COMPOSIÇÃO À BASE DE CHUIENTO ALUMINOSO PARA APLICAÇÃO EM ENDODONTIA E PRODUTO CIMENTÍCIO OBTIDO CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção pertence ao campo dos cimentos cerâmicos de pega hidráulica para uso em Odontologia, mais especificamente, a uma composição à base de cimento de aluminato de cálcio (CAC) para aplicações em Endodontia e ao produto cimentício obtido a partir da composição. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A Endodontia é a especialidade da Odontologia que estuda a porção interna dos dentes: câmara coronária (A), canal(is) radicular(es) (B) e região periapical (C), conforme ilustrado na Figura 1. Muitos casos clínicos decorrentes de alterações patológicas, traumáticas e iatrogênicas do endodonto podem ser considerados inexeqüíveis por meio de terapia convencional e podem levar à condenação de dentes à extração. O impacto da perda de um dente reflete-se não apenas sobre o aspecto estético, com implicações psicológicas, mas, sobretudo no que se relaciona ao aspecto funcional, desorganizando a fisiofogia do sistema estomatognático.
Fortuitamente, situações de deficiência como a acima descrita vêm compelindo a procura por técnicas de tratamento e materiais que evitem tal ato radical, introduzindo a endodontia na era da multidisciplinaridade. A premissa para o desenvolvimento de um “material endodôntico reparador” inicialmente era a de que suas propriedades físico-químicas pudessem ser compatíveis com as condições para a manutenção fisiológica dos tecidos adjacentes. Não obstante, isso implica que o material deva ser atóxico, não-carcinogênico, insolúvel em fluidos tissulares e estável do ponto de vista dimensional.
Dentre os materiais convencionalmente utilizados como obturadores no tratamento endodôntico podem ser citados: a guta-percha, cimentos resinosos, os cimentos à base de óxido de zinco e eugenol e os cimentos à base de hidróxido de cálcio. No entanto, tais materiais não apresentam propriedade de reparar possíveis defeitos patológicos ou iatrogênicos, das estruturas do endodonto, a exemplo das perfurações radiculares.
Nas patentes U.S. 4.652.593, 4.647.600 e 4.689,080 é reivindicada a adição de hidróxido de cálcio ao CAC como bactericida.
Nas patentes U.S. 4.647.600 e U.S 4.652.593 é descrita uma composição de cimento dental que consiste de uma composição A e uma composição B, a composição A compreendendo a) 100 partes em peso de um pó contendo de 20 a 70% em peso de óxido de cálcio e 30 até menos de 80% em peso de óxido de alumínio, o pó sendo revestido sobre a superfície com uma substância hidrossolúvel de alto peso molecular, e b) 2 a 70 partes em peso de um pó de hidróxido de cálcio e a composição B compreendendo uma solução aquosa contendo de 0,01 a 70% em peso de uma substância hidrossolúvel de alto peso molecular.
Na patente U.S. 4.689.080 é descrita uma composição de material base para tratamento dentário que compreende 100 partes em peso de pó de cimento aluminoso, 1-50 partes em peso de retardador de endurecimento à base de cálcio, e 1-20 partes em peso de retardador de endurecimento capaz de restringir a dispersão do íon cálcio. É alegado que a composição endurece em baixa alcalinidade e apresenta baixa irritação do tecido.
As patentes U.S. 5.415.547 e 5.769.638 descrevem um cimento denominado MTA (Mineral Trioxide Aggregate ou Agregado de Trióxido Mineral) com a finalidade de utilização como material reparador.
Vide igualmente os artigos por M, Torabinejad et ai., "Physical and Chemical properties of a new root-end filling material," Journal of Endodontics, vol. 21, pp. 349-353 (1995) e M. Torabinejad et al., "Tissue reaction to implanted root-end filling materiais in the tíbia and mandible of guinea pigs," Journal of Endodontics, vol. 24, pp. 468-471 (1998); M. Torabinejad et al., "Histologic assessment of mineral trioxide aggregate as a root-end filling in monkeys," Journal of Endodontics, vol. 23, pp. 225-228 (1997); C. F. Bates et al., "Longitudinal sealing ability of mineral trioxide aggregate as a root-end filling material," Journal of Endodontics, vol. 22, pp. 575-578 (1996); M. Torabinejad et al., "Investigation of mineral trioxide aggregate for root-end filling in dogs," Journal of Endodontics, vol. 21, pp. 603-608 (1995); M. Torabinejad et al., "Cytotoxícity of four root end filling materiais," Journal of Endodontics, vol. 21, ρρ. 489-492 (1995); Μ. Torabinejad et al., "Dye leakage of four root end filling materiais: Effects of blood contamination," Journal of Endodontics, vol. 20, pp. 159-163 (1994); and M. Torabinejad et ai., "Sealing ability of a mineral trioxide aggregate when used as a root-end filling material," Journal of Endodontics, vol. 19, pp. 591-595(1993). O MTA consiste de finas partículas hidrofílicas de cor cinza ou branca que endurecem em meio aquoso, e os principais elementos que o constituem são: óxidos de cálcio, de alumínio e de ferro (entre outros em menor quantidade), dióxido de silício, sulfato de cálcio e óxido de bismuto, cuja finalidade é conferir ao material algum grau de radiopacidade. Na prática, isso torna o MTA mais radiopacificador do que os outros materiais, mais até que a própria dentina, sendo facilmente evidenciado em radiografias.
