Анализ цитотоксичности базисных материалов

Цель исследования: провести систематический обзор литературы в отношении цитотоксичности материалов протезов с целью обоснования необходимости дополнительного ограничения выделения веществ с помощью покрытий. Поисковая стратегия была сформирована с учетом ключевых слов, связанных с исследуемым вопросом: биосовместимость, цитотоксичность, аллергия, жжение во рту, методики клеточных культур, акриловые полимеры, протезы, мономер, твердые выстилающие материалы. Для ограничения количества исследований и повышения качества обзора включение было ограничено статьями, написанными на английском и опубликованными в рецензируемых журналах, индексируемых в базах данных MEDLINE, Google Scholar и Scopus. Исключались статьи, оценивавшие одиночный материал.

Материаллы и методы:

Для включаемых исследований рассматривался метод оценки цитотоксичности, тип базисных материалов и биологическая модель, на которой проводилось исследование. Приемлемыми моделями признавались клеточные культуры животных и человека с отработанным протоколом ведения. Ряд исследований использовал в качестве субстрата эпителиальные клетки, полученные от хомяков [1,2, стр. 11]. Часть исследований использовала человеческие эпителиальные клетки [3,4, стр. 11]. Также частым субстратом были фибробласты, а именно линии L929 [5,6, стр. 11], Balb/C 3T3 [7, стр. 11] и человеческие фибробласты из десны [3,8, стр. 11]. Еще одно исследование включало человеческие монобластоидные клетки U-937 [9, стр.11].

В качестве базисных материалов рассматривались любые акриловые полимеры, независимо от типа полимеризации и состава. Различные тестируемые материалы относились к 5 крупным категориям: полимеры горячего отверждения, материалы микроволновой полимеризации, автополимеризуемые материалы, светоотверждаемые полимеры и твердые выстилающие материалы. В последнюю группу были отнесены любые материалы для прямой выстилки основания протеза, независимо от состава и способа полимеризации. Включенные исследования позволили провести сравнение между всеми категориями за исключением пары микроволновое отверждение-светоотверждение. Среди базисных материалов наиболее часто сравнивались термо- и автополимеризуемые материалы. Несколько исследований сравнивали другие категории. Восемь исследований сравнивали базисные и твердые подкладочные материалы.

Включенные исследования изучали действие элюатов из материалов или прямой контакт полимеров с клетками. Исследования оценивали цитотоксичность преимущественно непрямым методом с использованием элюатов из материалов, полученных в разные временные интервалы (от 24 часов до 2 недель). Непрямой контакт между материалом и клетками также обеспечивался через пористую мембрану [7,стр. 11] либо методом агаровой аппликации [10, стр. 11]. Другие исследования изучали прямой контакт между образцами и клетками [11,12, стр. 11].

Среди методик изучения цитотоксичности можно выделить тесты с использованием ³Н-тимидина [13,6, стр 11,12] и MTT [5,6, стр. 11]. Тест МТТ основан на количественном определении активности фермента митохондрий сукцинатдегидрогеназы путем оценки превращения водорастворимой соли тетразолия в нерастворимый формазан с голубой окраской, обнаруживаемый с помощью спектрофотометрии [14, стр. 12]. Метод с ³Н-тимидином основан на включении радиоизотопа с целью пометить ДНК. Аналогичный метод оценки синтеза РНК состоит во введении в молекулы радиоизотопа ³Н-уридина [1, стр. 11]. Включение радиоизотопов ³⁵S-метионина используется для оценки синтеза белков [14, стр. 12], а ¹⁴С-ацетата – для оценки липидного синтеза [2, стр. 11]. Наиболее часто в рассмотренных исследованиях использовался тест МТТ, также встречались тесты на основе метаболизма нуклеиновых кислот [15,6 стр. 11,12], липидов [2, стр.11] и белков [16,14, стр.12], а также оценивался апоптоз [9,12, стр.11], подсчитывалось количество клеток и колоний [17,4, стр.11,12], применялся метод диффузии в агаре [10, стр.11] и тест MTS [8, стр.11].

Большинство изученных исследований имеет слишком высокую гетерогенность по статистическим и методологическим параметрам, что делает невозможным сравнение результатов в формате мета-анализа, поэтому данные работы были рассмотрены в форме систематического обзора.

Термоотверждаемые акриловые полимеры.

