二次う蝕抑制のためのpH応答性抗菌性レジン接着剤

pH-Responsive Antibacterial Resin Adhesives for Secondary Caries Inhibition.

• J Liang
• F Liu
• J Zou
• H H K Xu
• Q Han
• Z Wang
• B Li
• B Yang
• B Ren
• M Li
• X Peng
• J Li
• S Zhang
• X Zhou
• L Cheng

抄録

歯垢による二次う蝕は、レジンコンポジット修復物の不良率が高い大きな原因の一つである。抗菌剤を添加した歯科修復システムは長年研究されてきたが、口腔内環境の変化に対応し、口腔内のユビキタスを維持するためのインテリジェントなアンチカリエス材料はほとんど報告されていなかった。ここでは、二次う蝕の発生を抑制するために、pH応答性の高い抗菌効果を有する第三級アミン（TA）修飾レジン接着剤（TA@RAs）を報告する。新規に設計された2種類のTAモノマーを合成した。DMAEM（ドデシルメチルアミノエチルメタクリレート）とHMAEM（ヘキサデシルメチルアミノエチルメタクリレート）の2種類のTAモノマーを合成した。および ,に対する最小阻害濃度および最小殺菌濃度試験では，酸性培地でのみ抗菌効果を示し，TAの酸活性化効果を予備的に検証した。次に、DMAEMとHMAEMを粘着性樹脂に5%の質量割合で添加し、TA@RAを得た。インビボおよびインビトロ試験では、接着剤の機械的特性および生体適合性に影響を与えないことが示された。また、酸性および中性媒体中でのバイオフィルムモデルを用いて、TA@RAが脱・再石灰化の臨界pH値に応答し、TAのプロトン化および脱プロトン化を介して可逆的な抗バイオフィルム効果を獲得できることを確認した。一方、抗菌効果の安定性は、5日間のpHサイクル実験と唾液由来のバイオフィルム老化モデルにより確認された。さらに、16S rRNA 遺伝子配列解析の結果、TA@RAs は唾液由来のバイオフィルムの多様性を増加させることが示され、新規材料が微生物群集を健康的なものに調節するのに役立つことが示唆された。最後に、インビトロ脱灰モデルとインビボの二次う蝕モデルを適用し、TA@RAが二次う蝕を効果的に予防できることを実証した。以上のことから、本研究で開発した可逆的なpH応答性・非薬物放出性抗菌性レジン接着剤は、既存の材料の欠点を独創的に克服し、臨床応用に向けて大きな期待が寄せられている。

Secondary caries caused by dental plaque is one of the major reasons for the high failure rate of resin composite restoration. Although antimicrobial agent-modified dental restoration systems have been researched for years, few reported intelligent anticaries materials could respond to the change of the oral environment and help keep oral eubiosis. Herein, we report tertiary amine (TA)-modified resin adhesives (TA@RAs) with pH-responsive antibacterial effect to reduce the occurrence of secondary caries. Two kinds of newly designed TA monomers were synthesized: DMAEM (dodecylmethylaminoethyl methacrylate) and HMAEM (hexadecylmethylaminoethyl methacrylate). In the minimum inhibitory concentration and minimum bactericidal concentration test against , and , they exhibited antibacterial effect only in acidic medium, which preliminarily verified the acid-activated effect of TAs. Then DMAEM and HMAEM were incorporated into adhesive resin at the mass fraction of 5%, yielding TA@RAs. In vivo and in vitro tests showed that the mechanical properties and biocompatibility of the adhesive were not affected. A biofilm model in acidic and neutral medium was used and confirmed that TA@RAs could respond to the critical pH value of de-/remineralization and acquire reversible antibiofilm effect via the protonation and deprotonation of TAs. Meanwhile, the stability of antibacterial effect was confirmed via a 5-d pH-cycling experiment and a saliva-derived biofilm aging model. Furthermore, 16S rRNA gene sequencing showed that TA@RAs could increase the diversity of the saliva-derived biofilms, which implied that the novel materials could help regulate the microbial community to a healthy one. Finally, an in vitro demineralization model and in vivo secondary caries model were applied and demonstrated that TA@RAs could prevent secondary dental caries effectively. In summary, the reversible pH-responsive and non-drug release antibacterial resin adhesives ingeniously overcome the defect of the present materials and hold great promise for clinical application.