SK102998A3

SK102998A3 - Bioactive glass compositions and methods of treatment using bioactive glass

Info

Publication number: SK102998A3
Application number: SK1029-98A
Authority: SK
Inventors: Leonard J Litkowski; Gary D Hack; David C Greenspan
Original assignee: Univ Maryland; Usbiomaterials Corp
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1999-04-13
Also published as: DE69731184T2; NO983490L; KR19990082114A; NZ331514A; CA2244722A1; US6244871B1; OA10818A; CN1103750C; ATE279380T1; CA2244722C; IL125560A0; CZ239598A3; KR100491275B1; HK1019222A1; EP0877716B1; US6086374A; ES2230597T3; EP0877716A4; NO983490D0; PL328149A1

Description

Bioaktívna sklená kompozícia a spôsob ošetrenia používajúci túto kompozíciu

Oblasť techniky

Vynález sa týka bioaktívnej sklenej kompozície. Vynález sa najmä týka zlepšenej bioaktívnej sklenej kompozície obsahujúcej častice majúce kombinácie rozpätia veľkostí podstatne nižšie ako predchádzajúce kompozície. Vynález sa tiež týka rôznych spôsobov ošetrenia pomocou tejto bioaktívnej sklenej kompozície.

Doterajší stav techniky

Pri sklovine ľudských zubov dochádza prirodzeným spôsobom k jej demineralizácii. Pôsobením slín a jedla na sklovinu sa zo zubov pomaly vylúhujú minerály, čo prípadne vedie ku zvýšenej náchylnosti na tvorbu zubného kazu. Tento proces demineralizácie rezultuje v začínajúce zubné kazy, ktoré typicky predstavujú veľmi malé defekty na povrchu skloviny, ktoré sú obvykle do určitej miery ponechané neošetrené. U pacienta, ktorý má obnažené oblasti zuboviny, čo je spôsobené zubným kazom nachádzajúcom sa pod spojením cement-sklovina, môže dôjsť tiež ku kariéznej dentínovej demineralizácii. Na spomalenie uvedeného prirodzeného procesu demineralizácie boli vytvorené rôzne spôsoby spočívajúce v aplikácii fluoridu 'a ďalších tópických ošetreniach.

Tak napr. patent US 5,427,768 opisuje roztoky fosforečnanu vápenatého, ktoré sú presýtené pevným fosforečnanom vápenatým a oxid uhličitý. Z týchto roztokov dochádza k depozitu fosforečnovápenatých zlúčenín s fluoridom alebo bez fluoridu na zoslabnutú časť zubu alebo do zoslabnutej časti zubu, akým je napr. zubný kaz, obnažený koreň zubu alebo obnažená zubovína. Patent US 5,268,167 a 5,037,639 opisuje použitie amorfných zlúčenín vápnika, akými sú napr. amorfný fosforečnan vápenatý, amorfný fosforečnan-fluorid vápenatý a amorfný uhličitan-fosforečnan vápenatý, v remineralizácii zubov. Tieto amorfné zlúčenia v prípade, že sa aplikujú na zubné tkanivo, zabraňujú zoslabovaniu zubu a/alebo ošetrujú zoslabnutú časť zubu.

I ¹

Uvedené spôsoby majú niektoré nasledujúce nevýhody

1) nízke pH potrebné na aplikáciu, ktoré môže mať dráždivý účinok,

2) rýchla reakcia, ktorá spôsobuje veľmi krátkodobý účinok,

3) pretože tieto spôsoby používajú roztoky, skutočné reakcie sú ťažko regulovateľné z pacienta na pacienta a

4) pretože reakcie rýchlo prebiehajú a majú krátky priebeh, procedúra sa musí zopakovať na udržanie žiaduceho účinku.

Taktiež je pri obidvoch metódach potrebné, aby aspoň v jednom roztoku bol pred zmesovým dávkovaním obsiahnutý oxid uhličitý pod tlakom, čo robí túto metódu veľmi ťažkou, pokiaľ ide o presné dávkovanie.

Demineralizácia prípadne spôsobuje tvorbu dutín v obale skloviny, v dôsledku čoho sú obnažené nižšie uložené časti štruktúry zubu. Zub s týmto druhom zubného kazu sa obvykle ošetruje vyvŕtaním oblasti napadnutej zubným kazom a vložením polotrvalého výplňového materiálu. Predsa len sa hľadajú menej agresívne spôsoby ošetrenia zubu poškodeného zubným kazom.

V prevencii proti tvorbe zubného kazu v miestach zubu, ktoré sú najmä rizikové, pokiaľ ide o tvorbu zubného kazu, našli široké uplatnenie profylaktické jamky a.štrbinové tmely. Tieto tmely obsahujú' polyméry alebo iné cementy, ktoré vyžadujú suchú aplikáciu a použitie fixačného činidla. Tieto tmely sú dočasné a neposkytujú optimálne utesnenie.

Na ošetrenie čerstvo obnažených zubných povrchov, akými sú napr. povrchy obnažené vŕtaním zubu, sú používané vložky a podklady. Potom, čo je dutina pripravená, je všeobecnou praxou aplikovať vložku alebo podklad pred vyplnením dutiny výplňovým materiálom. Vložka je tvorená tenkým povlakovým materiálom a podklad je tvorený hrubším poťahom. Vložkové a podkladové materiály sú vyhotovené tak, aby znížili priepustnosť zuboviny pri styčnej ploche zubného materiálu a chránili zub pred mikro-prienikmi okolo výplňového materiálu a cez tento materiál a utesnili zubovinové kanáliky. Predchádzajúce vložky alebo dutinové laky obsahujú materiály, akými sú napr. organické živice rozpustené v organickom rozpúšťadle. Po odparení organického rozpúšťadla je živica ponechaná v dutine. Nevýhody spojené s týmito organickými živicami sú dostatočne zdokumentované a spočívajú v priepustnosti spojenia, nedostatočnej priľnavosti, citlivosti na kyseliny a pod..

