Βιομιμητική Οδοντιατρική: Βασικές αρχές και πρωτόκολλα

Βιομιμητική Οδοντιατρική (Biomimetic Dentistry) ορίζεται ως η επιστήμη που περιλαμβάνει τις βασικές αρχές και τεχνικές της προηγμένης Συγκολλητικής Οδοντιατρικής (Adhesive Dentistry) ακολουθώντας την φιλοσοφία πως για να αποκατασταθεί ιδανικά ένα δόντι είναι απαραίτητη η μίμηση της φύσης και η κατανόηση της δομής και λειτουργίας του δοντιού στο σύνολό τους [1]. Πιο συγκεκριμένα η Βιομιμητική Οδοντιατρική προάγει τις αξίες της Συντηρητικής Οδοντιατρικής (Conservative Dentistry) που αφορούν τη μακροβιότητα της φυσικής οδοντοφυΐας. Η βιομιμητική οδοντιατρική προσέγγιση αφορά την ενίσχυση των εναπομενόντων οδοντικών ιστών αποφεύγοντας, όπου υπάρχει η δυνατότητα, τις αρκετά επεμβατικές αποκαταστατικές τεχνικές, όπως η κατασκευή στεφανών ολικής κάλυψης, οι ενδοδοντικές θεραπείες και οι εξαγωγές των δοντιών. Πίσω από την έννοια της Βιομιμητικής Οδοντιατρικής βρίσκεται η εκπαίδευση των οδοντιάτρων στις σύγχρονες τεχνικές διάγνωσης και διαχείρισης της τερηδόνας και στις συντηρητικές αποκαταστάσεις των οδοντικών ιστών που αντικατοπτρίζονται στην αυξημένη αντίσταση στην οδοντική φθορά. Στις βασικές αρχές της Βιομιμητικής Οδοντιατρικής περιλαμβάνονται η διατήρηση της ζωτικότητας του οδοντικού πολφού, η αναχαίτιση ή απομάκρυνση των οδοντικών βλαβών,  η αιτιολογική θεραπεία, η διατήρηση και ενίσχυση των εναπομεινάντων ακέραιων οδοντικών ιστών και η επιβράδυνση του κύκλου των επαναλήψεων θεραπείας στο ίδιο δόντι [2]. Την τελευταία δεκαετία κυρίως παρατηρήθηκε μια σταδιακή αλλαγή της αποκαταστατικής προσέγγισης από την φιλοσοφία της μηχανικής συγκράτησης στην προηγμένη συγκόλληση των αποκαταστάσεων στους οδοντικούς ιστούς, εξαιτίας και της σημαντικής ανάπτυξης νέων πολυμερών αποκαταστατικών υλικών και συνδετικών συστημάτων, τα οποία σέβονται σε μεγαλύτερο βαθμό την φύση και ακεραιότητα των οδοντικών ιστών.  

Τα πρωτόκολλα βιομιμητικής οδοντικής αποκατάστασης διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: α) σε αυτά που έχουν σκοπό τη μείωση των τάσεων που αναπτύσσονται στους οδοντικούς ιστούς (stress-reducing protocols) και β) σε αυτά που έχουν στόχο την ενίσχυση του δεσμού των αποκαταστατικών υλικών με τους οδοντικούς ιστούς (bond-maximizing protocols) [2]. Tα πρώτα περιλαμβάνουν: 1) την κατασκευή έμμεσων ή ημι-έμμεσων αποκαταστάσεων σε εκτεταμένες βλάβες επιφάνειας αδαμαντίνης, 2) τη μείωση του πάχους στρώματος της σύνθετης ρητίνης στις άμεσες αποκαταστάσεις (< 2 mm) για τις επιφάνειες οδοντίνης, 3) την χρήση ενισχυτικών ινών για εκτεταμένες αποκαταστάσεις σύνθετης ρητίνης, 4) την επιλογή της καθυστερημένης έναρξης (slow start) ή της παλμικής εκπομπής κατά την χρήση των συσκευών φωτοπολυμερισμού των σύνθετων ρητινών, 5) την χρήση σύνθετων ρητινών υποκατάστασης οδοντίνης που παρουσιάζουν μειωμένη συστολή πολυμερισμού (< 3%) και μέτρο ελαστικότητας μεταξύ 12-20 GPa, 6) την χρήση υλικών διπλής αντίδρασης πήξης για την έμφραξη του πολφικού θαλάμου άπολφων δοντιών, 7) την αποκατάσταση των ρωγμών της οδοντίνης μέχρι 2 mm μέσα από την αδαμαντινο-οδοντινική ένωση, 8) την αποφυγή της κάλυψης φυμάτων μικρότερου εύρους των 2 mm σε επένθετα και 9) την κατεύθυνση των μασητικών δυνάμεων κάθετα στο μασητικό επίπεδο, αποκαθιστώντας την πρόσθια καθοδήγηση με την τοποθέτηση σύνθετης ρητίνης στις γλωσσικές επιφάνειες των άνω κυνοδόντων και στις χειλικές επιφάνειες των κάτω κυνοδόντων.

