Universidade de Lisboa Faculdade de Medicina Dentária Effect of Chlorhexidine Incorporation on the Surface Properties of Acrylic Reline Resins Marta Cristina Silvério Barreiros Dissertação Mestrado Integrado em Medicina Dentária 2015 Universidade de Lisboa Faculdade de Medicina Dentária Effect of Chlorhexidine Incorporation on the Surface Properties of Acrylic Reline Resins Marta Cristina Silvério Barreiros Dissertação orientada pela Professora Doutora Maria Cristina Bettencourt Neves e coorientada pela Professora Doutora Ana Francisca Bettencourt Mestrado Integrado em Medicina Dentária 2015 Table of Contents Table of Contents Agradecimentos .............................................................................................................. ii Resumo ........................................................................................................................... iv Abstract ........................................................................................................................ viii 1. Introduction ................................................................................................................ 1 2. Objectives ................................................................................................................... 4 3. Materials and Methods .............................................................................................. 5 3.1. Shear bond strength................................................................................................ 6 3.2. Surface free energy ................................................................................................ 9 3.3. Statistical analysis ................................................................................................ 11 4. Results ....................................................................................................................... 12 4.1. Shear bond strength.............................................................................................. 12 4.2. Surface free energy .............................................................................................. 15 5. Discussion ................................................................................................................. 19 6. Conclusions ............................................................................................................... 26 7. References ................................................................................................................. 27 Appendices .................................................................................................................... 31 Appendix 1 – Tables ................................................................................................... 31 Appendix 2 – Figures .................................................................................................. 34 Appendix 3 – List of Tables........................................................................................ 38 Appendix 4 – List of Figures ...................................................................................... 39 Appendix 5 – List of Abbreviations............................................................................ 40 Appendix 6 - Experimental Data ................................................................................ 41 i Agradecimentos Agradecimentos A concretização desta dissertação é resultante da colaboração de um conjunto de pessoas que me acompanharam durante este percurso académico, a quem dirijo os meus agradecimentos. À minha orientadora, Professora Doutora Maria Cristina Bettencourt Neves, Professora Auxiliar da Unidade Curricular de Prostodontia Removível da Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Lisboa, quero agradecer pela sugestão do tema, orientação científica, motivação e orientação desta tese de mestrado. O seu incentivo, disponibilidade e dedicação foram determinantes para a execução desta dissertação. À minha coorientadora, Professora Doutora Ana Francisca Bettencourt, Professora Auxiliar da Unidade Curricular de Dispositivos Médicos e Física do Departamento de Ciências Toxicológicas e Bromatológicas da Faculdade de Farmácia da Universidade de Lisboa, pela transmissão dos seus conhecimentos e acompanhamento na realização de parte do trabalho experimental. Agradeço também pela disponibilidade das instalações e de todos os recursos necessários para a execução prática deste estudo. Ao Professor Doutor Jaime Portugal, Professor Associado e Regente da Unidade Curricular de Biomateriais da Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Lisboa, pela disponibilidade e conhecimentos transmitidos na área de Biomateriais. À Doutora Filipa Chasqueira, Assistente Convidada da Unidade Curricular de Biomateriais da Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Lisboa, pelas informações fornecidas sobre os estudos de adesão e pela sua simpatia durante o ensaio laboratorial. Aos técnicos de prótese Leonor Mega e Tomás Pinela, e ao aluno do curso de Prótese Dentária, César Machado, agradeço toda a disponibilidade e ajuda prestada na execução do trabalho laboratorial deste estudo, nas instalações de Prótese Dentária na Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Lisboa. À Dra. Joana Costa e à Dra. Catarina Sousa, por toda a disponibilidade e cedência de conhecimentos e materiais para a realização deste trabalho. A todos os docentes e funcionários da Faculdade de Medicina Dentária da Universidade de Lisboa que, direta ou indiretamente, contribuíram para a minha formação pessoal e profissional. ii Effect of ethanol solutions as post-polymerization treatment on the properties of acrylic reline resins Gostaria, igualmente, de agradecer aos meus colegas. Em especial às minhas colegas e amigas Joana Matos, Rita Pinguinhas, Ana Isabel Rodrigues e Ana Catarina Serra, por toda a amizade e constantes incentivo e apoio, principalmente nos momentos mais difíceis. À minha colega e amiga Neuza Marcelino, com quem partilhei este projeto e todo o percurso académico, o meu agradecimento especial pela sua amizade incondicional, alegria, paciência, encorajamento, cumplicidade e apoio, tornando este caminho mais fácil de percorrer. À minha amiga Felícia Tátá, que mesmo distante fisicamente, sempre me apoiou e me deu ânimo para continuar a seguir os meus objetivos ao longo de todos os anos. Ao meu amigo e namorado João Mateus, agradeço por nunca duvidar das minhas capacidades. A sua presença, paciência e constante incentivo com que sempre me presenteou, especialmente nos momentos mais difíceis, foram decisivos para a conclusão deste projeto e do meu percurso académico. Por último, agradeço à minha família pela sua presença constante e pelo apoio que sempre me transmitiu, a todos os níveis. Dedico este trabalho aos meus pais, a quem devo o maior e mais especial agradecimento pelo amor incondicional, compreensão, incentivo e ajuda na resolução das dificuldades encontradas ao longo de todas as fases da minha vida. São exemplos de força, coragem e perseverança, que me levaram a nunca desistir dos meus objetivos e a lutar para a sua concretização. iii Resumo Resumo A progressiva reabsorção do osso alveolar após perda dentária tem como consequência a desadaptação de próteses dentárias. Nestas situações, de forma a recuperar a retenção, a estabilidade e a distribuição equitativa de forças pelos tecidos de suporte, as próteses devem ser alvo de um rebasamento. Este procedimento é realizado com resinas acrílicas autopolimerizáveis em meio clínico (rebasamento direto) ou em meio laboratorial (rebasamento indireto). Apesar destas vantagens, estes materiais apresentam desvantagens, como o odor desagradável, alterações de coloração, porosidade e fácil degradabilidade, contribuindo para uma irritação química da mucosa oral e, consequentemente, para o aumento da suscetibilidade à colonização microbiana. A estomatite protética é uma condição crónica que se manifesta por uma inflamação assintomática dos tecidos de suporte de próteses dentárias. É considerada a lesão oral mais comum, sendo observada em 60-70% dos pacientes que utilizam próteses. Apesar da sua etiologia multifatorial, muitos autores apoiam a associação entre espécies de Candida, especialmente Candida albicans, com o desenvolvimento de estomatite protética, já que estes microrganismos apresentam elevada capacidade de aderência ao polimetilmetacrilato, principal constituinte da resina acrílica das próteses dentárias. Deste modo, a inibição da formação de biofilmes de C. albicans é particularmente importante na prevenção da estomatite protética. Os tratamentos disponíveis compreendem terapia antifúngica tópica ou sistémica, higiene oral meticulosa e restabelecimento nutricional. A clorexidina é um agente antimicrobiano de largo espetro de ação contra microrganismos, incluindo C. albicans, sendo prescrito comummente em Medicina Dentária como solução de bochecho a 0,2%. O seu efeito antifúngico tem sido amplamente estudado por vários estudos, que demonstram uma supressão da capacidade de aderência de C. albicans a células epiteliais quando exposta a clorexidina. No entanto, a maioria