Ďalší spôsob vložkovania zubnej dutiny je opísaný v patente US 4,538,990, ktorý spočíva v aplikácii 1 až 30% (hmotn./obj.) neutrálneho roztoku oxalátovej soli, akou j.e dvojdraselný, na náterovú vrstvu a následnej až 3% (hmotn./obj.) kyslého roztoku oxalátovej soli, akou je napr. monohydrogénoxalát draselný, na túto vrstvu. Prieskum ukázal, že týmto spôsobom sa dosiahne slabé utesnenie zubných kanálikov.

napr. oxalát aplikácii 0,5

Patent US 5,296,026 opisuje sklenú kompozíciu fosfátového cementu a spôsob využitia tejto kompozície ako chirurgického implantátového materiálu na vyplnenie dutín v kosti a kanálikoch v zube. Táto cementová kompozícia obsahuje P₂O₅, CaO, SrO a Na20 v spojení s vodnou kvapalinou s liečebnými činidlami alebo bez liečebných činidiel. Zmiešanie tohoto prášku a kvapaliny vedie k vytvrdzovacím reakciám. V prípade, že tento cement je implantovaný do tvrdého tkaniva, potom slúži ako výplňový/transplantátový materiál a spoločne s uvoľnením vyluhovateľných zložiek môže podporovať liečenie kosti a udržanie zdravého stavu kosti.

Okrem toho boli vyvinuté rozličné bioaktívne a biokompatibilné sklá ako materiály nahrádzajúce kostné tkanivo. Štúdie ukázali, že tieto sklá spôsobujú osteogenézu alebo k nej napomáhajú vo fyziologických systémoch (Hench a kol., J.Biomed. Mater. Res. 5:117-141 (1971). Spojenie vytvorené medzi kosťou a sklom sa ukázalo byť nesmierne silné a stabilné (Piotrowski a kol., J. Biomed. Mater. Res. 9:47-61 (1975). Toxikologické zhodnotenie týchto skiel ukázalo ich netoxické účinky v kostiach alebo mäkkých tkanivách v modeloch in vitro a in vivo Wilson a kol., J.Biomed. Mater. Res. 805-817 (1981). Bolo uvedené, že sklo je bakteriocídne alebo bakteriostatické s najväčšou pravdepodobnosťou vzhľadom na zmenu pH vyvolanú iónmi z povrchu skla a neexistenciou bakteriálnej priľnavosti na sklenom povrchu (Stoor a kol., Bioceramics Vol. 8 p. 253-258 Wilson a kol. (1995).

Spojenie skla a kosti je zahájené ich ponorením do vodných roztokov. Ióny Na⁺ v skle sa vymenia s iónmi H⁺ z telesných tekutín, čo spôsobí zvýšenie pH. Molekuly vápnika a fosforu migrujú, čím vytvárajú povrchové vrstvy bohaté na vápnik a fosfor. Pod touto vrstvou bohatou na vápnik a fosfor sa nachádza vrstva, ktorá sa stáva stúpajúcou mierou bohatá na oxid kremičitý kvôli strate iónov sodíka, vápnika a fosforu (patent US 4,851,046).

Chovanie bioaktívnych skiel ako pevných implantátov v dentálnych aplikáciách bolo opísané v dokumente Stanley a kol., Jornal of Prostetic Dentistry, Vol. 58, str. 607-613 (1987) . Boli vyrobené a do zubných lôžok vytrhnutých rezákov dospelého pacienta vložené náhrady zubov. Po uskutočnení histologickej skúšky vyhotovenej počas 6 mesiacov sa preukázalo úspešné spojenie implantátov s okolitou kosťou. V súčasnej dobe je dostupná klinická aplikácia týchto techník na použitie u ľudí (Endosseous Ridge Maintenance Implant ERMI^). BioI aktívne sklo je používané najmä na periodontálne nápravy kostných chýb (patent US 4,851,046) používajúcich rozsah veľkostí od 90 do 170 μιη a zloženie uvedené v nasledujúcom stĺpci.

Komponent

Hmotnostné percentá

SiO₂

CaO

Na₂° ^p2°5

CaF₂ ^B2°3

40-55

10-30

10-35

2-8

0-25

0-10

Z vyššie uvedených údajov je zrejmé, že 60 % oxidu kremičitého je za hranicou bioaktívnej taveniny odvodených skiel (Okasuki a kol., Nippon Seramikbusu Kyokai Gakijutsu Konbuski, Vol. 99, str. 1-6 (1991).

Bolo stanovené, že veľkosť 90-710 gm je najúčinnejšia na periodontálne aplikácie v prípade, že implantát je v priamom kontakte s kosťou. Avšak veľkosti menšie ako 90 μτα sú neúčinné kvôli ich vysokému stupňu reaktivity a rýchlej resorpcii v mieste kosti. Okrem toho sa určilo, že veľkosti menšie ako 90 gm sú tiež neúčinné v mäkkom tkanive kvôli domnienke, že menšie častice sú vybrané makrofágy (viď. patent US 4,851,046). Zistilo sa, že veľkosti menšie ako 20 gm sú tiež neefektívne v istých kostných chybách (viď. patent US 5,204,106) kvôli vysokému stupňu reaktivity.

