Vật liệu dán nha khoa

vật liệu dán nha khoa

68 Năm Vật Liệu Dán Nha Khoa

NGND, GS TS Hoàng Tử Hùng

tuhung.hoang@gmail.com

www.hoangtuhung.com

Lịch sử dán nha khoa: 50 năm hay 68 năm ?

Năm 1949, Hagger (nhà hóa học Thụy Sĩ)

của Amalgamated Dental Co

(London&Zurich): bằng sáng chế sản

phẩm SEVRITON *

acrylic trám răng)

W Hoffmann-Axthelm: History of Dentistry, Quintessence, 1981

SEVRITON Amalgamated Dental Co (Hagger, 1949)

*Hagger O: Swiss patent 278 946

Lịch sử dán nha khoa: 50 năm hay 68 năm ?

*Hagger O: Swiss patent 278 946

Sevriton là vật liệu dán đầu tiên

dán hóa học với mô răng

Thành phần hệ thống dán:

glycerophosphoric acid dimethacrylate,

gia tốc trùng hợp bằng sulphinic acid

Lịch sử dán nha khoa: 50 năm hay 68 năm ?

*Hagger O: Swiss patent 278 946

Sevriton là vật liệu dán

tự xoi mòn, tự trùng hợp (HTH)

Kramer và McLean (1952 & 1953) đã

thử nghiệm sevriton và phát hiện

“lớp trung gian” (intermediate layer)

mà ngày nay gọi là lớp lai;

Thành phần glycerophosphoric acid

trong sevriton có tác dụng xoi mòn*

* Br Dent J 1952;93: 150 – 153 & Br Dent J 1952;93: 255 – 269

SEVRITON Amalgamated Dental Co (Hagger, 1949)

Buonocore và xoi mòn men răng

phosphoric acid 85%

để trám nhựa tự cứng (1955)

Finally, it should be emphasized that the search for a dental adhesive is a pioneer effort The properties of a successful adhesive may be novel and different from materials presently used

Ăn mòn 10 µm men bề mặt và sâu vào trụ men đến 20µm

Cơ sở của dán nha khoa dựa trên vi lưu

cơ học, do tạo thành đuôi nhựa len vào

lỗ rỗ vi thể trên mô cứng của răng đã

được xoi mòn

Men răng Ngà răng Thành phần Wt% Vol% Wt% Vol%

Kị thủy (Hydrophobic) Ái thủy (Hydrophilic)

*Burke FJT, McCaughey D The four generations of dentin

1950 - 1970 1 Dán nhựa vào men được xoi mòn

Đầu 1970s 2 Xoi mòn men; keo dán men (hóa trùng hợp)

Cuối 1970s 3 Keo dán men (monomer kỵ thủy), keo dán ngà (monomer ái thủy);

quang trùng hợp Giữa-Cuối 1980s 4 Lấy bỏ mùn ngà, total etch, hệ thống dán nhiều lọ (multiple bottles)

Đầu 1990s 5 Conditioning, monomer ái&kị thủy cho cả men và ngà ; hệ thống “một lọ”

(single-bottle) Giữa-Cuối 1990s 6.1

6.2

Self-etch primer + bonder ( 2 lọ, không rửa , quang/ hóa trùng hợp) (type 1)

Hai lọ, trộn trước khi đặt (không rửa, quang trùng hợp) (type 2) Đầu 2000s 7 Một lọ (không trộn, không rửa, quang trùng hợp) “all-in-one”

**Powers JM, Okeefe KL, Pinzon LM: Factors affecting in vitro bond Strength of bonding agents to human dentin, Odontology 2003; 91:1

Định danh và…nhầm lẫn

Thế hệ thứ nhất:

Buonocore (1965) dùng N-phenylglycine và glycidyl methacrylate (NPG-GMA) để dán ngà, độ bền dán đạt 1-3 Mpa,

Thế hệ thứ hai:

Cuối 70s, dùng halophosphorous esther,

bisphenol-A glycidyl methcrylate (Bis-GMA) và/hoặc

hydroxyethyl methacrylate (HEMA)