do agente é removido da cavidade oral durante a primeira hora pela reposição salivar, minimizando as suas propriedades terapêuticas. Além disso, a resina acrílica da base da prótese pode atuar como um reservatório de microrganismos, contribuindo para a reinfeção da mucosa oral, que pode ocorrer até duas semanas após tratamento. Tem sido sugerido que a fraca penetração do fármaco no biofilme microbiano e a baixa adesão do paciente à terapêutica são as principais causas da recorrência de estomatite protética. iv Resumo Deste modo, têm sido investigadas alternativas para o tratamento da estomatite protética, como sistemas de libertação de fármacos. A impregnação de resinas acrílicas com clorexidina assenta no pressuposto que esta se vai libertando a um ritmo constante, com um nível terapêutico baixo, inibindo a aderência e o crescimento de microrganismos, com riscos mínimos de toxicidade sistémica. Alguns estudos que avaliaram a libertação de clorexidina de resinas acrílicas concluíram que esta apresentava uma taxa inicial de eluição elevada, seguida de um processo de libertação controlado e estável. A concentração de clorexidina mais utilizada nestes estudos é de 10% por massa de pó de resina acrílica, tendo sido demonstrado que é uma abordagem exequível e eficaz. No entanto, a literatura é escassa no que toca às consequências da incorporação de clorexidina nas propriedades dos materiais. Assim sendo, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da incorporação de clorexidina na resistência ao corte de duas resinas de rebasamento direto, Kooliner e Ufi Gel Hard, e de uma resina acrílica de rebasamento indireto, Probase Cold, quando aderidas a uma resina termopolimerizável para base da prótese (Probase Hot). Foi também avaliada a influência da incorporação de clorexidina na energia de superfície das mesmas três resinas acrílicas de rebasamento. Para o teste de resistência ao corte, foram preparados cento e oitenta espécimes de resina para base da prótese (12×10×6 mm). Após polimerização, os espécimes foram submetidos a 2 500 ciclos de termociclagem (5-55 ºC). Todos os espécimes foram reduzidos a 3 mm de espessura e divididos em três grupos, correspondentes a cada uma das resinas acrílicas, sendo, por sua vez, divididos em 6 grupos (n=10). As resinas de rebasamento foram unidas à superfície preparada da resina para base da prótese. Às amostras experimentais incorporou-se clorexidina em pó em proporções de 1%, 2,5%, 5%, 7,5% ou 10% da massa do pó da resina acrílica, consoante o grupo de estudo. Depois do armazenamento em água destilada numa estufa a 37 ºC durante 24h, os espécimes foram submetidos a testes mecânicos de resistência ao corte, com uma máquina de testes universal Instron, utilizando uma velocidade de 1 mm/min. As superfícies foram observadas ao estereomicroscópio para determinar o tipo de falha, sendo estas classificadas como: adesiva, se não existiam vestígios de resina de rebasamento na resina de base da prótese ou vice-versa; mista, se existiam vestígios de resina de rebasamento na resina de base da prótese ou vice-versa; coesiva, se toda a superfície da base da prótese estava preenchida por resina de rebasamento. v Resumo Para avaliação da energia de superfície das diferentes resinas acrílicas de rebasamento, estas foram colocadas no interior de moldes de aço (125×25×1 mm). Às amostras experimentais foi incorporada clorexidina nas mesmas proporções descritas anteriormente, consoante o grupo de estudo. Após polimerização, foram seccionadas de forma a obter 30 espécimes por resina acrílica, divididas em 5 grupos de estudo e um grupo controlo (n=5). Através da técnica da Placa de Wilhelmy, no tensiómetro de Kruss, os ângulos de contacto foram determinados e a energia de superfície foi posteriormente calculada pelo método de Wu. Os resultados foram analisados estatisticamente através de testes não paramétricos, pelo método de Kruskal-Wallis, seguindo-se múltiplas comparações pelos testes de Mann-Whitney, com correção de Bonferroni. Em todos os testes estatísticos foi considerado o nível de significância de 5%. Foram encontradas diferenças estatisticamente significativas nos valores dos testes de resistência ao corte, entre as resinas de rebasamento, sendo que os espécimes de Kooliner demonstraram valores significativamente inferiores aos valores das outras duas resinas. Os espécimes de Kooliner e Ufi Gel Hard não demonstraram diferenças significativas entre grupos experimentais. No entanto, os espécimes de Probase Cold obtiveram uma diminuição dos valores de resistência ao corte proporcional à concentração de clorexidina