Tri-kalcijum-silikatni cement

Biodentine

Dr sci. Tatjana Savić-Stanković
Asistent sa doktoratom na Klinici za bolesti zuba
Stomatološki fakultet, Univerziteta u Beogradu

Apstrakt

Cilj resturativne i rekonstruktivne stomatologije je uklanjanje oštećenog tvrdog zubnog tkiva i njegova potpuna anatomska, morfološka, estetska i funkcionalna zamena materijalom koji bi po svim svojim karakteristikama uspešno zamenio nedostatak. U ovom informativnom radu je predstavljen nov tri-kalcijum silikatni cement pod fabričkim imenom Biodentin. Predstavljena su istraživanja njegovih svojstava, mehaničko-fizičkih karakteristika, biokompatibilnosti, bioaktivnosti, veze sa zubnim tkivom, indikacije i prikaz kliničkog slučaja Biodentina u funkciji dentinskog zamenika.

Uvod

Komercijalni kompozitni materijali, adhezivni sistemi i smolom-modifikovani glas-jonomer cementi (GJC) sadrže organski matriks najčešće na bazi metakrilnih smola. Materijali na bazi smole polimerizuju se najčešće svetlosnom aktivacijom koja dovodi do kaskadne reakcije adicione polimerizacije a tokom koje nastaju i neizreagovani monomeri koji ostaju zarobljeni u polimernoj mreži. Neizreagovani monomeri se mogu izlučivati ka oralnoj sredini, ali i difundovati kroz dentinske tubule prema pulpi, čime utiču na biokompatibilnost materijala na bazi smole. Drugi bitan nedostatak kompozita je kontrakcija pri polimerizaciji sa pratećim kontrakcionim stresom usled veze materijala za zubna tkiva koji se smatra glavnim uzročnikom mikropukotine između zubnih tkiva i kompozitnog ispuna. U savremenoj praksi je raširena upotreba GJC kao dentinskih zamenika. Ovi materijali su još uvek jedini pravi samo-adhezivni materijali jer ostvaruju hemijsku vezu sa dentinom. Pored antikariogenog svojstva, pripisuje im se i slični koeficijent termičke ekspanzije i pojedine mehaničke karakteristike u poređenju sa dentinom. Mane konvencionalnih GJC u pogledu relativno sporog vezivanja i osetljivosti na prisustvo vode značajno su redukovane kod smolom-modifikovanih GJC. Međutim, samo dodavanje smole dovodi do negativanog uticaja na biokompatibilnost GJC zbog izlučivanja slobodnih monomera. Glas jonomer cementi se uglavnom koriste kao dentinski zamenici u vidu podloge ispod kompozita u takozvanoj „sendvič“ tehnici, ali se takođe mogu koristiti za ispune na bočnim zubima. Međutim, polje njihovih indikacija je suženo u odnosu na kompozite usled nešto slabijih mehaničkih karakteristika.

U želji da se savladaju sve negativne karakteristike dosadašnjih najčešće korišćenih dentinskih zamenika, nekoliko godina aktivnog i saradničkog istraživanja između nekoliko univerziteta dovelo do stvaranja nove kalcijum-silikatne formulacije koja je pogodna kao zamena za dentin, naročito u slučajevima ekstenzivnih oštećenja krunice zuba. Pored već postojećeg endodontski reparatornog materijala pod nazivom mineral-trioksidni agregat (MTA) sličnog hemijskog sastava (Ca3SiO5/voda) koji ima visoku biokompatibilnost, istraživanjem se dolazi do materijala unapređenih fizičko-hemijskih svojstava u smislu kraćeg vremena vezivanja i boljih mehaničkih karakteristika. Ova svojstva učinila su trikalcijum silikatni cement klinički jednostavnim za rukovanje u odnosu na MTA i kompatibilnim ne samo za klasične endodontske procedure, nego i za rastauraciju vitalnih zuba. Ovaj novi materijal iz porodice cemenata na bazi kalcijum hidroksida, preporučuje se za različite indikacije koje uključuju trajnu podlogu kod velikih kompozitnih ispuna (analogno sendvič tehnici kompozita i GJC), zatim prekrivanje pulpe i pulpne rane nakon pulpotomije, u sanaciji internih i eksternih resorpcija, u apeksnoj hirurgiji i u vidu apeksnog čepa i u endodontskoj terapiji. Biodentin predstavlja bioaktivni materijal. Dokazan je uticaj trikalcijum silikatnog cementa na formiranje reakcionog dentina, stimulacijom i diferencijacijom odontoblastnih ćelija u indirektnom prekrivanju pulpe (sl.1). Ovim se može potvrditi opravdanost njegove kliničke primene u terapiji i regeneraciji pulpo-dentinskog kompleksa.