V patente US 4,239,113 je tiež opísané použitie kostného cementu. Tento patent tiež opisuje bioaktívny sklený keramický prášok, ktorý má veľkosť častíc od 10 až 200 gm. Okrem toho predmet uvedeného patentu vyžaduje použitie kopolymérov metylmetakrylátu a sklených minerálnych vlákien.

Žiadny z predchádzajúcich spôsobov alebo kompozícií nemá kombinovanú výhodu, ako jednoduchej aplikácie, tak aj žiaducej priľnavosti na zubnú štruktúru spočívajúcej v prieniku do veľmi malých chýb štruktúry zubu a možnosti nepretržitej chemickej a fyzikálnej interakcie so zubnou štruktúrou po uškutočnení aplikácie.

Taktiež cieľom vynálezu je poskytnúť kompozíciu schopnú chemickej a fyzikálnej interakcie so zubnou štruktúrou, ktorá je jednoducho aplikovateľná a ľahko priľnavá na zubnú štruktúru .

Ďalším cieľom vynálezu je poskytnúť spôsob použitia tejto bioaktívnej sklenej kompozície na ošetrenie rôznych dentálnych a iných chýb.

Podstata vynálezu

Vynález sa týka, napr. bioaktívnej sklenej kompozície zahrňujúcej najmä bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahujúce nasledujúce komponenty, ktorých podiel je vyjadrený v hmotnostných percentách:

Sio₂	40-60	%
CaO	10-30	%
Na₂O	10-35	%
^P2°5	2-8	%
CaF₂	0-25	%
^B2°3	0-10	%
k₂o	0-8	%
MgO	0-5

pričom časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo ‘obsahuje častice menšie ako 90 μπι a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako 10 gm. Vynález sa tiež týka rôznych spôsobov dentálneho ošetrenia zahrňujúcich remineralizáciu, utesnenie trhliniek a/alebo jamiek, vložkovanie zubnej štruktúry, ošetrenie zubného kazu, prekrytie drene, ošetrenie citlivej zubnej štruktúry po chirurgickom zákroku, utesnenie zubovinových kanálikov a povrchu na regeneráciu ďasien.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude viac zrejmý z opisu nasledujúcich príkladov uskutočnenia vynálezu, v ktorom budú odkazy na priložené výkresy, na ktorých ' obr. 1 zobrazuje zubovinový kontrolný povrch, ktorý bol upravovaný 37% kyselinou ortofosforečnou počas 30 s na vybratie ľubovoľnej rozotretej vrstvy po rozrezaní a brúsení na napodobenie klinickej citlivosti, pričom tento povrch nebol upravený bioaktívnym sklom podľa vynálezu (2000 x zväčšené), obr. 2 zobrazuje zubovinový kontrolný povrch, ktorý bol upravovaný 37% kyselinou ortofosforečnou počas 30 s na vybratie ľubovoľnej rozotretej vrstvy po rozrezaní a brúsení na napodobenie klinickej citlivosti, pričom tento povrch bol upravený bioaktívnym sklom podľa vynálezu (3000 x zväčšené), obr. 3 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol upravený leptaním kyselinou a upravovaný bioaktívnou sklenou kompozíciou podľa vynálezu vo vode a glycerole počas 2 minút (veľkosť častíc je nižšia ako 1 μπι až 90 μπι, 1000 x zväčšené) , obr. 4 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol leptaný kyselinou a následne upravovaný bioaktívnou sklenou kompozíciou podľa vynálezu vo vode a glycerole počas 2 minút, pričom povrch bol potom pretrepávaný a oplachovaný vodou počas 2 minút (veľkosť ¹ častíc je nižšia ako 1 μτη až 20 μπι, 2000 x zväčšené), obr. 5 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol leptaný kyselinou a následne upravovaný bioaktívnou sklenou kompozíciou podľa vynálezu a ponorený do vody počas 3 dní, pričom tento povrch nebol potom pretrepávaný, avšak bol oplachovaný počas 2 minút (veľkosť častíc je nižšia ako 1 μπι až 90 μπι, 2000 x zväčšené) , obr. 6 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol leptaný kyselinou a následne upravovaný bioaktívnou sklenou kompozíciou podľa vynálezu vo vode a zubnej paste počas 2 minút, pričom tento povrch bol potom pretrepávaný a oplachovaný vodou počas 2 minút (veľkosť častíc je nižšia ako 1 gm až 3 μπι, 3000 x. zväčšené) , .

obr. 7 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol vyleptaný kyselinou a upravovaný bioaktívnou sklenou kompozíciou podľa vynálezu vo vode a zubnej paste počas 2 minút, pričom tento povrch bol potom pretrepávaný a následne oplachovaný vodou počas 2 minút (veľkosť častíc je nižšia ako 1 gm až 3 μπι, 3500 x zväčšené), obr. 8 a 9 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol leptaný kyselinou ortofosforečnou, upravovaný bioaktívnou sklenou kompozíciou podľa vynálezu počas 2 minút a ponorený do fyziologického roztoku pufrovaného fosforečnanom počas 5 dní (veľkosť častíc je nižšia ako 1 μπι) , .

