Nuovi materiali odontoiatrici da restauro a effetto antimicrobico

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odontoiatra.it , biofilm
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1.Introduzione

La carie costituisce il segno principale di una patologia causata da uno squilibrio microbiologico nella flora della placca dentale. La placca, cioè il biofilm che fisiologicamente colonizza le superfici dei tessuti duri dentali, rappresenta la parte inziale della flora del tratto digerente. Come nella restante parte di tale apparato, il problema è creato dall’assunzione di fonti di energia che per qualità, quantità o frequenza di introduzione sono incompatibili con il mantenimento dello stato di salute. La terapia restaurativa è essenzialmente un intervento conservativo con caratteristiche chirurgiche volto a reintegrare dal punto di vista estetico-funzionale i tessuti irrimediabilmente compromessi. Essa pertanto non è sostanzialmente in grado di modificare tale situazione, non essendo una terapia causale. Di conseguenza il trattamento spesso sortisce effetti parziali, limitati al breve-medio termine. D’altra parte alcune misure preventive, prevalentemente orientate a un miglioramento del livello di igiene orale e a una razionalizzazione del regime alimentare, possono ridurre il rischio di carie del soggetto, contrastando quindi l’insorgenza di lesioni secondarie. Spesso, tuttavia, la compliance del paziente non consente un intervento completo per quanto riguarda la correzione dei fattori di rischio. In tal caso, permanendo una situazione di disequilibrio (disbiosi), il ripresentarsi della patologia cariosa appare inevitabile. Nei decenni passati i materiali compositi a base resinosa hanno gradualmente sostituito altri materiali da restauro, fra cui l’amalgama, imponendosi quali riferimenti per la restaurativa grazie alle loro caratteristiche di facilità d’impiego e alle ottime prestazioni meccaniche ed estetiche (figg. 1-3). Le procedure adesive che sono alla base dell’impiego di questi materiali hanno rivoluzionato l’operatività stessa del trattamento restaurativo, rendendo per esempio necessario il corretto isolamento del campo operatorio e imponendo nuovi standard alla realizzazione delle cavità (fìg. 2), Superati i criteri di Black, infatti, nuove possibilità di minima invasività e di restauro diretto e indiretto di elementi molto compromessi sono state introdotte nella routine clinica quotidiana. Tale fenomeno è stato reso possibile da un progressivo miglioramento delle prestazioni del fattore chiave del processo adesivo, cioè i sistemi adesivi smalto-dentinali. In tal modo le applicazioni delle tecniche adesive sono state gradualmente estese a uno spettro di situazioni cliniche precedentemente appannaggio delle discipline protesiche, riducendo costi e tempi di trattamento. La tendenza è stata ulteriormente sostenuta dall’introduzione e dal rapido sviluppo delle tecnologie CAD-CAM, basate quasi interamente su tecniche adesive. Occorre infine sottolineare come, attualmente, una notevole parte delle richieste di interventi volti a migliorare l’estetica degli elementi anteriori (inclusa la soluzione di eventuali mal-posizioni e modifiche di forma degli elementi dentali) possa essere soddisfatta mediante il ricorso ai materiali compositi di ultima generazione (figg. 1-3). Nonostante i promettenti e recenti sviluppi, tuttavia, i restauri in materiale composito possiedono elevata Incidenza di carie secondaria, fenomeno il cui verificarsi rende necessario il reintervento con conseguente aumento dei costi e dei tempi del trattamento. In maniera ancor più importante, ciò causa una riduzione della salute orale residua del paziente. Nell’attività quotidiana dell’odontoiatra infatti il reintervento su restauri in composito rappresenta, purtroppo, una parte importante della pratica clinica (figg. 4 e 5). Tali problemi hanno guidato gli sforzi della ricerca verso lo sviluppo di materiali da restauro in grado di interagire con l’ecosistema della placca, limitandone la spinta alla patogenicità. Nel seguito si descrivono sinteticamente le ultime acquisizioni sull’argomento e le possibilità offerte dai materiali da restauro capaci di interagire attivamente con i biofilm orali.