Slika 1. Formiranje reakcionog dentina (Tran XV, Gorin C, Willig C, Baroukh B,
Pellat B, Decup F, et al. Effect of a calcium-silicate-based restorative cement on
pulp repair. J Dent Res. 2012 Dec;91(12):1166-71)

Pored uobičajenih endodontskih indikacija kalcijum-silikatnih cemenata (perforacije ili resorpcija, apeksifikacija, apeksna hirurgija...itd.), trikalcijum silikatni cement ima i restaurativna svojstva. Ovaj cement obezbeđuje dobro zaptivanje kod restauracija dubokih i velikih karijesnih lezija, bez post-restaurativne osetljivosti i osigurava dugotrajnost nadoknade kod vitalnih zuba. Tri kalcijum silikatni cement predstavlja materijal koji kao i Pro-Root MTA i Portland cement pripada grupi cemenata na bazi kalcijuma. Na stomatološko tržište stiže pod nazivom Biodentin (Septodont, Saint Maur des Fosses, France).(sl.2) Glavnu komponentu praha čini trikalcijum silikat uz dodatak kalcijum karbonata i cirkonijum dioksida. Tečnost predstavlja rastvor kalcijum hlorida i voda-redukujućeg agensa. Kao kod svih cemenata tako i kod Biodentina tokom vezivanja dolazi do formiranja gelozne faze u kojoj je omogućena dalja jonska razmena. U poređenju sa drugim cementima na bazi kalcijuma za ovaj materijal se smatra da ima dve prednosti: brže vreme vezivanja koje iznosi od 6-12 minuta i bolje mehaničke karakteristike. Biodentin se nalazi u kapsuliranoj formi koja mu obezbeđuje optimalan odnos praha i tečnosti. Proizvođač predlaže dodavanje 5 kapi tečnosti u kapsulu sa prahom a zatim mešanje u mikseru pri brzini od 4000-4200 trituracija/min u trajanju od 30 sekundi. Radno vreme ne sme biti duže od 6 minuta a samo trajanje aplikacije oko 1 minut jer u suprotnom dolazi do pucanja kristalne strukture što ometa proces očvršćivanja i rezultuje neadekvatnim mehaničkim karakteristikama materijala. Tačan odnos praha i tečnosti nije striktan te se količina tečnosti može modifikovati u zavisnosti od indikacije.

Biodentin

Očvršćivanje trikalcijum silikatnog cementa

Kalcijum silikat ima mogućnost interakcije sa vodom koja kao krajnji ishod dovodi do očvršćavanja cementa. Reakcija hidratacije trikalcijum silikata dovodi do stvaranja hidratisanog kalcijum silikatnog gela (CSH) i kalcijum-hidroksida. Reakcija se odvija na površini svakog zrna kalcijum silikata. CSH gel i višak kalcijum hidroksida imaju tendenciju da se talože na površini čestica praha i u šupljinama (porama), dovodeći do zasićenja u medijumu. Na taj način nastaje depo kontinuiranog oslobađanja kalcijum hidroksida što ovom materijalu daje i glavnu biološku i bioaktivnu funkciju. Očvršćivanje Biodentina je vremenski zavisno jer nakon mešanja praha i tečnosti ne dolazi do ostvarivanja potpune reakcije vezivanja. Potpuno vezivanje Biodentina ostvaruje tokom 2 nedelje. Tokom inicijalne faze vezivanja Biodentina, dolazi do pojave poroznosti koja se postepeno popunjava tokom narednih dana novim kristalnim strukturama. Tokom završne faze vezivanja, čvrsta faza se pojačava i konačno dostiže maksimum. U cilju postizanja kratkog vremena vezivanja (12 minuta) i zadovoljavajućih mehaničkih svojstava koje odgovaraju prirodnom dentinu, kalcijum silikat se ne može koristi sam. Vreme vezivanja kalcijum silikatnih cemenata obično je u rasponu od nekoliko sati, što je predugo za većinu protokola u kliničkoj praksi. Dosadašnji poznati kalcijum silikatni materijali iako veoma biokompatibilni imaju dugo vreme vezivanja (više od 2 sata) i otežano rukovanje. U cilju prevazilaženja ovih problema razvijena je tzv “Aktivna Biosilikatna Tehnologija”. Ona podrazumeva kontrolu procesa formulacije materijala tokom svakog koraka od početka do kraja, primenom isključivo čistih sirovina. Uobičajeni kalcijum silikatni dentalni cementi (Portland cement, MTA) sadrže neprećišćenu mešavinu kalcijum-silikata, kalcijum-aluminata, kalcijum-aluminoferita, kalcijum-sulfata i arsena zajedno sa niskim koncentracijama metalnih nečistoća (hrom, olovo…itd.) koji dolaze iz prirodnih minerala. Jedini način dostizanja ciljeva u pogledu kontrole čistoće, visoke mehaničke čvrstoće i optimalnog vremena vezivanja, je sintetisanje potpuno čistog kalcijum silikatnog proizvoda. Primenom aktivne biosilikatne tehnologije sada postoji mogućnost da se obezbedičista kalcijum silikatna formulacijauz odsustvo bilo kakvih nečistoća kao što su aluminati i kalcijum-sulfati.

