Van lange vezels naar nanovezels: de evolutie van het gebruik van vezels in de tandheelkunde

Professor Vallittu, u hebt al een boeiend academisch en professioneel traject afgelegd. Kunt u zich kort voorstellen?

Professioneel ben ik begonnen als tandtechnicus en later ben ik ook tandarts geworden. Tijdens mijn masteropleiding, vanaf 1988, begon ik al met onderzoek naar het gebruik van verschillende soorten vezels om kunstgebitten te versterken.  In 1994 voltooide ik mijn proefschrift over dit onderwerp. Kort daarna verbleef ik bijna twee jaar aan het Nordic Institute of Dental Materials, waar ik de kans kreeg om onderzoek te doen bij Dr. I.E. Ruyter, een van de meest gerenommeerde experts op het gebied van polymeerchemie voor tandheelkundige toepassingen. Hier heb ik diepgaande kennis opgedaan over dat onderwerp. Daarna keerde ik terug naar de Universiteit van Turku en was ik een van de oprichters van Stick Tech (spin-off van de Universiteit van Turku, red.) in 1997. Ik heb echter persoonlijk besloten om in plaats van in het bedrijf te werken aan de universiteit te blijven, waar ik overheidsfinanciering kreeg om het onderzoek naar vezelversterkt composiet voort te zetten. Door deze vele jaren van onderzoek hadden we de kans om een aanzienlijke hoeveelheid bewijs en expertise op te bouwen in dit onderzoeksgebied. In 2006 werd ik hoogleraar en voorzitter van de afdeling Biomaterials Science en in 2009 directeur van het Turku Clinical Biomaterials Centre (TCBC). Ik ben van 2004 tot 2012 decaan geweest van het Instituut voor Tandheelkunde van de Universiteit van Turku en na een korte pauze ben ik in 2018 teruggekeerd naar die functie.

Wat zijn volgens u de belangrijkste voordelen van vezels in de tandheelkunde?

Vezels zijn de enige manier om grote directe restauraties uit te voeren met goede mechanische eigenschappen en duurzaamheid. Andere duurzame sterke materialen, zoals zirkonia en metaal, kunnen alleen indirect worden gemaakt, buiten de mond. Door vezels te gebruiken, kunnen we meer betaalbare restauraties uitvoeren en een grotere patiëntengroep laten behandelen. Een ander voordeel is dat de mechanische eigenschappen van vezelversterkte composieten zeer dicht bij die van bot en dentine liggen, wat niet het geval is bij metalen of keramische materialen, die zeer stijf zijn. Vezelversterkte composieten zijn de enige kunststoffen die aan dezelfde biomechanische eisen voldoen als dentine of bot.

Wat was het doel van de ontwikkeling van everX Flow?

Het onderzoek begon met lange vezels, die worden gebruikt in de everStick-producten, die het meest duurzaam zijn. De benodigde lengte hangt echter sterk af van de toepassing, en restauraties zoals spalken en bruggen die een grote overspanning beslaan, hebben een andere lengte nodig dan de restauratie van één tand. Het belangrijkste doel waarmee we de ontwikkeling van everX Posterior zijn gestart, was het vinden van de optimale vezellengte versus de grootte van de tand, zodanig dat de vezels als versteviging zouden fungeren. Dit resulteerde in een gemiddelde vezellengte van 0,7 mm tot 1 mm in everX Posterior, wat uitstekende mechanische eigenschappen opleverde, en in het bijzonder een veel hogere breuktaaiheid. De adaptatie en gemak van plaatsing waren echter niet altijd zo eenvoudig te realiseren als we idealiter zouden willen. Ondertussen verschenen de ‘bulk fill’-composieten op de tandheelkundige markten en werden ze populair, niet zozeer vanwege hun mechanische eigenschappen, maar wel vanwege hun gebruiksgemak. Vandaar dat het idee ontstond om een flowable versie te ontwikkelen.

Aan de ene kant verwachtten we dat het inkorten van de vezels nadelig ging zijn voor de eigenschappen. Maar door het bestuderen van de literatuur wisten we dat de vezellengte evenredig moest zijn met de diameter. Zo gingen we op zoek naar wat de ‘Optimal Aspect Ratio’ wordt genoemd. De vezels in everX Flow zijn korter, maar ook dunner. Met deze kleinere vezels kon de viscositeit worden veranderd; de vezels in everX Flow zijn ongeveer 0,1 mm lang, maar met een veel kleinere diameter. De hoeveelheid vezels kon ook worden verhoogd, waardoor de breuktaaiheid behouden bleef, wat het uiteindelijk het belangrijkste doel is van de vezelversterking. Het grootste deel van het onderzoek is gericht op de breuktaaiheid, omdat is aangetoond dat dit de beste indicator is voor de levensduur van een restauratie¹.

Wat was jouw rol in de ontwikkeling van dit materiaal?

