttan och effektivitet i att hämma plackavsättning på avtagbara proteser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Framställning av PMBPAz Solution (figur 1)
- Syntetisera MPC efter en tidigare rapporterad industriell förfarande 15.
- Syntetisera den fotoreaktiva MPC polymeren PMBPAz användning av konventionell radikalpolymerisation av MPC, BMA och MPAz i etanol, såsom beskrivits tidigare 14.
OBS: PMBPAz bör innehålla 60%, 30% och 10% (mol-%) av de ovannämnda monomerenheter, respektive. Kylförvara PMBPAz upplöst i etanol för att bereda en 0,5 vikt% lösning före användning. - Innan man behandlar PMMA ytan, gör det möjligt för PMBPAz etanol lösningen stå i 30 min vid rumstemperatur.
Figur 1. Kemisk strukturformel av den fotoreaktiva MPC polymeren PMBPAz. PMBPAz konstruerades med hjälp av en MPC enhet, en BMA enhet, och en MPAz enhet./ftp_upload/54965/54965fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. PMBPAz Behandling av en komplett PMMA protes (Figur 2)
- Mekaniskt rengör protesen under 3 minuter med hjälp av en protes borste.
- Kemiskt rengöra tandprotesen under 5 minuter i ett ultraljudsbad sonikator med en protes renare inklusive 2,0% natriumhypoklorit och under följande sonication villkor: frekvens, 50/60 Hz; fas nummer, 1φ; och oscillerande frekvens, 28 kHz.
- Innan du utför ytmodifieringen med PMBPAz, tvätta protesen ytan genom nedsänkning i etanol. Efter etanoltvätt, låt tandprotesytan torr av sig själv, såsom etanol är en flyktig förening.
- Applicera 1 ml av PMBPAz etanollösning direkt till hela ytan av tandprotesen genom att använda en borste applikator. Därefter hålla tandprotesen vid rumstemperatur och atmosfärstryck under 10 min för att låta lösningsmedlet avdunsta in en etanolånga atmosfär. Låt det torka. Upprepa dessa steg två gånger.
- Bestråla tandprotesytan med UV-ljus under 2 min (vid 254 nm).
- Sänk ned PMBPAz behandlade protes i destillerat vatten under 5 min före användning.
Figur 2. Tillverkning av en yta modifierad med hjälp av fotoreaktiva MPC polymeren PMBPAz. Den PMBPAz polymeren kan kovalent binda till PMMA genom att applicera UV-strålning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
3. Utvärdering av protes Plaque Deposition
- Använda PMBPAz behandlade protes hemma i 2 veckor. Som en kontroll, upprepa samma procedur, med undantag för behandling med PMBPAz.
- Efter att en patient har använt tandprotesen i 2 veckor (används about 12 till 14 h per dag), skölj den med kranvatten för att avlägsna eventuella lösa matrester, och sedan missfärga den med en 0,25% metylenblått avslöjande lösning under 1 min.
- Rengör alla fläckar närvarande på den tandprotesytan i destillerat vatten med användning av ett ultraljudsbad sonikator under 30 sek.
- Ta bilder på en 90 ° vinkel på ett vax säte med en digitalkamera med en vit-ljussystem. Ta bilder med samma fokuseringsobjektavståndet, exponeringstid och intensitet av belysning. Fånga bilder från 3 olika riktningar för att få slemhinna, höger och vänster polerade ytan bilder.
- Beräkna det färgade området och kvantifiera den med en bildanalysprogram för hela protesen ytan 16.
- Välj protesen området med "magnetisk lasso" verktyg från den tagna protesen bilden. Därefter ändrar rödfärgade kanal för att markera plackområdet från protesen området bilden. Välj alla plack områden med hjälp av "trollspö" verktyg (tolerance nivå 8) och "väljer likartad" verktyget i protesområdet.