obr. 10 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol leptaný kyselinou a následne upravený jedinou aplikáciou bioaktívnej sklenej kompozície podľa vynálezu, obr. 11 zobrazuje zubovinový povrch, ktorý bol leptaný kyselinou a následne upravený tromi oddelenými aplikáciami bioaktívnej sklenej kompozície podľa vynálezu a obr. 12 zobrazuje Fourieróvu transformačnú spektroskopiu uskutočnenú na vzorkách upravených časticami bioaktívneho skla s optimálnou veľkosťou a tvarom.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Predmetom vynálezu je bioaktívna sklená kompozícia, ktorá je použiteľná, napr. pri remineralizácii skloviny, remineralizácii začínajúceho zubného kazu, remineralizácii nakazenej zuboviny, prevencii pred zubným kazom, zastavení tvorby zubného kazu, taktiež aj v protikazových tesniacich prostriedkoch na jamky a rozštepy, profylaktických pastách, fluoridových ošetrujúcich prostriedkoch, zubovinových tmeloch a pod. . Môže byť tiež obsiahnutý v zubných pastách, vložkách, podkladoch, géloch a posilňujúcich materiáloch, akým je napr. obalové činidlo na nepriame prekrytie drene, a pod.. Kompozícia podľa vynálezu je tiež použiteľná pri ošetreniach povrchov po periodontálnom chirurgickom zákroku na zníženie citlivosti zuboviny a zlepšenia spojenia s tkanivom. Táto kompozícia je tiež účinná v ošetrení rôznych chýb spojených s rôznymi dentálnymi a inými podmienkami a v skutočnom chemickom a fyzikálnom spojení so zubom, čím napomáha remineralizácii zubnej štruktúry.

Ako to bolo vyššie uvedené, remineralizácia predstavuje tvorbu hydroxyapatitu. Táto tvorba hydroxyapatitu začína vystavením bioaktívnej sklenej kompozície vplyvu vodných roztokov. Existuje domnienka, že ióny sodíka (Na⁺) v bioaktívnom skle sa vymieňajú s iónmi vodíka (H⁺) v telesných tekutinách, čo spôsobuje zvýšenie pH. Vápnik a fosfor potom migrujú z bioaktívneho skla, čím vytvárajú povrchovú vrstvu bohatú na vápnik a fosfor. Nižšie usporiadaná vrstva bohatá na oxid kremičitý sa pomaly zväčšuje, pretože ióny v sodíku v bioaktívnom skle pokračujú vo výmene s iónmi vodíka roztoku. Po určitej dobe vrstva bohatá na vápnik a fosfor kryštalizuje do hydroxyapatického materiálu. Kolagén môže byť štrukturálne integrovaný s apatitovými aglomerátmi. Ako to bude nižšie uvedené, účinným remineralizačným množstvom je ľubovoľné množstvo, ktoré je schopné tvoriť hydroxyapatit.

‘ »

Pokiaľ ide o termín zubná štruktúra, je tým myslená ľubovoľná časť alebo ľubovoľné časti zubu, zahrňujúce napr. sklovinu, zubovinu, dreň, koreň zubu, cement, dreňovú zubovínu, koronálnu zubovinu, ľubovoľné dentálne produkty, a pod.

Bioaktívne sklo podľa vynálezu je sklenou kompozíciou, ktorá tvorí vrstvu hydroxykarbonátoapatitu in vitro v prípade, že je vložená do simulovanej telesnej tekutiny. Bioaktívne sklo je napr. tvorené nasledujúcou kompozíciou (podiel jedno10 tlivých komponentov je uvedený v hmotnostných percentách):

SiO₂	40-60	%
CaO	10-30	%
Na₂0	10-35	%
^P2°5	2-8	%
CaF₂	0-25	%
b₂°₃	0-10	%
k₂°	0-8	%
MgO	0-5	%

Bioaktívne sklá s vyššie uvedeným zložením predstavujú účinnejší materiál na interakciu so zubnou štruktúrou. Biokompatibilné sklo podľa vynálezu je tvorené sklom, ktoré nevyvo.láva veľmi nepriaznivú imunitnú odozvu.

V súlade s vynálezom sa zistilo, že bioaktívne sklá so špecifickými rozmermi častíc sú najmä použiteľné na úpravu vyššie uvedených podmienok. Zvlášť prekvapivé výsledky sa dosiahnu vynálezom v prípade, že malé častice sú kombinované s veľmi malými časticami. To je napr. v prípade, že kompozície obsahujú malé častice, ktoré sú schopné spojenia so zubnou štruktúrou (napr. častice s veľkosťou menšou ako približne 90 /zm) tiež aj menšie častice (napr. častice s veľkosťou menšou ako približne 10 μπι) sú použité v kombinácii, pričom väčšie z týchto častíc priľnú na zubnú štruktúru a pôsobia ako iónové rezervoáre, zatiaľ čo menšie z týchto častíc vstupujú dovnútra rozličných povrchových nepravidelností zubnej štruktúry a ukladajú sa v týchto nepravidelnostiach. Väčšie z uvedených častíc poskytujú rezervoár pre dodatočný vápnik a fosfor tak, že mineralizácia alebo ukladanie vrstvy fosforečnanu vápenatého začaté malými časticami môže pokračovať. Dodatočný vápnik a fosfor môžu byť vylúhované na celej zubnej štruktúre ako aj na časticiach, ktoré sa prichytili na vnútorné časti zubnej štruktúry alebo na časti zubnej štruktúry pri otvoroch povrchových nepravidelností zubnej štruktúry, akými sú napr. zubovinové kanáliky. To zase vyvoláva pokračovanie úplných reakcií a nepretržitého rastu menších z uvedených častíc, ktoré boli uložené dovnútra otvorov uvedených povrchových nepravidelností alebo pri týchto otvoroch, čo môže viesť k účinnému pokrytiu povrchových nepravidelností alebo vyplneniu týchto nepravidelností. Tento nadbytok koncentrácie iónov vápnika a fosforu je potrebný na uskutočnenie nepretržitých reakcií menších z uvedených častíc, pretože tieto menšie častice rýchlo vyčerpávajú svoje ióny v dôsledku ich relatívne veľkej plochy povrchu. Väčšie z uvedených častíc reagujú a uvoľňujú svoje ióny dlhodobo pomalšie. Okrem toho väčšie z uvedených častíc budú mechanicky obrusovať otvory rôznych povrchových nepravidelností zubnej štruktúry, čím dovoľujú malým časticiam vstupovať do týchto povrchových nepravidelností a reagovať s týmito nepravidelnosťami.