Theo cơ chế liên kết ion với calcium của nhóm chlorophosphate

 cải thiện được độ bền dán ~6 Mpa

Chưa xử lý ngà, dán lên mùn ngà

Dễ bị thủy phân

• 6% phosphate penta-acrylate (PENTA), 30% HEMA, 64% ethanol

Chất lót thâm nhập, làm mềm ngà đã xử lý, được quang trùng hợp

trước khi đặt keo dán

Thế hệ thứ tư (giữa và cuối ‘80s):

“Total etch” lấy bỏ toàn bộ mùn ngà, bộc lộ collagen,

hình thành lớp lai (2 – 4 µm)  ngà cần không ướt hoặc khô quá

~ 20 – 25 Mpa

Thế hệ thứ năm (đầu ‘90):

Gồm hai loại:

1 “Một lọ” (one-bottle / single-bottle): kết hợp primer và bonder

Sử dụng kỹ thuật total-etch và dán ướt

2 Chất lót tự dán (self-etching primer): dung dịch 20% phenyl-P

30% HEMA, không rửa, sau đó đặt bonder

Thế hệ thứ sáu (cuối ’90s đầu 2000s):

“Tất cả trong một”: một lọ, không trộn, không rửa

Giai đoạn 3 giai đoạn 2 giai đoạn

(“one-bottle”)

2 giai đoạn 1 giai đoạn

(all-in-one)

tự xoi mòn Primer tự xoi

Primer&

Bonder

Self-etch Primer&Bonder

Etch-and-rinse Self-etch (no rinse)

MISS/KISS!

1 Chất xoi mòn (Etching agent)

2 Chất lót (Priming agent)

3 Chất dán (Bonding agent)

4 Dung môi (Solvent)

5 Chất khơi mào nhạy sáng (Photoinitiator)

− Axit polymer: poly-carboxylic acid ester

(Để tạo lớp lai): monomer ái thủy HEMA, 4-META các vật liệu dán tự xoi mòn: chất lót chứa các nhóm axit carboxylic

(Kỵ thủy), các monomer nhựa khung của composite: Bis-GMA, UDMA, TEGDMA…

1 Chất xoi mòn (Etching agent)

2 Chất lót (Priming agent)

3 Chất dán (Bonding agent)

4 Dung môi (Solvent)

5 Chất khơi mào nhạy sáng (Photoinitiator)

6 Hạt độn (Filler)

Thường dùng: acetone, ethanol, nước

 Khác nhau về mức bay hơi Nhiều vật liệu dán hiện nay không có dung môi

- Các vật liệu dán quang trùng hợp chứa yếu tố hoạt hóa: camphorquinone và một amin hữu cơ.

- Các loại tác nhân dán lưỡng trùng hợp có chứa chất xúc tác để thúc đẩy sự trùng hợp

Có thể có 0,5 - 40V%.

Hạt độn thường có kích thước nhỏ (micro hoặc nano)

hoặc hạt thủy tinh siêu nhỏ (sub-micron glass).

BA THÀNH PHẦN KHÁC của vật liệu dán

Thế hệ sau tốt hơn thế hệ trước?

Các hệ thống dán không rửa:

• Mùn men/ngà vẫn tồn tại giữa vật liệu dán và bề mặt răng*

• Việc xoi mòn không kiểm soát và đoán định được tốt**

• Tách giai đoạn xoi mòn và rửa để lấy đi mùn ngà-men làm cho

dán đáng tin cậy hơn và độ bền dán cao hơnˣ

• Sự khít kín bờ miếng trám hệ thống “tất cả trong một” kém hơnᶱ

*Nakabayashi N, Pashley DH.Hybridization of dental hard

tissues Tokyo: Quintessence; 1998.

**Ferrari M, Mannocci F, Vichi A, Davidson CL Effect of two etching times on the sealing ability of Clearfil Liner Bond 2 in

Class V restorations Am J Dent 1997;10(2):66-70.

ˣToida K, Watanabe A, Nakabayashi N Effect of smear layer on bonding

to dentin prepared with bur J Jpn Dent Mater

1995;14:109-16.

