BR102019015388A2 - Partículas de quitosana carregadas com fosfato de cálcio e compósito resinoso contendo tais partículas - Google Patents

Abstract

a presente invenção compreende o desenvolvimento de partículas submicrométricas e nanométricas de quitosana com fosfato de cálcio, produzidas pelo processo de eletrodeposição, seguido da aplicação dessas partículas em uma matriz resinosa, com o intuito de formar um material compósito com composição específica, que apresenta propriedades antimicrobianas e capacidade de remineralizar as estruturas dentárias, especialmente em condições de ph baixo. além disso, as propriedades mecânicas do material não são afetadas, tanto em curto quanto em longo prazo, pela liberação de cálcio ou da quitosana. o material desenvolvido pode atuar como material restaurador, adesivos dentários, cimentos resinosos, selantes de fóssulas e fissuras, resina para base de dentaduras, dentre outros.

Description

PARTÍCULAS DE QUITOSANA CARREGADAS COM FOSFATO DE CÁLCIO E COMPÓSITO RESINOSO CONTENDO TAIS PARTÍCULAS Campo da invenção

[001] A presente invenção se insere no campo dos materiais compósitos aplicados em odontologia, com intuito de promover a remineralização das estruturas dentárias, e a atividade antimicrobiana especialmente em condições de pH baixo, possibilitando seu uso como material restaurador, adesivo, selante e agente cimentante para próteses e endodontia. O referido compósito compreende partículas nanométricas e submicrométricas de quitosana com fosfato de cálcio, produzidas por eletrodispersão, e inseridas em uma matriz majoritariamente constituída de resina.

Fundamentos da invenção

[002] Desde a década de 1960 os estudos em ciência de materiais têm desenvolvido soluções que permitem promover a reconstituição dentária. Um material desenvolvido por Bowen, à base de monômeros de dimetacrilatos, foi revolucionário na área de odontologia devido a sua capacidade de restaurar as estruturas dentárias.

[003] Uma das principais causas de troca e falhas em restaurações em resina composta é o desenvolvimento de lesões de cáries secundárias, principalmente em dentes posteriores. Desse modo, visando o aprimoramento dos compósitos restauradores no que tange à redução do risco de recidiva de lesões de cárie, estudos vêm sendo feitos para o desenvolvimento de materiais capazes de inibir o desenvolvimento de novas lesões. Podemos dividir esses materiais em duas classes: os que inibem o processo de recidiva de cárie pela inibição da adesão e/ou crescimento do biofilme; e os que a fazem estimulando a remineralização dentária.

[004] Em relação à primeira classe destes materiais funcionais, observam-se uma série de estudos que desenvolveram compósitos resinosos experimentais nos quais são inseridas substâncias antimicrobianas na sua forma pura, tais como clorexidina, triclosan, ou estas conjugadas a alguns monômeros. Estes estudos demonstraram a efetividade de liberação desses fármacos, porém ainda perduram dificuldades relativas a manutenção das propriedades físico-químicas e antimicrobianas desses materiais.

[005] Outros estudos avaliam a incorporação de quitosana a selantes, compósitos restauradores, adesivos dentários e em resina acrílica de base de dentadura. No caso de selantes de fóssulas e fissuras, alguns estudos demonstraram que uma concentração igual ou maior que 2% de quitosana, em pó ou em forma de bastonetes, foi efetiva para a inibição antimicrobiana, porém levou à perda das propriedades mecânicas em estudo de Mahapoka et. al. (2012) .

[006] Em outro estudo abordado em Hamilton et. al. (2015) verificou-se uma adição de quitosana na forma de nanofibras imersas em partículas de resina, que, apesar de não afetar negativamente as propriedades mecânicas, também não apresentaram efeito antimicrobiano.

[007] Em outro desenvolvimento abordado em Elsaka (2012) uma inserção de quitosana em adesivo Single Bond (3M ESPE) demonstrou efetiva inibição de Streptococus mutans mesmo em concentração de apenas 0,12% em peso, porém, reduziu a conversão dos materiais em todas as concentrações testadas, e, acima de 0,5%, reduziu significantemente a resistência de união do material à dentina.

[008] Nos estudos supracitados referentes à quitosana percebe-se que a mesma foi utilizada como único componente ativo nos materiais dentários e não existem estudos em que a quitosana foi utilizada não apenas como agente antimicrobiano, mas como partícula carregadora de fármacos ou outros compostos bioativos, tais como fosfatos de cálcio.