Τα πρωτόκολλα που ενισχύουν τον δεσμό υλικού-οδοντικής επιφάνειας περιλαμβάνουν [2]: 1) την εξασφάλιση μη-τερηδονικής ζώνης 2-3 mm περιφερειακά των ορίων της κοιλότητας χωρίς να εκτεθεί ο οδοντικός πολφός, 2) την επιδιόρθωση των αποκαταστάσεων σύνθετης ρητίνης με τεχνικές τροποποίησης των επιφανειών τους (αεροαποτριβή, σιλάνιο, laser, κτλ.), 3) την λοξοτόμηση της αδαμαντίνης πριν την έμφραξη με σύνθετη ρητίνη, 4) την εξουδετέρωση της δράσης των μεταλλοπρωτεϊνασών (χλωρεξιδίνη, δοξυκυκλίνη, προανθροκυανιδίνη, κτλ.), 5) την χρήση των «gold standard» συνδετικών συστημάτων για την οδοντίνη που μπορούν να εξασφαλίσουν αντοχή δεσμού στον μικροεφελκυσμό 25-35 MPa στην αδαμαντίνη και 40-60 MPa σε επίπεδες επιφάνειες οδοντίνης, 6) την χρήση της τεχνικής άμεσης κάλυψης της οδοντίνης (immediate dentin sealing – IDS) που μπορεί να αυξήσει την αντοχή του δεσμού στο μικροεφελκυσμό έως και 400%, 7) την χρήση λεπτόρρευστης σύνθετης ρητίνης (flowable) ή εμφρακτικής σύνθετης ρητίνης χαμηλού ιξώδους με μέτρο ελαστικότητας γύρω στα 12 GPa για την τεχνική IDS και 8) την ανύψωση των υποουλικών τοιχωμάτων της κοιλότητας υπερουλικά με σκοπό την εξασφάλιση βιομιμητικής αντοχής του δεσμού στον μικροεφελκυσμό (> 30 MPa).

Η Συντηρητική Οδοντιατρική και η θεραπεία ελάχιστης επέμβασης (minimal invasive treatment) ανήκουν στις πιο σύγχρονες τάσεις για την διαχείριση της οδοντικής τερηδόνας [3].  Σήμερα, είναι κοινά αποδεκτό ότι οι νέες προσεγγίσεις για την αντιμετώπιση των αρχόμενων τερηδονικών αλλοιώσεων με τη χρήση των νέων τεχνολογιών αποτελούν την πιο αποτελεσματική θεραπεία ειδικά σε ασθενείς υψηλού τερηδονικού κινδύνου, όπως είναι τα παιδιά και οι έφηβοι [3,4]. Οι πρωτεΐνες από την σχηματιζόμενη εξωκυτταρική ουσία της αδαμαντίνης είναι αυτές που ελέγχουν αρχικά την εναπόθεση των ανόργανων στοιχείων και στην συνέχεια τον σχηματισμό των κρυστάλλων απατίτη, παίζοντας καθοριστικό ρόλο στις φυσικομηχανικές ιδιότητες και στην ωρίμανση του οδοντικού ιστού [5]. Όπως είναι γνωστό, το ανόργανο μέρος των σκληρών οδοντικών ιστών αποτελείται από υδροξυαπατίτη, στον οποίο ενσωματώνονται διάφορα στοιχεία όπως ανθρακικά ιόντα (CO3), φθόριο (F) και μαγνήσιο (Mg). Η βιομιμητική στρατηγική για τη μεταλλικοποίηση της αδαμαντίνης βασίζεται στην φυσιολογική ιστογένεση, δηλαδή στον σχηματισμό τρισδιάστατου ικριώματος (three-dimensional scaffold), ώστε να προσελκύει και να οργανώνει τα δομικά ιόντα του ασβεστίου (Ca) και του φωσφόρου (P) ενεργοποιώντας de novo τον σχηματισμό του υδροξυαπατίτη [6].