В исследовании A. Hensten-Pettersen и L. Wictorin [17, стр.12] проводился подсчет приклепленных клеток человеческого эпителия линии NCTC 2544 при росте на образце базисного материала. Другие термоотверждаемые материалы показали одинаковую цитотоксичность при воздействии элюатов на фибробласты линии L929 с оценкой тестом МТТ [18, стр.12] и методом включения ³H-тимидина [18,13,6, стр.11,12], однако удлинение времени полимеризации приводило к повышению цитотоксичности [13, стр.12]. Исследование на фибробластах BALB/C 3T3 с помощью МТТ-теста при непрямом контакте клеток с материалом получило для двух светоотверждаемых материалов клеточную жизнеспособность в 99,8 % и 86,2 % [7, стр.11]. В исследовании Jorge et al. [6, стр.11] светоотверждаемые материалы становились нецитотоксичными согласно тесту с включением ³H-тимидина только после предварительной иммерсии в воде.

Среди опубликованных исследований только 3 содержали общие данные и параметры (сравнение материалов Lucitone 550 и QC20 с помощью теста на включение ³H-тимидина) [18,13,6, стр.1,12], что позволяло провести прямое сравнение результатов.

Автоотверждаемые акриловые полимеры.

Было показано, что цитотоксичность данных базисных материалов может значительно варьировать от материала к материалу с проявлением от умеренно до ярко выраженного негативного эффекта при оценке по степени апоптоза клеток в культуре и путем подсчета колониеобразующей способности фибробластов L929 [9,12, стр.11]. Автоотверждаемые материалы вызывали апоптоз у 5,4 – 10,1 % клеток, а некроз у 4,0 – 9,2 % клеток, в то время как в контроле данные значения составили 2,7 % и 2,2 % соответственно. Таким образом, можно заключить, что автоотверждаемые базисные материалы обладают достаточно выраженным цитотоксическим эффектом.

Твердые выстилающие материалы.

Светоотверждаемые материалы и материалы двойного отверждения показали различную степень цитотоксичности на эпителии щечного мешка хомяков в плане нарушения синтеза белка в клетках при прямом росте на образцах материалов, при этом увеличение времени полимеризации не уменьшало цитотоксичности [16, стр.12]. При этом различные твердые выстилающие материалы могут проявлять свою цитотоксичность как на всем интервале кислого рН, так и только при низких значениях [1, стр.11]. Из шести рассмотренных материалов при воздействии их элюатов на фибробласты L929 только два могли быть рассмотрены как условно нетоксичные, остальные проявляли высокую степень воздействия на жизнеспособность клеток по МТТ-тесту: процент жизнеспособных клеток в сравнении с контролем колебался от 58 % до 7 % [19, стр.12].

При анализе синтеза ДНК и белка при росте на образце материала была выявлена относительно пониженная цитотоксичность материалов двойной полимеризации по сравнению со светоотверждаемыми [11,6, стр.11,12], однако это не подтвердилось при оценке тестом МТТ, анализом метаболизма липидов и синтеза РНК как при прямом контакте, так и при росте в присутствии элюатов [11,19,16,13,2, стр.11,12]. Таким образом, твердые выстилающие материалы показали различную степень цитотоксичности от умеренной до выраженной.

Сравнение различных материалов.

При сравнении авто- и термоотверждаемых полимеров одни из исследователей не обнаружили зависимость выраженности цитотоксичности от типа материала [17,4.10, стр.11,12], однако это могло быть связано с тем, что элюаты получались после двухнедельного периода после полимеризации. Другие авторы показали при оценке колониеформирующей способности, степени апоптоза, а также при тесте МТТ и MTS значительно более высокую цитотоксичность автоотверждаемых материалов для фибробластов как при прямом контакте с материалом, так и при росте в присутствии элюатов из материалов [5,12,8, стр.11]. В одном из исследований число жизнеспособных клеток по тесту МТТ после непрямого контакта с двумя термоотверждаемыми материалами составила 98,8 % и 86,2 %, а автоотверждаемый материал снижал жизнеспособность клеток до 57,7 % [7, стр.11].

Только одно исследование сравнивало микроволновое и химическое (авто-) отверждение [8, стр.11]. После 24 и 96 часов элюции цитотоксичнее был автополимеризуемые материал, однако в 48- и 72-часовых элюатах разницы не обнаружилось, что не позволяет с уверенностью утверждать о преобладании цитотоксичности того или иного материала, однако оба типа активации базисных полимеров значительно уменьшали клеточную выживаемость.