[009] Algumas técnicas têm sido descritas para síntese de partículas com composição orgânica-inorgânica semelhante, sendo que tais técnicas geram partículas com diâmetro médio da ordem de micrômetros e com finalidades distintas. Jayasuriya et. al. (2009) sintetizaram micropartículas de quitosana com fosfato de cálcio dicálcico dibásico e carbonato de cálcio por meio da técnica de dupla emulsão e as reticularam com tripolifosfato, obtendo partículas com tamanho médio de 30 a 60 μm, sendo utilizadas para reparo ósseo.

[010] Yunoki et. al. (2014) utilizaram a técnica de eletrodispersão para sintetizar partículas de quitosana com cloreto de cálcio, que, quando pulverizadas sobre uma solução de tampão fosfato, precipitaram cristais de fosfato de cálcio na sua superfície, gerando partículas orgânicas-inorgânicas com tamanho médio de 350 μm.

[011] Em relação à segunda classe de materiais que inibem a recidiva de cárie, observa-se a associação de compostos à base de fosfatos de cálcio às matrizes resinosas, de forma a se obter compósitos bioativos, que liberam íons cálcio e fosfato para o meio bucal, especialmente em meio ácido, de modo a favorecer a remineralização do esmalte dentário.

[012] Nesta perspectiva, os estudos de Weir et al (2012) compararam o grau de remineralização de dentes humanos, in vitro, usando um nanocompósito restaurador contendo nanopartículas de fosfato de cálcio amorfo, sendo verificado que após seguidos ciclos de desmineralização e remineralização houve uma recuperação do conteúdo mineral quatro vezes maior do dente restaurado com o compósito contendo fosfato de cálcio.

[013] Ainda na tentativa de diminuir o desenvolvimento de cárie secundária, Melo et. al. (2013) compararam resinas experimentais com nanopartículas de fosfato de cálcio amorfo e resinas comerciais com partículas de carga constituídas de vidro de bário. Verificou-se in situ a maior perda mineral do grupo controle, confirmando a redução na formação de lesões de cárie com o uso do compósito com fosfato de cálcio.

[014] Embora as características desses materiais supracitados sejam bastante promissoras no que se referem à inibição do processo carioso na interface dente/restauração e remineralização do esmalte, eles também apresentam limitações, principalmente, a baixa resistência mecânica inerente, que limita a concentração de fosfato de cálcio passível de ser adicionada. Além disso, outros problemas técnicos identificados são a baixa resistência ao desgaste, principalmente em áreas que sofrem constantes esforços mecânicos no ato da mastigação e/ou preparos muito abrangentes e a redução das propriedades mecânicas em longo prazo.

[015] Além disso, alguns problemas relativos a opacidade dos compósitos onde são incluídos fosfatos de cálcio, principalmente na forma de hidroxiapatita, comprometem a estética do material e a alta sorção de água necessária para liberação iônica, pode promover manchas nas restaurações, devido à ingestão de substâncias contendo corantes. E, por fim, a liberação iônica é limitada apenas a um curto espaço de tempo, visto que ocorre o esgotamento dos íons cálcio e fosfato na superfície do material e fragiliza a estrutura.

[016] Desse modo, fica evidente a necessidade de estudos para o desenvolvimento de novos materiais odontológicos restauradores que aliem em um só material as propriedades de inibição do processo carioso com adequadas propriedades mecânicas, visto que não há um único produto (material) que solucione esse problema efetivamente. Ou seja, não existem materiais que componham as duas frentes de atividades de inibição do processo carioso, atividade antimicrobiana e remineralização das estruturas dentárias de forma concomitante, sem implicações negativas nas propriedades mecânicas e/ou biológicas.

[017] Desta forma, o desenvolvimento desta invenção se pautou na síntese de partículas de quitosana carregadas com fosfato de cálcio disperso na matriz polimérica, de modo que a quitosana possua grau de reticulação específico e pode ser inserida numa fase resinosa para promover a formação de um compósito restaurador que apresenta mecanismos de defesa contra a recidiva de cáries.

Estado da técnica:

[018] Alguns documentos promovem a associação de quitosana com fosfato de cálcio com o intuito de promover propriedades biológicas otimizadas inclusive em compósitos resinosos, no entanto, ainda perduram deficiências no que tange ao equilíbrio entre a reticulação, o efeito antimicrobiano e as propriedades mecânicas em longo prazo deste tipo de material para aplicação odontológica.

[019] O documento US20100015068 relata um método e uma composição para síntese de partículas de cálcio para formar filmes que aderem a superfícies biológicas, de modo a utilizar um kit de aplicação ou uma solução para injeção de partículas de cálcio. Estas partículas de cálcio são sintetizadas por técnica layer-by-layer na qual a quitosana pode ou não fazer parte da formulação. A quitosana pode apresentar-se no invento citado como: agente modificador de superfície, portanto externo à partícula, o que não condiz com o material que propomos; ou como polímero catiônico constituinte de uma das camadas da partícula, com carga positiva.