2. Materiali e metodi

2.1 Incidenza della carie secondaria su restauri in composito

Le principali cause di fallimento dei restauri in composito sono l’insorgenza di fratture (dei tessuti dell’ospite o del materiale da restauro stesso) e lo sviluppo di carie secondaria a carico dei tessuti duri dentali nell’area immediatamente adiacente a un restauro. Da una recente revisione della letteratura si deduce come l’incidenza della carie sia molto variabile e oscilli tra lo 0% e il 44%. Tale variazione può essere spiegata dalla disomogeneità tra i diversi studi in termini di materiali, tipologia di pazienti, setting sperimentale e periodi di follow-up. Inoltre pochi studi hanno specificato i criteri impiegati per la diagnosi di carie secondaria. Il setting sperimentale sembra essere uno dei fattori maggiormente influenti sull’incidenza di carie, ricerche condotte presso studi privati rilevano una maggiore insorgenza di carie secondaria rispetto a quelle condotte in ambito universitario. Una possibile spiegazione è legata al fatto che le ricerche svolte in ambito universitario vengano eseguite su pazienti a basso rischio di carie. Risulta inoltre importante sottolineare che la procedura operativa per il posizionamento del materiale composito è tuttora strettamente operatore-dipendente, e che negli studi condotti in ambito universitario gli operatori sono solitamente selezionati e specificamente addestrati a eseguire le procedure operative previste. Il sito dell’intervento restaurativo gioca anch’esso un ruolo importante nell’insorgenza di carie secondaria. I restauri di Classe V si sono dimostrati, infatti, i meno soggetti allo sviluppo di carie secondaria. I restauri eseguiti nel settore posteriore, d’altronde, hanno invece riscontrato la massima incidenza di sviluppo di carie secondaria. In particolare, i restauri di Classe Il hanno evidenziato un comportamento peggiore rispetto a quelli di Classe I. L’incidenza della carie secondaria sembra aumentare significativamente nel tempo in tutti i tipi di restauro a eccezione delle Classi V, mostrando un picco nell’incidenza media dopo 5 anni dal posizionamento del restauro. Infine, come già specificato nell’introduzione, l’incidenza di carie secondaria dipende naturalmente dal rischio di carie del paziente. Si può quindi concludere che a oggi esistono in letteratura numerose lacune riguardo l’esatta zona di insorgenza delle lesioni cariose, la loro estensione, la diagnosi e il tipo di cavità. Nuovi studi epidemiologici sono necessari per rispondere a tali quesiti e poter fornire un quadro completo al clinico.

2.2    Istopatologia delle lesioni secondarie nella zona marginale dei restauri in composito

Lo stato attuale delle conoscenze riguardanti l’origine delle lesioni cariose riconosce il ruolo fondamentale che possiede una placca batterica patogena nello sviluppo di tali lesioni. Dal punto di vista istopatologico, alcuni studi hanno descritto la carie secondaria distinguendo una lesione esterna e una lesione interna o “wall lesion”. La lesione esterna è causata da un biofilm cariogeno che si sviluppa sulla superficie dell’elemento dentale e del restauro. L’istologia della lesione cariosa esterna è quindi sovrapponibile a quella di una lesione cariosa primaria. Tale ipotesi è confermata da studi micro-biologici che non hanno mostrato differenze significative tra la flora microbica presente in caso di lesioni cariose primarie o secondarie. La lesione interna invece si sviluppa a causa della presenza di microfessure (microgap) a livello dell’interfaccia dente/restauro. Secondo tale teoria la lesione interna è il risultato della diffusione di microrganismi, fluidi e ioni idrogeno all’interno delle fessure presenti tra il restauro e il tessuto circostante. Numerosi studi hanno evidenziato la presenza di microfessure marginali dopo l’adattamento di differenti materiali da restauro, suggerendo quindi che tali materiali non siano in grado di eliminare completamente la possibilità di microinfiltrazioni attorno al restauro stesso. Infatti, una volta posizionato nella cavità orale, il materiale da restauro viene immediatamente coperto da un sottile strato di pellicola salivare che si infiltra rapidamente nelle irregolarità di superficie e lungo le fessure marginali presenti. I microrganismi orali sono quindi capaci di aderire alla pellicola salivare e moltiplicarsi invadendo i microspazi esistenti all’interfaccia dente/restauro e accelerando il processo di demineralizzazione del tessuto dentale lungo le pareti del restauro. La presenza di microfessure è stata quindi considerata un potenziale fattore predittivo del possibile sviluppo di carie al di sotto di un restauro ed è quindi diventata un argomento di ricerca molto rilevante e controverso. Diversi autori hanno infatti suggerito l’esistenza di una correlazione tra l’ampiezza delle fessure marginali e lo sviluppo di carie secondaria, mentre un’altra teoria nega l’esistenza di tale associazione. Secondo quest’ultima teoria, infatti, le lesioni cariose secondarie si distinguerebbero dalle primarie unicamente per la loro zona di insorgenza. L’insorgenza della wall lesion di per sé è quindi considerata improbabile e, se la lesione esterna venisse inibita, non si dovrebbe comunque sviluppare in presenza di fessure marginali di diversa ampiezza. Ulteriori studi hanno invece dimostrato come la lesione interna si possa sviluppare in maniera indipendente anche quando la lesione esterna viene inibita. La lesione interna può quindi essere considerata un’entità a sé stante e indipendente dalla lesione esterna.

