I sistemi adesivi self-etching come scelta razionale al posto dell'acido ortofosforico nel trattamento adesivo della dentina

di Stefano Daniele

Il trattamento contemporaneo con acido ortofosforico "H3PO4" al 35%-37% della dentina e dello smalto prima dell'applicazione del sistema adesivo smalto -dentinale "DBAs" (Total-Etch technique and cavity isolation; Fusayama 1992) è stato - negli ultimi anni - messo in discussione in conseguenza dell' introduzione dei sistemi adesivi self-etching-primer.

Sullo smalto l'impiego di "H3PO4" rimane ancora oggi la tecnica elettiva finalizzata a produrre - attraverso la mordenzatura - delle micro-irregolarità in grado di essere infiltrate dalla resina fluida " Bonding " e creare un tenace legame meccanico con la resina composita.

Tale principio espresso da Bonocore nel 1955 rimane - a distanza di più di 60 anni - perfettamente valido e rappresenta il "gold standard" dell'adesione allo smalto, sia esso preparato dall'azione degli strumenti rotanti (30 secondi di applicazione "H3PO4") sia esso non fresato (almeno 60 secondi di applicazione "H3PO4")

Il clinico si trova più frequentemente a trattare cavità in smalto-dentina (soprattutto nei settori posteriori) rispetto a superfici in solo smalto ma non sono infrequenti situazioni ove è richiesto un trattamento adesivo (H3PO4 + bonding) del solo smalto superficiale come ad esempio piccole ricostruzioni di margini scheggiati, cementazione di faccette o "additional" frontali così come la chiusura di diastemi.

La tecnica del "Total-Etch" in cavità in smalto e dentina prevede l'applicazione di H3PO4 sia sullo smalto periferico sia sulla dentina con una procedura che prevede un tempo totale di mordenzatura sullo smalto di 30 secondi e di 15 secondi sulla dentina, vale a dire che il clinico posizionerà il mordenzante dapprima sui margini di smalto attendendo 15 secondi e successivamente riempirà la cavità per altri 15 secondi prima del risciacquo.

L'azione di "H3PO4" sulla dentina normale, anche per tempi di applicazione corretti di 15 secondi, tende ad avere esisti non proprio favorevoli in grado di produrre manifestazioni negative sia nell'immediato - da un punto di vista clinico - sia a medio-lungo termine per quanto riguarda la stabilità e durata del legame adesivo a tale tessuto.

Nello specifico, gli effetti dannosi legati all'applicazione di "H3PO4" sulla dentina normale possono essere così riassunti:

Effetti dannosi legati all'applicazione di H3PO4 sulla dentina

A) Si assiste alla disgregazione dello smear-layer che sigilla i tubuli dentinali con conseguente fuoriuscita di fluido pulpare (pressione positiva intra-pulpare) e aumentato rischio di avere sensibilità post-operatoria alla masticazione in cavità profonde ove il numero di tubuli è maggiore così come il diametro degli stessi.

Questo evento si realizza se all'apertura degli orifizi tubulari - e fuoriuscita di fluido pulpare - non segue un sigillo resinoso degli stessi (resin plugs) ad opera del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs" successivamente applicato.

Il movimento di fluido pulpare tra il pavimento della cavità conservativa e la polpa- attraverso il sistema dei tubuli non sigillati dai plugs resinosi - produce uno stiramento delle terminazioni nervose collegate al prolungamento degli odontoblasti con conseguente sintomatologia dolorosa alla masticazione.

B) La mordenzatura con H3PO4 determina un'intensa demineralizzazione della dentina inter-tubulare con conseguente esposizione della rete di fibre di collagene.

Tali fibre esposte dovranno poi essere completamente avvolte dal sistema adesivo smalto - dentinale "DBAs" per formare lo strato ibrido collagene-resina senza lasciare aree di collagene esposto e non avvolte da un rivestimento resinoso.