- Räkna det totala antalet pixlar för varje bild. Därefter beräkna den procentuella plackindexet för det område som omfattas på protesen från pixelantal av dessa bilder (total plack pixlar / totala protes yta pixlar). Utvärdera de statistiska skillnaderna mellan de färgade områdena på de PMBPAz-behandlade och obehandlade tandproteser (ANOVA, p <0,05).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
PMBPAz behandling möjliggör MPC beläggning av PMMA ytor genom en enkel och kort metod och upprätthåller plack hämmande effekt av MPC polymeren. Detta förfarande kräver ingen specialutrustning och kan utföras stol sida vid kliniker inom två minuter. Följande protokoll steg 2, var PMBPAz behandling av flyttbara kompletta tandproteser från 11 tandlösa patienter framgångsrikt bedrivit i en klinisk miljö utan några större problem. De genomsnittliga procentuella plack Index på de mukosala och polerade ytor hos styr proteser var 40,7% ± 19,9% respektive 28,0% ± 16,8%, respektive, medan de av PMBPAz-behandlade tandprotes var 17,4% ± 12,0% respektive 15,0% ± 9,9%, respektive. Den PMBPAz behandling av PMMA tandprotesytor inhiberades signifikant avsättning av tandprotes plack under minst 2 veckor (n = 11, p <0,05; Figur 3A, 3B och 3C). 
Figur 3. Bedömning av plack nedfall på käken fullständiga proteser efter användning hos patienter under 2 veckor. (A) Den totala tandprotes område av slemhinnan efter färgning och digitalisering (vänster: obehandlade, höger: PMBPAz-behandlade) och plackområde slemhinneyta efter valet. Visuell inspektion av protesen bilder kontroll avslöjade att den färgade plack koncentrerades i de områden som motsvarar de slemhinneytor i alveolarutskottet och att de färgade plack områden konsekvent och markant minskat med PMBPAz behandling. (B) Total protes område i polerade ytor efter färgning och digitalisering (vänster: obehandlade, höger: PMBPAz-behandlade) och plackytan av polerade ytor efter valet. Visuell inspektion av protesen bilder kontroll visade att färgade plaque koncentrerades i de områden som motsvarar de interdentala papilla områden av polerade ytor och att de färgade plack områden konsekvent och markant minskat med PMBPAz behandling. (C) Den genomsnittliga procentuella plack pixlar på slemhinna och polerade ytor av obehandlade och PMBPAz-behandlade proteser. Den PMBPAz behandling av slemhinnan och polerade ytor signifikant mindre avsättning av protes plack. Data visar medelvärdet ± standardavvikelsen. (N = 11, p <0,05). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mekanismen för PMBPAz Coating
Det är en utmaning att binda MPC polymerer till en PMMA yta på ett enkelt och stabilt sätt. Här har vi använt en ny fotoreaktiv monomer som bär en phenylazide grupp, MPAz, som polymeriserar med andra monomerer genom en konventionell friradikalpolymerisation förfarande, vilket resulterar i en polymer med phenylazide sidokedjor. De phenylazide grupperna sönderdelas genom UV-bestrålning för att bilda nitren grupper, som är mycket reaktiva radikala grupper som är kovalent kan binda till alkylgrupper. Således kan MPC-baserade polymerer innehållande MPAz enheter vara bundna till ytorna av olika material genom UV-bestrålning. Fördelarna med PMBPAz beläggning inkluderar en kort reaktionstid och effektiv reaktion konvertering. Dessutom har fotobestrålningsbehandling inte har några betydande negativa effekter på bulkegenskaper hos ytan av material när de används vid lämpliga våglängder 17,18.
PMBPAz Coating Proförfarandet
Tidigare rapporterade vi att ytmodifieringen skikt bildat på en PMMA-yta genom MPC-polymeren ympningstekniken var motståndskraftig mot mekanisk påkänning 19. Emellertid kan den kliniska tillämpningen av denna teknik inte vara möjligt på grund av dess tekniska komplexitet eftersom förfarandet innefattar flera steg och polymerisationen effektiviteten är låg. Dessutom kräver det mycket specialiserad experimentell utrustning, som är tillgänglig just nu i kliniska situationer 19.
Mot denna bakgrund, som ett effektivt alternativ, det PMBPAz beläggningsproceduren krävs bara proteser som skall målas och exponeras och kan således vara slutförd inom två minuter i en klinisk miljö. Det enda hjälpmedel som krävs är en UV-bestrålning enhet, som är enkel att använda och är också billigt. Dessa egenskaper hos PMBPAz behandling förfarande som beskrivs i detta dokument gör det möjligt att lättare tillämpning av MPC coating i kliniska situationer.
effektivitet
Dental plack, som häftar tandprotes ytor, visualiserades genom färgning med metylenblått. Den ojämna ytan av en protes som inte har polerats är benägen att tandprotesplackansamling; sådana ytor är svåra för patienter att rengöra ordentligt, vilket framgår av färgning av tandprotesytan (figur 3). Emellertid PMBPAz behandling av PMMA tandprotes ytor kontrollerade bildningen av biofilmen efter klinisk användning i 2 veckor. Detta tyder på att MPC beläggningsmetod införts i denna studie är hållbar och motståndskraftig mot den kliniska användningen av tandproteser under minst 2 veckor.