Πρόσφατα, βιοενεργά υλικά όπως η βιοενεργή ύαλος (BAG) 45S5 [7], το σύμπλεγμα φωσφοπεπτίδιο της καζεΐνης – άμορφο φωσφορικό ασβέστιο (CPP-ACP) [8] και ο νανοϋδροξυαπατίτης (n-HΑp) [9] έχουν χρησιμοποιηθεί σε διάφορες μορφές και σκευάσματα με σκοπό την πρόληψη της τερηδόνας και την επαναμεταλλικοποίηση των οδοντικών επιφανειών. Η BAG 45S5 είναι ανόργανο και άμορφο φωσφοπυριτικό ασβέστιο που περιέχει αναλογία Ca/P ίση με 5/1. Κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες αλληλεπιδρά με υδατικά διαλύματα όπως το σάλιο και σχηματίζει στις οδοντικές επιφάνειες στιβάδα ανθρακοϋδροξυαπατίτη [10]. Η εφαρμογή BAG 45S5 στους οδοντικούς ιστούς προάγει την απελευθέρωση υψηλής συγκέντρωσης ιόντων Ca και P που είναι ικανή να διεισδύσει και να επαναμεταλλικοποιήσει τις υποεπιφανειακές αρχόμενες τερηδονικές βλάβες της αδαμαντίνης μέσω της πορώδους επιφάνειας που δημιουργήθηκε από την επίδραση των μικροβιακών οξέων [11], μειώνοντας την διαβρωτική τους δράση [12]. Από την άλλη μεριά το CPP-ACP αυξάνει τον αριθμό των διαθέσιμων θέσεων δέσμευσης του ασβεστίου στην επιφάνεια της αδαμαντίνης με αποτέλεσμα τη μείωση της συνεχούς διάχυσης του ασβεστίου στο περιβάλλον του δοντιού. Επιπλέον, το ACP ρυθμίζει τη δράση των ελεύθερων ιόντων Ca και P της επιφάνειας της αδαμαντίνης διατηρώντας ένα υπερκορεσμένο υδατικό διάλυμα σε επαφή, μειώνοντας έτσι την απομεταλλικοποίησή της και ενισχύοντας την επαναμεταλλικοποίηση [13]. Επίσης, η εφαρμογή CPP-ACP στην επιφάνεια της αδαμαντίνης διευκολύνει τον σχηματισμό στιβάδας κρυστάλλων απατίτη που επιδιορθώνει τυχόν μεσοπρισματικά κενά και καλύπτει μερικώς τα πρίσματα του απατίτη που είναι εκτεθειμένα στο στοματικό περιβάλλον προστατεύοντάς τα από την δράση των οξέων [14]. Τέλος, ο συνθετικός n-HAp σχηματίζεται από κρυστάλλους απατίτη μεγέθους 50-1000 nm και αποτελεί ένα τέλειο υποκατάστατο της μικροδομής της αδαμαντίνης. Αποτελεί πηγή ιόντων Ca και P και λόγω του μεγέθους του σχηματίζει πολύ ισχυρό δεσμό με την επιφάνεια της αδαμαντίνης [15]. 

