DENTAL KOMPOZİT AR-GE ÇALIŞMASI Prof.Dr. Afife Binnaz HAZAR YORUÇ Dr. Aysu AYDINOĞLU Met. ve Malz. Müh. Abdülkadir GÜMÜŞ Mayıs 2018

Neden Dental Restoratif?  Kompozit dolgu malzemelerinden klinik olarak beklenen talepler giderek artmaktadır.  Hekim talepleri doğrultusunda geliştirilebilecek yönlerinin olması 1. Uygulama alanında ikincil çürük oluşumunun önlenmesi, 2. Çeşitli biyoaktif ajanlarla biyouyumluluğun geliştirilmesi, 3. Mekanik, fiziksel ve kimyasal özelliklerin korunması  Daha önceki yaptığımız çalışmalarda edindiğimiz bilgi birikimleri ile biyouyumlu, biyobozunur, antimikrobiyel ve antibakteriyel özelllikli biyomalzemelerin ve kompozit yapılarının sentezlenmesi konularında başarılı çalışmalarımız.

Dental Restoratiflerde Başarısızlık Nedenleri  Polimerizasyon Büzülmesi  Kenar Uyumsuzluğu  Mikrosızıntı  Su Adsorpsiyonu ve Çözünürlük  Yüzey pürüzlülüğü  Renklenme

Klinik Başarısızlıklar Kompozit dolgu malzemelerinin geliştirilmesi üzerine son yıllarda yapılan temel çalışmalar genel olarak aşağıda verilmiş olan özellikler üzerine yoğunlaşmıştır: Polimerizasyon büzülmesinin azaltılarak, kenar uyumunun geliştirilmesi ve ikincil çürüklerin önlenmesi Kompozit yapılara florür veya diğer antibakteriyel ajanların salımını sağlayan bileşenlerin yüklenerek ikincil çürük oluşumunun önlenmesi Büzülme gerilimi ve antibakteriyel özellikleri sağlarken, mekanik özelliklerin korunması Çeşitli biyoaktif ajanlarla biyouyumluluğun geliştirilmesi Renk kararlılığının sağlaması Vücut sıvılarına karşı direnç

Önerimiz Önerilen Proje Başlığı "Yeni Nesil Nanohibrit Restoratif Dolgu Malzemelerinin Geliştirilmesi ve Çekilmiş Dişlerde Mikrosızıntı ile In Vitro Biyouyumluluk Özellikleri Açısından Değerlendirilmesi" İçerik: Doğal dişe, görünüm ve mekanik özellikler bakımından benzer dental restoratif malzemelerin üretilmesinin yanı sıra, kompozite antibakteriyel ve biyoaktif özelliklerinin kazandırılması sağlanacaktır. İkincil çürük oluşumunu engellemek amacı ile kompozite antibakteriyel özellik kazandırılmasını sağlayacak florür salımı yapan destekleyici faz sistemleri ve biyoaktiflik kazandırılması amacı ile de remineralizasyonda görev alacak hidroksiapatit biyoseramikleri organik matrikse yüklenecektir. Böylelikle klinik beklentiyi karşılamak üzere yeni nesil dental restoratif malzeme üretimi mümkün olabilecektir.

Doğal Yapı ile Uyum Kompozit malzemelerin en iyi örneklerinden biri olan insan dişinin, inorganik kısmının büyük çoğunluğu hidroksiapatit [Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] seramiğinden oluşmaktadır. Mine dokusunun %92’si ve dentin dokusunun %48’i hidroksiapatit minerali içermektedir. Kalan kısımlar organik bileşenler olup nanometre boyutlarında protein molekülleridir. Spesifik yapılar içeren bu tür nanoyapılı inorganik-organik biyokompozitler kendilerine özgü optimum mekanik özellikler ve kararlılık gösterir. Mevcut olarak kullanılan ticari dental kompozitler ise doğal diş yapısının ideal bir kopyası olmaktan oldukça uzaktır. Dental restoratif malzemeler temel olarak; organik rezinler, inorganik destekleyici fazlar ve başlatıcı sistemleri içerir. Polimerik yapıların estetik ve mekanik özelliklerini geliştirmek üzere oldukça çeşitli destekleyici faz sistemleri kullanılmasına karşın, bu kompozit yapıların geniş çaplı restorasyonlarda uygulanması halen mümkün olmamaktadır.

Projenin Hedefleri  Polimerizasyon büzülmesinin azaltılarak, kenar uyumunun geliştirilmesi ve ikincil çürüklerin önlenmesi,  Florür içeren destekleyici faz sistemleri ile ikincil çürük oluşumunun önlenmesi,  Hidroksiapatit gibi biyoaktif seramikler ile remineralizasyon özelliğinin geliştirilmesi,  Antibakteriyel ve biyolojik özellikleri geliştirirken, mekanik özelliklerin korunması,  Üretilen malzemelerin in vitro olarak çekilmiş dişlerde ve biyolojik özellikler kapsamında değerlendirilmesi.