Tento účinok je veľmi užitočný v rôznych aplikáciách. Tak napr. v prevencii proti zubnému kazu je kompozícia podľa vynálezu schopná preniknúť do hĺbky najmenších povrchových nepravidelností a prijať nepretržitú zásobu iónov od väčších susedných častíc, v dôsledku čoho je schopná rastu po vyčerpaní jej uloženej iónovej zásoby. To je tiež veľmi užitočné na utesnenie jamiek a štrbín, pričom sa dosiahne oveľa viac účinné a dlhotrvajúce tesnenie.

V niektorých uskutočneniach vynálezu sú použité neobyčajne malé častice. Napr., častice, ktorých veľkosť je menšia ako 1 gm až 2 μπι sa ukladajú do zubovinových kanálikov, ktorých priemer je približne 1 až 2 μτη. Oklúzia týchto kanálikov vedie k značnému obmedzeniu citlivosti zubu, napr. po periodontálnom chirurgickom zákroku. Výhodne sa používa zmes častíc á priemermi menšími ako 2 /im a častíc s priemermi väčšími ako 45 gm. Zistilo sa, že táto kombinácia poskytuje najmä účinnú kompozíciu.

Kompozície podľa vynálezu obvykle nevyžadujú časové nastavenie. Predošlé kompozície boli jednoduchým spôsobom vybrané zo zubov brúsením spôsobeným čistením zubov kefkou, pôsobením miernych kyselín v jedle, prúdom slín alebo iných tekutín. Avšak niektoré kompozície podľa vynálezu sú schopné odolať značnému miešaniu, oplachovaniu vodou a dlhotrvajúcemu ponoreniu v simulovaných slinách počas piatich dní. Okrem toho mnohé z malých častíc kompozície podľa vynálezu nevyžadujú časové nastavenie, pretože začnú chemicky reagovať a priľnú na zubnú štruktúru, akonáhle prichádzajú do styku s povrchmi tejto štruktúry a tekutinami prirodzene prítomnými v ústach. I keď kompozície podľa vynálezu sú účinné pri jedinej aplikácii, je pravdepodobné, že viacnásobné aplikácie budú účinnejšie.

Bioaktívne časticové sklo s relatívne malými časticami prekvapivo nespôsobuje významnú imunitnú odozvu. Okrem toho nie je obvykle pohltená makrofágami a je spravená neaktívnou v tejto aplikácii.

Kompozícia podľa vynálezu je schopná poskytnúť bioaktívnu vrstvu, ktorá vytvára novú štrukturálnu vrstvu, ktorá predstavuje trvalú remineralizáciu zubnej štruktúry. To bolo overené pretvorením vrstvy hydroxykarbonátoapatitu na zubovinových povrchoch po úprave kompozícií podľa vynálezu pomocou Fpurierovej transformačnéj infračervenej spektroskopie.

V jednom uskutočnení vynálezu častice majú veľkosť približne 20 μτη, pričom približne 3 0 % častíc má veľkosť menšiu ako 10 μπι. V ďalšom uskutočnení vynálezu častice majú priemernú veľkosť 10 μτα, pričom aspoň 25 % má veľkosť menšiu ako 2 gm.

Kompozícia podľa vynálezu môže byť obsiahnutá v zubných pastách. V skutočnosti častice uvedených kompozícií môžu nahradiť oxid kremičitý používaný v súčasnej dobe v zubných pastách. Okrem toho fluorid obsiahnutý v sklenej kompozícii posilňuje a spevňuje zubnú štruktúru. Okrem priamej aplikácie bioaktívneho skla na zuby bioaktívna sklená kompozícia vynálezu môže byť tiež aplikovaná v médiu na báze soľnej alebo destilovanej vody.

Kompozícia podľa vynálezu môže byť tiež obsiahnutá v ústnych vodách, géloch alebo môže byť predpísaná dentistom ako pasta.

Príklady

Nasledujúce príklady nijako neobmedzujú rozsah vynálezu. .

Experiment in vitro sa uskutočnil použitím štandardizovanej doštičky zuboviny z ľudského vytrhnutého zubu. Tieto kotúčiky sa odrezali z vytrhnutého zubu použitím diamantovej píly typu Isomet (Buchler Ltd). Uvedené kotúčiky mali hrúbku 1 mm a veľkosť zubu. Oklúzne povrchy sa položili na rad karborundových papierov so zrnitosťou od 320 až 600. Ďalej sa uskutočnil štandardizovaný test povrchov. Povrchy sa upravovali 37 % kyselinou ortofosforečnou počas 60 s za účelom vybratia rozotrených vrstiev vytvorených počas brúsenia a otvorenia a zväčšenia všetkých zubovinových kanálikov (viď. obr. 1 a 2) . Povrch sa oplachoval destilovanou vodou počas 20 s a vysušil prúdom vzduchu bez oleja. Každá doštička bola rozštiepená v polovici a experimentálny materiál umiestnený na jednu polovicu vzorky, ako je to opísané v príkladoch. Neupravená doštička s otvorenými a zväčšenými kanálikmi je znázornená na obr. 1 a 2.

