Tina Matoc, Elvis Božac

Biomaterijali - MTA i Biodentine®

Tina Matoc [1] Elvis Božac, dr. med. dent. [2]

Sažetak: Napredak znanosti i tehnologije rezultirao je mnogim inovacijama, što se odrazilo i u području dentalne medicine. U ovom preglednom članku, predmet obrade su svojstva i usporedba dvaju biomaterijala - kalcij silikatnog cementa, poznatog i kao Biodentine® (Septodent) i MTA, odnosno mineralnotrioksidnog agregata. Najvažnije svojstvo ovih materijala je biokompatibilnost. Biokompatibilnost je sposobnost materijala da izazove prikladan biološki odgovor tkiva na koje je primijenjen, odnosno svojstvo materijala u interakciji s medijem u kojem se nalazi. MTA je materijal uveden u devedesetim godinama prošlog stoljeća, a 1998. godine dobio je FDA (Food and Drug Administration) odobrenje. Formuliran je iz komercijalnog Portland cementa koji podliježe dodatnoj obradi i pročišćavanju. Upotrebljava se u restaurativnoj dentalnoj medicini, endodonciji, dječjoj stomatologiji, parodontologiji i oralnoj kirurgiji. Koristi se za zahvate tijekom apeksifikacije, za pulpotomiju, zatvaranje perforacija, kod nadoknade dentinskog tkiva, u regenerativne svrhe i kod periapikalnih mikrokirurških zahvata. MTA se smatra zlatnim standardom za umjetne induktore apikalne barijere u nezrelim i nepotpuno razvijenim zubima. Biodentine® je cement na bazi trikalcijevog silikata, a tržištu je predstavljen kao „prvi, sve u jednom, bioaktivan i biokompatibilan materijal za nadoknadu oštećenog dentina“. Materijal je formuliran pomoću tehnologije cementa na bazi MTA i izvrsna je alternativa za MTA zbog jednostavnijeg rukovanja, kraćeg vremena postavljanja i poboljšanih fizikalnih svojstava. S obzirom da MTA i Biodentine® imaju slična svojstva i indikacije, provedena su istraživanja u kojima su njihova svojstva detaljnije ispitivana kako bi se mogla usporediti. Navedene su studije provedene na relativno malim uzorcima i u kratkom vremenskom periodu, pa su potrebna opsežnija i dugoročnija istraživanja, iako je prema rezultatima, Biodentine® materijal izbora.

Ključne riječi: Biodentine®; MTA

Abstract: Advances in science and technology have resulted in many innovations, which have been reflected in the field of dental medicine. In this review article, the subjects of interpretation are the properties and comparison of two biomaterials - calcium silicate cement, also known as Biodentine® (Septodent) and MTA, i.e. 1. Studentica 4. godine studija

Dentalna medicina,

Sveučilište u Rijeci, Fakultet dentalne medicine 2. Katedra za endodonciju i restaurativnu stomatologiju,

Sveučilište u Rijeci, Fakultet dentalne medicine

Dopisni autor: Tina Matoc tina.matoc13@gmail.com

mineral trioxide aggregate. The most important property of these materials is biocompability. It is defined as the ability of a material to induce an appropriate biological response to the tissue to which it is applied, that is, the property of the material interacting with the environment in which it is located. MTA is a material introduced in the 1990s, and in 1998 it received FDA approval. It is formulated from commercial Portland cement which is subject to additional processing and purification. It is used in restorative dentistry and endodontics, in apexification, pulpotomy, perforation closure, regenerative purposes and periapical microsurgical procedures. MTA is the gold standard as an artificial inducer of apical barriers in immature and incompletely developed teeth. Biodentine® is a new cement based on tricalcium silicate, presented to the market as “the first, all-in-one, bioactive and biocompatible material for damaged dentine replacement.” The material is formulated using MTA-based cement technologies and it is an excellent alternative to MTA because it is easier to handle, it has shorter set-up time and improved physical properties. As MTA and Biodentine® have similar properties and indications, studies have been conducted in which their properties have been examined in more detail for comparison. These studies were conducted on relatively small samples and in a short period of time, so extensive and long-term research is needed, but according to the results, Biodentine® still has an advantage as a material of choice.

