4급 암모늄 폴리에틸렌이민 나노입자가 박테리아 부착, 세포독성, 실험용 치과용 복합재료의 물리적 및 기계적 특성에 미치는 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 17497(2023) 이 기사 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

치아 충전재용 레진 기반 복합재의 기능과 관련된 중요한 문제는 2차 또는 재발성 우식이며, 이는 반복적인 치료가 필요한 이유입니다. 가교된 4차 암모늄 폴리에틸렌이민 나노입자(QA-PEI-NPs)는 우식성 박테리아를 포함한 다양한 박테리아에 대한 유망한 항균제로 나타났습니다. 그러나 QA-PEI-NP가 풍부한 치과용 디메타크릴레이트 폴리머 기반 복합재의 특성에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 이 연구는 0.5, 1, 1.5, 2 및 3(wt%) QA-PEI-NP가 강화되고 2개의 유리 필러로 강화된 bis-GMA/UDMA/TEGDMA 매트릭스를 기반으로 하는 실험적 복합재에 대해 수행되었습니다. 경화된 복합재는 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus Mutans) 박테리아 부착, 48시간 및 10일 추출물의 세포 생존율(MTT 분석), 전환율(DC), 수분 흡착(WSO) 및 용해도(WSL), 물 접촉각에 대해 테스트되었습니다. (CA), 굴곡 탄성률(E), 굴곡 강도(FS), 압축 강도(CS) 및 비커스 마이크로경도(HV). 조사된 물질은 박테리아 부착이 완전히 감소하고 만족스러운 생체 적합성을 나타냈습니다. QA-PEI-NPs 첨가제는 DC, VH 및 E 값에 영향을 미치지 않습니다. QA-PEI-NP는 CA(바람직한 변화), WSO 및 WSL(불리한 변화)을 증가시키고 굴곡 강도 및 압축 강도(불리한 변화)를 감소시켰습니다. 언급된 변경 사항은 가장 높은 항균 필러 함량을 제외하고 대부분의 복합재에 대해 중요하지 않으며 허용 가능합니다. 아마도 일부 특성이 저하되는 이유는 필러 입자와 매트릭스 사이의 낮은 상용성 때문일 것입니다. 따라서 최적의 성능 특성을 달성하기 위해 QA-PEI-NP의 표면 변형을 통해 연구를 확장할 가치가 있습니다.

최신 데이터에 따르면 세계 인구의 약 39%가 유치 또는 영구 치아의 치료되지 않은 충치로 고통받고 있으며 이 비율은 지난 10년 동안 크게 증가했습니다1,2. 또한 거의 60%의 청소년과 90% 이상의 성인 인구가 치아 우식증을 경험했습니다.3 치료 첫 단계에서 이들 대부분은 광중합성 수지 기반 복합재로 만든 치과용 충전재를 사용합니다. 해당 매트릭스는 비스페놀 A 글리세롤레이트 디메타크릴레이트(Bis-GMA), 에톡실화 비스페놀 A 디메타크릴레이트(Bis-EMA), 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(TEGDMA) 및/또는 우레탄 디메타크릴레이트(UDMA)4와 같은 디메타크릴레이트 단량체의 혼합물을 기반으로 합니다. 만족스러운 미적, 물리화학적, 기계적 특성을 포함하여 유리한 기능적 특징을 특징으로 하는 재료를 개발하는 것이 가능합니다5,6,7.

레진 기반 복합 충전재의 57%~88%를 교체하는 가장 빈번한 문제는 2차 우식입니다8,9. 이는 일반적으로 주로 중합 수축에 의해 유발된 변연 간격의 존재뿐만 아니라 병원성 박테리아와 수복물 사이의 대사 산물이 동시에 존재하면서 치아 조직에 재료를 적응시키는 데 있어 다공성 또는 기타 불완전성의 존재와 관련이 있습니다. 그리고 치아12. 또한 복합레진 수복물의 표면에서 발생하는 생물막 축적을 통한 박테리아 부착은 2차 우식의 시작과 관련이 있는 것으로 여겨집니다13,14. 더욱이, 박테리아 대사의 산성 생성물은 치아 미네랄을 용해시킬 뿐만 아니라 복합 수복물의 품질 저하를 초래할 수도 있습니다14. 또 다른 심각한 문제는 치료 중 감염된 치아 조직의 불완전한 제거로 인해 남아있는 우식입니다15. 이러한 이유로 우식성 박테리아에 의한 수복물 표면 및/또는 치아 수복물 경계면의 군집화를 방지하기 위해 항균성을 지닌 새로운 수지 복합재의 개발에 특별한 관심이 집중되었습니다. 이 문제를 해결하기 위한 다양한 실험 전략이 고려되었습니다. 항균제 방출은 일반적으로 특정 부위에서 높은 국소 투여량의 항균제를 얻을 수 있도록 하고 전신 독성의 위험을 감소시키지만 효과의 지속 시간이 짧고 기능적 특성이 저하될 수 있습니다. 반면, 접촉 의존 전략은 기계적 특성에 부정적인 영향이 적거나 전혀 없는 경우가 많으며 항균 활성은 연장되지만 표면 생물 오염으로 인한 추가 감소 위험이 있어 상대적으로 약합니다17. 지난 10년 동안 은18, 산화아연19, 셀룰로오스 나노결정/산화아연 나노하이브리드20, 아연 도핑된 메조다공성 실리카 나노입자21, 은 나트륨 수소 지르코늄 인산염22, 티타늄과 같은 서브마이크로미터 크기 입자와 항균 나노입자가 풍부한 치과용 복합재료에 많은 관심이 기울여졌습니다. 이산화물23 또는 클로르헥시딘 방출 시스템24,25. 일부 연구에서는 에센셜 오일의 사용을 제안합니다26. 이미다졸, 무수 이염기성 인산칼슘이 함유된 키토산, 키토산 입자와 같은 기타 중합성 화합물은 유망한 항균 및 생체기능 특성을 보여줍니다27,28. 이러한 솔루션은 실험실 테스트에서 다양한 수준의 성공을 특징으로 하며 가장 자주 보고되는 문제에는 미적 특성 감소29, 세포 독성30 및 기계적 특성 감소31,32가 포함됩니다.