Il collagene esposto - privato dal suo rivestimento minerale di idrossiapatite "Hap" - e non completamente avvolto dalla resina del sistema adesivo "DBAs" è suscettibile a degradazione idrolitica secondo il principio del Nanoleakage

(Sano H. 1995 )

C) Gli agenti acidi come "H3PO4" applicati sulla dentina sono in grado di provocare la liberazione dalla matrice di enzimi collageno-litici chiamati metallo-proteinasi della matrice "MMPs" e del complesso cisteina-catepsina "Cis-Cat "in grado di legarsi a siti specifici del collagene esposto- e non avvolto dal sistema adesivo smalto dentinale "DBAs" - e portarlo a degradazione in tempi relativamente rapidi con conseguente fallimento, o comunque compromissione, del legame adesivo alla dentina.

D) La mordenzatura della dentina con "H3PO4" prevede - in particolar modo se la scelta del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs" da applicare ricade su un sistema Primer + Bonding in unico flacone (sistematica Etch & Rinse a 2 passaggi) - di non eliminare completamente l'H2O del risciacquo del mordenzante lasciando la dentina umida / bagnata prima dell'applicazione del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs"

In questo modo la rete di collagene di rimanere sollevata nella originale disposizione spaziale come conseguenza dell' H2O che riempie gli spazi tra le singole fibrille di collagene.

Il solvente alcolico/acetonico presente nei sistemi adesivi Primer + Bonding in unico flacone è in grado - durante l'applicazione - di far evaporare l' H₂0 presente tra le maglie del collagene e riempire questi spazi con i monomeri resinosi del sistema adesivo "DBAs" mantenendo il collagene nella sua originale disposizione spaziale e formare un valido strato ibrido collagene-resina (effetto water-chasing)

Questa procedura è conosciuta come "Wet Bonding Technique" è stata fonte di numerosi dibattiti e pubblicazioni dopo la sua introduzione ( Kanka J. 1991 ) in quanto, al di là o meno dell'efficacia della procedura, la domanda che i clinici ed i ricercatori si ponevano era: ma quanto umida / bagnata deve rimanere la dentina prima dell'applicazione del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs"?.

La risposta- dopo anni di dibattiti- fu che la "Wet Bonding Technique" è una procedura non standardizzabile e non riproducibile clinicamente come conseguenza del fatto che non è possibile stabilire se - e quanto - una superficie dentinale appare umida piuttosto che bagnata.

Una dentina lasciata bagnata dovrebbe essere associato un sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs" con solvente acetonico (più facile evaporazione dell' H2O) mentre ad una dentina umida è meglio associare un sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs" con solvente alcolico.

A complicare ulteriormente la questione esiste il problema dei volumi di H2O e solvente in gioco come conseguenza del fatto che a un certo volume di H2O del lavaggio lasciata sulla dentina deve corrispondere un adeguato e congruo volume di solvente in grado di far evaporare appunto l'H2O lasciata in situ e tale aspetto è poco conciliabile con le manovre cliniche operative.

Le conseguenze della difficile applicazione clinica della "Wet Bonding Technique" possono esitare in un'alterata formazione dello strato ibrido collagene-resina (incompleta infiltrazione del collagene e insufficiente polimerizzazione dei monomeri resinosi del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs") e problemi di sensibilità post-operatoria alla masticazione soprattutto nei casi in cui la dentina è lasciata eccessivamente umida prima dell'applicazione del sistema adesivo per incompleto sigillo resinoso degli orifizi tubulari resi pervi dalla mordenzatura.

Nel 1993 sono stati introdotti, dopo una lunga attività di ricerca della scuola giapponese ( Kuraray Dental adhesives ), i sistemi adesivi smalto-dentinali "DBAs" Self-etching primer.

I Self-etching primer non prevedono l'impiego dell'acido ortofosforico "H₃PO₄" per condizionare i tessuti dentali prima dell'applicazione del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs" ma semplicemente la loro applicazione su questi ultimi  (con modalità e tempi diversi a seconda del tipo di substrato dentinale presente e la formula commerciale del prodotto) e la successiva evaporazione del solvente contenuto.