Выстилающие материалы оказались более цитотоксичными в плане синтеза ДНК по сравнению с базисными материалами световой и двойной полимеризации [16, стр.12]. Это подтвердилось в другом исследовании независимо от клеточной линии и времени элюции [3, стр.11]. Термоотверждаемые базисные материалы также были менее цитотоксичны, чем твердые выстилающие полимеры [11,1,13, стр.11].

Наиболее перспективным методом оценки цитотоксичности является получение из полимеров элюатов, так как данная ситуация ближе к реальной, наблюдаемой в ротовой полости, однако при этом мы не можем выделить роль отдельных выделяемых компонентов.

Результаты:

Базисные материалы протезов способны вызывать химическое раздражение и аллергические реакции при взаимодействии с полостью рта [20,21, стр.12]. Клинически реакция на базисный материал может выражаться в отёчности, покраснении и болезненности слизистой оболочки губ и ротовой полости [22, стр.12], возможно появление везикулярной сыпи и изъязвлений [21, стр.12]. Аллергия на базисные материалы была подтверждена у сенсибилизированных пациентов с помощью кожных аллергических тестов [23, стр.12]. Из вышесказанного следует, что в стоматологии необходимо уделять повышенное внимание возможным побочным реакциям на протетические материалы.

Побочные реакции, вызываемые базисными полимерами при контакте со слизистой, связывают с веществами, выделяющимися из материалов [20,13, стр. 12], особенно с непрореагировавшими остаточными мономерами.

Выводы: Проведенный обзор демонстрирует, что все полимеры акрилового происхождения проявляют цитотоксичность в той или иной степени независимо от типа полимеризации, хотя с некоторой долей достоверности можно отметить меньшую цитотоксичность термоотверждаемых материалов в сравнении с другими по типу активации полимерами. Использование в изготовлении протезов твердых выстилающих материалов приводит лишь к увеличению цитотоксичности. Это приводит нас к выводу, что для снижения побочных эффектов протезов из ПММА необходим поиск новых способов ограничения поступления вымываемых веществ в ротовую полость. Перспективным в данном случае становится разработка защитных покрытий. Среди таковых особо выделяется разработанное недавно покрытие из карбида кремния, обладающее помимо барьерных свойств относительно вымывания веществ из акриловых пластмасс целым рядом дополнительных преимуществ: высокой химической инертностью и устойчивостью к биодеструкции, однородностью, износостойкостью, механической прочностью и хорошей адгезией к ряду материалов при высоких температурах [24, стр.12].