Keywords: Biodentine®; MTA

UVOD

Napredak znanosti i tehnologije rezultirao je mnogim inovacijama, što se odrazilo i u području dentalne medicine. Dijagnostika je bolja i kvalitetnija, a osmišljene su i nove tehnike i terapijski postupci. Neprekidno se radi na poboljšanju svojstava materijala koje doktori dentalne medicine svakodnevno upotrebljavaju u različite svrhe. U ovom preglednom članku, predmet obrade su svojstva i usporedba dvaju biomaterijala - kalcij silikatnog cementa, Biodentine® (Septodent) i MTA- mineral-trioksid agregata.

BIOMATERIJALI

Biodentine® i mineral-trioksid agregat su cementi sastavljeni od dvije osnovne komponente - praška i tekućine, čijim se miješanjem postiže odgovarajuća konzistencija za rad. Prašak čine oksidi metala, a tekućina je najčešće vodena otopina kiselina. Nusprodukt reakcije između praška i tekućeg dijela su soli koje stvrdnjavaju inkorporacijom u čisto amorfnu matricu. Za uspješnost terapije ovi materijali moraju zadovoljavati određena svojstva. Najvažnije svojstvo ovih materijala je biokompatibilnost. Biokompatibilnost je definirana kao sposobnost materijala da izazove prikladan biološki odgovor tkiva na koje je on primijenjen, odnosno svojstvo materijala u interakciji s medijem u kojem se nalazi. Biokompatibilan materijal mora izvršiti svoju funkciju bez izazivanja štetnih lokalnih ili sustavnih posljedica [1-3] .

MTA – MINERAL-TRIOKSID AGREGATI

MTA je materijal uveden u devedesetim godinama prošlog stoljeća, a 1998. godine dobio je FDA odobrenje. Formuliran je iz komercijalnog Portland cementa koji podliježe dodatnoj obradi i pročišćavanju, uz dodatak bizmutova oksida. MTA, u usporedbi s Portland cementima, ima manju veličinu čestica i sadrži manje teških metala [4,5] .

SASTAV I SVOJSTVA MTA

MTA je smjesa tri sastojka praha: Portland cementa (75 %), bizmut oksida (20 %) i gipsa (5 %). Bizmutov oksid dodan je zbog postizanja radiokontrastnosti. U praškastom dijelu prisutne su i druge hidrofilne čestice, kao što su trikalcijev silikat i trikalcijev aluminat. Reakcijom trikalcijevog silikata i dikalcijevog silikata s vodom dolazi do stvrdnjavanja. Kao produkt nastaju kalcijev hidroksid i gel kalcijevog silikatnog hidrata uz stvaranje alkalnog pH od 12.5. Daljnjom reakcijom između trikalcijevog aluminata i kalcijevog fosfata nastaje visokosulfatni kalcijev sulfoaluminat. ProRoot MTA® prvi je komercijalno dostupan MTA proizvod, lansiran 1999. godine na američkom tržištu. MTA Angelus® je novija vrsta MTA iz Brazila koja je odobrenje FDA dobila 2011. godine. ProRoot MTA® zahtijeva 2 do 3 sata postavljanja, dok se MTA Angelus® postavlja u roku od 15 minuta nakon pripreme. To svojstvo MTA Angelus-a® rezultat je smanjenja koncentracije kalcijevog sulfata, tvari odgovorne za dulje vrijeme stvrdnjavanja u izvornoj formulaciji. Na tržištu postoje dvije vrste MTA: siva i bijela. Glavna je razlika u prisutnosti željeza koje dalje tvori fazu tetrakalcij aluminoferita. U bijelom MTA nema željezovog oksida pa

tako ni faze tetrakalcij aluminoferita. Promjena boje također je rezultat i smanjenja koncentracije aluminija i magnezijevog oksida. Unatoč modifikacijama, svojstva bijelog i sivog MTA gotovo su identična [4-7]. Pozitivna svojstva su biokompatibilnost, bioaktivnost, hidrofilnost, radiokontrastnost, sposobnost brtvljenja i niska topljivost. Visoka biokompatibilnost svojstvo je koje omogućuje zacjeljivanje, a histološki je vidljivo stvaranjem novog cementa u području periradikularnih tkiva i malim upalnim odgovorom. Ono po čemu se MTA ističe od ostalih materijala je kliničko postavljanje u vlažnoj okolini. U dodiru s vlagom kalcijev oksid kao glavna komponenta prelazi u kalcijev hidroksid. Tako mikrookoliš poprima visok pH koji ima blagotvorno antimikrobno djelovanje i regulira proizvodnju citokina [4,5] .