[020] No documento supracitado percebe-se que a liberação de quitosana pelas partículas não é contínua, de modo a limitar seu efeito antimicrobiano e sua funcionalidade, além de sua concentração. As partículas de cálcio sintetizadas estão ligadas a agentes modificadores e recobertas por camadas de policátions e poliânions, o que dificulta a sua liberação quando no corpo (interior) do material restaurador, onde o aporte hídrico é menor e não há degradação das camadas para liberação dos componentes do core das partículas, principalmente se a partícula for reticulada.

[021] Na presente invenção, com um teor de reticulação adequado, e as partículas de fosfato de cálcio dispersas na quitosana, a sorção de água do meio externo libera os íons do interior do material, pois estes estão apenas dispersos nas partículas, sem causar a degradação da partícula de quitosana em si, o que favorece a funcionalidade do material quanto a liberação iônica.

[022] Neste caso, as principais diferenças se evidenciam pela forma de interação entre a quitosana e fosfato de cálcio visto que o mesmo se encontra numa estrutura core-shell. Neste tipo de configuração estrutural a reticulação pode comprometer a funcionalidade de um dos componentes, pois mesmo estando em uma única macropartícula, uma vez que as partículas de cálcio estão no "core" das macropartículas e a quitosana nas camadas com cargas positivas que formam o "shell" das macropartículas, se as partículas forem reticuladas, o cálcio do "core" não é efetivamente liberado, e se as partículas não forem reticuladas o material degrada e perde em propriedades mecânicas. Isso não ocorre no material desenvolvido na presente invenção, visto que há um equilíbrio no nível de reticulação e uma dispersão do fosfato de cálcio na matriz de quitosana das partículas, permitindo tanto os efeitos biológicos de bioatividade, bem como a ação antimicrobiana.

[023] O documento CN10182935 descreve um método de preparação de um material compósito formado por fosfato de cálcio cerâmico e quitosana-hidroxiapatita na qual há uma etapa de reticulação da mistura. O material é voltado para o reparo ósseo em geral, devido a suas propriedades bioativas.

[024] Quanto ao material em questão, partículas de cálcio cobertas por quitosana-hidroxiapatita, podemos dizer que pelo fato da quitosana e fosfato estarem segregados no interior da partícula e a quitosana apenas como uma fina camada de cobertura, a liberação do cálcio vai levar à degradação do material e perda das propriedades em longo prazo, ou seja, mecanicamente funciona da mesma forma caso a quitosana e o fosfato fossem adicionados de forma separada na matriz polimérica.

[025] Desse modo, a referida invenção possibilitou a constituição de uma estrutura de partícula sem segregação de fases que soluciona os problemas dos estudos levantados decorrentes da segregação de fases, como a degradação do material e perda das propriedades mecânicas em longo prazo, não sendo tal modificação prevista no estado da técnica atual.

[026] O documento US20120129970 descreve um compósito para ser utilizado nas áreas odontológica e biomédica. Quando aplicado na área odontológica, o mesmo pode ser utilizado como material para restauração do dente, de modo que o mesmo compreende fosfato de cálcio, quitosana e resinas poliméricas (BISGMA). O tamanho das partículas utilizadas é da ordem submicrométrica, no entanto, não há uma interação específica entre a quitosana e o composto de cálcio com o intuito de formar uma partícula única.

[027] No entanto, ao se avaliar detalhadamente percebe-se que as partículas desenvolvidas apresentam alta razão de aspecto, ou seja, apesar da espessura estar definida em escala nano ou submicrométrica o comprimento da partícula chega a ser 100 ou 50000 vezes maior do que as que foram desenvolvidas na presente invenção, o que provavelmente incorre em problemas de resistência mecânica em longo prazo no material compósito. Além disso, existe a necessidade de modificações mecânicas para melhor espalhamento das partículas na matriz.

[028] Em suma, identificou-se que nenhum dos documentos do estado da técnica conseguiu desenvolver uma estrutura específica de partícula para ser aplicada em um compósito resinoso, de modo que esta partícula fosse completamente estável e concomitantemente apresentasse a dupla funcionalidade (ação antimicrobiana e remineralizante) sem promover degradação significativa do material, com a manutenção das propriedades mecânicas em longo prazo e atividade microbiana prolongada.