Ik heb de ontwikkeling van vezelversterkte composietmaterialen geïnitieerd en gecoördineerd. Het belangrijkste laboratoriumonderzoek is voornamelijk uitgevoerd door Dr. Lippo Lassila, de hoofdonderzoeker in dit specifieke project, met adjunct-professor Sufyan Garoushi en onze bekwame laboratoriummedewerkers.  Dr. Garoushi schreef een proefschrift over korte-vezelversterkte composieten. Verder heb ik deelgenomen aan de klinische testfase en het project geleid vanuit de klinische en materiaalwetenschappelijke perspectieven. Het hele project was een samenwerking waarbij het TCBC verantwoordelijk was voor het onderzoek en de ontwikkeling van het onderzoek en Stick Tech – nu lid van de GC-groep – het onderzoek transformeerde naar een industrieel project.

Vezelversterkte composieten noem je vaak biomimetische restauraties. Wat bedoel je precies met deze term?

Wanneer je menselijk weefsel analyseert, zijn dentine en bot vezelversterkte materialen, op basis van collageenvezels en apatietmineralen. Hoewel de chemische samenstelling van vezelversterkte composieten anders is, hebben ze een vergelijkbare structuur. Bovendien imiteert het biomechanische gedrag van deze composieten dat van dentine.

Zijn er andere verschillen tussen everX Posterior en everX Flow? Hebben ze dezelfde indicaties?

De indicaties lijken erg op elkaar, maar het belangrijkste verschil zit hem in het gebruiksgemak, vanwege de viscositeit. In principe zijn het beide basismaterialen om tandrestauraties te versterken. everX Flow is nu ook geïndiceerd als stompopbouwmateriaal voor metalen en keramische kronen.

Er zijn 2 kleuren beschikbaar in everX Flow. Wat zijn de verschillen & wanneer is welke kleur aangewezen?

De ‘Bulk’ kleur is translucenter en kan in lagen tot 5,5 mm worden uitgehard, wat de indicaties wat verbreedt. De ‘Dentin’ kleur is esthetischer en kan tot 2,0 mm worden uitgehard zoals de meeste composieten.

Wat is het verschil tussen traditionele bulk-fill composieten en everX Flow?

Qua indicatie liggen ze heel dicht bij elkaar. EverX Flow is echter een kernmateriaal dat bedoeld is om de structuren eronder en erboven te verstevigen. Het moet worden bedekt met een gewoon composiet dat gemakkelijk tot hoogglans kan worden gepolijst. Hoewel veel bulk-fill composieten op de markt ook moeten worden bedekt, zou dit in de strikte zin moeten betekenen dat één en hetzelfde materiaal in één stap van de bodem tot aan het oppervlak kan gebruikt worden.

Hoeveel sterker is everX Flow? Wat is de impact op de prestaties?

De breuktaaiheid, de belangrijkste materiaaleigenschap die van invloed is op het klinische succes¹, is twee keer zo groot als elk ander soort composiet op de markt, wat ook het geval is voor everX Posterior. De impact ervan op de restauratieprestaties hangt af van de grootte en vorm van de op te bouwen tand en de verhouding van everX Flow ten aanzien van de composietlaag erover. De verhouding tussen de met korte vezels versterkte basis en conventioneel composiet bij de restauratie moet analoog zijn aan de dentine- en glazuurstructuur. Dit betekent dat ongeveer 1-1,5 mm van het occlusale oppervlak conventioneel composiet moet zijn om de beste mechanische sterkte te geven aan de herstelde tand in zijn geheel^2-3. Er wordt minder voordeel behaald als de laag vezelversterkt composiet niet dik genoeg is⁴.

Als vuistregel gebruik je everX Flow om dentine te vervangen en gewoon composiet om het glazuur te vervangen, waardoor de oorspronkelijke tandstructuur wordt nagebootst.

Moet u X low altijd bedekken met een laatste laag composiet, en zo ja, waarom?

Qua structuur bevat everX Flow zowel micro- als macrofill-deeltjes.  Vezels zijn grotere deeltjes die het iets minder polijstbaar maken, ook al is de slijtvastheid in vitro zeer goed. Op basis van het slijtagegedrag kan het op de proximale contactpunten worden blootgesteld. De beschikbare gegevens over het effect op lange termijn zijn positief.

Wat zegt het onderzoek over de prestaties van het product?

Er is al een groot aantal publicaties beschikbaar over zowel everX Flow als everX Posterior. Bijna alle onderzoeken staven de superieure eigenschappen van het materiaal, zoals de taaiheid en andere mechanische eigenschappen. In vitro is aangetoond dat breukvoortzetting verhinderd wordt bij een restauratie met vezelversterkt composiet. Dit is ook het geval op het grensvlak tussen de composietlagen⁵.

In die studies waarbij geen noemenswaardig versterkend effect werd gevonden, was de dikte van de vezelversterkte laag meestal onvoldoende. Studies van andere onderzoeksgroepen hebben deze superieure mechanische eigenschappen bevestigd en er zijn nog steeds veel onderzoeken gaande over dit onderwerp.

