RICERCA ITALIANA     

Analisi in vivo ed in vitro della reattività biologica a biomateriali odontoiatrici

Università degli Studi di Brescia

Abstract

Si integrano competenze diverse per:
- lo studio delle superfici allo stato di polimerizzazione e dopo sterilizzazione e / o solubilizzazione
- lo studio in vitro ed in vivo della risposta cellulare a campioni posti a contatto con diversi stipiti cellulari (macrofagi, fibroblasti, osteoblasti)
Sulla base di risultanze comuni di esperimenti condotti in laboratori diversi, si intende conseguire la caratterizzazione del modello più sensibile al quale sottoporre i biomateriali da impiegare nel cavo orale <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Corrado PAGANELLI Università degli Studi di BRESCIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Per raggiungere l'obiettivo identificato dell'analisi in vitro ed in vivo della reattività biologica a biomateriali in odontoiatria è necessario integrare e potenziare le capacità di ricerca delle singole unità nei seguenti ambiti:
- studio delle superfici allo stato di polimerizzazione e dopo sterilizzazione
- studio dei campioni dopo attacco di solubilizzazione standardizzato
Sulla base di risultanze comuni di esperimenti condotti in laboratori diversi, si intende conseguire la caratterizzazione del modello cellulare più sensibile al quale sottoporre i materiali da impiegare nel cavo orale <<<

