Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/11132
Title: The influence of resin-based dental materials on oral biofilms developement
Other Titles: The influence of resin-based dental materials on oral biofilms development
Authors: Ionescu, Andrei Cristian
Keywords: BiofilmBioreactorNanoparticlesNanocompositeDental-composite
Issue Date: 26-Mar-2015
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: Resin-based composites (RBCs) are the most widespread restorative dental materials used nowadays. Nanotechnologies allowed the development and improvement of a new generation of RBCs which nevertheless still present many unsolved issues. The most important is secondary caries, which is the recurrence of dental caries in tissues close to the restoration. Dental caries disease is driven by a dysbiotic biofilm colonizing both natural and artificial surfaces. Many approaches have been developed in order to address this issue, mainly the development of bioactive surfaces with contact-active properties, the optimization of surfaces to obtain anti-adhesive properties and the synthesis of biomimetic materials. The aim of this PhD thesis was to explore the use of nanotechnologies in order to synthesize, evaluate and optimize the formulation of RBCs aimed at successfully controlling oral biofilms development. The experimental part explored all three previously mentioned approaches. Regarding the first approach, a lactose-modified Chitosan carrier for silver nanoparticles (nAg) was developed and used as a coating for RBCs in order to study the antibacterial behavior of a novel material possessing contact-killing properties. The results indicated an antibacterial activity of the coating related to nAg concentration, however rinsing procedures interfered with the coating and deprived nAg of their effect. The surface activation of RBC surfaces prior to coating application showed itself good antibacterial properties that are currently under examination. Considering the second approach, experimental resin-based dental materials differing in their compositions were extensively studied, hypothesizing that biofilm formation on the experimental materials may show a dependency on their surface characteristics and nanotexture. In this sense, the anti-adhesive properties of these materials were evaluated as a possible effective way to control biofilm formation without the need for biocidal agents. The results showed that both hydrophobicity of the resin matrix of RBCs and filler content can influence oral biofilm formation. The lowest values of cariogenic biofilm were reached by less hydrophobic resin and by nanofillers. The third approach evaluated the possibility that biomimetic materials (designed to positively interact with dental hard tissues) may have to control oral biofilms, without the need for specifically biocidal agents. Resin-functionalized nanoparticles of dicalcium phosphate dihydrate (nDCPD) were incorporated into an experimental RBC. Results showed that the RBC filled with functionalized nDCPD showed reduced biofilm formation when compared to a RBC filled with non-functionalized nDCPD. In conclusion, all these three approaches proved to significantly impact oral biofilm formation on RBCs surfaces, however the most interesting result suggests the possibility of influencing biofilm formation without necessarily adding biocidal compounds. In fact, recent studies regarding the human microbiome show that many diseases, including dental caries, are caused by an imbalance between host and biofilms. These diseases may be restored by modifying biofilms composition, without attempting to eradicate biofilms.
I materiali compositi a base resinosa sono i materiali maggiormente utilizzati in Odontoiatria Restaurativa. Le nanotecnologie hanno permesso lo sviluppo e l’ottimizzazione di una nuova generazione di compositi che tuttavia presentano tuttora problematiche ancora irrisolte. La più importante è lo sviluppo della carie secondaria, cioè il ripresentarsi della carie dentale nei tessuti vicino al restauro. Tale lesione è promossa da un biofilm disbiotico aderente sia alle superfici naturali che a quelle artificiali. Molte alternative sono state proposte al fine di risolvere il problema, in particolare lo sviluppo di superfici bioattive caratterizzate da inibizione da contatto, l'ottimizzazione delle superfici per ottenere proprietà anti-adesive e la sintesi di materiali biomimetici. L'obiettivo di questa tesi di dottorato è stato utilizzare le nanotecnologie al fine di sintetizzare, valutare e ottimizzare la formulazione di compositi in grado di modulare lo sviluppo del biofilm orale. La parte sperimentale ha compreso l’analisi di tutti e tre gli approcci precedentemente citati. Per quanto riguarda il primo approccio è stato sviluppato un rivestimento per compositi a base di chitosano modificato con lattosio e incorporante nanoparticelle di argento (nAg), in modo da studiare il comportamento antibatterico per inibizione da contatto. I risultati hanno indicato una significativa attività antibatterica del rivestimento che aumentava all’aumentare della concentrazione di nAg. Tuttavia le procedure di risciacquo impiegate per simulare l’ambiente intra-orale hanno interferito con il rivestimento e le nAg privandoli dell’effetto antibatterico. Sorprendentemente, l'attivazione delle superfici di composito prima dell'applicazione del rivestimento ha dimostrato di conferire proprietà antibatteriche alle superfici stesse, e tale possibilità è attualmente oggetto di ulteriori studi. Considerando il secondo approccio sperimentale sono stati testati compositi sperimentali con differenti composizioni ipotizzando che la formazione di biofilm su tali materiali possa dipendere dalle loro caratteristiche di superficie e di nanotexture. In questo senso, le proprietà antiadesive di tali compositi sono state valutate quale un possibile modo per garantire un controllo efficace della formazione di biofilm senza la necessità di incorporazione di molecole antimicrobiche. I risultati hanno dimostrato che sia l’idrofobicità della matrice resinosa che il fipo di riempitivo inorganico possono influenzare la formazione del biofilm. I valori più bassi di sviluppo di biofilm cariogeno sono stati raggiunti dalla resina con minore idrofobicità e dai nanofiller. Il terzo approccio ha valutato la possibilità di modulare lo sviluppo di biofilm orale sulle superfici di materiali biomimetici, cioè progettati per interagire positivamente con i tessuti duri del cavo orale, senza l’aggiunta di molecole ad azione antimicrobica. Nanoparticelle di fosfato bicalcico biidrato (nDCPD) funzionalizzate con monomeri di resina sono stati incorporati in un composito sperimentale. I risultati hanno dimostrato che il composito riempito con nDCPD funzionalizzate mostravano una ridotta formazione di biofilm rispetto a un composito con nDCPD non funzionalizzate. In conclusione, tutti e tre gli approcci testati hanno dimostrato di avere un impatto significativo sulla formazione di biofilm orale sulle superfici dei compositi. Nonostante ciò, il risultato più interessante è stato la possibilità di influenzare la formazione di biofilm senza necessariamente aggiungere composti ad azione antimicrobica. Infatti, recenti studi riguardanti il microbioma umano mostrano che la carie dentaria così come molte altre malattie è causata da uno squilibrio tra i biofilm e l’ospite. Lo stato di saluto può essere quindi ripristinato riuscendo a interagire positivamente con i biofilm modificandone la composizione, senza tentare di debellarli.
Description: 2013/2014
URI: http://hdl.handle.net/10077/11132
NBN: urn:nbn:it:units-14059
Appears in Collections:Scienze mediche

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