Kan everX Flow worden gebruikt om stiften of een gehele stiftopbouw te vervangen? Zo ja, in welke indicaties?

Bij de TCBC hebben we veel naar dit onderwerp gekeken, zowel in vitro als klinisch, en vele andere onderzoeksgroepen doen dat ook. Over het algemeen is er nog meer onderzoek naar dit onderwerp nodig. In molaren is het mogelijk om een directe endocrown zonder post te maken door een basis te maken van everX Posterior en dit kan ook worden geëxtrapoleerd naar everX Flow. Dit type endocrown is analoog aan in het laboratorium gemaakte keramische endocrowns. De restauratie strekt zich slechts ongeveer 2-3 mm uit in de wortelkanalen, aangezien de wanden evenwijdig zijn en de diameter voldoende is. Het intraradiculaire deel van de restauratie moet dezelfde hoogte hebben of hoger zijn dan het coronale deel. De dikte van de occlusale toplaag van de restauratie moet meer dan 1-2 mm zijn.

In fronttanden en premolaren zijn studies gedaan met veelbelovende resultaten, maar er is nog niet genoeg bewijs voor klinische aanbeveling. Het is echter mogelijk om het met een geprefabriceerde vezelstift te combineren en everX Flow te gebruiken in het coronale deel van het kanaal ter vervanging van cement en de kern. Dit is een verbetering ten opzichte van een regulier bevestigingscement. Natuurlijk zijn de resultaten sterk afhankelijk van de resterende tandstructuur. Als er aanzienlijke schade is tot aan het tandvleesniveau, is een dikke en goed gehechte vezelstift nog steeds nodig voor voldoende retentie. Bewijs kan binnen 2-3 jaar beschikbaar zijn.

Wat zijn uw toekomstige onderzoeksonderwerpen?

Morgen geef ik een lezing over de kauwfunctie van reuzenpanda’s en de evolutionaire aanpassing van de condylen aan die functie. Op het gebied van vezelversterkte composieten streven we naar een nog nauwere gelijkenis met natuurlijk dentine; we onderzoeken onder andere nanovezels, en samenstellingen en structuren die dichter bij apatietmineralen liggen. We werken ook samen met een andere onderzoeksgroep om de indicaties in chirurgische toepassingen uit te breiden, rekening houdend met het biologische aspect van botvormende cellijnen. Dit houdt ook verband met de botregeneratiematerialen die worden gebruikt in de parodontologie en kaakchirurgie.

Biografie

Prof. Pekka Vallittu behaalde zijn tandartsdiploma in 1988 en promoveerde in 1994. In 1995 werd hij benoemd tot adjunct-hoogleraar; in 2000 specialiseerde hij zich in tandprothetiek en stomatognatische fysiologie. Momenteel is hij hoogleraar en voorzitter van de afdeling Biomaterials Science aan de Faculteit der Geneeskunde van de Universiteit van Turku (Finland). Daarnaast is hij decaan van het Instituut voor Tandheelkunde en directeur van het Turku Clinical Biomaterials Centre aan dezelfde universiteit. Hij is erehoogleraar aan de University of Hong Kong, Pokfulam, en gasthoogleraar aan de King Saud University in Riyadh (Saoedi-Arabië).

Zijn belangrijkste onderzoeksactiviteit richt zich op vezelversterkte composieten, een gebied waarin hij sinds de jaren ‘80 actief is. De eerste klinische toepassingen van deze composieten werden gevonden in de tandheelkunde en later in combinatie met bioactieve componenten voor botchirurgische toepassingen als niet-metalen bioactieve implantaten. Hij heeft meer dan 540 originele publicaties in de ISI Web of Science Index en heeft twee bedrijven opgericht voor het klinisch gebruik van nieuw ontwikkelde composietmaterialen in de tandheelkunde en botchirurgie.

Referenties

1. Heintze SD, Hickel R, Reis A, Loguercio AS, Rousson V, Dent Mater 2017; 33:e101-e114.
2. Omran TA, Garoushi S, Lassila L, Shinya A, Vallittu PK. Bonding-interface beïnvloedt het draagvermogen van dubbellaags composiet. Deuk Mater J . 2019; 38(6):1002-1011.
3. Garoushi S, Lassila LV, Tezvergil A, Vallittu PK. Draagvermogen van de combinatie van vezelversterkte en deeltjesvulstof composiethars. J Dent 2006; 34:763-769.
4. Rocca GT, Saratti CM, Poncet A, Feilzer AJ, Krejci I. De invloed van FRC-versterking op marginale aanpassing van CAD/CAM-composiethars-endokronen na gesimuleerde vermoeiingsbelasting. Odontologie 2016; 104:220-232.
5. Tiu J, Belli R, Lohbauer U. Stijgende R-curves in gelaagde systemen van deeltjes-/vezelversterkte harscomposiet. J Mech Gedrag Biomed Mater. 2019;103:103537.