Povrch doštičky v každej skupine sa snímal elektrónovým mikroskopom. Doštičky sa pripevnili na príslušné časti elektrónového mikroskopu pomocou štepinovej pasty. Všetky vzorky sa vysušili vo vákuu, pokryli rozprašovaním a skúmali v snímacom elektrónovom mikroskope typu JEOL-T200.

Príklad 1

Štartovacím produktom bola zmes obsahujúca (podiely jednôt livých komponentov uvedené v hmotnostných percentách)

SiO	45 %
CaO	24,5 %
Na₂O	24,5 %
^P2°5	6 %

Na dosiahnutie homogenizácie tejto zmesi sa táto zmes tavila v mištičke pokrytej platinou pri teplote 1350 °C počas 2 hodín. Zmes sa neskôr ochladila v deionizovanej vode pri teplote 0 °C. Frita sa vložila do vhodného mlecieho zariadenia, akým je napr. guľový mlyn alebo nárazový mlyn. Sklo sa potom melie počas 2 hodín a jeho rozomleté časti sú rozdelené podľa veľkosti do skupín.

Použitím tejto techniky boli dosiahnuté častice s veľkosťou menšou ako 90 gm a potvrdené snímacím elektrónovým mikroskopom a technikou rozptýlenia laserového svetla (Coulter LS 100). Tieto zmesi sa umiestnili na skôr opísanej zubovinovej doštičke.

Doba pôsobenia týchto zmesí na zubovinu sa pohybuje medzi dvomi minútami v prípade kefovania vzorky a tromi dňami v prípade žiadneho pretrepávania vzorky. Oklúzia kanálikov je znázornená na obr. 3 až 7. Z týchto obrázkov je zrejmá úplná alebo čiastočná oklúzia zubovinových kanálikov za prítomnosti malých častíc s rôznymi veľkosťami (1 až 5 μπι) . Okrem toho sú očividne väčšie častice, ktoré pôsobia ako rezervoáre na chemickú kompozíciu. Začiatok včasnej tvorby kryštálov hydroxyapatitu je potvrdený pomocou Fourierovej transformačnéj infračervenej spektroskopie.

Príklad 2

Obr. 8 a 9 indikujú výsledky dosiahnuté použitím častíc s veľkosťou menšou ako 1 μπι, pričom tieto častice sa vytvorili podľa príkladu 1. Vzorky z obr. 8 a 9 sú tvorené zubovinovými povrchmi, ktoré sa vyleptali kyselinou ortofosforečnou, upravovali pomocou bioaktívneho skla počas 2 minút a ponorili do fyziologického roztoku pufrovaného fosforečnanom počas 5 dní. Ako bolo potvrdené Fourierovou transformačnou infračervenou spektroskopiou, došlo k menej úplnej regenerácii s nedostatkom veľkých častíc pre rezervoárový účinok.

Príklad 3

Príklad 3 slúži na demonštrovanie prínosov súvisiacich s viacnásobnou aplikáciou kompozície podľa vynálezu. Najprv bol zubovinový povrch vyleptaný kyselinou upravovaný bioaktívnym časticovým sklom počas dvoch minút, pričom tento povrch je znázornený na obr. 10. Zubovinový povrch, ktorý bol vyleptaný kyselinou a trikrát upravovaný uvedeným sklom počas dvoch minút je zobrazený na obr. 11.

Obr. 10 znázorňuje významnú penetráciu častíc kompozície do kanálikov a oklúziu týchto kanálikov spoločne so spojením týchto častíc s povrchom zuboviny. Obr. 11 zobrazuje ešte väčšiu penetráciu častíc do zubovinových kanálikov a oklúziu týchto kanálikov tiež aj prítomnosť väčšieho počtu častíc. To demonštruje výhody spojené s viacnásobnou aplikáciou kompozície podľa vynálezu spočívajúcu vo zvýšenej oklúzii zubovinových kanálikov tiež aj zvýšeného počtu prítomných rezervoárov iónov vápnika a fosforu. To tiež ilustruje medzičasticové spojenie väčších častíc s menšími časticami už spojenými s povrchom zuboviny.

Príklad 4

Príklad 4 ďalej ilustruje výhody spojené s použitím častíc menších ako 2 gm v kombinácii s časticami väčšími ako 45 /tm. Na demonštrovanie remineralizácie je na obr. 12 znázornené spektrum získané Fourierovou transformačnou infračervenou spektroskopiou nasledujúcich'vzoriek:

vzorka č. 1 vzorka č. 2 vzorka č. 3 porovnávací (neupravený zubovinový povrch) zubovinový povrch vyleptaný kyselinou zubovinový povrch upravovaný časticami bioaktívenho skla s veľkosťou menšou ako 2 /xm počas dvoch minút vzorka č. 4 zubovinový povrch upravený časticami bioaktívneho skla, z ktorých 40 % má veľkosť menšiu ako 2 gm, 15 % má veľkosť v rozmedzí od 2 do 8 gm, 15 % má veľkosť v rozmedzí od 8 do 20 gm, 15 % má veľkosť v rozmedzí od 20 do 38 gm a 15 % má veľkosť v rozmedzí od 38 gm do 90 gm.