2.3    Diagnosi di carie secondaria nella zona marginale di un restauro in composito

La diagnosi di carie secondaria presenta difficoltà superiori a quelle riscontrabili nel processo diagnostico della carie primitiva. Tali problemi sono legati principalmente all’interferenza del materiale da restauro con i consueti mezzi di indagine impiegati nella diagnosi. Inoltre i criteri diagnostici normalmente seguiti per le lesioni primitive non risultano altrettanto standardizzati nel caso delle lesioni secondarie. Questa situazione porta spesso a un “overtreatment”, un eccesso di terapia dovuto alla tendenza, da parte dell’odontoiatra, a optare per il rifacimento del restauro anche in assenza di una diagnosi univoca e certa. Dal punto di vista dell’esame obiettivo, la diagnosi differenziale va posta con alcune condizioni non patologiche fra cui la discolorazione dell’area marginale del restauro, fenomeno dovuto alla presenza di una fessura marginale e alla sua colonizzazione da parte di microrganismi cromogeni o agenti coloranti derivanti dalla dieta. Un’altra condizione che può porre problemi diagnostici è la discolorazione dovuta alla presenza di restauri in amalgama, sostituiti da restauri in composito. In queste due condizioni anche l’esame ispettivo con sondaggio della zona marginale del restauro può fornire informazioni non dirimenti. Appare tuttavia evidente che spesso la discolorazione dovuta a deposizioni di ossidi e sali originata dalla corrosione del materiale metallico non costituisce di per sé un’indicazione della presenza di una lesione secondaria. Un esame più invasivo ma sicuramente più sensibile e specifico del precedente è la radiografia endorale. Al fine di ridurne l’invasività l’opzione digitale andrebbe sicuramente preferita. Il limite di tale esame risiede nella bidimensionalità dell’informazione ottenuta. Occorre sottolineare, tuttavia, che il ricorso a un’indagine che fornisce informazioni tridimensionali, quali la TC cone-beam, appare del tutto ingiustificato dal punto di vista della dose di radiazioni somministrata al paziente. Un’ulteriore osservazione è resa possibile dalla differente radiopacità dei materiali da restauro. Poiché le resine composite sono leggermente più radiopache dello smalto, l’identificazione delle lesioni secondarie appare più semplice nel loro caso rispetto ai restauri in amalgama, fortemente ra-diopachi, la cui immagine appare frequentemente alterata da un effetto bordo. Alternative promettenti appaiono le metodiche basate sulla fluorescenza elicitata dalla luce (Quantitative Light-induced Fluorescence, QLF). Risultati sperimentali mostrano per queste metodiche, utilizzate in combinazione con l’esame obiettivo e il sondaggio, risultati in termini di sensibilità e specificità paragonabili a quelli dell’indagine radiografica.

2.4 Eziopatogenesi delle lesioni secondarie: i biofilm orali

La placca batterica colonizza ogni superficie del cavo orale, incluse le superficl dei materiali da restauro, e su di esse realizza biofilm che generalmente possiedono modelli di sviluppo e struttura differenti da materiale a materiale. L’Influenza dei materiali compositi e degli adesivi smalto-dentinali sullo sviluppo dei biofilm è verosimilmente la chiave per comprendere il meccanismo eziologico della carie secondaria. I microrganismi orali, come tutti i microrganismi, vivono e si sviluppano seguendo due principali modelli di crescita: forma planctonica e biofilm. Nel primo caso le cellule vivono sospese nell’ambiente, libere di aggregarsi; esse rappresentano la fase di trasferimento fra un sito di colonizzazione e un altro. Nel secondo caso, che si verifica con maggior prevalenza in natura, esse aderiscono permanentemente a un substrato formando una comunità stabile. Un biofilm è infatti un insieme di microcolonie, costituite da cellule (circa il 20% in volume) immerse in una matrice polisaccaridica a elevato contenuto di acqua (75-80% in volume). I microrganismi si organizzano in biofilm per essere in grado di colonizzare stabilmente un substrato, ottimizzare la gestione delle risorse energetiche ed essere in grado di difendersi efficacemente da agenti chimici, fisici o biologici ostili. La “placca dentale” è quindi un biofilm multispecie funzionalmente e strutturalmente organizzato. La colonizzazione delle superfìci dentali prende origine dall’adesione dei microrganismi alla cosiddetta pellicola salivare acquisita, un sottile film che ricopre lo smalto ed è il risultato dell’adsorbimento selettivo di lipidi e glicoproteine salivari alle superfici dentali. Segue una fase di adesione caratterizzata dall’instaurarsi di legami fisico-chimici tra le cellule batteriche e la pellicola salivare. La conseguenza della mancata adesione alla superficie dentale è costituita dall’allontanamento delle cellule microbiche dal cavo orale e dalla loro eliminazione. I microrganismi in grado di aderire e poi di colonizzare le superfici dentali hanno sviluppato un complesso di strutture recettoriali, dette adesine, capaci di riconoscere e legarsi a specifiche molecole presenti sulla pellicola salivare. La capacità di formazione del biofilm rappresenta pertanto una caratteristica indispensabile alla vita per questi microrganismi. Poiché la sola adesione non è fisicamente sufficiente a rimanere adesi nel tempo, i microrganismi devono essere in grado di stabilizzare i loro rapporti con la superficie per non essere eliminati. Per tale motivo essi producono una “colla biologica” dotata di eccellenti proprietà adesive. Tale struttura è costituita da catene polisaccaridiche ramificate prodotte da enzimi presenti sulla parete cellulare ed è in grado di rendere stabile il contatto con la superficie. Terminata la fase di adesione la struttura evolve verso la fase di maturazione durante la quale microrganismi di origine esogena entrano a far parte della struttura aderendo alla matrice intercellulare prodotta dai microrganismi colonizzatori (pionieri). Arricchendosi di nuove specie microbiche il biofilm aumenta considerevolmente la sua complessità (figg. 6 e 7) fino a raggiungere la composizione stabile che è programmato ad assumere. La struttura biologica così originata risulta meno suscettibile all’azione degli agenti antibatterici rispetto alle cellule cresciute in forma planctonica. Le concentrazioni di antibatterico necessarie per l’eliminazione di microrganismi organizzati in biofilm sono molto superiori rispetto a quelle che occorrono per l’eliminazione degli stessi microrganismi in fase planctonica. Inoltre la sua composizione lo rende parte di un sistema difensivo dell’organismo, in quanto la presenza di un ecosistema stabile sulla superficie si oppone alla penetrazione e alla colonizzazione da parte di microrganismi esterni potenzialmente patogeni. Tra i microrganismi cariogeni contenuti nella placca sopragengivale lo Streptococcus mutans (S. mutans) costituisce la specie con maggiore potenziale cariogeno. Tale microrganismo viene isolato in campioni di biofilm sia sulle superfici naturali sia su quelle artificiali durante i primi stadi di sviluppo delle lesioni cariose. La sua patogenicità dipende tuttavia strettamente dalla pressione selettiva esercitata sul biofilm dal contenuto di carboidrati della dieta, in termini sia di quantità sia di disponibilità temporale,

