口腔抗菌树脂材料抗菌模式的研究现状与进展

2017-1-3 15:01  来源:中华口腔医学杂志
作者:石鑫 陆海波 毛靖 龚士强

    自20世纪70年代起,树脂材料便因出色的美学特性和直接封闭效果,被广泛用于牙体缺损修复治疗中。据统计,前牙95%、后牙50%以上的直接修复已采用复合树脂材料。然而,由于树脂材料较其他传统牙体修复材料更易在表面堆积细菌以及聚合收缩可产生边缘微渗漏等问题,继发龋常难以避免;同时,在尽量保留牙体组织的微创牙科理念指导下,残余牙体组织内的活性致龋菌也成为继发龋的危险因素。因此,赋予口腔树脂材料抗菌性能对杀灭残余细菌和预防再感染具有重要意义。

    目前,口腔树脂抗菌性能的研究大致可分为两种模式,即单抗菌和联合抗菌模式。单抗菌模式即向材料中添加单一的释放性抗菌剂或接触性抗菌剂达到抗菌目的。联合抗菌模式是联合不同类型抗菌剂或钙化合物,优势互补,发挥更强的抗菌作用,甚至修复脱矿牙体组织。现根据口腔抗菌树脂两种抗菌模式进行综述,以期为口腔树脂抗菌改性研究提供参考。

    一、单抗菌模式

    1.释放性抗菌:

    即抗菌剂由树脂材料释放至周围环境中主动发挥抗菌功效,是较传统的抗菌方式。阿莫西林、次氯酸钠等均为常见的释放性抗菌剂,可有效杀灭感染牙体组织中的残余细菌,并可通过选择适宜的抗菌剂类型及浓度实现长效抗菌目标。

    不同释放性抗菌剂的抗菌机制不尽相同。氟化物通过抑制糖酵解酶和ATP酶活性,影响菌斑生物膜的产酸能力,同时影响细菌的定植和竞争,发挥抗龋功效。氧化锌通过释放活性氧和锌离子(Zn2+ )发挥抗菌功效。活性氧如过氧化氢能抑制细菌生长。Zn2+可抑制主动运输,并通过替换对菌斑生物膜酶活性有关键作用的镁离子(Mg2+),从而影响生物膜功能;同时还能抑制葡糖基转移酶活性,从而降低变形链球菌的产酸能力。氯己定也是常见的释放性抗菌剂,其能与细菌胞膜带负电的基团结合,导致胞膜破裂、细胞质泄漏以及酶活性抑制。银化合物具有广谱抗菌、低毒性和无交叉耐药性等优点,已广泛应用于口腔材料领域。游离的银离子(Ag+)与细菌接触后可破坏细胞壁、抑制细胞质酶活性、阻碍DNA复制。随着纳米技术的发展,纳米银颗粒(nanoparticles of silver,nAg)被用于口腔树脂材料抗菌改性。nAg直径小于100 nm,能显著抑制菌斑生物膜生长和乳酸产生,且不影响树脂材料的美学和力学性能。

    由口腔树脂释放至周围环境发挥远程抗菌功能是释放性抗菌剂的显著优点。但随着抗菌剂的释放,其抗菌有效性无法得到长期保证,同时加剧了树脂边缘微渗漏,降低材料使用寿命;而且释放的抗菌剂可能使细菌产生耐药性,同时对周围正常组织细胞有细胞毒性;关键的是,添加释放性抗菌剂可能影响树脂的聚合特性和物理化学性能。

    2.接触性抗菌:

    近年可聚合季铵树脂基抗菌单体逐渐得到推广,接触性抗菌模式应运而生。季铵树脂基材料不仅可接触杀灭材料表面细菌,发挥长效抗菌作用,而且还能诱导周围细菌发生程序性凋亡,发挥远距离抗菌作用。