ᶱToida K, Watanabe A, Nakabayashi N Effect of smear layer on bonding

to dentin prepared with bur J Jpn Dent Mater 1995;14:109-16.

Các hệ thống dán không rửa:

• Mùn men/ngà vẫn tồn tại giữa vật liệu dán và bề mặt răng*

• Việc xoi mòn không kiểm soát và đoán định được tốt**

• Sự khít kín bờ miếng trám hệ thống “tất cả trong một” kém hơnᶱTách giai đoạn xoi mòn và rửa để lấy đi mùn ngà-men làm cho

dán đáng tin cậy hơn và độ bền dán cao hơnˣ

Thế hệ sau KHÔNG tốt hơn thế hệ trước

Hệ thống tự xoi mòn: mùn ngà phủ lên ngà đã xử lý bằng self-etching primer:

Sợi collagen bộc lộ (mũi tên)

S: primer thấm vào mùn ngà P: hỗn hợp mùn ngà&self-etching primer , độ dày 0,6 µm ND: ngà bình thường Oc: phía nhai

Hệ thống tự xoi mòn: mùn men-ngà phủ lên men-ngà đã xử lý bằng

chất lót tự xoi mòn (self-etching primer )

Các hệ thống tự xoi mòn:

Sử dụng monomer ái thủy cao,

Thành phần nước chiếm 30 – 40%

 Có khuynh hướng sớm thoái hóa

 Thường không đạt được sự thâm nhập tốt monomer để tạo lớp lai

Trong hệ thống tự xoi mòn, nước gây ion hóa các nhóm acid, Cho phép tạo thành ion hydronium (H₃O₊) có tác dụng xoi mòn

Những Vấn đề của hệ thống dán

Những Vấn đề của hệ thống dán

Mức độ chuyển đổi (degree of conversion) của các hệ bis-GMA/TEGDMA: 50 – 70%

Để xoi mòn được men không trụ:

 monomer chất lót cần tính axit cao hơn (<1)

 kém ổn định (90% thoái hóa do thủy phân )

Hệ thống “ ba lọ ” tạo được độ bền dán cao hơn các hệ thống một/hai giai đoạn

Các hệ thống “all-in-one” thất bại cao trên lâm sàng

 self- etch thích hợp cho lỗ trám không chịu lực và trong xâm lấn tối thiểu**

*Perdigao J, Gomes G, Duarte S Jr, et al Enamel bond

strengths of pairs of adhesives from

the same manufacturer Oper Dent 2005;30(4):492–9

**Spencer P, Wang Y Adhesive phase separation at the dentin interface under wet bonding conditions

J Biomed Mater Res 2002;62(3):447–56.

• Hệ thống dán ba bước có thể gặp khó khăn khi hình thể lỗ trám phức tạp

• Hệ thống “một lọ” (2 bước) kém thấm nhập vào mạng lưới collagen

• Hệ thống dán ba bước vẫn là chuẩn vàng trong dán ngà

• Mọi sự đơn giản hóa làm giảm hiệu quả của dán nha khoa…

• Nhưng các hệ thống đơn giản thành công hơn về thương mại

Định danh và…nhầm lẫn

Cơ chế lão hóa và thoái hóa giao diện dán

hay là

Số phận của lớp lai

SEM: ngà răng sau etch 15s H₃PO₄ 34%

T: ống ngà; Et: ngà được xoi mòn; ND: Ngà bình thường; Oc: phía nhai; Mũi tên: Ống ngà nối thông

“Cơ chế của dán nha khoa là quá

trình thay thế thành phần khoáng

đã bị lấy đi bằng monomer, mà khi

trùng hợp, tạo thành ngàm vi lưu

cơ học, quá trình này gọi là hình

thành lớp lai hay sự lai”

Nakabayashi (1982): lớp lai và vai trò của Monomer ái thủy & kị thủy trong dán ngà