Breve descrição da invenção

[029] A presente invenção compreende o desenvolvimento de partículas submicrométricas ou nanométricas de quitosana com uma fase de ortofosfato de cálcio disperso, produzidas pelo processo de eletrodeposição, seguido da aplicação dessas partículas em uma matriz resinosa, com o intuito de formar um material compósito com composição específica, que apresenta propriedades antimicrobianas e capacidade de remineralizar as estruturas dentárias, especialmente em condições de pH baixo. Além disso, as propriedades mecânicas do material não são afetadas, tanto em curto quanto em longo prazo, pela liberação de cálcio ou da quitosana. O material desenvolvido pode atuar como material restaurador, adesivos dentários, cimentos resinosos, selantes de fóssulas e fissuras, resina para base de dentaduras, dentre outros.

Breve descrição das Figuras

[030] Na Figura 1 verificam-se imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), das partículas de quitosana carregadas com fosfato de cálcio dibásico anidro, em diferentes condições de síntese, mais especificamente de acordo com diferentes taxas de injeção: 0,2 mL/h (1A), 0,5mL/h (1B) e 1mL/h (1C).

[031] Na Figura 2 apresenta-se um espectro de FTIR para as partículas produzidas antes da reticulação (2A) e após a reticulação (2B). Observa-se do espectro 2B, realizado após a reticulação, que há uma redução na intensidade do pico na região de 1557 cm-1, relativo a ligações -NH2 e um aumento na intensidade do pico na região de 1655 cm-1 relativo às ligações N=C, devido à formação das bases de Schiff, confirmando a efetividade do processo de reticulação das amostras. Ou seja, ocorre o aumento de um pico e redução do outro concomitantemente, devido à reticulação.

[032] Na Figura 3 apresenta-se a Microscopia eletrônica de varredura das partículas de (3A) quitosana sem reticulação; (3B) quitosana reticulada; (3C) quitosana/DCPA sem reticulação; (3D) quitosana/DCPA reticulada.

[033] Na Figura 4 apresenta-se um histograma relativo à frequência de tamanhos de partículas, observadas para as partículas de quitosana/DCPA antes (4B) e após a reticulação com glutaraldeído (4A).

[034] Na Figura 5 apresenta-se o gráfico de perda de massa relativo à análise termogravimétrica das partículas de quitosana e quitosana/DCPA.

[035] Na Figura 6 apresentam-se dados referentes às propriedades físico-químicas dos compósitos bioativos, 1 e 90 dias após a fotoativação, no que tange ao grau de conversão (6A), resistência à flexão (6B), módulo de elasticidade (6C) e tenacidade à fratura (6D) dos referidos compósitos compreendendo 0,5 e 1,0% de partículas de quitosana/fosfato de cálcio dibásico (DCPA), em relação ao grupo controle sem as partículas.

[036] Na Figura 7 apresentam-se dados referentes aos ensaios antimicrobianos dos compósitos bioativos com as partículas de quitosana/DCPA em relação ao compósito controle no que tange aos parâmetros de: Halo de inibição (7A) e Absorbância relativa à formação de biofilmes (7B).

Descrição detalhada da invenção

[037] A referida partícula de quitosana com fosfato de cálcio foi sintetizada utilizando uma quitosana comercial. O processo de síntese da quitosana se iniciou com a eliminação das impurezas relativas às carcaças dos crustáceos que são utilizados para sua extração.

[038] Tais impurezas são insolúveis em meio ácido, e para eliminá-las, a quitosana utilizada foi submetida a um processo de purificação. A purificação consiste na solubilização de 1% de quitosana em solução de 3% de ácido acético, seguida da filtragem e precipitação em solução 1 mol.L-1 NaOH. Após a precipitação, a solução foi centrifugada a 5000 rpm por 5 min e o precipitado foi submetido à diálise para total remoção do NaOH. O processo foi repetido por duas vezes para se assegurar a purificação do material. O material antes e após purificação foi submetido à análise termogravimétrica.

[039] As partículas de quitosana carregadas com fosfato de cálcio anidro (DCPA) foram sintetizadas por eletrodispersão. A metodologia de eletrodispersão consiste em estabelecer uma diferença de potencial entre a solução de interesse e um disco coletor, de forma que, à medida que a solução é injetada, é estirada e forma um aerossol de partículas.

[040] Inicialmente, o desenvolvimento da partícula se configura pelo preparo de uma solução de quitosana em ácido acético. Uma ampla gama de concentrações de quitosana podem ser usadas, dependendo do peso molecular, assim como diversas concentrações de ácido acético, visto que o ácido além de solubilizar a quitosana ditará a condutância da solução, parâmetro responsável pela eletrodispersão das partículas. Acredita-se que soluções de 30 a 99% de ácido acético sejam viáveis, assim como concentrações de 5 a 15 mg/mL em peso de quitosana. Solventes orgânicos como acetona, álcool etílico, hexano, entre outros podem ser incorporados à solução em diferentes concentrações (0 a 40%) para reduzir o tamanho das partículas geradas.