Lo studio dei biofilm orali può essere affrontato attraverso differenti approcci metodologici. Si possono differenziare tre tipologie di modelli:

  • modelli in vivo: il biofilm viene studiato direttamente sulla superficie dei tessuti duri dentari e dei restauri nel cavo orale, utilizzando pazienti volontari;
  • modelli in situ: le superfici da analizzare vengono esposte nel cavo orale per un determinato periodo di tempo;
  • modelli in vitro: le superfici da analizzare vengono esposte al fluido salivare o ad altre soluzioni al di fuori del cavo orale, impiegando apparecchiature specifiche, utili per simulare in modo standardizzato le condizioni presenti nel cavo orale. Tali sistemi, conosciuti con il termine di “bioreattori”, consentono lo sviluppo di biofilm monospecie o multispecie, anche per lunghi periodi di incubazione (fig. 8).

Lo sviluppo di biofilm in vitro con l’ausilio di questi bioreattori mostra un ritmo di crescita, una composizione e una struttura molto simili a quelli in vivo. Per queste ragioni, tali sistemi sono considerati maggiormente adatti per valutare l’interazione tra biomateriali e microrganismi orali.

2.5        Proprietà e caratteristiche dei compositi che influenzano la colonizzazione batterica e lo sviluppo di carie secondaria

Gli sforzi della ricerca da sempre si sono concentrati sulla realizzazione di materiali da restauro contenenti composti ad azione antibatterica. È stato, in passato, il caso dell’amalgama d’argento, nella cui composizione zinco, rame e mercurio sono presenti in concentrazioni variabili e il cui effetto antibatterico è ampiamente dimostrato. I nuovi materiali compositi non sono stati originariamente sviluppati con l’intento di ottenere materiali ad azione antibatterica. In uno studio condotto sulla colonizzazione di differenti materiali da restauro in vitro da parte di S. mutans, gli autori hanno dimostrato come la colonizzazione microbica della superficie sia fortemente dipendente dalle caratteristiche fisico-chimiche del materiale. I materiali compositi sono inoltre legati alla struttura dentale residua attraverso sistemi adesivi smalto-dentinali che rappresentano, per struttura e posizione, i materiali più indicati per svolgere un ruolo protettivo nei confronti del restauro. Essi devono idealmente essere in grado di controllare la carica batterica residua del fondo cavitario che, per quanto deterso, conserva spesso aree di infezione. Soprattutto, però, devono proteggere l’area marginale del restauro e i tessuti adiacenti, effettivo bersaglio delle lesioni secondarie.

  • Contrazione da polimerizzazione

Nonostante le proprietà meccaniche dei moderni materiali compositi da restauro siano continuamente migliorate, alcuni problemi rimangono. Tra i più importanti troviamo la contrazione da polimerizzazione e il conseguente stress generato all’interfaccia adesiva tra tessuto dentale e materiale composito. Tale stress può portare alla perdita di sigillo marginale, con conseguente microinfìltrazione di batteri, saliva e altre sostanze irritanti che possono provocare pigmentazione del margine, sensibilità postoperatoria, patologia pulpare e carie secondaria. La contrazione da polimerizzazione è essenzialmente conseguenza della conversione dei monomeri resinosi in una rete polimerica. La conformazione polimerica caratterizzata dalla presenza di numerosi legami covalenti occupa infatti uno spazio inferiore rispetto a quella monomerica dominata dalle deboli forze di van der Waals, portando a una riduzione volumetrica compresa generalmente tra N % e il 6%. La percentuale di contrazione da polimerizzazione è collegata alla quantità di contenuto organico e inorganico del composito. Generalmente i compositi “flowable” sono quelli che contengono percentuali più alte di matrice organica e di conseguenza sono più soggetti alla contrazione da polimerizzazione. Bisogna notare, tuttavia, che la loro elevata percentuale di matrice organica riduce lo stress interno durante la contrazione rispetto ai normali compositi da ricostruzione. Per questo motivo i compositi flowable sono spesso utilizzati come rivestimento per le cavità in modo da assorbire lo stress da contrazione generato dai compositi usati per ricostruire gli elementi dentari. Negli ultimi anni sono entrati in commercio anche diversi compositi denominati “bulk-fill” che permettono incrementi fino a 4-6 mm di spessore rispetto ai 2 mm di quelli convenzionali. Tali tipi di composito utilizzano monomeri in grado di ridurre non tanto la contrazione da polimerizzazione ma lo stress generato durante la stessa. In generale, comunque, qualsiasi composito da ricostruzione si impieghi, è sempre bene non eccedere lo spessore degli incrementi dettato dal produttore.