Συμπερασματικά, σήμερα παρατηρείται αυξημένη ανάγκη ενημέρωσης και εκπαίδευσης των οδοντιάτρων σχετικά με τις βασικές αρχές και τα πρωτόκολλα της Βιομιμητικής Οδοντιατρικής με σκοπό να πραγματοποιούνται θεραπείες όσο το δυνατόν λιγότερο επεμβατικές, που θα διατηρούν σε μεγαλύτερο βαθμό τους υγιείς οδοντικούς ιστούς. Προς τον στόχο αυτόν η εμφάνιση και ανάπτυξη βιοενεργών υλικών που η δράση τους μιμείται την φύση, αποτελεί σημαντική βοήθεια. Ο σεβασμός της υγείας των οδοντικών ιστών και η φυσιολογική λειτουργία των δοντιών θα πρέπει να αποτελούν αδιαπραγμάτευτες αρχές της οδοντιατρικής θεραπείας. 

Δημήτριος Διονυσόπουλος

Επίκουρος Καθηγητής,
Εργαστήριο Οδοντικής Χειρουργικής
Τμήμα Οδοντιατρικής, Α.Π.Θ.

References

1. Magne P. Esthetic and Biomimetic Restorative Dentistry: Manual for Posterior Esthetic Restorations. Los Angeles, CA: USC School of Dentistry (2006).
2. Alleman D.S., Matthew A., Alleman D.S. The Protocols of Biomimetic Restorative Dentistry: 2002 to 2017. Increase the longevity of restorations with the biomimetic approach, Inside Dent. 13, (2017).
3. Cummins D., The development and validation of a new technology, based upon 1.5% arginine, an insoluble calcium compound and fluoride, for everyday use in the prevention and treatment of dental caries. J. Dent. 41, 1-11 (2013).
4. Frenken J.E., Peters M.C., Manton D.J., Leal S.C., Gordan V.V., Eden E., Minimal intervention dentistry for managing dental caries – a review: report of a FDI task force. Int. Dent. J. 62, 223-243 (2012).
5. Simmer J.P., Fincham A.G. Molecular Mechanisms of Dental Enamel Formation. Crit. Rev. Oral Biol. Med. 6, 84-108 (1995).
6. Palmer L.C., Newcomb C.J., Kaltz S.R., Spoerke E.D., Stupp S.I. Biomimetic systems for hydroxyapatite mineralization inspired by bone and enamel. Chem. Rev. 108, 4754-4783 (2008).
7. Dionysopoulos D., Tolidis K., Sfeikos T. Effect of air-abrasion pre-treatment with bioactiveglass 45S5 on enamel surface loss aftererosion/abrasion challenge. Dent. Mater. 35, 193-203 (2019). 
8. Wang C.P., Huang S.B., Liu Y., Li J.Y., Yu H.Y. The CPP-ACP relieved enamel erosion from a carbonated soft beverage: An in vitro AFM and XRD study. Arch. Oral Biol. 59, 277-282 (2014).
9. Dionysopoulos D., Tolidis K., Sfeikos T. Effect of CPP-ACPF and nano-hydroxyapatite preventive treatments on the susceptibility of enamel to erosive challenge. Oral Health Prev. Dent. 17, 357-364 (2019). 
10. Thompson I.D., Hench L.L. Mechanical properties of bioactive glasses, glass–ceramics and composites. Proc. Inst. Mech. Eng. H. 212, 127-136 (1998).
11. Bakry A.S., Marghalani H.Y., Amin O.A., Tagami J. The effect of a bioglass paste on enamel exposed to erosive challenge. J. Dent. 42, 1458-1463 (2014).
12. Dionysopoulos D., Tolidis K., Tsitrou E., Kouros P., Naka O. Quantitative and qualitative evaluation of enamel erosion following air-abrasion with bioactive glass 45S5. Oral Health Prev. Dent. 18, 529-536 (2020). 
13. Ranjitkar S., Kaidonis J.A., Richards L.C., Townsend G.C. The effect of CPP-ACP on enamel wear under severe erosive conditions. Arch. Oral Biol. 54, 527-532 (2009).
14. Poggio C., Lombardini M., Dagna A., Chiesa M., Bianchi S. Protective effect on enamel demineralization of a CPP-ACP paste: an AFM in vitro study. J. Dent. 37, 949-954 (2009).
15. Huang S., Gao S., Yu H. Remineralization potential of nano-hydroxyapatite on initial enamel lesions: an in vitro study. Caries Res. 45, 460-468 (2011).