PRIMJENA MTA

MTA se upotrebljava u restaurativnoj dentalnoj medicini i u endodonciji, dječjoj stomatologiji, parodontologiji i oralnoj kirurgiji. Koristi se kod apeksifikacije, odnosno zatvaranja vrška korijena avitalne pulpe, za pulpotomiju u slučaju traume ili frakture zuba, direktno prekrivanje pulpe u području apeksa nezrelog zuba, regeneraciju parodonta. Hidrofilan je i ima sposobnost poticanja cijeljenja i osteogeneze. U dodiru s periapikalnim tkivom oslobađa ione kalcija koji utječu na staničnu proliferaciju [4]. Primjenjuje se i kod induciranja zatvaranja perforacija korijena, koje mogu biti posljedica ijatrogenih stanja prilikom kojih dolazi do komunikacije između pulpnog kanala i periradikularnog tkiva tijekom pripreme pristupa ili postupka oblikovanja kanala. Perforacije se mogu dogoditi i u slučajevima unutarnje resorpcije korijena. Primjenjiv je i u regenerativne svrhe i kod periapikalnih mikrokirurških zahvata [5]. MTA se smatra zlatnim standardom umjetnih induktora apikalne barijere u nezrelim i nepotpuno razvijenim zubima. Brojna su ispitivanja dovela do rezultata da potpuna obturacija nezrelih zuba s MTA dovodi do poboljšanja otpornosti na horizontalne i vertikalne prijelome korijena. Materijal koji ima modul elastičnosti sličan dentinu može ojačati oslabljeni korijen. Elastični modul dentina je 14 - 18,6 GPa, a MTA je rasponu od 15 do 30 GPa [8] .

BIODENTINE®

Biodentine® je novi cement na bazi trikalcijevog silikata, a tržištu je predstavljen 2009. godine kao „prvi sve u jednom, bioaktivan i biokompatibilan materijal za nadoknadu oštećenog dentina“. Formuliran je pomoću tehnologije cementa na bazi MTA i poboljšanja nekih njegovih karakteristika [7-11]. Nalazi se u skupini bioaktivnih materijala koji pokazuju dinamičnu interakciju s površinom dentina i tkivom pulpe [10] .