In considerazione del fatto che non è prevista la mordenzatura "classica" con H3PO4 e che non è operato alcun risciacquo del prodotto dopo l'applicazione tale strategia è denominata Self-Etch Strategy "S.E." oppure - con riferimento alle fasi operative - strategia Etch & Dry.

L'introduzione della strategia Self-Etch "S.E." si è collocata in affiancamento (anche per efficacia adesiva e longevità del legame prodotto) alla strategia classica che prevede il condizionamento dei tessuti dentali con H3PO4, il risciacquo e la successiva applicazione del sistema adesivo smalto dentinale "DBAs" chiamata appunto procedura Etch & Rinse "E.R".

Negli adesivi smalto-dentinali "DBAs" di recente introduzione e chiamati "Universal" le due strategie posso coesistere e scegliere quale applicare- in base alle diverse situazioni cliniche - pur avendo a disposizione un'unica soluzione adesiva (Universal appunto)

Senza dilungarsi in modo eccessivo in una trattazione delle caratteristiche peculiari della strategia adesiva "S.E." e le diverse formulazioni commerciali, è possibile - da subito - fare il punto della situazione "state of the art" della sistematica, andando a considerare quali sono i migliori monomeri "S.E." , come funzionano nel legare i tessuti dentali e l'efficacia delle soluzioni adesive che li contengo sulla base dell'evidenza scientifica proveniente dai trials clinici conclusi e quelli in corso.

La strategia "S.E." si basa sulla presenza di monomeri resinosi funzionali capaci di svolgere - per merito delle due estremità funzionali - un lavoro specifico e particolare nei confronti dei tessuti dentali e degli altri monomeri resinosi contenuti nella soluzione adesiva.

Il monomero "S.E." più conosciuto - ed anche efficace in termini di validità e longevità del legame adesivo che produce- si chiama 10-methacryloyloxdecyl dihydrogen phosphate o più semplicemente 10-MDP

10-MDP possiede due gruppi funzionali separati da 10 atomi di carbonio (spacer group) e rispettivamente distinguiamo un gruppo funzionale fosforico attivo nei confronti dei tessuti dentali ed uno metacrilico in grado di legare altri monomeri metacrilici.

Il gruppo funzionale fosforico di 10-MDP in soluzione acquosa ( solvente sempre presente nell'adesivo insieme a co-solventi volatili ) è in grado di liberare ioni H+ e conferire una debole acidità alla soluzione adesiva "S.E" (si parla di soluzione adesiva "Mild S.E." con pH compreso tra 2.0 e 2.7).

Le soluzioni adesive " Mild S.E." sono in grado di compiere una debole demineralizzazione superficiale dei cristalli d'idrossiapatite "Hap" della dentina con un ridotto potenziale di dissoluzione del cristallo stesso, così importante per avvolgere e proteggere la rete di fibre di collagene dentinale che non è esposta, oppure solo parzialmente per particolari modalità d'applicazione.

Il potenziale adesivo di 10-MDP non è legato alla formazione di uno strato ibrido con la rete di fibre collagene ma alla formazione di un leggero legame micro-meccanico con il cristallo d'idrossiapatite "Hap" debolmente demineralizzato superficialmente e - in particolar modo - all'instaurarsi di un legame chimico covalente tra il calcio "Ca2+ " del cristallo stesso e il gruppo fosforico ionizzato "PO4-" del monomero portando alla formazione di un sale di calcio e fosfato -10-MDP-Ca- (Van Meerbeek B. et al 2011)

Il sale di calcio e fosfato -10-MDP-Ca- è capace di generare un legame particolarmente valido in termini di forza adesiva ma soprattutto stabile nel tempo verso i fenomeni degradativi che si traduce in longevità del legame adesivo stabilito.

L'applicazione attiva del sistema adesivo smalto dentinale "DBAs" a base di 10-MDP per un tempo di applicazione di circa 20 secondi permette la disgregazione (ma non la dissoluzione come per H3PO4) dello smear-layer superficiale ( che diventa parte integrante dell'interfaccia adesiva ) e la più facile interazione del monomero 10-MDP con i cristalli di idrossiapatite "Hap" nel formare il legame chimico covalente prima citato.