Risultati parziali attesi

Definizione della morfologia e della struttura dei campioni da sottoporre a test nelle diverse sedi e nei diversi protocolli.Sulla base di risultanze comuni di esperimenti condotti in laboratori diversi, si otterrà la caratterizzazione delle linee cellulari più sensibili alle quali sottoporre i materiali resinosi da impiegare nel cavo orale. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il cavo orale presenta delle peculiarità ampiamente descritte in letteratura per quanto attiene la valutazione della biocompatibilità dei biomateriali in particolare polimerici (1). In primo luogo la contaminazione batterica, l'escursione termica, l'applicazione di carichi ciclici sottopongono i materiali a stress difficilmente comparabili a quelli riscontrabili in altri distretti biologici (2). In secondo luogo la presenza di un forte turnover cellulare, la presenza di reattività immunitaria cellulare ed umorale spesso rendono meno chiari e / o latenti nel tempo le risposte tissutali. Infine la presenza di una manualità dell'operatore professionale e/o di igiene domiciliare, l'esposizione ad insulti chimici e/o condizioni schermanti favoriscono un potenziale rischio di solubilizzazione (2,3). L'aumento di pazienti immunocompromessi ai quali, per aumento della vita media, vengono applicati dispositivi medici incrementano le difficoltà di valutazione della biocompatibilità in sé .
Il numero di pazienti cui vengono posti in situ (per tempi lunghi) materiali alloplastici e la varietà dei materiali impiegati creano numerosissime occasioni di eventi negativi di riscontro in tempi medio lunghi (4).
Numerosi autori hanno concentrato i loro studi sulla influenza della preparazione dei campioni alle prove di biocompatibilità e sull'interazione tra materiale e terreni di coltura (5, 6).
E' evidente che il materiale che viene sottoposto a polimerizzazione in ambiente controllato (in assenza di ossigeno) produce un grado di monomero residuo diverso rispetto al materiale polimerizzato in condizioni non controllate; inoltre l'influenza delle procedure di sterilizzazione sulla formazione di un piu' alto grado di polimerizzazione è nota. Parimenti è significativa l'importanza del fenomeno di solubilizzazione in ambiente ricco di solventi, quali possono essere presenti nel cavo orale dopo spazzolamento domiciliare e/o lucidatura professionale(3,11). Il sistema di polimerizzazione più diffuso per le resine composite dentarie è la fotopolimerizzazione. Idealmente tutto il monomero dovrebbe essere convertito in polimero durante tale processo. Tuttavia, tutti i monomeri a base di dimetacrilato mostrano un certo livello di insaturazione nel prodotto finale, con un grado di conversione che va dal 55 al 75% in condizioni di irradiazione convenzionali (7,8,13). I gruppi reattivi (doppi legami) residui sono suscettibili di idrolizzazione ed ossidazione, con conseguente degradazione del materiale (7). È stato dimostrato che l'utilizzo di lampade fotopolimerizzatrici ad alta intensità può produrre un grado di conversione maggiore, con conseguenti proprietà fisiche e meccaniche superiori del materiale (12). Oltre al miglioramento di tali proprietà, vi è la necessità di ridurre la contrazione da polimerizzazione, le cui conseguenze cliniche sono rappresentate dalla comparsa di stress interni al restauro e microfessura marginale. Tuttavia, i tentativi di migliorare uno di questi aspetti comporta generalmente un peggioramento dell'altro: un elevato grado di conversione, infatti, è per lo più associato ad uno stress di contrazione da polimerizzazione superiore (7,8,13). L'impiego di un processo di polimerizzazione più lento permette il rilassamento degli stress: alcuni studi hanno evidenziato che l'utilizzo di lampade a bassa intensità migliora l'adattamento marginale e l'integrità dell'interfaccia restauro/cavità. Ciò ha portato allo sviluppo di nuove tecniche, definite "soft-start", che utilizzano bassi livelli di intensità iniziali, seguiti da un'esposizione ad alta intensità, basandosi sull'osservazione che livelli equivalenti di conversione possono essere ottenuti applicando una lampada a bassa intensità per un tempo più lungo o utilizzando intensità variabili (9).
Il successo di un restauro dipende pertanto dalla scelta accurata del materiale e dalla corretta esecuzione di ciascuna fase operatoria. In quest'ottica anche la rifinitura e la lucidatura devono essere realizzate in modo da rispettare la morfologia dentaria ed ottenere una superficie liscia, simile a quella dello smalto, che simuli l'effetto ottico di un elemento dentario naturale e che riduca la ritenzione di placca e pigmenti (16,18). Le irregolarità delle superfici dure intraorali sono infatti responsabili dell'aumento della ritenzione della placca batterica. In uno studio di Bollen et al. (15), che valutava l'irregolarità di diversi materiali duri intraorali, è stata ipotizzata l'esistenza di una soglia di rugosità superficiale per la ritenzione della placca batterica, pari a 0.2 micron, al di sotto della quale non vi sarebbe accumulo di placca. È stato dimostrato che la polimerizzazione del composito, in assenza di ossigeno, sotto una matrice in acetato di cellulosa garantisce una superficie uniforme e liscia; tuttavia, clinicamente, dopo la rimozione di tale matrice, è sempre necessario rimuovere piccoli eccessi di materiale o modificare la morfologia ottenuta (17). Le fasi di finitura e lucidatura costituiscono passaggi obbligati conclusivi per il corretto utilizzo dei materiali estetici da restauro. Durante le procedure di rifinitura, in relazione alla diversa resistenza all'abrasione della matrice organica e del rinforzante, può verificarsi la rimozione della matrice organica lasciando in superficie particelle di agente riempitivo con maggiori rischi di un suo distacco e diminuzione della capacità di resistenza all'usura (16). È stato ipotizzato che con i sistemi di lucidatura attuali non sia possibile ottenere una superficie perfettamente liscia (19). L'efficacia dei diversi trattamenti per ridurre le irregolarità è risultata materiale-dipendente: ogni materiale dentario necessita di una sua specifica modalità di trattamento allo scopo di ottenere e mantenere una superficie più liscia possibile (16). Inoltre la caratterizzazione meccanica dei materiali, in ragione dei diversi metodi di polimerizzazione, costituisce un'importante valutazione anche ai fini della biocompatibilità (7,8).
Sono state osservate reazioni biologiche a materiali, che evocano il rilascio di fattori chemioattivi e/o fattori di crescita i quali possono determinare un'imponente risposta infiammatoria immediata e cronica. In entrambi i casi è stata notata la comparsa di neutrofili, macrofagi nelle aree di tessuto che circondano il materiale (23, 26, 33). E' noto che la risposta infiammatoria immediata può essere correlata al successo del materiale (25,27), mentre la risposta infiammatoria cronica al suo fallimento (21). Il successo del materiale dovuto alla risposta infiammatoria immediata è legato a fattori angiogenetici che inducono la crescita vascolare indispensabile per riequilibrare l'omeostasi tissutale dopo l'inserimento (27). I fattori angiogenetici indotti dai biomateriali e l'influenza delle cellule infiammatorie sull'angiogenesi sono tuttora oggetto di studio da parte di numerosi ricercatori. Tra i diversi tipi cellulari coinvolti nella risposta infiammatoria, i macrofagi giocano un ruolo di estrema importanza nell'angiogenesi e nell'integrazione dei biomateriali nei tessuti (32). Essi inducono diversi fattori angiogenetici quali il fattore endoteliale di crescita vascolare (VEGF) (22), il fattore di crescita fibroblastica (bFGF) (34), l'interleuchina 8 (IL-8) (31) così come gli inibitori dell'angiogenesi stessa (vedi Tsp-1)(30). Nell'infiammazione cronica, invece, i macrofagi attivati sono responsabili dei processi coinvolti nella degradazione dei materiali (21). Diventa quindi di notevole importanza il monitoraggio della popolazione macrofagica per individuare il destino dei biomateriali e degli impianti tissutali. Nell'ambito dello studio della biocompatibilità a biomateriali odontoiatrici è quindi possibile studiare i fenomeni reattivi cellulari ed in particolare la reazione infiammatoria immediata e cronica prodotta dall'impianto di biomateriali resinosi nel tessuto sottocutaneo di ratto:
1) utilizzando parametri di valutazione della risposta biologica specifica secondo le linee guida UNI EN 30993-6: 1996.
2) valutando il coinvolgimento delle diverse sottopopolazioni macrofagiche identificabili con metodi immunoistochimici (35). E' possibile studiare i marker del metabolismo cellulare, della proliferazione cellulare e dell'apoptosi.
3) valutando alcuni attivatori e inibitori dell'angiogenesi sia "in vivo" che "in vitro". <<<