SASTAV I SVOJSTVA BIODENTINE-A®

Glavne komponente praha su trikalcijev i dikalcijev silikat, kalcijev karbonat i oksidno punilo, željezov oksid i cirkonijev oksid [6]. Za razliku od drugih materijala gdje se koristi bizmutov oksid za postizanje radiokontrastnosti, u Biodentine® je dodan cirkonijev oksid zbog biokompatibilnosti i bioinertnosti, a posjeduje i povoljna mehanička svojstva i otpornost na koroziju. S druge strane, tekućina sadrži kalcijev klorid kao akcelerator i hidrotopljivi polimer koji služi kao sredstvo za redukciju vode. Nanostruktura omogućuje da se materijal bolje rasporedi na površinu dentina što pridonosi njegovoj boljoj adaptaciji. Biodentine-u® su dodani i drugi sastojci. Kalcijev karbonat čini oko 15 % udjela u praškastoj komponenti. Važna značajka kalcijeva karbonata je da djeluje kao mjesto nukleacije C – S – H, poboljšava mikrostrukturu i dovodi do kraćeg vremena stvrdnjavanja [11]. Neposredno nakon miješanja, čestice kalcijevog silikata reagiraju s vodom iz otopine alkalnog pH koja sadrži Ca2+, OH- i silikatne ione. Hidratacijom trikalcijevog silikata stvara se hidratizirani kalcijev silikatni gel na česticama cementa i nukleatima kalcijevog hidroksida, koji u kontaktu s fosfatnim ionima iz sline imaju sposobnost taloženja spoja sličnog hidroksiapatitu. To je svojstvo taloženja povezano s visokom pH vrijednošću koja dovodi do oslobađanja iona kalcija i silicija, što posljedično potiče mineralizaciju i stvara “zonu infiltracije minerala” duž površine dentinsko-cementnog spojišta. Tijekom reakcije stvrdnjavanja dolazi do porasta tlačne čvrstoće. U prvom satu od postave iznosi 100 MPa, a nakon 24 sata 200 MPa. Konačnu čvrstoću postiže nakon 30 dana, a iznosi 300 MPa, što je usporedivo s tlačnom čvrstoćom dentina koja iznosi 297 MPa. Prema jednoj studiji, Biodentine® ima najveću tlačnu čvrstoću u usporedbi s drugim ispitanim materijalima zbog niskog omjera tekućine i praha. Osim tlačne čvrstoće, Biodentine® posjeduje i svojstvo čvrstoće na savijanje koja nakon 2 sata iznosi 34 MPa [7,12]. Radno vrijeme je 5 do 6 minuta i stvrdnjava se za približno 12 minuta. Tijekom stvrdnjavanja, izgled površine se mijenja iz sjajnog u mat [10]. Posjeduje i bioaktivna svojstva, potiče regeneraciju tkiva i ne izaziva znakove upale. Povoljno utječe na zacjeljiva-

nje kada se stavi izravno u kontakt s pulpom pojačavajući proliferaciju, migraciju i prianjanje matičnih stanica zubne pulpe. Laurent, Camps i About ukazali su da, iako interakcije između materijala za pokrivanje pulpe i ozlijeđenog pulpnog tkiva još uvijek nisu jasne, postoji sve više dokaza o ulozi faktora rasta od kojih je najvažniji TGF-ß1. Glavna uloga ovih faktora je signalizacija reparativne dentinogeneze. U nedavno objavljenom članku procijenili su sposobnost reparativne sinteze dentina Biodentine-om® i sposobnost modulacije sekrecije TGF-ß1 pulpnih stanica. Rezultati su pokazali da je Biodentine® nakon nanošenja na izloženu pulpu doveo do značajnog povećanja izlučivanja TGF-ß1 iz stanica pulpe te izazvao rani oblik reparativne sinteze dentina [11]. Luo Z. i suradnici proučavali su učinak Biodentine-a® na matične stanice zubne pulpe i otkrili da značajno povećava proliferaciju, migraciju i prianjanje matičnih stanica kada se stavi izravno u kontakt s pulpom, što dalje odražava bioaktivnost i svojstva biokompatibilnost materijala, a nalaz se poklapa sa studijom provedenom prije [8] .

PRIMJENA BIODENTINE-A®

Biodentine® ima širok spektar primjene. Može se koristiti kao zamjenski materijal za dentin u restaurativnoj dentalnoj medicini, u endodonciji za liječenje perforacije korijena, apeksifikaciju, kao materijal za punjenje korijenskih kanala, kod resorptivnih lezija i postupaka zatvaranja pulpe [10,11]. Biodentine® je materijal koji je izvrsna alternativa za MTA zahvaljujući jednostavnijem rukovanju, kraćem vremenu postavljanja i poboljšanim fizikalnim svojstvima [7] .

