Glass Ionomer Cement

5.4.1 Glass Ionomer Cements

I cementi vetroionomerici (GICs) sono ampiamente utilizzati in campo dentale come cementi di cementazione, cementi di base e come materiali di riempimento in restauri dentali a basso carico. Recentemente, i GIC sono stati proposti anche per applicazioni in altri campi medici a causa della loro biocompatibilità e della loro capacità di legarsi direttamente all’osso. Queste applicazioni includono gli ossicini artificiali dell’orecchio, le piastre sostitutive dell’osso per la ricostruzione cranio-facciale e la chirurgia ortopedica come cemento osseo (Gu et al., 2005).

Le GIC hanno la capacità intrinseca di aderire allo smalto e alla dentina e possono essere inserite nelle cavità dentali con una preparazione minima e senza la necessità di un agente adesivo. Come è stato menzionato in precedenza, sono biocompatibili e non sono influenzati dall’umidità come i materiali a base di resina. Inoltre, il coefficiente di espansione termica dei GIC è vicino a quello della struttura del dente. Nonostante il fatto che siano di colore dentale, presentano una qualità estetica inferiore rispetto alle resine composite più contemporanee, ma il loro principale svantaggio sono le proprietà meccaniche, la resistenza e la tenacità. I GIC convenzionali sono fissati da una reazione acido-base tra un acido poliacrilico e una polvere di vetro alluminosilicato. La chimica e la formulazione del vetro di base e dell’acido poliacrilico influenzano la reazione di presa e le proprietà dei GIC. Per esempio, un aumento del peso molecolare dell’acido poliacrilico porta a migliori proprietà meccaniche, ma riduce le proprietà di manipolazione (Wilson et al., 1989). Inoltre, quando si usano particelle di vetro prodotte tramite melt-quench, si ottengono resistenze più elevate in compressione e flessione biassiale, e tempi di presa e lavorazione ridotti, rispetto ai cementi che contengono particelle di vetro lavorate tramite un percorso sol-gel, anche se le particelle di vetro hanno la stessa composizione e differiscono solo sul percorso di lavorazione (Wren et al., 2009). Migliori proprietà meccaniche si ottengono con l’aggiunta di monomeri e polimeri idrofili come l’HEMA all’acido poliacrilico e i vetroionomeri modificati con resina hanno fatto la loro comparsa commerciale. Alcuni sono fotopolimerizzati, ma questo è complementare alla reazione di base acido-base con l’aggiunta di fotoiniziatori e di solito è necessario un ulteriore passaggio di adesione della dentina e dello smalto (Coutinho et al., 2009). I GIC contengono fluoro. Il fluoro diminuisce la temperatura di fusione del vetro, abbassa l’indice di rifrazione del vetro dando origine a cementi otticamente traslucidi e, soprattutto, ha un ruolo inibitorio della carie. Il fluoro è incorporato nel vetro alluminosilicato (Griffin e Hill, 2000). Secondo Dhondt et al. (2001) e Xu e Burgess (2003), un’importante riserva di fluoruro si forma nella matrice del cemento durante la presa e i GIC mostrano un rilascio di fluoruro a lungo termine, anche se il cemento è stato fissato, e può essere parzialmente ricaricato da prodotti di fluoruro.

Oltre alla composizione chimica del vetro e dell’acido poliacrilico, la zona di contatto tra questi componenti controlla anche la presa e le proprietà meccaniche dei GIC. Con l’uso della nanotecnologia, sono state proposte diverse modifiche della polvere di vetroionomero, soprattutto per migliorare le proprietà meccaniche del cemento. La sostituzione del 10% o 20% delle particelle di vetro microgranulari della polvere con la stessa percentuale di vetro nanogranulare, anche se le particelle nanogranulari sono incorporate da un’ulteriore macinazione delle particelle macrogranulari e hanno la stessa composizione, influenza le proprietà fisiche e meccaniche dei vetroionomeri. Poiché le nanoparticelle di vetro mostrano una maggiore reattività, il tempo di presa del cemento diventa più breve e la resistenza alla compressione e il modulo di Young aumentano. Se le nanoparticelle di vetro contengono fluoruro, il tempo di presa, la resistenza alla compressione e il modulo di Young aumentano ancora di più, ma il rilascio di fluoruro diminuisce. Inoltre, questi cementi mostrano un’ulteriore diminuzione della loro resistenza alla compressione con il termociclaggio rispetto ai cementi con particelle di vetro microgranulari (De Caluwé et al., 2014).

