取り外し可能な歯科補綴物用形状記憶ヒドロゲルのin vitro評価と口腔内使用のための相転移温度の最適化

In vitro evaluation of shape-memory hydrogels for removable dental prostheses and optimization of phase-transition temperature for intraoral use.

抄録

問題提起:

可撤性歯科補綴物は、経時的な粘膜形状の変化により咬合面の適合性が損なわれるため、定期的な再装着が必要である。そのため、経時的な組織変化に対して高い適応性を有する新しい材料が望まれる。

STATEMENT OF PROBLEM: Removable dental prostheses require periodic relining with the loss of intaglio surface fit because of mucosal shape changes over time. Therefore, a new material with high adaptability to tissue changes over time would be beneficial.

目的:

本研究では、加熱すると軟化し、冷却すると形状を保持し、再加熱すると元の形状に戻る形状記憶ゲル（SMG）に注目した。その目的は、2種類のアクリレートモノマーの比率を制御することによりSMGを口腔内用に最適化すること、およびSMGの形状記憶性と物性の温度による変化を評価し、生体適合性を評価することである。

PURPOSE: This study focused on a shape-memory gel (SMG) that softens when heated, retains its shape when cooled, and returns to its original shape when reheated. The purpose was to optimize SMG for intraoral use by controlling the ratio of 2 acrylate monomers and to evaluate the changes in the shape memory and physical properties of SMG with temperature and to evaluate biocompatibility.

材料と方法:

ドコシルアクリレート(DA)とステアリルアクリレート(SA)の2種類のモノマーの混合比を0:100、25:75、50:50、75:25、100:0としてSMGを合成した。SMG試料は、蛍光灯重合装置を用いて光重合した。温度の関数としての形状記憶を評価するため、熱可塑性ゴムの標準化された圧縮永久歪み試験に基づいて永久歪みを測定した。物理的特性と細胞毒性の評価には、3次元印刷した義歯床材料を対照材料として用いた。すべての評価は、一元配置分散分析の後、Tukey-Kramer多重比較検定（α=.05）を用いてグループ間で比較した。

MATERIAL AND METHODS: SMG specimens were synthesized using the following mixing ratios of 2 monomers, docosyl acrylate (DA) and stearyl acrylate (SA): 0:100, 25:75, 50:50, 75:25, and 100:0. SMG specimens were photopolymerized using a fluorescent light-polymerizing unit. To evaluate shape memory as a function of temperature, permanent deformation was measured based on the standardized compression set test for thermoplastic rubber. For evaluation of the physical properties and cytotoxicity, a 3-dimensionally printed denture base material was used as the control material. All assessments were compared between the groups by using 1-way analysis of variance followed by the Tukey-Kramer multiple comparison test (α=.05).

結果:

DAを多く含むSMGは、室温および口腔内温度において圧縮された形状を維持した。しかし、SMGマトリックスは軟化し、60℃以上では元の形状を回復した。SMGは相転移温度が高いため、口腔内温度では義歯床用高分子材料と同等のショアA硬度を示した。SMGの水溶性が低いことは、生体適合性試験結果を支持した。

RESULTS: SMGs with a higher amount of DA maintained their compressed shape at room and intraoral temperatures. However, the SMG matrices softened and recovered their original shapes above 60 °C. SMGs showed Shore A hardness equivalent to that of the denture-base polymer material at intraoral temperatures because of the high phase-transition temperature. The low water solubility of SMGs supported the biocompatibility test results.

結論:

融点の異なるアクリレートモノマーを混合することにより相転移温度を制御したSMGは、口腔内環境において形状記憶を示した。この結果は、経時的な組織の変化に対する高い適応性と生体親和性から、SMGを取り外し可能な歯科補綴物の作製に応用できる可能性を示している。

CONCLUSIONS: SMG, in which the phase-transition temperature was controlled by mixing acrylate monomers with different melting points, exhibited shape memory in the intraoral environment. The results indicate the feasibility of applying SMG for the fabrication of removable dental prostheses because of its high adaptability to tissue changes over time and biocompatibility.