Список литературы

1. Lefebvre C.A. и др. The effect of pH on the cytotoxicity of eluates from denture base resins. // Int. J. Prosthodont. 1995. 8. 2. 122–8.
2. Schuster G.S. и др. Relationships between denture base resin cytotoxicity and cell lipid metabolism. // Int. J. Prosthodont. 1995 . 8. 6. 580–6.
3. Huang F.M. и др. Cytotoxic effects of denture base materials on a permanent human oral epithelial cell line and on primary human oral fibroblasts in vitro. // Int. J. Prosthodont. 2001. 14. 5.  439–43.
4. Nakamura M., Kawahara H. Long-term biocompatibility test of denture base resins in vitro. // J. Prosthet. Dent. 1984. 52. 5.  694–9.
5. Ata S.O., Yavuzyilmaz H. In vitro comparison of the cytotoxicity of acetal resin, heat-polymerized resin, and auto-polymerized resin as denture base materials. // J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2009. 91. 2. 905–9.
6. Jorge J.H. и др. Effect of microwave postpolymerization treatment and of storage time in water on the cytotoxicity of denture base and reline acrylic resins. // Quintessence Int. 2009. 40. 10.  e93–100.
7. Melilli D. и др. Cytotoxicity of four types of resins used for removable denture bases: in vitro comparative analysis. // Minerva Stomatol. 2009. 58. 9. 425–34.
8. Sheridan P.J. и др. Cytotoxicity of denture base resins. // Int. J. Prosthodont. 1997. 10. 1.  73–7.
9. Cimpan M.R. и др. Patterns of cell death induced by eluates from denture base acrylic resins in U-937 human monoblastoid cells. // Eur. J. Oral Sci. 2000. 108. 1. 59–69.
10. Vallittu P.K., Ekstrand K. In vitro cytotoxicity of fibre-polymethyl methacrylate composite used in dentures. // J. Oral Rehabil. 1999. 26. 8. 666–71.
11. Barron D.J. и др. Biocompatibility of visible light-polymerized denture base resins. // Int. J. Prosthodont. 1993. 6. 5. 495–501.
12. Cimpan M.R. и др. The effect of heat- and auto-polymerized denture base polymers on clonogenicity, apoptosis, and necrosis in fibroblasts: denture base polymers induce apoptosis and necrosis. // Acta Odontol. Scand. 2000. 58. 5.  217–28.
13. Jorge J.H. и др. Biocompatibility of denture base acrylic resins evaluated in culture of L929 cells. Effect of polymerisation cycle and post-polymerisation treatments. // Gerodontology. 2007. 24. 1. 52–7.
14. Lefebvre C.A. и др. The cytotoxic effects of denture base resin sealants. // Int. J. Prosthodont. 1992. 5. 6. 558–62.
15. Campanha N.H. и др. Cytotoxicity of hard chairside reline resins: effect of microwave irradiation and water bath postpolymerization treatments. // Int. J. Prosthodont. 2006. 19. 2. 195–201.
16. Lefebvre C.A. и др. Effects of denture base resins on oral epithelial cells. // Int. J. Prosthodont. 1991. 4. 4. 371–6.
17. Hensten-Pettersen A., Wictorin L. The cytotoxic effect of denture base polymers. // Acta Odontol. Scand. 1981. 39. 2.  101–6.
18. Jorge J.H. и др. Cytotoxicity of denture base resins: effect of water bath and microwave postpolymerization heat treatments. // Int. J. Prosthodont. 2004. 17. 3. 340–4.
19. Dahl J.E., Frangou-Polyzois M.J., Polyzois G.L. In vitro biocompatibility of denture relining materials. // Gerodontology. 2006. 23. 1. 17–22.
20. Gonçalves T.S. и др. Allergy to auto-polymerized acrylic resin in an orthodontic patient. // Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 2006. Т. 129. № 3. С. 431–5.
21. Koutis D., Freeman S. Allergic contact stomatitis caused by acrylic monomer in a denture. // Australas. J. Dermatol. 2001. Т. 42. № 3. С. 203–6.
22. Hashimoto K. и др. A case of mucositis due to the allergy to self-curing resin // Oral Sci. Int. 2014. 11. 1 37–9.
23. Rai R. и др. Investigation of contact allergy to dental materials by patch testing. // Indian Dermatol. Online J. 2014.Т. 5. 3. 282–6.
24. Воронов И.А. и др. Разработка нового покрытия из карбида кремния для защиты зубных протезов от биодеструкции. // Российский стоматологический журнал. 2014. № 1. С. 4–9.

1. Lefebvre C.A. и др. The effect of pH on the cytotoxicity of eluates from denture base resins. // Int. J. Prosthodont. 1995. 8. 2. 122–8.
2. Schuster G.S. и др. Relationships between denture base resin cytotoxicity and cell lipid metabolism. // Int. J. Prosthodont. 1995 . 8. 6. 580–6.
3. Huang F.M. и др. Cytotoxic effects of denture base materials on a permanent human oral epithelial cell line and on primary human oral fibroblasts in vitro. // Int. J. Prosthodont. 2001. 14. 5.  439–43.
4. Nakamura M., Kawahara H. Long-term biocompatibility test of denture base resins in vitro. // J. Prosthet. Dent. 1984. 52. 5.  694–9.
5. Ata S.O., Yavuzyilmaz H. In vitro comparison of the cytotoxicity of acetal resin, heat-polymerized resin, and auto-polymerized resin as denture base materials. // J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2009. 91. 2. 905–9.
6. Jorge J.H. и др. Effect of microwave postpolymerization treatment and of storage time in water on the cytotoxicity of denture base and reline acrylic resins. // Quintessence Int. 2009. 40. 10.  e93–100.
7. Melilli D. и др. Cytotoxicity of four types of resins used for removable denture bases: in vitro comparative analysis. // Minerva Stomatol. 2009. 58. 9. 425–34.
8. Sheridan P.J. и др. Cytotoxicity of denture base resins. // Int. J. Prosthodont. 1997. 10. 1.  73–7.
9. Cimpan M.R. и др. Patterns of cell death induced by eluates from denture base acrylic resins in U-937 human monoblastoid cells. // Eur. J. Oral Sci. 2000. 108. 1. 59–69.
10. Vallittu P.K., Ekstrand K. In vitro cytotoxicity of fibre-polymethyl methacrylate composite used in dentures. // J. Oral Rehabil. 1999. 26. 8. 666–71.
11. Barron D.J. и др. Biocompatibility of visible light-polymerized denture base resins. // Int. J. Prosthodont. 1993. 6. 5. 495–501.
12. Cimpan M.R. и др. The effect of heat- and auto-polymerized denture base polymers on clonogenicity, apoptosis, and necrosis in fibroblasts: denture base polymers induce apoptosis and necrosis. // Acta Odontol. Scand. 2000. 58. 5.  217–28.
13. Jorge J.H. и др. Biocompatibility of denture base acrylic resins evaluated in culture of L929 cells. Effect of polymerisation cycle and post-polymerisation treatments. // Gerodontology. 2007. 24. 1. 52–7.

