Kontekst badania
Współczesna stomatologia boryka się z problemem ograniczonej trwałości materiałów do wypełnień, zwłaszcza kompozytów żywicznych, które średnio wymagają wymiany po 6–10 latach. Pęknięcia, degradacja hydrolityczna i zużycie na styku żywica-wypełniacz prowadzą do częstych napraw, zwiększając zużycie materiałów, koszty i wpływ na środowisko. Z tego względu rośnie zainteresowanie biomateriałami samonaprawiającymi się, które mają potencjał do zwiększenia trwałości wypełnień i zmniejszenia śladu ekologicznego praktyk stomatologicznych.
Cele i hipotezy
Celem przeglądu było zbadanie aktualnych osiągnięć w dziedzinie samonaprawiających się biomateriałów dentystycznych, ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów chemicznych i fizycznych leżących u podstaw tych materiałów, ich zastosowania w kompozytach żywicznych, cementach i adhezyjnych systemach oraz ich zgodności z zasadami zrównoważonego rozwoju w stomatologii.
source: https://www.freepik.com/search?format=search&last_filter=selection&last_value=1&query=General+dentistry&selection=1
Metody badawcze
Zastosowano metodologię przeglądu narracyjnego, obejmującą przeszukiwanie baz PubMed, Scopus i Web of Science pod kątem publikacji dotyczących systemów samonaprawiających się – zarówno o charakterze zewnętrznym (mikrokapsułki, rezerwuary), jak i wewnętrznym (sieci kowalencyjne, interakcje supramolekularne, polimery z pamięcią kształtu). Uwzględniono również badania z zakresu nauk o materiałach i polimerach.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Z przeglądu literatury wynika, że biomateriały dentystyczne o właściwościach samonaprawczych stanowią dynamicznie rozwijającą się dziedzinę inżynierii materiałowej, która łączy innowacyjne podejście do trwałości z aspektami środowiskowymi. W badaniach omówionych w artykule analizowano trzy główne podejścia technologiczne: mikrokapsułki (strategia zewnętrzna), dynamiczne wiązania chemiczne (strategia wewnętrzna) oraz układy supramolekularne.
Mikrokapsułki z inicjatorem naprawy – strategia zewnętrzna
W wielu badaniach wprowadzano do matrycy żywicznej mikrokapsułki o średnicy 50–200 μm, zawierające monomery naprawcze (najczęściej TEGDMA – triethylenglikolodimetakrylan) oraz inicjatory, np. benzoinę lub BPO. W testach mechanicznych kompozyty zawierające 5–15% mikrokapsułek wykazywały:
- odzysk odporności na pękanie w zakresie 65–77% względem stanu pierwotnego,
- zachowanie stabilności mechanicznej po 6 miesiącach starzenia w wodzie (37°C),
- brak cytotoksyczności w testach zgodności biologicznej (komórki fibroblastów L929).
Zastosowanie mikrokapsułek znacząco poprawiało również odporność na mikropęknięcia oraz redukowało propagację szczelin między żywicą a wypełniaczem, co przekładało się na ograniczenie mikroprzecieków.
Dynamiczne sieci kowalencyjne – strategia wewnętrzna
Badania nad systemami opartymi na reakcjach odwracalnych (np. Diels–Alder, reakcje disiarczkowe, transestryfikacje) wykazały zdolność do wielokrotnego samonaprawiania bez utraty integralności mechanicznej. Przykładowo:
- sieci Diels–Alder aktywowane ciepłem (60–120°C) umożliwiały 2–3-krotną regenerację pęknięć przy odzysku twardości na poziomie 80–90%,
- żywice disiarczkowe wykazywały zdolność do odwracalnego mostkowania w niskiej temperaturze (≤40°C), co czyni je potencjalnie przydatnymi w środowisku jamy ustnej.
W jednym z badań cement dentystyczny na bazie żywicy zawierającej dynamiczne wiązania disiarczkowe wykazał 30% mniejszy skurcz polimeryzacyjny, 60% wyższy moduł sprężystości i 33% większą wytrzymałość na zginanie w porównaniu do konwencjonalnego materiału referencyjnego.
Interakcje supramolekularne – strategia adaptacyjna
Formulacje adhezyjne zawierające motywy urea-pyrimidinone (UPy) lub host–guest, takie jak cyklodekstryny, wykazywały znakomite właściwości adaptacyjne w warunkach dynamicznych jamy ustnej:
- poprawa odporności interfejsu adhezyjnego na cykle termiczne i wilgoć,
- zdolność do częściowej regeneracji mikroszczelin w systemach adhezyjnych stosowanych do wiązania z zębiną,
- zwiększona retencja siły wiązania o 15–20% po 6 miesiącach starzenia wodnego,
- samonaprawa lokalnych ubytków adhezji bez utraty integralności wiązania.
Cementy samonaprawiające
Eksperymentalne cementy kompozytowe wzbogacone w 7,5% mikrokapsułek z TEGDMA wykazywały:
- odzysk odporności na pękanie na poziomie 68–77%,
- brak oznak degradacji po 6 miesiącach w sztucznej ślinie,
- siłę wiązania do zębiny utrzymaną na poziomie porównywalnym do materiałów konwencjonalnych (>15 MPa).
Materiały te wykazywały także dobrą kompatybilność z systemami światłoutwardzalnymi oraz odporność na wpływ środowiska kwasowego (pH 4,5).
Symulacje środowiskowe – potencjał zrównoważony
Autorzy przywołują dane z analiz cyklu życia (LCA), według których podwojenie trwałości wypełnień kompozytowych (np. z 6 do 12 lat) prowadzi do:
- redukcji emisji CO₂e nawet o 48%,
- zmniejszenia zużycia materiałów eksploatacyjnych (wiertła, materiały jednorazowe) o 40–60%,
- obniżenia zapotrzebowania na energię i wodę w gabinetach stomatologicznych o ok. 30% na jednego pacjenta w skali dekady.
Takie efekty są zgodne z celami zrównoważonego rozwoju WHO oraz strategią Green Dentistry, zakładającą zmniejszenie śladu węglowego praktyk medycznych.
Wnioski
Samonaprawiające się biomateriały dentystyczne inspirowane naturą stanowią istotny krok w kierunku poprawy jakości leczenia stomatologicznego oraz redukcji jego wpływu na środowisko. Przez umożliwienie regeneracji mikrouszkodzeń i wydłużenie żywotności wypełnień, materiały te mogą zmniejszyć konieczność powtórnych zabiegów, obniżyć koszty i zwiększyć komfort pacjenta. Dodatkowo wpisują się w globalne cele związane z ochroną środowiska poprzez zmniejszenie zużycia zasobów i odpadów klinicznych.
Ograniczenia zakresu badawczego
Chociaż wyniki są obiecujące, to większość badań opiera się na eksperymentach laboratoryjnych. Brakuje jeszcze długoterminowych badań klinicznych potwierdzających skuteczność i bezpieczeństwo materiałów samonaprawiających się w warunkach jamy ustnej. Ponadto technologie, takie jak mikrokapsułkowanie i dynamiczne sieci chemiczne, mogą wiązać się z wyższymi kosztami produkcji i złożonością wprowadzenia na rynek. Istnieje także potrzeba dalszych badań nad biokompatybilnością stosowanych substancji oraz opracowania metod aktywacji mechanizmów naprawczych w środowisku jamy ustnej.
Artykuł opublikowano w Biomaterial Investigations in Dentistry