SEM picture of cured 4-META resin

in tubules after removal of human dentine by decalcification

Nobuo Nakabayashi, Katsunori Kojima, and Eiichi Masuhara

1 Tri-n-butyl borane (TBB) gắn kết trùng hợp với MMA vào collagen

2 Methacryloxyethyl phenyl phosphoric acid (phenyl-P) thâm nhập và dán vào ngà

ở mức phân tử

1 4-methacryloxyethyl trimellitate anhydride (4-META) thúc đẩy sự dán

 Cả monomer ái thủy và kị thủy tăng cường sự dán,

Nước có vai trò quan trọng trong giai đoạn đầu cơ chế dán để ion hóa

Ngà: ướt nội sinh  cần có monomer ái thủy trong chất lót để tạo thành lớp lai

 lớp lai có khuynh hướng hấp thu nước

Nước tồn tại trong lớp lai và khe giữa các sợi collagen,

Kích hoạt: - thủy phân khung polymer

 Các polymer của lớp lai bong khỏi collagen

là điểm yếu trước sự thủy phân và thoái hóa

- phân giải collagen do hoạt động của men:

 men tiêu protein (protease)

do tạo thành collagenolytic và gelatinolytic*

Nguyên nhân của thoái hóa (degradation) và giảm lực dán

*Liu Y, Tjäderhane L, Breschi L, et al Limitations in bonding to dentin and experimental strategies to prevent bond degradation J Dent Res 2011;90: 953–68.

Sự tồn tại nước ở giao diện dán do:

1 Bản chất ái thủy của monomer chất lót

2 Sự tích tụ nước để ion hóa (self etch)

3 Kỹ thuật dán (để ngà ẩm, dán ướt)

4 Dịch ngà

Nước trong lớp lai thâm nhập vào siêu khe (nanospace) của mạng collagen do

không thể thổi khô hoàn toàn

Trong lớp lai còn những khoảng trống

Phần sâu lớp lai ít monomer thâm nhập

Những mâu thuẫn cần giải quyết

**Bourd-Boittin K, Fridman R, Fanchon S, et al Matrix metalloproteinase inhibition impairs the processing, formation and mineralization of dental tissues during mouse molar development Exp Cell Res 2005;304:493–505

Sợi collagen ngà răng có chứa tiền thể (preform) không hoạt động các men

tiêu khuôn protein (MMPs)Các men này được thấy ở nguyên bào ngà, ngà và ngà khử khoáng**

Các men nội sinh: matrix metalloproteinase (MMPs) và cysteine cathepsingiữ vai trò trong thoái hóa collagen type I (thành phần hữu cơ của lớp lai)

Men tiêu protein nội sinh: men phân giải collagen

Matrix Metalloproteinase (MMPs)

Năm 1962, Gross & Lapiere mô tả “hoạt động” quan sát được trong sự

biến thái nòng nọc, có khả năng gây thoái hóa collagen Quá trình được kích hoạt bởi men phân giải collagen ở mô kẽ, làm thoái hóa protein và là một họ enzyme mới phát hiện

Men phân giải collagen là một trong những MMPs đầu tiên được chiết

xuất trực tiếp từ mô động vật.

Rối loạn hoạt động của MMPs có thể là nguyên nhân của nhiều bệnh: viêm thận, tim mạch, ung thư, loét mạn tính, viêm khớp…

Cysteine Proteases (Cathepsins)

Cathepsins là một men tiêu protein dạng papain, có ở nhiều loài trongsinh giới Có 12 loại trong họ men này

Cathepsin K được hủy cốt bào chế tiết, hoạt động ngoại bào

Tác động vào collagen type I (chiếm 90% collagen ngà)

Chiến lược để chống thoái hóa liên kết dán là

Dùng các yếu tố ức chế MMP

- ngoại sinh: chlorhexidin, gallardin, flavonol

- chất ức chế MMP tổng hợp: carboxylic acidLàm bất hoạt men cathepsins

Vật liệu dán đang thay đổi…

• Lấy bớt nước trong lớp lai

• Monomer thân thiện nước (water-friendly monomer)

• Tăng tỷ lệ chuyển đổi monomer ngay cả trong môi trường ẩm

• Vật liệu dán có kháng khuẩn

• Có chất ức chế men tiêu protein, phân giải collagen