incorporada. Após análise das superfícies de todos os espécimes com estereomicroscópio, obtiveram-se: 98,33% falhas adesivas no grupo Kooliner; 38,33% falhas adesivas e 61,67% falhas mistas no grupo Ufi Gel Hard; e 51,67% falhas adesivas e 48,33% falhas mistas no grupo Probase Cold. Em relação à energia de superfície, foram encontradas diferenças significativas entre os materiais nos valores de energia de superfície total e do componente dispersivo, sendo que o Ufi Gel Hard demonstrou valores significativamente mais elevados de energia de superfície total e de componente dispersivo do que as outras resinas. Os valores de componente polar não revelaram diferenças significativas entre resinas acrílicas. Os espécimes de Kooliner mostraram diferenças significativas entre grupos nos valores de energia de superfície total, de componente dispersivo e de componente polar. Diferenças significativas foram encontradas entre grupos de Ufi Gel Hard e de Probase Cold nos valores de energia de superfície total. Os componentes dispersivo e polar não obtiveram diferenças significativas nas duas resinas. vi Resumo Em suma, a incorporação de clorexidina afeta a resistência ao corte apenas nos espécimes de Probase Cold com concentração elevada de clorexidina, já que a mesma não mostrou diferenças significativas nos espécimes de Kooliner, Ufi Gel Hard e Probase Cold até uma concentração de clorexidina de 2,5%. A energia e superfície das resinas de rebasamento em estudo mostra diferenças com a incorporação de clorexidina em todas as resinas: Ufi Gel Hard e Probase Cold demonstraram uma tendência para adquirir maior polaridade com a incorporação de clorexidina, enquanto que os resultados obtidos com Kooliner não permitiram estabelecer uma relação com as propriedades de superfície. Tendo em vista um conhecimento mais aprofundado da influência da incorporação de clorexidina em resinas acrílicas, outros estudos deveriam ser realizados, recorrendo a outros métodos de teste das propriedades de adesão. Além disso, o efeito da energia de superfície na adesão de C. albicans ainda permanece por explicar, pelo que são necessários estudos microbiológicos. Seria, igualmente útil a realização de testes à rugosidade de superfície, uma vez que esta propriedade está relacionada com a colonização da superfície das resinas acrílicas por microrganismos. Palavras-chave: Incorporação de fármacos, Clorexidina, Resistência ao corte, Energia de superfície, Resinas acrílicas. vii Abstract Abstract A release delivery system for the treatment of denture stomatitis using chlorhexidine-incorporated self-cured resins has been investigated. The main purpose of this study was to evaluate the effect of chlorhexidine incorporation on shear bond strength and surface free energy of three acrylic reline resins, Kooliner, Ufi Gel Hard and Probase Cold. For all tests, the experimental specimens were incorporated with chlorhexidine 1%, 2.5%, 5%, 7.5% or 10% (w/w) and the control specimens were left unloaded. Shear bond strength test was performed on specimens of reline resins attached to denture base resin (n=10) and after this test, the failure mode was assessed. Specimens with 25×16×1 mm dimensions (n=5) were submitted to contact angles determination, performed by the Wilhelmy plaque technique, in order to estimate surface free energy values. Statistical differences were observed among acrylic reline resins in shear bond strength values, with Kooliner showing significantly lower values than the other reline resins. Statistical differences weren’t found between groups from Kooliner and Ufi Gel Hard. Probase Cold specimens obtained a decrease of shear bond strength values with the increase of chlorhexidine concentration incorporated. Statistical differences were observed among acrylic reline resins in total surface free energy values, with Ufi Gel Hard demonstrating total surface free energy values significantly higher than the other reline resins, at cost of the increased values of dispersive component. Statistical differences were found between all groups in total surface free energy values from Kooliner, Ufi Gel Hard and Probase Cold. However, only Kooliner showed significant differences in dispersive and polar components. In sum, the incorporation of chlorhexidine has influence only on shear bond strength of Probase Cold specimens with higher concentrations of chlorhexidine. The surface free energy of the three acrylic reline resins is affected by the incorporation of chlorhexidine. Keywords: Drug incorporation, Chlorhexidine, Shear bond strength, Surface free energy, Acrylic resins. viii