    季铵甲基丙烯酸酯抗菌单体的研究及应用最广泛,其由季铵基团和甲基丙烯酸酯基组成。季铵甲基丙烯酸酯抗菌性能的发挥与季铵基团的正电荷和烷基链长度相关。带正电荷的季铵基团可与带负电荷的细菌胞膜相互作用改变离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+等)浓度,破坏电荷平衡,干扰蛋白质活性并损害DNA,最终导致细胞质泄漏、细菌溶解死亡。当烷基链长度为十二烷或更长时,季铵基团的抗菌性更强。

    Imazato等首先设计合成了甲基丙烯酰氧十二烷基溴吡啶(methacryloyloxydodecylpyridinium bromide,MDPB),将可聚合抗菌性季铵盐单体引入口腔树脂材料领域,成功赋予口腔修复材料持久的表面抗菌性能。MDPB分子除具有抗菌性季铵盐外,还含有甲基丙烯基,可与树脂的聚合基团共聚合,使抗菌剂共价整合于树脂中,赋予树脂材料接触性抗菌性能。与释放性抗菌模式不同,该抗菌性能的实现不依赖释放抗菌剂,有相对较长的时效性,对周围环境无污染,毒性小,对树脂力学性能不良反应小。此后,各类季铵树脂基材料被相继报道,包括甲基丙烯酰氧乙基正十六烷基二甲基溴化铵(methacryloxylethyl cetyldimethyl ammonium chlorid,DMAE-CB)、聚乙烯亚胺、二甲氨基十二烷基甲基丙烯酸酯(dimethylaminododecyl methacrylate, DMADDM)、二(2-甲基丙烯酰氧基乙基)二甲基溴化胺、季铵甲基丙烯酸酯基硅酸盐纳米颗粒等。

    粘接剂是树脂修复材料与牙体结构结合界面的重要组成部分。因此,粘接剂的抗菌改性,对树脂修复耐久性的提高和继发龋预防有积极作用。研究表明,MDPB抗菌改性的牙本质底漆和粘接剂对变形链球菌、乳酸杆菌和内氏放线菌有明显的抗菌作用。

    MDPB在牙髓病治疗所用树脂材料的研究中也显示出有效的抗菌改性作用。Izutani等曾探讨MDPB对3种牙髓感染病原菌粪肠球菌、具核梭杆菌和黑色普氏菌的抗菌效果,发现250 mg/L MDPB在20 s内即对3种浮游细菌产生显著的杀菌效果,1 000 mg/L MDPB 60 s可完全杀灭细菌。同样,Kitagawa等将MDPB加入1种新型树脂基根管糊剂中,其30 s内对浮游细菌或生物膜细菌的杀菌效果达98%以上,对牙本质小管中细菌的清除率达99.5%。Gong等成功合成了可与环氧树脂基根管糊剂(AH Plus,登士柏,德国)发生共聚合作用的季铵环氧树脂基硅酸盐颗粒,赋予环氧树脂根管基糊剂持久的接触性抗菌功效。

    细菌附着于树脂材料表面时接触性抗菌模式才能发挥主动防御作用,亦可称之为被动抗菌功效。口腔唾液蛋白对材料表面的黏附可降低接触性抗菌剂如MDPB的抗菌效果。Gottenbos等指出,MDPB分子的长脂肪链可在空间上阻碍表面黏附蛋白与抗菌性季铵基团接触,从而保留足够的有效季铵基团,确保接触性抗菌性能正常发挥,而不产生显著的抗菌差别。Zhang等将驱蛋白剂2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, MPC)和接触性抗菌剂二甲基氨基十六烷基甲基丙烯酸酯(quaternary ammonium dimethylaminohexadecyl methacrylate, DMAHDM)共同加入口腔复合树脂中,评价树脂的表面驱蛋白性能和抗菌性能,结果显示3% MPC+1.5% DMAHDM组的蛋白质吸收为空白对照组的1/10,且能显著抑制表面菌斑生物膜的形成,同时对材料力学性能无影响。