[041] Os parâmetros preferenciais utilizados na síntese das partículas de quitosana pura ou carregada com fosfato de cálcio se basearam na concentração de 8 e 10 mg/L de quitosana em solução aquoso, com 30% e 90% de ácido acético, respectivamente;

[042] As partículas de quitosana carregadas com fosfato de cálcio possuem de 0 a 50% em peso de fosfato de cálcio dibásico (DCPA). Após a completa solubilização da quitosana, fosfato de cálcio é adicionado à solução na proporção desejada e mantidos sob agitação para formarem uma suspensão ou solução de quitosana e fosfato de cálcio.

[043] Existem diferentes tipos de compostos de fosfato de cálcio, com diferentes solubilidades e fórmulas moleculares e estruturais, sendo que tipos, como fosfato de cálcio amorfo, hidroxiapatita, fosfato dicálcico dididratado, fosfato dicálcico anidro, fosfato tricálcicos, fosfato octacálcico, hidroxiapatita carbonatada, fosfato tetracálcico, fosfato de cálcio dibásico, podem ser utilizado para formar a suspensão/solução desejada.

[044] Além dos materiais da família do fosfato de cálcio, outros agentes indutores de remineralização podem ser incorporados a quitosana com o mesmo propósito, tais como vidros bioativos, silicatos de cálcio, floretos de cálcio, sulfatos de cálcio, entre outros.

[045] Adicionalmente, a partícula de quitosana também pode ser carregada com outras drogas antimicrobianas ou agentes que promovam remineralização, e que possam apresentar efeitos sinérgicos ou complementares a quitosana e/ou aos compostos de cálcio.

[046] A suspensão quitosana/agente remineralizante é acondicionada em uma seringa plástica, acoplada a agulhas de injeção e submetidas ao processo de eletrodispersão. De acordo com o peso molecular da quitosana e proporção do conteúdo inorgânico, os parâmetros para eletrodispersão podem ser ajustados. A saber, os parâmetros a serem ajustados são: concentração e condutividade da solução, velocidade de injeção, variando de 0,1 a 5 mL/h, tensão elétrica de 1 a 50kV, e distância da agulha ao coletor de 1 a 30 cm.

[047] Os parâmetros preferenciais utilizados na síntese das partículas de quitosana carregada com fosfato de cálcio se basearam na velocidade de injeção de 0,5 mL/h, tensão elétrica de 30kV e distância da agulha ao coletor de 18 cm, para soluções de quitosana de alto pelo molecular em 10 mg/mL, 20% de fosfato de cálcio dibásico e 90% de ácido acético.

[048] No entanto, outras condições podem ser usadas, para se obter partículas com diferentes tamanhos e carregamentos (potencial zeta), por exemplo, foram testadas com êxito as velocidades de 0,2 mL/h, 0,25ml/h e 1,0 mL/h, associada a 30 ou 40kV, em soluções de quitosana 8mg/mL e 10mg/mL com 30%, 50% ou 90% de ácido acético.

[049] Previamente à eletrodispersão, a placa coletora foi imersa por 5 minutos em solução 1M HCl, enxaguada abundantemente com água, seca por evaporação e limpa com DMF (NN-Dimetilformamida) para facilitar a remoção das partículas do anteparo. Após deposição do material, o mesmo deve ser reticulado preferencialmente em atmosfera saturada de vapor de glutaraldeído, a partir de soluções de 25 a 50%, preferencialmente 25%, por um tempo de 30 min a 18 horas, preferencialmente 18 horas, e armazenados a seco em temperatura ambiente.

[050] As partículas foram caracterizadas quanto à morfologia utilizando um microscópio eletrônico de varredura com field emission gun. O tamanho e carregamento superficial das partículas foram determinados por meio da técnica de espalhamento de luz e potencial zeta. A difusão das partículas foi mensurada e transformada por meio de equações apropriadas de Stoke-Einstein em uma distribuição de tamanhos. O potencial zeta por sua vez, foi obtido por meio de microeletroforese Doppler a laser.

[051] A partir de microscopia eletrônica de varredura, verificou-se que as partículas de quitosana pura e quitosana/DCPA apresentam uma ampla distribuição de tamanho. As partículas menores têm formato esférico bem regular, e as maiores possuem forma de um disco bicôncavo, de altura menor que seu diâmetro e com uma concavidade no centro.

[052] Pela Figura 3 podemos observar as partículas de quitosana e quitosana/DCPA, sintetizadas com fluxo de 0. 5mL/h antes e após a reticulação, onde se percebe que a reticulação não alterou a morfologia das partículas sintetizadas.