Slutsats och kvarvarande frågor
Protokollet som beskrivs i detta dokument för PMBPAz behandling av PMMA protes ytor är möjlig i kliniska miljöer och effektivt hämmar protes plack nedfall. Därför har den potential för att förbättra protesen hygien hos äldre. Denna metod har en klar fördel jämfört med konventionella protesen rengöringsrutiner eftersom det syftar till att förhindra protesen plack ackumulering. I allmänhet är en majoritet av strategier för att förbättra protesen hygien i samband med den tekniska komplexitet eftersom de tar itu med att avlägsna plack redan anslutit sig till tandproteser ytor genom användning av mekanisk borstning tillsammans med protesen rengöringsmedel. Föreliggande förfarande kan vara särskilt användbar i långsiktiga sjukvårdsinrättningar och för personer som inte har möjlighet att ta hand om sina proteser, såsom de som lider av post-stroke hemipares.
Vi appliceras två gånger PMBPAz-etanollösning direkt till tandproteser ytorna med en borste applikator och sedan bestrålas ytorna med UV-ljus under 2 min. I framtiden måste detta protokoll för att omvärderas för att identifiera de optimala förhållanden som maximerar effekterna av PMBPAz behandling. Därefter den optimala wavelength av UV-bestrålning, behandlingsintervallet, och metoden för beläggning av tandproteserna med MPC lösning bör också bestämmas. I denna studie fann vi att effekterna av PMBPAz behandlingen varade i minst 2 veckor, men inga långtidsobservationer genomfördes, som bör ingå i framtida studier.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har inga upplysningar eller ekonomiskt stöd.
Acknowledgments
Författarna vill tacka alla deltagare, tandläkare och assistenter för deras deltagande i denna studie. Vi tackar uppriktigt professor Hirotaka Kuwata och docent Hirobumi Morisaki, Institutionen för oral mikrobiologi och immunologi, Showa University School of Dentistry, för deras stöd.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ultrasonic Cleaner | Aiwa Medical Engineering | AU-12C | Clean in distilled water before stain the denture |
| UVP UV Crosslinker DL-1000 | Funakoshi | 95-0174-03 | UV light irradiation for 2 min before use |
| Lightbox S | Suntec | 6542 | capturing in this box after stain the denture |
| Adobe Photoshop CS6 Extended | Adobe | Calucurate and quantify |
References
- Watando, A., et al. Daily oral care and cough reflex sensitivity in elderly nursing home patients. Chest. 126, 1066-1070 (2004).
- 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).
- 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).
- Hosokawa, R. Prosthodontic interventions for special-needs patients. J Prosthodont Res. 58, 69-70 (2014).
- 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).
- Ishihara, K., Ueda, T., Nakabayashi, N. Preparation of phospholipid polylmers and their properties as polymer hydrogel membranes. Polym. J. 22, 355-360 (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ishihara, K. Bioinspired phospholipid polymer biomaterials for making high performance artificial organs. Sci. Technol. Adv. Mater. 1 (3), 131-138 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ishihara, K., Ueda, T., Nakabayashi, N. Preparation of phospholipid polymers and their properties as polymer hydrogel membranes. Polym. J. 22 (5), 355-360 (1990).
- Coulthwaite, L., Verran, J. Evaluation of in vivo denture plaque assessment methods. Br Dent J. 207 (E12), 282-283 (2009).
- He, D., Susanto, H., Ulbricht, M. Photo-irradiation for preparation, modification and stimulation of polymeric membranes. Prog Polym Sci. 34, 62-98 (2009).
- Nakayama, Y. Surface macromolecular architectural designs using photo-graft copolymerization based on photochemistry of benzyl N,N-diethyldithiocarbamate. Macromolecules. 29, 8622-8630 (1996).
- 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).