    接触性抗菌模式虽然在时间上可保证抗菌的稳定长效,但并不能在空间上保证有效杀灭除材料表面以外的细菌。此外,未聚合的季铵单体从材料表面的释放,不但可降低抗菌性能,同时可对周围正常组织产生一定细胞毒性。

    二、联合抗菌模式

    释放性抗菌剂在抗菌耐久性方面的不足以及接触性抗菌剂在抗菌广泛性方面的缺陷限制了单抗菌模式抗菌性能的发挥;另外,抗菌剂虽能有效抵御残余细菌和再感染细菌的侵犯,却无法修复细菌侵犯造成的牙体硬组织缺损。因此,释放性抗菌剂、接触性抗菌剂以及具有矿化能力的钙化合物的联合运用,可较全面发挥抗菌和(或)修复功能。

    1.释放性抗菌剂联合接触性抗菌剂:

    将释放性抗菌剂的远程抗菌效果与接触性抗菌剂的长效抗菌联合,在空间和时间上保证了抗菌的全面性;将释放性抗菌剂主动杀灭残余细菌和接触性抗菌剂被动杀灭侵犯细菌联合,在细菌来源途径上保证了抗菌的全面性。

    为探讨释放性抗菌剂与接触性抗菌剂的联合抗菌性能,研究人员将MDPB和nAg添加至牙齿粘接剂中评价其联合抗菌和单独抗菌效果。激光扫描共聚焦显微镜结果显示,MDPB和nAg均对变形链球菌和菌斑生物膜产生较强的抗菌效果,结合使用MDPB和nAg的抗菌效果明显高于单独使用MDPB。含10%MDPB+0.1%nAg底漆组细菌菌落形成单位仅为空白对照组的5%。除MDPB外,DMADDM和nAg的联合抗菌效果显著优于两者独自使用。Zhang等将季铵双甲基丙烯酸酯单体(quaternary ammonium dimethacrylate,QADM)和nAg加入牙本质粘接剂和底漆中,赋予其强大的抗菌性能,显著降低了细菌菌落形成单位、新陈代谢活性和乳酸产量。

    因此,释放性抗菌联合接触性抗菌是较完善的抗菌策略,彼此优势互补,发挥释放抗菌和接触抗菌的双重功效。

    2.抗菌剂联合钙化合物:

    接触性抗菌剂和(或)释放性抗菌剂联合应用具有再矿化能力的钙化合物,如硅酸钙和磷酸钙,有望发展成为一种新型的生物活性抗菌材料。不同于抗菌剂的直接抗菌作用,钙化合物发挥矿化作用使脱矿釉质和牙本质再矿化,中和致龋酸性环境,抑制龋损进展,同时促进抗菌材料的抗菌功效。Cheng等和Melo等联合添加纳米无定型磷酸钙及抗菌性QADM和(或) nAg于树脂材料中,将矿化和抗菌性能结合,钙离子及磷酸根离子的释放促进牙体组织再矿化,同时提高龋损处pH值,改变细菌赖以生存的酸性环境;QADM或nAg发挥显著抗菌效果,抑制菌斑活性和乳酸产生。在该抗菌改性模式中,抗菌和再矿化有协同作用,共同发挥抑制龋损发展、修复牙体缺损的作用。

    如何增加口腔树脂材料抗菌性能,减少细菌黏附、定植,抑制菌斑形成,同时不影响树脂材料理化、力学性能是当前国内外口腔树脂材料抗菌改性的研究热点。近年,新的抗菌策略逐渐被应用于口腔材料抗菌改性研究中,各种新型抗菌剂也层出不穷,抗菌性能已有明确的体外实验结果支持。但目前尚缺乏长期观察结果,抗菌剂能否保持抗菌耐久性是评价抗菌性能的重要标准。另外,缺乏足够临床证据的支持是限制抗菌树脂材料临床应用的重要因素。因此,寻找有效的方法模拟口腔微生态环境或进行体内实验,探讨抗菌树脂材料在口腔环境下的抗菌性能,可为其临床应用奠定基础。

编辑: 陆美凤

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