Ostvarivanje veze trikalcijumsilikatnog cementa izuba - karakteristike

Spoj trikalicijum silikatnog cementa i zuba može se okarakterisati istom vezom koju ostvaruju svi cementi na bazi kacijuma (MTA, Portlandcement) a koja se zasniva na formiranju “dentinskih mostova” i taloženju hidroksiapatita. Tačnije, radi se o formiranju mikromehaničke veze i prodoru precipitata u dentinsketubule koji formirajući mineralne “tagove” (produžetke, „prste“) dopri-nose adhezivnom svojstvu materijala.

Daljim procesom rasta kristala koji se nalaze u dentinskim tubulima dolazi do mikromehaničkog “usidravanja” i „zaključavanja“ sa mogućom jonskom razmenom između cementa i zubnog tkiva. Han i saradnici su analizirali i upoređivali prodor kalcijuma i silicijuma Biodentina i MTA u dentin korena zuba posle 1, 7, 30 i 90 dana stajanja uzoraka u simuliranoj tkivnoj tečnosti, odnosno u fosfatnom puferu. SEM analiza je pokazala prisustvo tzv. “itermedijalnog sloja” i “prstolikih” struktura u dentinskim tubulima duž spoja dentina i ispitivanih materijala. Mapiranje elemenata intermedijalnog sloja je pokazalo povećane vrednosti za Ca i Si koji su rasli tokom vremena za oba materijala. Međutim dentinska zona bogata Ca i Si, tačnije, dubina njihovog prodora u dentin, bila je značajno šira kod Biodentina u odnosu na MTA.

Biokompatibilnost i bioaktivnost trikalcijumsilikatnog cementa

Bioaktivnost predstavlja sposobnost materijala da u kontaktu sa tkivom izazove njegovu specifičnu reakciju koja rezultuje formiranjem jače veze između materijala i tkiva. Cementi na bazi trikalcijum silikata, pa tako i Biodentin u kontaktu sa tkivnim tečnostima dovode do precipitacije hidroksiapatita na svojoj površini. Biokompatibilnost predstavlja mogućnost materijala da pokaže karakterističnu reakciju u određenoj primeni. Idealan bioaktivni materijal bi trebalo da stimuliše i modulira proces zarastanja tkiva, da dovodi do adekvatnog zaptivanja pulpe i time spreči dalji prodor bakterija. Biološki aspekt cemenata na bazi kalcijuma (MTA, Portland cementa) bila je tema u više istraživanja koja su potvrdila njihovu bioaktivnost i biokompatibilnost. Za MTA i Ca(OH)2 se može reći da predstavljaju zlatni standard za direktno prekrivanje pulpe i biopulpotomiju. Nowicka i sar. (2013) ispituju i upoređuju odgovor pulpo-dentinskog kompleksa na direktno prekrivanje Biodentinom i MTA 28 gornjih i donjih intaktnih stalnih humanih molara predviđenih za vađenje iz ortodontskih razloga. Pulpe zuba su mehanički trepanirane u in vivo uslovima a zatim je usledilo njihovo direktno prekrivanje sa ispitivanih materijalima. Histološka analiza posle 6 nedelja pokazala je formiranje dentinskog mosta za oba materijala uz odsustvo inflamatornih promena pulpe. Histiološko skorovanje rezultata nije pokazalo statistički značajne razlike između Biodentina i MTA. Autori zaključuju da Biodentin ima sličan efekat na pulpo-dentinski kompleks kao i MTA i da se može primenjivati kao njegova adekvatna zamena.