I ricercatori hanno anche testato l’effetto dell’aggiunta di altre nanoparticelle. L’aggiunta di nanoparticelle di TiO2 al 3% e al 5% in peso ha migliorato la tenacità alla frattura, la resistenza alla flessione e la resistenza alla compressione, ma una diminuzione delle proprietà meccaniche è stata riscontrata per i vetroionomeri contenenti il 7% di TiO2. La microdurezza superficiale è stata compromessa dall’aggiunta di nanoparticelle di TiO2 al 5% e al 7% in peso. Il tempo di presa, la forza di adesione e il rilascio di fluoro non sono stati compromessi. Inoltre, l’attività antibatterica era migliore. Gli autori suppongono che le nanoparticelle, a causa delle loro piccole dimensioni, riempiano gli spazi vuoti tra le particelle grandi e agiscano come ulteriori siti di legame per il polimero poliacrilico, rinforzando così il materiale vetroionomero. Quando la percentuale di nanoparticelle viene aumentata eccessivamente, l’acido poliacrilico potrebbe essere insufficiente per legarsi efficacemente con la maggiore quantità di nanoparticelle di TiO2 e quindi indebolire il legame interfacciale tra le particelle e la matrice ionomerica (Elsaka et al., 2011). Le particelle di nanobioceramica in una percentuale del 5% w/w possono essere incorporate nella polvere di vetroionomero commerciale. I cementi con aggiunta di nanoidrossiapatite e fluoroapatite hanno mostrato una maggiore resistenza alla compressione, resistenza alla trazione diametrale, resistenza alla flessione biassiale e una maggiore forza di adesione alla dentina dopo 7 e 30 giorni di conservazione in acqua distillata. La resistenza alla demineralizzazione è indicata come migliore, ma il tempo di presa è aumentato eccessivamente (Moshaverinia et al., 2008). Anche la forza di adesione è migliore con l’aggiunta del 10% di nanoidrossiapatite (Lee et al., 2010). È stata esaminata anche l’aggiunta di idrossiapatite nanocristallina a base di calcio. Aumentando la percentuale di nanoparticelle (5, 10, e 15 wt%) è stato notato un aumento della resistenza alla compressione, della percentuale di rilascio ionico, della perdita di peso e una diminuzione della microdurezza superficiale. Il cemento risultante mostra proprietà migliorate per applicazioni ortopediche e ortodontiche (Goenka et al., 2012). Anche il biovetro è incorporato nel GIC, ma finora sono state usate microparticelle di biovetro.

La nanotecnologia è finalizzata alla fabbricazione e all’uso di nanoparticelle sintetiche nanomeriche e nanocluster modificate in superficie di zirconia e silice. È importante menzionare che le nanoparticelle utilizzate nelle resine composite sono intrinsecamente incompatibili in soluzione acquosa e danno luogo a formulazioni visivamente opache. È necessario un diverso trattamento delle nanoparticelle con una miscela di silani che aiuti a mantenere un equilibrio idrofilo/idrofobico ottimale (Falsafi et al., 2014). La sostituzione parziale delle particelle di vetro fluoroaluminosilicato con riempitivi di vetro modificati in superficie ha migliorato la lucidatura (Bala et al., 2012), la resistenza all’abrasione, il rilascio di fluoruro e il comportamento di ricarica dei GIC in resina (Mitra et al., 2011). D’altra parte, altri ricercatori sostengono che il rilascio cumulativo di fluoruro dei GIC nano-riempiti modificati con resina era inferiore rispetto ai GIC convenzionali e modificati con resina, che erano molto simili tra loro, e il nanoionomero mostra un rilascio di fluoruro minore, ma costante (Upadhyay et al., 2013). La nano resina GIC, come il cemento vetroso convenzionale, interagisce con la dentina e lo smalto in modo molto superficiale, senza evidenza di demineralizzazione e/o ibridazione. L’incastro micromeccanico è limitato e un’interazione chimica gioca il ruolo principale (Coutinho et al., 2009). L’idrossiapatite del dente interagisce con l’acido metacrilato policarbossilico del cemento formando un legame ionico (Falsafi et al., 2014). Purtroppo, la forza di legame del nanoionomero con la dentina e lo smalto, anche se efficace, è meno efficace rispetto al GIC modificato con resina (Coutinho et al., 2009). Inoltre, le proprietà meccaniche dei materiali nanoionomerici si degradano con il tempo quando sono immersi in soluzioni (Moreau e Xu, 2010) e i nanofiller non hanno migliorato la resistenza alla degradazione dei nanoionomeri (de Paula et al., 2014).

Anche se i GIC possiedono proprietà antimicrobiche in una certa misura (Herrera et al., 1999; Magalhães et al., 2012), le nanoparticelle antibatteriche sono anche incorporate per una maggiore azione antibatterica. Le nanoparticelle antimicrobiche composte da clorexidina esametafosfato in diverse percentuali sono state incorporate in un GIC commerciale. Grazie alle nanoparticelle, il rilascio di clorexidina è stato graduale ed è durato almeno 33 giorni. Questo periodo è più lungo di altre forme di clorexidina, come la clorexidina diacetato, che sono state utilizzate in passato. Il rilascio di fluoro non è stato significativamente influenzato, ma la resistenza alla trazione diametrale è diminuita, ma non in modo statisticamente significativo. Pertanto, la sostituzione della polvere di vetro, fino al 20% di nanoparticelle di clorexidina, è adatta e vantaggiosa per l’uso clinico (Hook et al., 2014). L’aggiunta di nanoparticelle di QA-PEI, incorporate ad una bassa concentrazione (1% p/p), mostra un forte effetto antibatterico che dura per almeno 1 mese. Il fatto che non ci sia una zona di inibizione al test di diffusione su agar, anche se il test di contatto diretto mostra un’inibizione batterica, indica che le nanoparticelle sono stabilizzate nella matrice di cemento e non c’è lisciviazione delle nanoparticelle (Beyth et al., 2012). Vitrebond ha mostrato una maggiore attività battericida grazie all’incorporazione di nanoparticelle d’argento (Magalhães et al., 2012).