Novel Mesoporous Bioactive Glasses (MBGs) as fillers in dental adhesives « Synthesis, Physico-chemical and biological evaluation »

par Jesu Delihta Liyaa Fernando

Thèse de doctorat en Biomatériaux

Sous la direction de Pierre Colon, Nelly Pradelle-Plasse et de Nina Attik.

Soutenue le 03-05-2018

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé. (Villeurbanne) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Sebnem Turkun.

Le jury était composé de Pierre Colon, Nelly Pradelle-Plasse, Nina Attik, Phil Jackson.

Les rapporteurs étaient Sebnem Turkun, Robert Hill, Ariane Berdal.

  • Titre traduit

    Nouvelles charges à base de bioverres mesoporeux à l'usage des adhésifs dentaire : synthèse et évaluation physico-chimique et biologique


  • Résumé

    Améliorer la stabilité de l’interface dentine adhésif est primordial si on veut prolonger la durée de vie et la longévité des restaurations en composite. La reminéralisation utilisant des matériaux relarguant des ions semble etre une approche prometteuse pour protéger la couche hybride de la dégradation hydrolytique et enzymatique. Les verres bioactifs mésoporeux (MBG) présentent des caractéristiques de surface intéressantes qui permettent de les utiliser comme charges au sein de l’adhésif qui favorisent d’une part la reminéralisation par la libération d’ions, d’autre part la fonctionnalisation des pores par des médicaments antibactériens. Ces caractéristiques permettent de lutter contre la reprise de carie. Le présent travail porte sur la synthèse et l'évaluation de nouveaux MBG pouvant être utilisés comme charges dans les adhésifs dentaires. Les MBG ont été préparés dans un système sol-gel à base d'acétate avec des précurseurs industriellement sûrs et non toxiques. Les MBG préparés à grande échelle (50g) offrent des caractéristiques de surface améliorées par rapport aux MBG à petite échelle (10g). L'étude de l'influence des modificateurs de réseau (CaO: Na2O) sur les caractéristiques de surface des MBG a révélé que la porosité était influencée par la teneur en CaO dans la composition. Une surface spécifique très élevée (535 m2g-1) et un volume de pores (0,33 cm3) ont été atteints dans le MBG avec la plus forte teneur en CaO. Par la suite, l'ordre de l'effet d'addition des précurseurs sur les caractéristiques de surface des MBG a été étudié. En maintenant la composition fixée et en faisant varier l'ordre d'addition du précurseur pendant la synthèse sol-gel, on a obtenu une augmentation de 1,5 fois du volume des pores et une diminution de 1,2 fois de la taille moyenne des pores. La méthode démontrée est une voie simple et directe pour améliorer la porosité et l'homogénéité des MBG. De plus, la modulation de la taille moyenne des pores pour une composition fixe est également utile pour une éventuelle application d’administration de médicament. En ce qui concerne la bioactivité, les charges de MBG ayant la plus forte teneur en CaO ont augmenté le précipité de phosphate de calcium dans le SBF après 7 jours, par opposition au MBG avec une teneur élevée en Na2O. De plus, tous les échantillons testés étaient non cytotoxiques pour les fibroblastes gingivaux humains (HGF) in vitro. De manière positive, les MBG traités à basse température ont significativement augmenté l'activité métabolique des HGF. Le broyage à boulets a été utilisé pour réduire la taille des particules primaires de MBG à moins de 3 µm. Le fraisage a visiblement eu un effet néfaste sur la porosité des charges MBG. Néanmoins, une certaine porosité est restée. L'adhésif commercial a été mélangé avec 3, 10, 20 et 30% en poids de charge MBG. L'adhésif rempli de MBG jusqu'à 10% en poids de charge a une viscosité fluide compatible avec l’application d'un adhésif. Le MBG ainsi développé avec une haute porosité et un contenu en CaO représentent des charges prometteuses pour des futures applications en dentisterie restaurative et régénérative


  • Résumé

    Improving the stability of adhesive dentin interface is crucial to extend the longevity of composite restorations. Remineralization through use of ion releasing materials is a promising approach to protect the hybrid layer from hydrolytic and enzymatic degradation. Mesoporous bioactive glasses (MBGs) offer attractive surface features (enhanced surface area and porosity) to use them as fillers in dental adhesives to promote remineralization through ions release. Moreover, the functionalization of pores with antibacterial drugs is a good way to combat secondary caries. The present work focused on the synthesis and evaluation of novel MBGs suitable to be used as fillers in dental adhesives. The MBGs were prepared in an acetate based sol-gel system with industrially safe and non-toxic precursors. MBGs prepared in large scale (50g) offered enhanced surface characteristics in comparison to small scale (10g) MBGs. The investigation on the influence of network modifiers (CaO:Na2O) on the surface characteristics of MBGs revealed that the porosity was driven by CaO content in the composition. Notable, very high surface area (535m2g-1) and pore volume (0.33cm3g-1) was attained in the MBG with highest CaO content. Next, the order of precursor addition effect on the surface characteristics of MBGs has been studied. By Keeping the composition fixed and varying the order of precursor addition during sol-gel synthesis a doubling of surface area, 1.5 times increase in pore volume and 1.2 times decrease in mean pore size was obtained. The demonstrated method is a simple and straightforward route to improve the porosity and homogeneity of MBGs. Furthermore, modulation of mean pore size for a fixed composition is also useful to tailor the pores of the fillers for drug delivery application. With regards to bioactivity, the MBG fillers with highest CaO content had increased calcium phosphate precipitate in SBF after 7 days as opposed to MBG with high Na2O content. Furthermore, all tested samples were non-cytotoxic to Human Gingival Fibroblasts (HGFs) in vitro. Positively, MBGs treated at lower temperature significantly enhanced the metabolic activity of HGFs. Ball milling was employed to reduce the primary particle size of MBG to less than 3μm. Milling seemingly had an adverse effect on the porosity of the MBG filler. Nevertheless, some porosity remained. The commercial adhesive was mixed with 3, 10, 20 and 30 weight percentage of MBG filler. MBG filled adhesive up to10 weight percent filler content had flowable viscosity suitable for adhesive application. The developed MBG with high porosity and CaO content appears as a new step in the development of dental adhesives and also other bioactive dental materials


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