  • Degradazione dell’interfaccia.

Negli anni svariati gruppi di ricerca si sono concentrati sulla degradazione dei materiali compositi nel cavo orale. I primi materiali andavano incontro a degradazione principalmente per via di caratteristiche meccanico-fisiche insufficienti, che li portavano a usura precoce. A partire dagli anni Novanta, tuttavia, le loro caratteristiche sono notevolmente migliorate grazie all’introduzione dei compositi microibridi e lo studio della degradazione si è concentrato su aspetti principalmente chimici. Si è notato, infatti, che alcuni enzimi presenti nel cavo orale possono contribuire alla degradazione della matrice resinosa dei materiali compositi. La maggior parte dei monomeri presenti negli adesivi smalto-dentinali e nei materiali compositi attualmente in uso appartiene alla classe dei metacrilati e polimerizza mediante condensazione formando legami esterici, uretanici o amidici. Tutti questi legami possono andare incontro a idrolisi chimica nel momento in cui la reazione possa essere catalizzata da acidi, basi oppure enzimi. I legami esterici, in particolare, possono essere più prontamente idrolizzati rispetto agli altri tipi di legame se si considerano le condizioni chimiche presenti nel cavo orale. Nella miscela di monomeri maggiormente utilizzata nei materiali compositi attuali, infatti, a un monomero dalle elevate prestazioni quale il Bis-GMA si affiancano monomeri più piccoli quali TEGDMA o HEMA che hanno lo scopo di diminuire la viscosità del monomero principale, migliorare la miscibilità del riempitivo con la matrice resinosa e garantire affinità con i tessuti dentali. I monomeri più piccoli purtroppo presentano gruppi funzionali ad alta affinità per le molecole d’acqua (idrofilia) e favoriscono quindi il suo assorbimento e la possibilità che avvenga l’idrolisi. Dal punto di vista dei catalizzatori, non essendovi generalmente condizioni di pH estreme nel cavo orale, i principali responsabili dell’azione idrolitica sui materiali compositi sono gli enzimi. Essi da una parte derivano dal cavo orale stesso e, tra le varie classi di enzimi presenti nella secrezione salivare, le esterasi sono quelle che maggiormente hanno tale effetto. Recentemente ci si è resi conto che una sorgente di enzimi ad attività idrolitica è il biofilm stesso e in particolare è stato dimostrato che S. mutans è in grado di degradare materiali compositi e sistemi adesivi mediante la produzione di esterasi. Il microrganismo infatti ha un’affinità e una capacità di crescita sui materiali compositi molto più elevata che su altri materiali quali ceramiche, metalli o lo smalto stesso. La conseguenza dello sviluppo di un biofilm cariogeno su un restauro in materiale composito è anche, nel tempo, un aumento della rugosità superficiale quale conseguenza della degradazione enzimatica della superficie. Clinicamente ciò si può osservare come una perdita delle caratteristiche di lucentezza ottenute mediante le procedure di rifinitura/brillantatura dei restauri anche in zone non soggette a erosione o abrasione. Tale effetto purtroppo non è sotto ¡I controllo del clinico, ma si stanno studiando nuovi materiali compositi che abbiano una matrice resinosa costituita da polimeri innovativi che resistano a un attacco idrolitico.