La debole azione mordenzante legata alla ionizzazione di 10-MDP all'interno della soluzione adesiva permettere, altresì, il rilascio dalla superficie del cristallo d'idrossiapatite "Hap" - debolmente mordenzato - di discrete quantità di ioni calcio "Ca2+" in grado di interagire con nuove molecole di 10-MDP (non già impegnate nel legame chimico con il cristallo) e formare sali di calcio e fosfato -10-MDP-Ca- organizzati in dimeri all'interno dell'interfaccia adesiva.

L'alternarsi di due unità di sale di calcio e fosfato (-10-MDP-Ca- + -10-MDP-Ca-)

È in grado di produrre, all'analisi di microscopia (TEM, STEM) un'ultrastruttura chiamata self-assembled nano-layering. (Yoshihara et al 2011)

Il self-assembled nano-layering è proprio l'espressione dell'unione di due molecole di sale -10-MDP-Ca- poiché la sua lunghezza è pari a 3.90 "nm" che è il doppio della lunghezza di legame della singola unità pari a 1.95 "nm" e conferisce all'interfaccia adesiva una spiccata resistenza alla biodegradazione con favorevoli ripercussioni sul legame adesivo prodotto. (Yoshida et al. 2012)

L'abilità a generare un'interfaccia adesiva così valida e stabile dipende tuttavia sia dalla concentrazione di 10-MDP presente nella soluzione adesiva ed anche dalla purezza della molecola stessa.

Effetti favorevoli dell'applicazione della strategia "S.E." sulla dentina

A) La sistematica self-etch "S.E." che prevede l'impiego di soluzioni definite "mild" - vale a dire con un pH tra 2.0 e 2.7 - non dissolve completamente lo smear-layer che occlude i tubuli dentinali - lasciandolo in situ - creando uno smear - layer ibridizzato in resina.

La mancata apertura degli orifizi dei tubuli, durante i procedimenti di condizionamento della dentina, si traduce in una netta riduzione del rischio di sensibilità post-operatoria alla masticazione, soprattutto in cavità molto profonde ove il numero e diametro dei tubuli appare aumentato come già detto.

B) La rete di fibre collagene rimane per la maggior parte avvolta dai cristalli d'idrossiapatite "Hap" che sono solo demineralizzati superficialmente.

Questo evento non riduce il rilascio delle metallo-proteinasi della matrice "MMPs" e del sistema cisteina-catepsina "Cis-Cat" da parte della soluzione adesiva "S.E." ( che comunque rimane un'agente acido capace di liberare tali enzimi ) ma con buona probabilità tali agenti collageno-litici liberati non sono in grado di trovare il loro "target" dato appunto dal collagene dentinale che rimane avvolto dal suo originale rivestimento" d' idrossiapatite.

La ridotta attività di questi enzimi sul collagene dentinale si traduce in una maggior stabilità e longevità dell'interfaccia adesiva.

C) La sistematica adesiva self-etch "S.E" prevede l'applicazione della soluzione su una dentina perfettamente asciutta e quindi non sussistono i problemi legati all'applicazione della "Wet Bonding Technique" su quanto umida / bagnata deve rimanere la dentina prima dell'applicazione del sistema adesivo smalto-dentinale "DBAs"

D) Nonostante l'interfaccia adesiva della strategia self-etch "S.E." sia sottile ( 1.0, µm circa ) i valori adesivi testati in laboratorio ( µTBS ) appaiono molto soddisfacenti e con buona probabilità da relazionare al legame covalente chimico che si realizza tra il gruppo funzionale fosforico di 10-MDP ed il calcio "Ca2+" dell' idrossiapatite "Hap" nel formare il sale di calcio e fosfato -10-MDP-Ca-

E' comunque noto che non esiste una relazione lineare tra estensione "µm" dell'interfaccia adesiva e forza di legame.