USPOREDBA MTA I BIODENTINE-A®

S obzirom da MTA i Biodentine® imaju slična svojstva i indikacije, provedena su istraživanja u kojima su njihova svojstva detaljnije ispitivana s ciljem usporedbe dvaju materijala. U istraživanju provedenom 2019. godine, cilj je bio procijeniti citotoksičnost i bioaktivnost materijala za direktno prekrivanje pulpe. Koristili su WhiteProRoot® kao predstavnik MTA i kalcijev silikat (Biodentine®). Rezultati su pokazali da MTA i Biodentine® imaju slične učinke u testovima citotoksičnosti s povećanjem ekspresije dentin-sijaloproteina i stvaranjem mineraliziranih taloga, što je bilo izraženije kod Biodentine-a®. Rezultati za WhiteProRoot® MTA su potvrda za njegovu indikaciju kao „zlatni standard“, dok Biodentine® može biti izvrsna alternativa zbog poticanja istog staničnog odgovora. Jedan od koraka u procesu reparativne dentinogeneze je stanična diferencijacija. U toj fazi stanice se diferenciraju u stanice slične odontoblastima i sintetiziraju specifične proteine. Alkalna fosfataza i dentin-sijaloprotein su dva specifična proteina poznata i kao glavni biljezi stanica sličnih odontoblastima. U tretmanima Biodentine-om® i WhiteProRoot® MTA, rezultati su pokazali značajan porast alkalne fosfataze kroz ekspresiju gena za alkalnu fosfatazu u sintezi dentin-sijaloproteina i stvaranju kalcijevih čvorića. Do povećanja broja stanica nakon tretmana tim materijalima došlo je u fazi S i G2, što sugerira porast broja stanica u proliferativnoj fazi i potencijalno pozitivan učinak na regeneraciju tkiva pulpe in vivo. Oba materijala povećavaju metabolizam i održivost stanica, no u fazi diferencijacije i mineralizacije bolje performanse pokazuje Biodentine® [12]. Jedno je istraživanje provedeno s ciljem procjene i usporedbe in vitro osteogenog, odontogenog i angiogenog učinka ovih materijala. Matične stanice zubne pulpe tretirane su MTA i Biodentine-om®, a netretirane stanice služile su kao kontrola. Što se tiče citotoksičnosti prema matičnim stanicama, MTA pokazuje vrijednost 53 %, a Biodentine® 26 % u usporedbi s kontrolom. I kod MTA i Biodentine-a® potvrđena je pojačana genska ekspresija za osteogene markere osteopontin i alkalnu fosfatazu, za dentin-sijaloprotein (odontogeni marker) i vaskularni endotelni faktor rasta (VEGF), koji je angiogeni čimbenik. Međutim, što se tiče povećanja ekspresije VEGF-a, Biodentine® je pokazao rezultate nakon 7, a MTA nakon 14 dana [9]. S obzirom na negativna svojstva MTA poput visoke topljivosti, dugog vremena stvrdnjavanja, kompliciranog rukovanja, visoke cijene i potencijalne promjene boje zuba i mekih tkiva, cilj studije bio je usporediti učinkovitost Biodentine-a® naspram MTA kao materijala za direktno prekrivanje pulpe trajnih zuba. Utvrđeno je da Biodentine® i MTA potiču stvaranje reparatornog dentina i pozitivno utječu na odontoblaste kad se koriste kao materijali za direktno prekrivanje pulpe [6] . Kod usporedbe mikrotvrdoće materijala, rezultati su pokazali da je Biodentine® superioran materijal u odnosu na MTA, kao i u slučaju smicajne čvrstoće, koja se povećala s vremenom [11]. Prisutnost akceleratora stvrdnjavanja u Biodentine-u® rezultira bržim vremenom stvrdnjavanja, čime se poboljšava čvrstoća i omogućava jednostavnije rukovanje. To je prednost u odnosu na MTA jer produljeno vrijeme stvrdnjavanja povećava rizik od gubitka dijela materijala, rubne pukotine, prodora mikroorganizama i sekundarnog karijesa. Na mikrotvrdoću MTA utječu faktori poput pritiska tijekom kondenzacije, količina blazni, vlaga,