Mehanička svojstva trikalcijum silikatnog cementa

Biodentin je predviđen kao materijal koji treba da izdrži mastikatorne, parafunkcionalne stresove, temperaturne promene uz hemijsku postojanost u oralnoj sredini. Na osnovu njegove hemijske strukture i procesa očvršćivanja u okviru kojeg dolazi do stalnog formiranja CSH gela, hidratacije kalcijum silikatnih čestica i postepenog dugoročnog popunjavanja međuprostora, od ovog materijala se očekuju dobre mehaničke karakteristike. Kako je poroznost materijala odgovorna za loša mehanička svojstva, obzirom na smanjenje poroznosti ovog materijala tokom vremena, od njega se očekuje poboljšanje mehaničkih karakteristika u kasnijem vremenskom periodu. Bitna karakteristika koja utiče na dobre mehaničke karakteristike Biodentina je i mali sadržaj vode u prvim fazama očvršćivanja.

Kvalitet ivičnog spoja trikalcijum silikatnog cementa

Poznato je da se svi materijali koji sadrže smole skupljaju u određenoj meri i izazivaju stres na spoju koji dovodi do formiranja pukotine. Obzirom na hemijski sastav Biodentina u kojem nema organske komponente, kao i formiranje mikromehaničke veze sa dentinom koju karakteriše precipitacija mineralnih kristala i njihov prodor u dentinske kanaliće, od Biodentina se očekuje dimenziona stabilnost i dobro rubno zaptivanje. Raskin i sar. (2012) upoređuju rubno zaptivanje Biodentina u funkciji ispuna i u funkciji lajnera (sendvič tehnika sa kompozitom) u kombinaciji sa dva adhezivna sistema. Rezultati su pokazali da nije bilo statistički značajne razlike u prodoru boje na cervikalnim rubovima (spoj sa dentinom) između Biodentina i smolom modifikovanog GJC, totalno-nagrizajućeg adhezivnog sistema (sa silanom), totalno-nagrizajućeg adhezivnog sistema (bez silana) i samo-nagrizajućeg adhezivnog sistema i kompozita. Koubi i sar. (2012) ispituju marginalno zaptivanje Biodentina i smolom modifikovanog GJC u funkciji dentinskog zamenika “otvorene sendvič” tehnike nakon godinu dana starenja uzoraka primenom testa difuzije glukozom. Autori zaključuju da je Biodentin pogodan dentinski zamenik primenom “otvorene sendvič” tehnike.

Klinička primena trikalcijum silikatnog cementa

Da je Biodentin materijal koji svojom bioaktivnoću dovodi do stimulacije targetnih ćelija i diferencijacije fibroblasta pulpe u odontoblaste te formiranju reparatornog dentina dokazano je u više istraživanja. Istraživanja koja su se bavila indirektnim i direktnim prekrivanjem pulpe pokazala su da je Biodentin odgovoran za formiranje mineralizovanih čvorova sa molekularnom karakteristikom dentina, odnosno, da je novoformirano mineralno tkivo imalo neorgansku i organsku kompoziciju dentina. Na osnovu ovih nalaza može se reći da je Biodentin sposoban da reparira dentin na svim delovima gde je on oštećen, što daje ovom materijalu širok spektar indikacija. Njegova primena je indikovana i na nivou krunice i na nivou korena.

Trikalcijum silikatni cement (Biodentin) može se koristiti ufunkciji:

• ispuna (6 meseci)
• dentinskog zamenika (“sendvić tehnika”, lajner)
• direknog i indirektnog prekrivanja pulpe
• prekrivanja perforacija na bilo kom nivou komore pulpe
• biopulpotomije• internih i eksternih resorpcija
• apeksne hirurgije (retrogradna kanalna opturacija)
• terapije nezavršenog rasta korena (apeksifikacija)

Na osnovu svega navedenog, može se zaključiti da je ulogaBiodentina opravdana u slučajevima oštećenja dentina narazličitim nivoima krunice ili korena zuba. Stoga proizvođač sa pravom ističe da se radi o materijalu za koga se može reći da je “jedan za sve”.