エストロゲン活性の低い新規バイオベースBis-GMAフリー歯科用コンポジットの調製と評価

Preparation and evaluation of novel bio-based Bis-GMA-free dental composites with low estrogenic activity.

抄録

目的:

ビスフェノールアグリシジルメタクリレート（Bis-GMA）は歯科用材料として広く使用されているが、その原料にはエストロゲン活性（EA）の高い石油由来のビスフェノールA（BPA）が含まれている。本研究では、バイオベース材料であるクレオゾールから2種類の新規BPAフリージメタクリレートモノマーを合成し、評価した。

OBJECTIVE: Although bisphenol Aglycidyl methacrylate (Bis-GMA) are widely used in the dental composite, its raw materials include the petroleum-based product bisphenol A (BPA) with high estrogenic activity (EA). In this study, two new BPA-free dimethacrylate monomers from bio-based material creosol were synthesized and evaluated.

方法:

再生可能なビスフェノール系モノマーである5, 5'-メチレンジクレオゾール（BCF）をバイオベースのクレオゾールから調製した。ヒト乳がん細胞(MCF-7細胞)増殖アッセイにより、BCFのリスク評価を行い、BPAと比較してBCFがEAを減少させるかどうかを決定した。次に、BCFとエピクロルヒドリンおよび（メタ）アクリレートから、新規モノマーである5, 5'-メチレンジクレオゾールジグリシジルエーテルジアクリレート（BCF-EA）および5, 5'-メチレンジクレオゾールジグリシジルエーテルジメタクリレート（BCF-GMA）を合成した。すべての生成物をH NMRとFT-IRスペクトルで調べた。コントロール樹脂は、Bis-GMAとトリ（エチレングリコール）ジメタクリレート（TEGDMA）の重量比5：5の混合物（5B5T）であった。同様に、実験用樹脂マトリックスは、BCF-EA/TEGDMA（5E5T）とBCF-GMA/TEGDMA（5G5T）に基づく混合物であった。そして、対応する樹脂マトリックスとハイブリッドSiO（5E5TC、5G5TC、5B5TC）を用いて、対応する複合材料を調製した。これらの複合材料の特性は、標準的または参照された方法に従って調査された。各試料は、二重結合転換率（DC）、収縮応力（SS）、体積重合収縮率（VS）について評価した。吸水性（WS）、水溶性（SL）、機械的特性、細胞毒性も測定した。

METHODS: The renewable bisphenol monomer 5, 5'-methylenedicreosol (BCF) was prepared from bio-based material creosol. By the human breast cancer cells (MCF-7 cells) proliferation assay, a risk assessment of BCF was performed to determine if BCF possessed reduced EA in comparison to BPA. Then, the novel monomers 5, 5'-methylenedicreosol diglycidyl ether diacrylate (BCF-EA) and 5, 5'-methylenedicreosol diglycidyl ether dimethacrylate (BCF-GMA) were synthesized from BCF with epichlorohydrin and (meth)acrylate. All products were investigated by H NMR and FT-IR spectra. The control resin was a mixture based on Bis-GMA and tri(ethyleneglycol) dimethacrylate (TEGDMA) with a weight ratio of 5:5 (5B5T). Similarly, experimental resin matrix was a mixture based on BCF-EA/TEGDMA (5E5T) and BCF-GMA/TEGDMA (5G5T). And their corresponding composites were then prepared with corresponding resin matrices and hybrid SiO (5E5TC, 5G5TC and 5B5TC). The properties of these composites were investigated according to the standard or referenced methods. Each sample was evaluated for double bond conversion (DC), shrinkage stress (SS) and volumetric polymerization shrinkage (VS). Water sorption (WS), water solubility (SL), mechanical properties and cytotoxicity were also measured.

結果:

H NMRおよびFT-IRスペクトルにより、各モノマーの化学構造が確認された。EA試験の結果、BCF-EAおよびBCF-GMAの前駆体であるバイオベースビスフェノールモノマーBCFは、BPAよりも低いEAを示した。硬化樹脂マトリックス5E5Tと5G5TのDCはほぼ同じであり（p<0.05）、5B5Tよりも高かった（p<0.05）；5E5Tと5G5Tは5B5TよりもVS、SL、細胞毒性が低かった（p<0.05）；5E5Tと5G5Tの機械的特性はいずれも5B5Tよりも優れていた（p<0.05）。硬化コンポジット：5E5TCと5G5TCは、VSが有意に低かった（p<0.05）。5E5TCと5G5TCのWSは同程度（p<0.05）であったが、5B5TCと比較して高かった（p<0.05）。5E5TCと5G5TCは5B5TCより硬化深度が深い（p>0.05）。水浸漬前の曲げ強さは、5E5TCと5G5TCの間に有意差はなく（p>0.05）、5B5TCより高かった（p<0.05）。

RESULTS: H NMR and FT-IR spectra confirmed the chemical structure of each monomer. EA test revealed that bio-based bisphenol monomer BCF as the precursor of BCF-EA and BCF-GMA showed lower EA than BPA. Cured resin matrix: Both 5E5T and 5G5T had nearly the same DC (p < 0.05), which was higher than 5B5T (p < 0.05); 5E5T and 5G5T had lower VS, SL and cytotoxicity than 5B5T (p < 0.05); mechanical properties of 5E5T and 5G5T were all better than those of 5B5T (p < 0.05). Cured composite: There was no significant difference in conversion (p < 0.05); 5E5TC and 5G5TC had significantly lower VS (p < 0.05); WS of 5E5TC and 5G5TC were similar (p < 0.05), but higher compared to 5B5TC (p < 0.05); 5E5TC and 5G5TC had the deeper depth of cure (p > 0.05); before water immersion, there was no significant difference in flexural strength between 5E5TC and 5G5TC (p > 0.05), and higher than 5B5TC (p < 0.05); 5E5TC and 5G5TC showed less cytotoxicity than 5B5TC (p < 0.05).

意義:

新しいBPAフリーのジ（メタ）アクリレートは、バイオベースの原料、高い転化度、低い硬化収縮率および良好な機械的特性により、有望な光硬化性歯科用モノマーである。したがって、BCF-EAおよびBCF-GMAは、Bis-GMAフリーの歯科用コンポジットを調製するためのBis-GMAの代替品として使用できる可能性がある。

SIGNIFICANCE: The new BPA-free di(meth)acrylates are promising photocurable dental monomers owning to bio-based raw material, high degree of conversion coupled with low curing shrinkage and good mechanical properties. Therefore, BCF-EA and BCF-GMA has a potential to be used as the substitution for Bis-GMA to prepare Bis-GMA-free dental composite.