Ako je to znázornené na obr. 12, porovnávacia vzorka poskytuje reprezentatívny pohľad na spektrum hydroxykarbonátoapatitu. Tvary vrcholov medzi vlnovými číslami 500 až 1150 sú veľmi charakteristické pre hydroxykarbonátoapatit. Ako je to zrejmé z obr. 12, vrcholy priebehu vzorky č. 2 sú prerušené, najmä v rozmedzí vlnových čísel od 900 až 1150, v dôsledku úpravy tejto vzorky leptaním kyselinou. To ukazuje stratu minerálnych komponentov zubnej štruktúry, vápnika a fosforu. Vzorka č. 3 demonštruje čiastočnú remineralizáciu vápnika a fosforu na zubnej štruktúre. Vzorka č. 4 bola upravovaná zmesou bioaktívneho skla s časticami s optimálnou veľkosťou a optimálnym tvarom, pričom táto vzorka predstavuje takmer kompletnú remineralizáciu. Na obr. 11 je znázornený fotomikrograf tejto vzorky.

Príklad 5

Porovnávací príklad 5 znázorňuje výhody spojené s použitím častíc menších ako 10 gm v kombinácii s časticami väčšími ako 45 gm oproti použitiu častíc menších ako 2 gm alebo 53 až 90 gm. Ako to bude uvedené v nasledujúcej tabuľke, okrem upravených povrchov bola použitá aj kontrolná vzorka neupraveného zubovinového povrchu.

Počet aplikácií	vzorka kompozície	Hodnotenie	Pozorovanie
jedna	53 - 90 μτη	2 1	kanáliky okludované približne z 50 % a prítomnosť veľkých častíc 1
	kontrolná	0	žiadna prítomnosť častíc
jedna	< 2 μιη kontrolná	2 0	kanáliky okludované približne z 50 % a nie sú pozorované žiadne veľké častice otvorené kanáliky
jedna	50 % 53-90 μτη 50 % < 2 μη	+3	kanáliky okludované zo 75 %
	kontrolná	0	otvorené kanáliky
viac ako jedna	53 - 90 μη kontrolná	2 0	čiastočné uzatvorenie kanálikov a prítomnosť veľkých častíc pozorovaná minimálna oklúzia
viac ako jedna	< 2 μη kontrolná	2 0	čiastočné uzatvorenie kanálikov a prítomnosť malých častíc pozorovaná minimálna oklúzia
viac ako jedna	50 % 53 - 90 μη 50 % < 2 μη	+3	najlepšie výsledky čo sa týka uzatvorenia kanálikov, ťažké nájsť otvorené kanáliky
1	kontrolná	0	pozorovaná minimálna oklúzia j

Všetky vzorky vo vyššie uvedenej tabuľke boli umiestnené do vlhkého prostredia počas 24 hodín a potom vysušené počas 48 hodín.

Ako je to zrejmé z tejto tabuľky, kombinácia častíc menších ako 2 /zm a častíc s veľkosťou v rozmedzí 53 až 90 μτη poskytuje najlepšie výsledky. Existuje domnienka, že prítomnosť častíc s obidvoma veľkosťami umožňuje menším časticiam, ktoré sú uložené v kanálikoch, pokračovať v raste potom, čo sú ich vlastné ióny vápnika a fosforu vyčerpané a využiť uvedené ióny z ostatných susedných väčších častíc, ktoré pôsobia ako rezervoáre iónov vápnika a fosforu.

Ostatné príklady

Kompozícia štartovacieho produktu na nasledujúce príklady bola rovnaká ako v'príklade 1 s výnimkou podielu SiO₂, ktorý v nasledujúcich prípadoch bol 47 %, 55 % a 60 %. Tiež spôsob prípravy bol odlišný. Zmes sa tavila v mištičke pokrytej platinou pri teplote 1350 °C počas 2 hodín na dosiahnutie jej homogenizácie. Potom sa zmes odliala do formy doštičky, nechala sa ochladiť na izbovú teplotu a rozdrvila sa kladivom. Rozdrvené sklené úlomky sa potom roztriedili presievaním cez štandardné sito. Tieto úlomky sa potom separovali a zachytili.

Použitím tejto techniky boli dosiahnuté častice s veľkosťou menšou ako 90 gm, pričom prítomnosť týchto častíc sa potvrdila snímacím elektrónovým mikroskopom a technikou na báze rozptýlenia laserového svetla (Coulter LS 100) . Uvedené zmesi sa umiestnili na skôr opísanej zubovinovej doštičke.

V preparátoch sa použili vzorky obsahujúce 45 %, 55 % a 60 % SiO₂, pričom sa dosiahli rovnaké výsledky ako sa zistili v príklade 1. Kľúčom k týmto údajom bola opäť medzná veľkosť častíc. V týchto prípadoch je prítomný 60% podiel oxidu kremičitého s časticami s veľkosťou menšou ako 1 gm až 90 gm, pričom tieto príklady demonštrujú podobné reakcie na zubovinových povrchoch ako v príklade 1.

I keď vynález bol opísaný jedným uskutočnením a viac uskutočneniami, tieto uskutočnenia nijako neobmedzujú rozsah vynálezu vymedzeného nasledujúcimi patentovými nárokmi.