Yapılan Çalışma Literatürde kompozit dolgu malzemeleri üzerine yapılan çalışmalar ve klinik beklentiler göz önüne alınarak; Yıldız Teknik Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından desteklenen DOP04 ve KAP02 numaralı projelerimiz kapsamında universal ticari dental kompozitlerin özellikleri esas alınarak antibakteriyel ve biyoaktif özellikler sergileyen ve mekanik özellikleri korunmuş universal kompozit dolgu malzemeleri üretilmiştir.

DENEYSEL KOMPOZİT MALZEMELERİN KARŞILAŞTIRILMASI

TİCARİ VE DENEYSEL KOMPOZİT MALZEMELERİN KARŞILAŞTIRILMASI

Kompozit Destekleyici Faz (Ağırlıkça %) Organik Matriks (Ağırlıkça %) GrandioSiO 2 ; %87BisGMA, TEGDMA; %12 K7 SiO 2 /Silan; %70 UDMA; %5–10 BisEMA-6; %5–10 BisGMA; %1–5 TEGDMA; <%1-5 Malzeme Basma Dayanımı (MPa) Açısal Eğme Dayanımı (MPa) Eğilme Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (GPa) Vickers Sertliği (HV) K Grandio Mine Dentin ISO 4049 Malzeme Kürleme Derinliği (mm) Polimerizasyon Büzülmesi (%) Emilim (µg/mm 3 ) Çözünürlük (µg/mm 3 ) Monomer Dönüşüm Miktarı (%) K7 > Grandio

Kompozit Destekleyici Faz (Ağırlıkça %) Organik Matriks (Ağırlıkça %) Filtek Z250Si/Zr-Silan; %70–85 UDMA; %5–10; BisEMA-6; %5–10 BisGMA; %1–5; TEGDMA; <%1-5 Kompozit 9Si/Zr-Silan; %70 UDMA; %5–10; BisEMA-6; %5–10 BisGMA; %1–5; TEGDMA; <%1-5 Malzeme Basma Dayanımı (MPa) Açısal Eğme Dayanımı (MPa) Eğilme Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (GPa) Vickers Sertliği (HV) K Filtek Z Mine Dentin ISO 4049

KompozitDestekleyici Faz (Ağırlıkça %)Organik Matriks (Ağırlıkça %) Filtek Suprem XT SiO 2, Si/Zr nanoküme; %78.5 BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA Kompozit 10 SiO2/Silan, Si/Zr/Silan nanoküme; %70BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA Malzeme Basma Dayanımı (MPa) Açısal Eğme Dayanımı (MPa) Eğilme Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (GPa) Vickers Sertliği (HV) K Filtek Suprem XT Mine Dentin Malzeme Kürleme Derinliği (mm) Polimerizasyon Büzülmesi (%) Emilim (µg/mm 3 ) Çözünürlük (µg/mm 3 ) Monomer Dönüşüm Miktarı (%) K10 > Filtek Suprem XT ISO 4049

Antimikrobiyal Kompozitler KompozitDestekleyici Faz (Ağırlıkça %)Organik Matriks (Ağırlıkça %) TPH SpectrumBa-Al borosilikat cam, SiO 2 ; %77BisGMA, BisEMA, TEGDMA ArabeskCam Seramik; %77BisGMA, UDMA, TEGDMA; %22 Filtek LSSiO 2 -Silan, YbF 3 ; %76 3,4-Epoksisiklohegziletilsiklopolimetil siloksan; Bis-3,4-Epoksisiklohegziletil-fenilmetilsilan Tetric EvoCeram Pre-polimerize destekleyici faz; %17 Baryum camı; YbF 3 ve küresel metal oksitler; %62.5 Bis-GMA, Bis-EMA, UDMA; Ceram XBa-Al borosilikat cam, SiO 2 -Silan; %76Metakrilat modifiye-polisiloksan, UDMA HeliomolarSiO 2, YbF 3 ; %66.7BisGMA, UDMA, D 3 MA Filtek Suprem XT SiO 2, Si/Zr nanokümeleri ( µm); %78.5 BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA Kompozit 16 SiO2/silan; Si/Zr nanoküme/silan; BHA/silan BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA Kompozit 17 SiO2/silan; Si/Zr nanoküme/silan; Al-Sr- Oksiflorür BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA Kompozit 18 SiO2/silan; Si/Zr nanoküme/silan; Al-Sr- Si-Oksiflorür BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA Kompozit 19 SiO2/silan; Si/Zr nanoküme/silan; BHA/silan Al-Sr-Si-Oksiflorür BisGMA, BisEMA, UDMA, TEGDMA

Malzeme Basma Dayanımı (MPa) Açısal Eğme Dayanımı (MPa) Eğilme Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (GPa) Vickers Sertliği (HV) K K K K TPH Spectrum Arabesk Filtek LS Tetric EvoCeram Ceram X Heliomolar Mine Dentin ISO 4049