  • Caratteristiche di superficie e adesione batterica

L’eziopatogenesi della carie secondaria, benché simile dal punto di vista microbiologico a quella della carie primitiva come già discusso in precedenza, presenta tuttavia alcune differenze. Studi in letteratura hanno dimostrato che le superfici dei restauri sono prive del potere tampone offerto dalla dissoluzione degli ioni calcio dalla matrice minerale dentale. Ciò permette al biofilm aderente alle superfici artificiali di arrivare (durante il metabolismo acidogeno) a livelli di pH inferiori e per tempi molto più lunghi rispetto alla normale superficie dentale, esponendo a un’azione demineralizzante molto più efficace le zone limitrofe al restauro. D’altra parte la composizione del biofilm aderente alla superficie dei restauri è diversa, privilegiando soprattutto batteri capaci di resistere in ambiente fortemente acido quali gli streptococchi e i lattobacilli. Anche il processo di adesione batterica è leggermente diverso rispetto a quello che si verifica sulle superfici dentali, in quanto è fortemente influenzato dalla composizione chimica e dalle caratteristiche fisiche del materiale da restauro, quali la sua rugosità e l’idrofobicità (l’energia libera di superficie). Tali caratteristiche influenzano in modo preponderante l’adesione anche dopo l’adsorbimento sulle superfici della pellicola salivare. In particolare, la rugosità di superficie e la topografia di superficie giocano un ruolo importante nell’influenzare lo sviluppo del biofilm orale sui restauri in composito. Le superfici di restauri a elevata rugosità e con topografia superficiale complessa sono maggiormente soggette allo sviluppo di biofilm e quindi a un maggior rischio di sviluppo di carie secondaria rispetto a restauri con superfici in composito lisce. Una possibile spiegazione del legame diretto tra rugosità di superficie e sviluppo di biofilm sta nel fatto che una superficie maggiormente rugosa presenta una maggiore area disponibile per l’adesione batterica rispetto a una liscia. Inoltre, le irregolarità presenti su una superficie rugosa rendono più complesse le manovre di igiene orale del paziente e sono In grado di proteggere il biofilm batterico dalle forze dislocanti dei sistemi di detersione orale. L’impatto della rugosità e della topografia di superficie sullo sviluppo dei biofilm pone in primo piano l’importanza delle procedure di rifinitura e lucidatura dei materiali da restauro. Tali procedure infatti possono modificare la rugosità di superficie del materiale così come la tessitura di superficie con una conseguente riduzione dello sviluppo del biofilm. I fattori che influenzano in modo rilevante lo sviluppo di biofilm sui materiali da restauro, a parità di rugosità superficiale, sono l’energia libera e soprattutto la composizione chimica della superficie stessa. È importante ricordare come superfici di materiale composito con bassa energia libera di superficie siano meno soggette al processo di adesione batterica rispetto a quelle con elevati valori di energia libera di superficie. Anche la composizione chimica del materiale composito gioca un ruolo chiave nell’influenzarne il comportamento microbio-logico. Come ben noto, la composizione dei materiali compositi è estremamente varia e nessun materiale presenta un’interfaccia omogenea. Tale disomogeneità fa sì che, anche sulla superficie di uno stesso materiale, si possano riscontrare differenze nella topografia di superficie o nella composizione chimica della stessa. Si è quindi dimostrato come alterazioni nella composizione chimica del filler o della matrice resinosa che costituiscono il materiale composito o modificazioni nelle dimensioni e nella forma delle particelle di filler siano in grado di influenzare il comportamento microbiologico del materiale stesso. In questo senso, ottimizzare le proprietà fisiche e chimiche di superficie dei moderni compositi resinosi potrebbe essere una strategia vincente per prevenire lo sviluppo di carie secondarie.

  • Interazione fra microrganismi e componenti rilasciati dal materiale

Poiché nessun materiale composito è in grado di polimerizzare completamente, dopo la fotoattivazione avviene sempre un rilascio di molecole quali monomeri residui, oligomeri o prodotti di degradazione. È impossibile eliminare tale rilascio, in quanto attualmente non si riesce, nel cavo orale, a raggiungere un grado di conversione dei materiali superiore al 70-75% per ragioni di ingombro sierico e crescente rigidità dei polimeri neoformati. La quantità di composti rilasciati dipende dal grado di conversione della resina, dalla composizione chimica del solvente, dalla dimensione e dalle proprietà chimiche dei composti rilasciati, in quanto molecole piccole hanno mobilità maggiore rispetto a molecole più grosse e con maggior ingombro sterico. Il rilascio di monomeri dalle superfici dei restauri in composito favorisce l’adesione e la colonizzazione batterica sulla superficie degli stessi (fig. 9). Tale fenomeno può tuttavia essere limitato aumentando il tempo di fotopolimerizzazione del materiale composito e incrementando quindi il grado di conversione della resina.

2.6    Strategie per limitare e modulare la colonizzazione

Per tutte le ragioni sopraelencate, dopo sessant’anni dall’introduzione dei materiali compositi in odontoiatria restaurativa, la ricerca si sta occupando di incorporare in tali materiali principi che interagiscano in maniera attiva con l’ospite e con il biofilm che lo colonizza stabilmente. Tali materiali sono definiti “bioattivi”. Inoltre, sistemi adesivi che mantengano proprietà antibatteriche anche successivamente alla fase di polimerizzazione rappresentano un’ottima possibilità di controllo dello sviluppo di microrganismi residui all’interno del tessuto e di controllo della colonizzazione delle aree marginali del restauro. La possibilità di incorporare sostanze antibatteriche nei materiali compositi e nei loro sistemi adesivi attraverso variazioni delle formulazioni ha indotto le aziende produttrici a rendere disponibili in commercio nuovi materiali dotati di interessanti proprietà e di efficacia variabile.