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY ry low-w

1. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo majúce nasledujúce hmotnostnš percentuálne zloženie:

SiO₂ 40-60 % CaO 10-30 % Na₂O 10-35 % p₂o₅ 2-8 % CaF₂ 0-25 % ^2θ3 0-10 % κ₂ο 0-8 % MgO 0-5

pričom časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahuje častice menšie ako 90 gm a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako 10 gm.
2. Spôsob predchádzania zubnému kazu, vyznačujúci sa t ý m, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
3. Spôsob ošetrenia zubnej štruktúry so zubným kazom, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
4. Spôsob predchádzania začínajúcemu zubnému kazu, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
5. Spôsob remineralizácie skloviny, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.

t ,
6. 'Spôsob remineralizácie začínajúceho zubného kazu, v yznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
7. Spôsob utesnenia štrbín v zubnej štruktúre, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
8. Spôsob utesnenia jamiek v zubnej štruktúre, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.

I
9. Spôsob vložkovania zubnej štruktúry, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
10. Spôsob pokrytia drene, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
11. Spôsob liečenia zubnej precitlivelosti, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
12. Spôsob ošetrenia zubnej štruktúry po periodontálnom chirurgickom zákroku, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 1.
13. Kompozícia na ošetrenie zubov obsahujúca kompozíciu podľa nároku 1 a zubnú pastu, vložku, podklad, gél, výživný materiál, glycerínový gél, ústnu vodu, profylaktickú pastu alebo činidlo na nepriame pokrytie drene, alebo ich zmesi.
14. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo majúce nasledujúce hmotnostné percentuálne zloženie:

SiO₂ 40-60 % CaO 10-30 % Na₂O 10-35 % ^P2°5 2-8 % CaF₂ 0-25 % ^B2°3 0-10 % k₂o 0-8 % MgO 0-5

pričom časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahuje častice s veľkosťou v rozmedzí medzi 45 μπι a 90 μπι a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako približne 10 μπι.
15. Spôsob predchádzania zubnému kazu, vyznačuj újúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
16. Spôsob ošetrenia zubnej štruktúry so zubným kazom, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
17. Spôsob predchádzania začínajúcemu zubnému kazu, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
18. Spôsob remineralizácie skloviny, vyznačuj úc i sa t ý m, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
19. Spôsob remineralizácie začínajúceho zubného kazu, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
20. Spôsob utesnenia štrbín v zubnej štruktúre, v yznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa, nároku 14.
21. Spôsob utesnenia jamiek v zubnej štruktúre, v yznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
22. Spôsob vložkovania zubnej štruktúry, vyznačuci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
23. Spôsob pokrytia drene, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
24. Spôsob liečenia zubnej precitlivelosti, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14.
25. Spôsob ošetrenia zubnej štruktúry po periodontálnom chirurgickom zákroku, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 14. ,· '
26. Kompozícia na ošetrenie zubov obsahujúca kompozíciu podľa nároku 14 a zubnú pastu, vložku, podklad, gél, výživný materiál, glycerínový gél, ústnu vodu, profylaktickú pastu alebo činidlo na nepriame pokrytie drene, alebo ich zmesi.
27. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahujúce častice menšie ako 90 gm a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako približne 10 gm.
28. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahujúce častice menšie ako 90 gm a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako približne 5 gm.
29. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahujúce častice menšie ako 90 gm a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako približne 2 gm.
30. Spôsob predchádzania zubnému kazu, vyznačuj úc i sa t ý m, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
31. Spôsob ošetrenia zubnej štruktúry so zubným kazom, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
32. Spôsob predchádzania začínajúcemu zubnému kazu, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.

I ₍ «
33. Spôsob remineralizácie skloviny, vyznačuj úci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
34. Spôsob remineralizácie začínajúceho zubného kazu, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
35. Spôsob utesnenia štrbín v zubnej štruktúre, vyznačujúci s a t.ý m, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
36. Spôsob utesnenia jamiek v zubnej štruktúre, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
37. Spôsob vložkovania zubnej štruktúry, vyznačuci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
38. Spôsob pokrytia drene, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
39. Spôsob liečenia zubnej precitlivelosti, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
40. Spôsob ošetrenia zubnej štruktúry po periodontálnom chirurgickom zákroku, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry do styku s kompozíciou podľa nároku 27.
41. Kompozícia na ošetrenie zubov obsahujúca kompozíciu podľa nároku 27 a zubnú pastu, vložku, podklad, gél, výživný materiál, glycerínový gél, ústnu vodu, profylaktickú pastu alebo činidlo na nepriame pokrytie drene, alebo ich zmesi.
42. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahujúce častice menšie ako 90 gm a častice menšie ako približne 2 gm.
43. Spôsob remineralizácie zubnej štruktúry, vyznačujúci sa tým, že spočíva v uvedení zubnej štruktúry, ktorá potrebuje remineralizovaú, s bioaktívnou sklenou kompozíciou obsahujúcou účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako 90 gm.
44. Bioaktívna sklená kompozícia obsahujúca časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo majúce nasledujúce hmotnostné percentuálne zloženie:

SiO₂ 40-60 % CaO 10-30 % Na₂O 10-35 % ^p2°5 2-8 % ^CaF2 0-25 % ®2θ3 0-10 % κ₂ο 0-8 % MgO 0-5

pričom časticové bioaktívne a biokompatibilné sklo obsahuje častice s veľkosťou medzi 50 μη a 90 μτα a účinné remineralizačné množstvo častíc menších ako približne 2 μτη.