Malzeme Kürleme Derinliği (mm) Polimerizasyon Büzülmesi (%) Emilim (µg/mm 3 ) Çözünürlük (µg/mm 3 ) Monomer Dönüşüm Miktarı (%) K16 > K17 > K18 > K19 > TPH Spectrum Arabesk Filtek LS > Tetric EvoCeram > Ceram X Heliomolar ISO 4049

Kompozit Malzemelerden İyon Salımı Malzeme Ca (ppm) ΔCa (mmol/L) P (ppm) ΔP (mmol/L) F (ppm) ΔF (mmol/L) Referans (Distile Su) K K K K

Kompozit Malzemelerin Antimikrobiyal Özellikleri Malzeme İnhibisyon zonu (mm) Bakteri çoğalma inhibisyon zonu (mm) K K K K Filtek Z250* 00 Tetric Evoceram* 00 Amalgam* 00 Sealer**

 Yapısında hidroksiapatit içeren K16 (SiO 2 /Silan-Si/Zr/Silan-BHA/Silan)S.aureus karşısında 0.73 mm’lik bir bölge içerisinde mikrobiyal üremenin olmadığı gözlenmiştir. Benzer şekilde K16’nın 2.07 mm’lik bir bölge içerisinde bakteri çoğalmasını inhibe edici bir etki gösterdiği (growth inhibition effect) gözlenmektedir.  Flor salım ajanı olarak Al-Sr-OF içeren K17 (SiO 2 /Silan-Si/Zr/Silan-Al-Sr-OF)’nin K16’ya benzer şekilde 0.01 mm’lik bir bölge içerisinde inhibisyon zonu oluşturduğu ve 1.14 mm’lik bir bölge içerisinde ise bakteri çoğalmasını inhibe edici bir etki gösterdiği görülmektedir.  K18 (SiO 2 /Silan-Si/Zr/Silan-Al-Sr-Si-OF) ve K19 (SiO 2 /Silan-Si/Zr/Silan-BHA/Silan- Al/Sr/Si/OF) örneklerinde sırasıyla, 0.45 mm ve 2.15 mm’lik inhibisyon zonları ölçülmüştür. Sadece hidroksiapatit içeren K16 kompoziti ile Al-Sr-Si-OF ve hidroksiapatit içeren K19 test materyalinin antimikrobiyal aktivitesi karşılaştırıldığında; K19’daki inhibisyon zonunun daha geniş olduğu, dolayısıyla bakterisidal aktivitenin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu durum flor ajanı ilavesi ile birlikte K16’nın büyüme üzerindeki inhibisyon etkisinin (growth inhibition effect) bakterisidal özellik kazandığı şeklinde açıklanabilmektedir.

Kompozit Malzemelerin Biyouyumluluğu* * ISO :2009 standardına göre (In Vitro Şartlarda)

 Sitotoksisite çalışmaları incelendiğinde genel olarak tüm restoratif kompozit örnekleri ISO :2009 standardının öngördüğü > %70 hücre canlılığı değerine sahiptir. İlgili standarda göre MTS testi ile hücre canlılığı %70’in altında bulunan örnekler sitotoksik kabul edilmektedir.  K7 (SiO 2 /Silan), K9 (Si-Zr/Silan) ve K10 (SiO 2 /Silan, Si-Zr/Silan)’a ait hücre canlılığı değerlerinde belirgin bir fark gözlenmemiştir. Üretilen kompozit malzemelerden yapısında SiO 2 /Silan, Si-Zr/Silan destekleyici faz sistemlerine ek olarak biyomimetik hidroksiapatit içeren K16 ve K19 kompozitlerinin en yüksek hücre canlılığı değerlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Sırasıyla Al-Sr- OF ile Al-Sr-Si içeren K17 ve K18 örneklerinin hücre canlılığı değerleri kıyaslandığında arada çok yüksek oranda bir fark gözlenmemiş olmasına karşın, K17 kompozitinin hücre canlılığı değerlerinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Yapısında SiO 2 /Silan ve Si-Zr/Silan içeren kompozit ürün (K10) Filtek Z250 ile kıyaslandığında, kompozitinin hücre canlılığı değerinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Benzer şekilde yapısında SiO 2 /Silan içeren kompozit ürünün (K7), Filtek Silorana’a oranla daha yüksek hücre canlılığı sergilediği gözlenmiştir. İki ürün arasındaki hücre canlılığının temel olarak K7 örneğindeki monomer dönüşüm yüzdesinin (%75), Filtek Siloran’a oranla (%39) daha yüksek olmasından ileri geldiği düşünülmektedir.

Devam Eden Çalışmalar  Kompozit malzemelerden iyon salım profilinin belirlenmesi  Çekilmiş dişlerde kompozit malzemelerin marjinal adaptasyon özelliklerinin belirlenmesi  In vitro şartlarda kompozitlerin rejeneratif özelliklerinin değerlendirilmesi  In vivo koşullarda kompozitlerin biyouyumluluk özelliklerinin belirlenmesi