  • Incorporazione di agenti biocidi/bioattivi

Esistono varie strategie per rendere un materiale bioattivo. La prima strategia prevede l’inserimento di principi attivi ad azione biocida all’interno della composizione di tali materiali. Questa strategia ha quale obiettivo principale l’eradicazione dei batteri e dei biofilm che si sviluppano nell’Immediata prossimità del materiale, sperando di ottenere una riduzione nell’insorgenza della carie secondaria. In particolare si distinguono due approcci: il rilascio controllato di agente biocida da parte del materiale oppure la presenza del principio attivo sulla superficie del materiale stesso che agisce per inibizione da contatto. Ciascun approccio presenta vantaggi e svantaggi, non esistendo a oggi un materiale in grado di impedire stabilmente la formazione di biofilm. L’approccio che prevede il rilascio controllato di un agente biocida è tutt’altro che innovativo, fin dagli anni Settanta, infatti, sono disponibili materiali quali i cementi vetroionomerici che presentano la possibilità di incorporare fluoro, rilasciarlo e infine ricaricarsi da fonti esterne quali paste dentifricie o collutori contenenti fluoro. I cementi vetroionomerici si sono dimostrati in grado di prevenire e anche inattivare le lesioni cariose, bloccandone la progressione. Nonostante ciò, i primi cementi hanno avuto un successo molto limitato per via di problemi quali una bassa resistenza all’abrasione, ridotte proprietà meccaniche e bassa resa estetica. Recentemente, grazie anche all’introduzione delle nanotecnologie in campo odontoiatrico, tali materiali sono stati riproposti con caratteristiche migliorate quali materiali da restauro ad alta viscosità (High-Viscosity Glass-lonomer-Cement, HVGIC). Attualmente il loro campo di applicazione (restauri di elementi decidui, cavità ridotte di Classe I o lesioni cervicali o radicolari, soprattutto in pazienti anziani) si sta estendendo sempre più. Durante gli anni Ottanta si è cercato di coniugare i vantaggi biologici dei cementi vetroionomerici con quelli meccanici ed estetici dei materiali compositi, generando vetroionomeri modificati con aggiunta di resina oppure compomeri. Tali materiali non hanno avuto un’elevata diffusione, soprattutto pervia dell’incapacità di ottenere i comportamenti ricercati. Dopo primi risultati a esito negativo, oggi esistono materiali compositi basati su riempitivi vetroionomerici che risultano promettenti dal punto di vista microbiologico. L’incorporazione di fluoro nei materiali da restauro in realtà non offre un’attività francamente biocida quanto piuttosto batteriostatica. Il rilascio di piccole quantità del principio attivo, infatti, non è sufficiente a garantire attività biocida ma, essendo il fluoro un veleno della respirazione cellulare, genera una reazione di difesa nei microrganismi risultante in una riduzione del loro metabolismo e, conseguentemente, della produzione di acidi, limitando la patogenicità del biofilm. I materiali a rilascio controllato possono quindi modulare, anziché eradicare, la colonizzazione microbica di un restauro. Il rilascio di composti antimicrobici, pur prolungato, è ancora lontano dall’essere controllato. Inoltre l’inserimento di composti estranei nella struttura polimerica di un materiale composito ne compromette sia le prestazioni meccaniche sia lo stesso processo di polimerizzazione, diminuendone di fatto le prestazioni biomeccaniche. Il secondo approccio prevede l’incorporazione di molecole ad azione biocida nei materiali da restauro. In tal caso il principio attivo, immobilizzato sulla superficie, esplica un’attività biocida venendo a contatto con i microrganismi durante le fasi di adesione e colonizzazione (“contaet-ki11ing”).TaIi molecole sono saldamente incorporate insieme al riempitivo (nanoparticelle metalliche, polietilenimina, chitosano) oppure possono essere pollmerizzate insieme alla matrice resinosa (sali di ammonio quaternario, clorexidina) [38-41. Nel primo caso, gli ultimi sforzi della ricerca si sono concentrati sull’aggiunta di nanoparticelle, con effetti controversi ma non privi di aspetti interessanti. Nonostante il campo di ricerca appaia promettente, come in altri campi della medicina le nanoparticelle suscitano perplessità riguardo alla sicurezza del loro impiego all’interno dell’organismo. Per quanto attiene invece alla matrice resinosa, i sali di ammonio quaternario presentano tossicità relativamente bassa e ampio spettro antimicrobico; il loro effetto bioclda si esplica mediante meccanismi di depolarizzazione attraverso cui la parete cellulare viene danneggiata. Tali molecole non dovrebbero essere rilasciate, ma in realtà lavori sperimentali hanno dimostrato un parziale rilascio del composto, dovuto probabilmente a un’inevitabile polimerizzazione incompleta. Attualmente la maggior parte degli approcci contact-killing rimane allo stadio sperimentale: l’incorporazione di tali principi attivi all’interno dei materiali compositi o di sistemi adesivi solitamente ostacola una corretta reazione di polimerizzazione e comporta quindi anch’essa una riduzione delle prestazioni biologiche. Inoltre tali materiali sono attivi solamente contro le cellule che vengono a stretto contatto con la superficie dei materiali stessi. Spesso basta che sulle superfici si sia formata la pellicola salivare acquisita oppure uno strato di cellule batteriche già inattivate per far sì che microrganismi arrivati successivamente possano colonizzare le superfici senza alcun im-pedimento ulteriore. Oggi esistono almeno due sistemi adesivi con azione di inibizione per contatto, tuttavia mancano ancora studi clinici a lungo termine che permettano di valutarne la reale efficacia nella prevenzione dello sviluppo della carie secondaria.