14. Lefebvre C.A. и др. The cytotoxic effects of denture base resin sealants. // Int. J. Prosthodont. 1992. 5. 6. 558–62.
15. Campanha N.H. и др. Cytotoxicity of hard chairside reline resins: effect of microwave irradiation and water bath postpolymerization treatments. // Int. J. Prosthodont. 2006. 19. 2. 195–201.
16. Lefebvre C.A. и др. Effects of denture base resins on oral epithelial cells. // Int. J. Prosthodont. 1991. 4. 4. 371–6.
17. Hensten-Pettersen A., Wictorin L. The cytotoxic effect of denture base polymers. // Acta Odontol. Scand. 1981. 39. 2.  101–6.
18. Jorge J.H. и др. Cytotoxicity of denture base resins: effect of water bath and microwave postpolymerization heat treatments. // Int. J. Prosthodont. 2004. 17. 3. 340–4.
19. Dahl J.E., Frangou-Polyzois M.J., Polyzois G.L. In vitro biocompatibility of denture relining materials. // Gerodontology. 2006. 23. 1. 17–22.
20. Gonçalves T.S. и др. Allergy to auto-polymerized acrylic resin in an orthodontic patient. // Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 2006. Т. 129. № 3. С. 431–5.
21. Koutis D., Freeman S. Allergic contact stomatitis caused by acrylic monomer in a denture. // Australas. J. Dermatol. 2001. Т. 42. № 3. С. 203–6.
22. Hashimoto K. и др. A case of mucositis due to the allergy to self-curing resin // Oral Sci. Int. 2014. 11. 1 37–9.
23. Rai R. и др. Investigation of contact allergy to dental materials by patch testing. // Indian Dermatol. Online J. 2014.Т. 5. 3. 282–6.
24. Voronov, I. A. and others to develop a new coating of silicon carbide to protect the dentures from biodegradation. // Russian dental journal. 2014. No. 1.  4-9.[schema type=»book» name=»Анализ цитотоксичности базисных материалов» description=»Базисные материалы протезов способны вызывать химическое раздражение и аллергические реакции при взаимодействии с полостью рта. Обзор демонстрирует, что все полимеры акрилового происхождения проявляют цитотоксичность в той или иной степени независимо от типа полимеризации, хотя с некоторой долей достоверности можно отметить меньшую цитотоксичность термоотверждаемых материалов в сравнении с другими по типу активации полимерами. Использование в изготовлении протезов твердых выстилающих материалов приводит лишь к увеличению цитотоксичности. Это приводит нас к выводу, что для снижения побочных эффектов протезов из ПММА необходим поиск новых способов ограничения поступления вымываемых веществ в ротовую полость. Перспективным в данном случае становится разработка защитных покрытий. Среди таковых особо выделяется разработанное нами недавно покрытие из карбида кремния «Панцирь», обладающее помимо барьерных свойств относительно вымывания веществ из акриловых пластмасс целым рядом дополнительных преимуществ: высокой химической инертностью и устойчивостью к биодеструкции, однородностью, износостойкостью, механической прочностью и хорошей адгезией к ряду материалов при высоких температурах.» author=»Воронов Игорь Анатольевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-19″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_28.11.15_11(20)» ebook=»yes» ]