E) La stabilità e la longevità del legame adesivo prodotto dalle soluzioni "S.E." a base di 10-MDP appare molto buona come evidenziato da alcuni trials clinici e in particolar modo da quello condotto da Peumans et al. che evidenzia- su lesioni non cariose cervicali NCCL e un follow up ultimo a 13 anni - un'ottima sopravvivenza dei relativi restauri in composito ancorati ai tessuti dentali mediante il solo impiego di un sistema adesivo self etch "S.E." a base di 10-MDP ( 86% di successo complessivo con 62% di campioni rivalutati a 13 anni )

La pre-mordenzatura H3PO4 dei margini di smalto prima dell'applicazione del sistema adesivo "S.E." nelle cavità in smalto-dentina.

Clinicamente non abbiamo quasi mai a che fare con superfici rappresentate da solo tessuto dentinale - tranne qualche sporadica situazione a livello delle NCCL cervicali - che invece è circondato da un contorno di smalto preparato dagli strumenti rotanti.

Come visto la strategia adesiva migliore nei confronti dello smalto rimane il trattamento con H3PO4 seguito dall'applicazione di una soluzione "bonding" non solvatata.

Le soluzioni adesive "mild S.E" hanno un pH troppo "delicato" per mordenzare lo smalto e creare i pattern ultrastrutturali conosciuti e ritenuti tutt'oggi validi per offrire ritenzione micro-meccanica al sistema adesivo e quindi è auspicabile la pre-mordenzatura selettiva dei margini di smalto della cavità per 10-15 secondi

Il trial clinico citato di Peumans et al. non evidenzia differenze statisticamente significative (p >.05) in termini di sopravvivenza tra il gruppo di restauri di classe V realizzati con pre-mordenzatura H₃PO₄ dei margini di smalto rispetto a quelli condotti con la sola applicazione della soluzione "Mild S.E." a base di 10-MDP.

L'aspetto che si evidenzia invece è una netta prevalenza di discolorazioni e difetti marginali a livello dello smalto che non ha subito il trattamento H3PO4 prima dell'applicazione della soluzione "Mild S.E"

Queste conclusioni si evincono anche da altri trial clinici condotti per valutare- tra tutti gli outcomes- anche le differenze tra il condurre o meno la pre-mordenzatura dei margini di smalto. (Ermis et al 2012)

In un bel editoriale su Journal of Adhesive Dentistry di fine 2014 B. Van Meerbeek & K. Yoshihara enfatizzano , come "ricetta" per ottenere una valida e stabile adesione ai tessuti dentari della cavità preparata un pre-trattamento H3PO4 dei margini di smalto per 15 secondi a cui far seguire l'applicazione attiva per almeno altri 15 secondi di una sistema adesivo "DBAs" a base di 10-MDP, preferibilmente ricoperto da uno strato adesivo idrofobico finale di " bonding" (sistemi adesivi "S.E" a 2 passaggi).

BIBLIOGRAFIA

Sano H. Yoshiyama M., Ebisu S. et al. "Comparative SEM and TEM observations of nanoleakage within the hybrid layer" Oper. Dent. 1995; 20: 160-167

Kanka J. "Dental adhesion and the All-Bond system " J. Esthet. Dent. 1991; 3 :129-32.

Van Meerbeek B., Yoshihara K., Yoshida Y., Mine A., De Munck J., Van Landuyt KL. "State of the art of self-etch adhesives"  Dent. Mater 2011; 27: 17-28

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Yoshida Y., Yoshihara K., Nagaoka N., Hayakawa S., Torii Y., Ogawa T., Osaka A., Van Meerbeek B.  "Self-assembled nano layering at the adhesive interface" J.Dent. Res. 2012; 91: 376-381

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Ermis RB., Van Landuyt KL., Cardoso MV., De Munck J. Van Merbeek B. Peumans M. "Clinical effectiveness of a one-step self-etch adhesive in non-carious cervical lesions at 2 years" Clinical Oral Investig. 2012 ;16 :889-897

Van Meerbeek B., Yoshihara K. Clinical recipe for durable dental bonding: why and how? J.Adhes. Dent. 2014; Feb;16(1):94.