  • Materiali biomimetici

Come discusso, cercare di eradicare i biofilm orali non è facilmente perseguibile e inoltre può anche essere dannoso. Infatti, quando si rimuove interamente il biofilm da una superficie si viene a creare una nicchia ecologica vuota, cioè uno spazio che può essere rioccupato da parte di microrganismi provenienti dall’esterno e che possono essere anche maggiormente patogeni rispetto a quelli appena eradicati. L’ultima e più recente strategia è quella di impiegare materiali biomimetici quali materiali da restauro. I materiali biomimetici sono un particolare tipo di biomateriali capaci di replicare alcuni aspetti dei tessuti naturali che vanno a sostituire e generano particolari risposte nel tessuto dell’ospite, quali per esempio una remineralizzazione guidata, senza aggiunta di alcun principio attivo ad azione biocida. Da questo punto di vista risultano promettenti i materiali a base di nanoparticelle bioattive di fosfati di calcio o di idrossiapatite. Non possiedono alcuna attività antimicrobica di per sé, ma possono remineralizzare lesioni cariose volutamente rimosse in modo non completo, così come lesioni cariose secondarie iniziali. Inoltre, un materiale basato su tale tecnologia possiede la capacità tampone tipica dei tessuti duri dentari e quindi potrebbe evitare di promuovere lo sviluppo di un biofilm patogeno. Tali materiali presentano purtroppo problemi di stabilità della formulazione e caratteristiche meccaniche non competitive che finora ne impediscono l’utilizzo clinico.

3. Conclusioni

I materiali ad azione antibatterica rappresentano a oggi una nuova possibilità di grande interesse per il controllo della carie secondaria. Alcuni prodotti, con prestazioni differenti, sono già disponibili sul mercato, mentre un gran numero di principi attivi e combinazioni sono attualmente testati nei laboratori di ricerca in tutto il mondo. Questa concentrazione degli sforzi di ricerca permette di sperare che a breve-medio termine una o più delle tecnologie disponibili saranno in grado di offrire al clinico un valido mezzo per migliorare la durata nel cavo orale non solo dei restauri diretti ma anche della protesi adesiva. La filosofia dei materiali attualmente disponibili continua a essere quella che propone eccellenti caratteristiche meccanico, fisiche ed estetiche, ed eventualmente anche antibatteriche. I progressi della ricerca nell’ambito della scienza dei materiali e in ambito microbiologico porterà sempre più a un cambiamento di paradigma rivolto all’introduzione e all’impiego di materiali bioattivi e biomimetici in odontoiatria restaurativa.

Fig. 1 Elemento 2.1 presentante restauro incongruo. Si decide la riabilitazione mediante esecuzione di un restauro diretto in materiale composito
Fig. 2 Isolamento del campo operatorio. Attraverso l’impiego di una mascherina confezionata su ceratura diagnostica viene realizzato un guscio palatale su cui verranno successivamente stratificate masse di materiale replicanti le caratteristiche ottiche della dentina, dello smalto e delle discromie superficiali
Fig. 3 Restauro ultimato, controllo a una settimana. Le eccellenti proprietà estetiche dei moderni materiali compositi permettono una corretta integrazione con i tessuti dentali circostanti anche in zone particolarmente esigenti dal punto di vista estetico come quelle anteriori
Fig. 4 Restauri incongrui presentanti carie secondaria sugli elementi 2.5, 2.6, 2.7. Si decide di riabilitare gli elementi con materiali compositi mediante tecnica diretta (2.5, 2.7) e indiretta (2.6)
Fig. 5 Restauri ultimati. I materiali compositi permettono di replicare una corretta morfologia dentale, indispensabile per il buon ripristino funzionale degli elementi compromessi
Fig. 6 Ricostruzione 3D, effettuata al microscopio confocale laser, di una fase iniziale di colonizzazione microbica delle superfici di un restauro in materiale composito. In verde sono evidenziate le cellule vitali, in rosso quelle morte. All’interno del biofilm esistono interazioni complesse tra i vari microrganismi ed è evidente come l’unione faccia la forza: microcolonie di dimensioni maggiori hanno maggiore vitalità di colonie più piccole
Fig. 7 Ricostruzione al microscopio confocale di un biofilm orale maturo. La superficie scompare sotto un biofilm pluristratificato ampiamente vitale. Tuttavia gli strati più profondi, dove le sostanze nutritive arrivano con maggiore difficoltà e i cataboliti, tra cui gli acidi organici, vengono eliminati meno prontamente, sono costituiti da cellule microbiche non vitali
Fig. 8 Esempio di un bioreattore a flusso continuo per lo sviluppo di biofilm orali in condizioni controllate. Una pompa peristaltica genera un flusso di nutrienti attraverso celle multiple parallele entro le quali si trovano i campioni di smalto umano o materiali dentali sperimentali. Il sistema è molto versatile in quanto permette di valutare differenti parametri nello stesso esperimento
Fig. 9 Microfotografia al microscopio elettronico a scansione di un modello sperimentale di restauro in materiale composito dopo 48 ore di sviluppo di biofilm di S. mutans. Si noti la predilezione del microrganismo per le superfici del materiale composito piuttosto che per quelle naturali

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