[053] As partículas também foram caracterizadas em relação a sua distribuição de tamanho de modo que a partícula de Quitosana/DCPA reticulada apresentou faixa de distribuição de tamanho entre 400 e 1500 nm, com pico do histograma em aproximadamente 800 nm, enquanto que, a partícula de Quitosana/DCPA sem reticulação apresentou faixa de distribuição de tamanho entre 200 e 700 nm, com pico do histograma em aproximadamente 375 nm, conforme pode ser verificado na Figura 4.

[054] Na técnica de microeletroforese Doppler a laser, um campo elétrico é aplicado sobre uma dispersão de partículas que passam a se movimentarem em dada velocidade, de acordo com seu potencial zeta, esta velocidade é determinada por uma técnica interferométrica e a partir dela é calculado o potencial e distribuição zeta. A reticulação do material foi analisada por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), pela técnica de KBr, com picos nas regiões 1557 cm-1 e 1655 cm- 1.

[055] A reação de reticulação da quitosana por glutaraldeído se dá pela reação do grupamento amina (-NH2) presente na quitosana, com os grupos carboxila (C=O) presentes no glutaraldeído, formando uma base de Schiff (N=C), ou seja, uma ligação covalente imina irreversível. Ao se comparar os espectros das partículas antes (figura 2A) e após a reticulação (figura 2B), observa-se uma redução na intensidade do pico na região de 1557 cm-1, relativo às ligações -NH2 e um aumento na intensidade do pico na região de 1655 cm-1, relativo às ligações N=C, confirmando assim a efetiva reticulação das partículas. Experimentalmente, também foi possível observar uma alteração da cor branca para uma cor levemente marrom das partículas após o processo de reticulação.

[056] Por fim, as partículas também foram submetidas a um ensaio termogravimétrico, que consiste no aquecimento gradual da amostra até 1000 °C em atmosfera de ar sintético, de forma a obter-se uma curva da perda de massa em função da temperatura. Devido à perda do componente orgânico com o aumento da temperatura, esta análise nos permite determinar a proporção de conteúdo inorgânico que foi incorporado nas partículas. Pela Figura 5, identifica-se que a amostra de quitosana/DCPA apresentou 10% de teor final de fosfato de cálcio, cerca de metade da concentração de DCPA adicionada na solução inicial.

[057] Para a produção do compósito resinoso aplicam-se as partículas produzidas conforme as especificidades supracitadas nos materiais resinosos. Os materiais resinosos são preferencialmente dimetacrilatos, acrilatos, siloranos, uretanos. As resinas compostas experimentais foram formuladas na ausência de luz, sendo compostas de BisGMA (2,2bis[4-(2-hidroxi-3-metacriloxipropoxi)fenil]-propano) e TEGDMA (trietilenoglicol dimetacrilato) na proporção equimolar de 1:1.

[058] O co-iniciador (2-(dimetilamino)etil metacrilato) e a canforoquinona, nesta ordem, são acrescidos de 0,25 a 30% ao TEGDMA (preferencialmente 1% em peso de cada), seguidos do BisGMA, e, após homogeneização, são adicionadas as partículas de quitosana ou quitosana/fosfato de cálcio em 0,01 a 50% em peso, preferencialmente, 0,5 a 1,0%, com auxílio de misturador mecânico.

[059] Por fim, adicionam-se as partículas de carga no material, que também são homogeneizadas em misturador mecânico. As partículas de carga são preferencialmente vidros de metais pesados (bário), sílica, quartzo, zircônia, alumina. Os materiais foram mantidos sob refrigeração, até 2h antes da confecção dos corpos-de-prova.

[060] A composição do compósito resinoso compreende: 15,0% a 99,9% de resina polimérica, 0,0% a 70,0% de partícula de carga, 0,01 a 10% de nanopartículas de quitosana/DCPA. De forma preferencial, a composição do compósito resinoso compreende de 39,0 a 39,5% de uma mistura 1:1 de BisGMA e TEGDMA, 0,5 a 1,0% de nanopartículas de quitosana/DCPA, e 60% de vidro de bário, com tamanho de 0,7 μm contendo 5% silano.