pH medija, debljina materijala i temperatura. Biodentine® pokazuje bolju mikrotvrdoću u odnosu na MTA zahvaljujući nastavku kristalizacije gela kalcijevog silikata hidrata jer on smanjuje poroznost i s vremenom povećava tvrdoću. Prisutnost prijelaznih elemenata utječe na boju materijala. Posebice prisutnost željeza, kroma, bakra i mangana, ali i teških elemenata, kao što je bizmut, čiji oksid uzrokuje promjenu boje u žutu. Valles M. i suradnici proveli su in vitro studiju gdje su testirali stabilnost boje u razdoblju 5 dana. Studija je provedena izlaganjem kisiku, svjetlosti i anaerobnim uvjetima. Angelus White MTA® i ProMTA®, kao predstavnici MTA, pokazali su varijabilne diskoloracije, dok je boja Biodentine-a® svih 5 dana bila stabilna. Zahvaljujući visokom pH, MTA i Biodentine® posjeduju izrazito dobra antimikrobna svojstva. Lužnatost djeluje kao inhibitor rasta mikroorganizama i dezinficira dentin. Prema rezultatima istraživanja Hiremath G.S.-a i suradnika, oba materijala pokazuju značajan antimikrobni učinak na E. faecalis, dok se MTA pokazao dobrim sredstvom protiv C. albicans [7] .

ZAKLJUČAK

S obzirom da su navedene studije provedene na relativno malim uzorcima i u kratkom vremenskom periodu, potrebna su daljnja opsežnija i dugoročnija istraživanja. Iz dobivenih rezultata vidljiva je uspješnost primjene MTA i Biodentine-a® u provedbi terapijskih postupaka u svim specijalističkim granama dentalne medicine u kojima je indicirana primjena ovakvih materijala, no u novije se vrijeme prednost daje Biodentinu® kao materijalu izbora [6,12] . LITERATURA

1. Lazić B. Cementi. U: Jerolimov V, urednici. Osnove stomatoloških materijala. Zagreb: Sveučilište u Zagrebu, Stomatološki fakultet; 2005. str.113, 115-6. 2. Sakaguchi R, Ferracane J, Powers J. Craig’s Restorative Dental Materials. 14th ed. St. Louis: Mosby; 2018. 3. Anusavice KJ, Shen C, Rawls HR. Phillips’ Science of Dental Materials. 12th ed. LondonSaunders; 2012. 4. Cervino G, Laino L, D’Amico C, Russo D, Nucci L, Amoroso G, i sur. Mineral Trioxide Aggregate Applications in Endodontics: A Review. Eur J Dent. 2020;14:683-91. 5. Tawil PZ, Duggan DJ, Galicia JC. MTA: A Clinical Review. Compend Contin Educ Dent. 2015;36:247–64. 6. Mahmoud SH, El-Negoly SA, El-Din AMZ, El-Zekrid MH, Grawish LM, Grewish HM i sur. Biodentine versus mineral trioxide aggregate as a direct pulp capping material for human mature permanent teeth – A systematic review. J Conserv Dent. 2018;21:466-73. 7. Kaur M, Singh H, Dhillon JS, Batra M, Saini M. MTA versus Biodentine: Review of Literature with a Comparative Analysis. J Clin Diagn Res. 2017;11:ZG01–5. 8. Darak P, Likhitkar M, Goenka S, Kumar A, Madale P, Kelode A. Comparative evaluation of fracture resistance of simulated immature teeth and its effect on single visit apexification versus complete obturation using MTA and biodentine. J Family Med Prim Care. 2020;9: 2011–5. 9. 9. Youssef AR, Emara R, Taher MM, Al-Allaf FA, Almalki M, Almasri MA, i sur. Effects of mineral trioxide aggregate, calcium hydroxide, biodentine and Emdogain on osteogenesis, Odontogenesis, angiogenesis and cell viability of dental pulp stem cells. BMC Oral Health. 2019;19:133. 10. Kusumvalli S, Diwan A, Pasha S, Devale MR, Chowdhary CD, Saikia P. Clinical evaluation of biodentine: Its efficacy in the management of deep dental caries. Indian J Dent Res. 2019;30:191-5. 11. Malkondu Ö, Kazandağ MK, Kazazoğlu E. A Review on Biodentine, a Contemporary Dentine Replacement and Repair Material. Biomed Res Int. 2014;2014:160951. 12. Paula A1, Laranjo M, Marto CM, Abrantes AM, CasaltaLopes J, Gonçalves AC, i sur. Biodentine™ Boosts, WhiteProRoot®MTA Increases and Life® Suppresses Odontoblast Activity. Materials (Basel). 2019;12:1184.