Ensaios de caracterização química e mecânica

[061] O grau de conversão foi mensurado 24 horas e 90 dias após a fotoativação, usando espectroscopia de infravermelho com reflectância total atenuada (ATR). O compósito foi inserido em uma matriz de silicone com 5 mm de diâmetro e 2 mm de altura. Foram analisados os espectros antes e após 24 horas ou 90 dias da fotoativação do material, sendo obtidos pela co-adição de 16 scans e resolução de 4 cm-1. A relação entre as áreas relativas aos picos de absorção em 1638 cm-1, e 1610cm-1, foi calculada para o material polimerizado e não polimerizado, e utilizada para o cálculo do grau de conversão. Para a realização de ensaios mecânicos, os corpos-de-prova foram confeccionados com o auxílio de matriz de aço bi-partida nas dimensões 25x2x2 mm3 (Resistênica à flexão e módulo de elasticidade) e 25x2,5x2 mm (tenacidade à fratura) , na qual os mesmos foram fotoativados três vezes de cada lado por 20 segundos, utilizando um fotopolimerizador (Radii-cal, Austrália).

[062] O teste de dobramento em três pontos foi realizado em máquina universal de ensaios (Instron 5565), de acordo com a ISO 4049; com distância entre os apoios de 20 mm. A medida de cada espécime foi tomada individualmente com o auxílio de um paquímetro digital. O ensaio de tenacidade à fratura foi realizado em máquina de ensaio universal de acordo com os padrões definidos pela norma ISO 23146.

[063] De acordo com a Figura 6, percebe-se que a inclusão das partículas bioativas não incorreram em alteração estatística das propriedades físico-químicas do material em relação ao grupo controle, visto que os dados de resistência e flexão, módulo de elasticidade e tenacidade à fratura se mantiveram em níveis adequados mesmo após 90 dias.

Testes de atividade antimicrobiana

[064] As amostras em forma de disco foram preparadas (4,5 mm x 1,0 mm, n = 30) usando um molde de aço inoxidável. O material foi fotopolimerizado por 20s e um polimento úmido foi realizado com papel de carboneto de silício de 2000/4000 mesh. As amostras foram lavadas com ultra-som por 5 min em água destilada e esterilizadas sob irradiação UV por 20 min.

[065] O inóculo bacteriano foi preparado usando uma única cepa bacteriana, Streptococcus mutans (ATCC 700610). O meio BHI desidratado (Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, EUA) foi preparado de acordo com as instruções do fabricante e o inóculo foi preparado diretamente com caldo fresco.

[066] A suspensão foi ajustada para atingir uma turbidez equivalente a um padrão de 0,5 McFarland (OD600 = 0,5), o que equivale a 1,5 × 108 UFC/mL. Uma alíquota de 200 μl foi inoculada nas placas de ágar BHI e permitiu que a superfície do meio secasse durante 3-5 minutos. As amostras de disco foram colocadas na superfície da placa de ágar BHI inoculada e ligeiramente pressionadas para garantir o contato completo entre o disco e a superfície do ágar. Um máximo de cinco discos foram colocados em uma placa de Petri de 100 mm. As placas foram incubadas de cabeça para baixo a 37 ° C e 5% de CO2 por 24 horas. As zonas de inibição em torno dos discos foram medidas em milímetros usando uma régua graduada em 0,5 mm.

[067] Para o teste de formação de biofilme foram preparadas amostras em forma de disco seguindo o protocolo descrito para o método de difusão em disco. Para a formação do biofilme, 200 μl de cultura bacteriana ajustada a uma concentração de OD600 = 0,5 foram adicionados a 50 mL de BHI fresco com 1% de sacarose. Os espécimes de disco foram incubados, colocados no fundo de uma placa de 24 poços e com 2 ml da solução bacteriana foi adicionado por poço. As amostras foram então incubadas a 37 °C e 5% de CO2 durante 24 h, quando a solução bacteriana foi substituída por 2 ml de violeta de cristal a 0,1% foi adicionada a cada espécime e incubadas durante 20 minutos à temperatura ambiente. As amostras de discos foram lavadas três vezes em água desionizada para remover o excesso de corante, secas ao ar e descoradas com 2 ml de etanol absoluto (> 99%). O biofilme foi avaliado por absorbância da densidade óptica (OD) usando luz de comprimento de onda de 595 nm em um espectrofotômetro. A coloração de fundo foi calibrada com etanol absoluto. A eficácia antibacteriana para cada compósito experimental foi calculada como a porcentagem da DO média para o compósito de controle.

[068] Estes testes de atividade antimicrobiana foram realizados com a cepa da bactéria Streptococcus Mutans (ATCC 700610) de modo que se identificou, conforme Figura 7, que o material com 0,5% de quitosana/DCPA foi capaz de promover um maior halo de inibição do microrganismo após 24h em cultura. Observa-se também que no compósito controle, ou seja, sem a presença das partículas criadas, a formação de biofilme após 24h foi maior do que no compósito resinoso que compreende as mesmas.

Vantagens e Performance

[069] Todas as características e propriedades comprovadas permitem explicitar as principais vantagens do uso deste material que se inserem principalmente no fato de aliar propriedades de inibição de biofilme bacteriano e de remineralização das estruturas dentárias devido respectivamente, a ação antimicrobiana da quitosana e a liberação de íons cálcio e fosfato pelas partículas de tamanho submicrométrico.

[070] O tamanho das partículas implica ainda na possibilidade de adição de alto conteúdo de partículas de vidro e/ou sílica, responsáveis diretos pela resistência mecânica do material e, além disso, diminui a sorção de água e solubilidade, em relação a compósitos onde são adicionados apenas fosfatos de cálcio, uma vez que o fosfato de cálcio está disperso na quitosana, que não é lixiviada, dada à sua reticulação, ao invés de aglomerado na matriz polimérica. E permite a manutenção das propriedades mecânicas em longo prazo dada a baixa degradação do material.

[071] Desse modo, o referido material compósito possui duas funcionalidades efetivas na prevenção de recidiva de cáries, que tende, portanto, a aumentar a longevidade das restaurações de resina composta, propiciar menores índices de biofilme dentário, possibilitar maior mineralização das estruturas dentárias e, consequentemente, oferecer mais qualidade de vida ao paciente.

[072] Em suma, a invenção descrita permite um grande avanço tecnológico à indústria odontológica ao propiciar o desenvolvimento de novos materiais dentários pela estrutura das partículas duplamente ativas de quitosana com fosfato de cálcio disperso, obtidas por meio de uma metodologia de eletrodispersão e simples mistura no material resinoso. A associação de ambos os fatores, atividade antimicrobiana e remineralização das estruturas dentárias, reflete no aumento da longevidade clínica e da manutenção da saúde bucal dos pacientes.

[073] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.

Claims (11)

1. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO produzida por meio de eletrodispersão caracterizada por ter diâmetro entre 80nm a 1500nm, preferencialmente 400nm a 1500nm, mais preferencialmente 800nm, em que compreende majoritariamente uma matriz de quitosana parcialmente reticulada, contendo de 0,01% a 50,0% de fosfato de cálcio, sendo preferencialmente 10,0% em peso de fosfato de cálcio, e disperso homogeneamente.
2. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a reticulação da quitosana ser realizada preferencialmente em atmosfera saturada de vapor de glutaraldeído, a partir de soluções de 25 a 50% de concentração, preferencialmente 25%, por um tempo de 30 min a 18 horas, preferencialmente 18 horas, e armazenados a seco em temperatura ambiente.
3. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por uma quantidade de 5 a 15 mg/mL em peso de uma quitosana comercial ser purificada em uma solução de 30 a 99% de ácido acético, filtrada e precipitada em meio básico antes da eletrodispersão.
4. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o fosfato de cálcio configurar como uma das seguintes variações químicas ou combinações destas: fosfato de cálcio amorfo, hidroxiapatita, fosfato dicálcico dididratado, fosfato dicálcico anidro, fosfato tricálcico, fosfato octacálcico, hidroxiapatita carbonatada, fosfato tetracálcico, fosfato de cálcio dibásico.
5. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO, de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizada por o fosfato de cálcio ser preferencialmente fosfato de cálcio dibásico (DCPA).
6. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o fosfato de cálcio poder ser substituído em proporções equivalentes por vidros bioativos, silicatos de cálcio, floretos de cálcio ou sulfatos de cálcio.
7. PARTÍCULA DE QUITOSANA CARREGADA COM FOSFATO DE CÁLCIO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender opcionalmente drogas com efeitos sinérgicos ou complementares a quitosana e/ou aos compostos de cálcio.
8. COMPÓSITO RESINOSO, obtido por meio da inclusão das partículas definidas nas reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender 15,0% a 99,9% de resina polimérica, preferencialmente 39,0% a 39,5%, 0,0% a 60,0% de partículas de carga cerâmicas, preferencialmente 60,0%, 0,01 a 10,0% de nanopartículas de quitosana/fosfato de cálcio, preferencialmente 0,5 a 1,0%.
9. COMPÓSITO RESINOSO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a resina polimérica ser uma mistura 1:1 de BisGMA (2,2bis[4-(2-hidroxi-3-metacriloxipropoxi)fenil]-propano) e TEGDMA (trietilenoglicol dimetacrilato).
10. COMPÓSITO RESINOSO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por as partículas de carga cerâmicas serem escolhidas dentre vidros de metais pesados, sílica, quartzo, zircônia, alumina.
11. COMPÓSITO RESINOSO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as partículas de cargas cerâmicas serem preferencialmente vidro de bário, com tamanho de 0,7 μm contendo 5% de silano.

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