Contudo, a grande vantagem do MTA frente aos demais materiais é o fato de apresentar biocompatibilidade com os tecidos dentais e periodontais (periodonto lateral e apical). Isso deriva de sua capacidade em dissociar íons Ca2+ e OH" tão breve quanto seu contato com a água é efetuado. Assim, o pH inicial de 10,2 passa a 12,5 três horas após a mistura com a água, período este que ultrapassa o tempo de pega (ou “tempo de presa” como é conhecido na odontologia). Por causa desta alta alcalinidade, semelhante à de uma solução de hidróxido de cálcio, atribui-se ao MTA a característica de tornar o meio inóspito ao crescimento de bactérias e de induzir à formação de tecido duro quando utilizado como material reparador.
De fato, a precipitação do hidróxido de cálcio necrosa uma fina camada de tecido ao seu redor, de forma que o dióxido de carbono então gerado reage com o hidróxido formando cristais de calcita (carbonato de cálcio). A própria alcalinidade do meio estimula células do tecido conjuntivo a secretar uma glicoproteína, a fibronectina, a qual em contato com os cristais de calcita favorece o depósito de colágeno tipo I. A continuidade desse processo, agora com o aporte de íons Ca2+ endógenos, proporciona a mineralização do tecido, então denominado “tecido duro". Todos os estudos “in vivo" e artigos clínicos publicados até o momento mostram que o MTA não é prejudicial aos tecidos que o circundam, gerando baixa ou nenhuma resposta inflamatória. Ο ΜΤΑ também apresenta outras vantagens em relação aos demais materiais reparadores. Por exemplo, não necessita de um campo seco para a aplicação, uma vez que a umidade presente nos tecidos age como um ativador da sua reação química. Isso faz com que não existam inconvenientes quando utilizado em ambiente úmido, muito comum de acontecer durante a realização de cirurgias. Mesmo quando aplicado em cavidades com sangue humano, o potencial de vedação do MTA não foi prejudicado, o que experimentalmente se verificou pela infiltração marginal ocorrida na interface do material com a parede dentinária. Parte da habilidade seladora do MTA também se deve à leve expansão oriunda de sua hidratação.
Na verdade, a reação de hidratação do MTA conduz à formação de um gel coloidal que se solidifica numa estrutura amorfa, responsável pela resistência mecânica à compressão de 30MPa após o período de 24horas. Aos 21 dias essa resistência mecânica chega a 40MPa. Isso representa um valor relativamente baixo comparado à resistência à compressão do amálgama de prata, 312MPa, o que permite sua utilização apenas como “retro-obturador”, ou selador de defeitos na comunicação da raiz com o periodonto lateral, em função da ausência de cargas que o solicitam diretamente.
Essa utilização restrita é que faz com que o preço de venda do MTA seja relativamente alto. Com a intenção de corrigir esta discrepância, pesquisadores vêm investigando o cimento Portland como um material alternativo ao MTA. Os resultados mostram que sua utilização como material reparador reproduziu os mesmos efeitos que o MTA quando aplicado em polpas de dentes de rato. Entretanto, a ausência de controle sobre a qualidade das adições ao cimento Portland torna sua utilização proibitiva em seres humanos.
Aliás, não é o custo do material propriamente dito o maior responsável pelo preço de venda do MTA, uma vez que sua composição se assemelha à do próprio cimento Portland sem adições. Mais uma vez, é o pequeno volume de venda do MTA que faz com que os custos relativos à sua penetração no meio técnico assumam porcentagens significativas sobre o preço final.
Além da resistência mecânica, outra limitação do MTA é o escurecimento do dente ao longo do tempo, mesmo quando o tipo empregado é o MTA-branco. A presença de um considerável teor de ferro é o responsável por esse efeito. Outra limitação é o longo tempo de pega do material, superior a 1hora, devido ao sulfato de cálcio em sua composição. A patente U.S. 6.620.232 trata de um material cerâmico para obturação dos dentes que compreende uma fase ligante constituída por um sistema à base de cimento, do qual pelo menos 70% em volume consiste de cimento de aluminato de cálcio cujo tamanho de grão deve ser inferior a 10 micra, com um ou mais aditivos de compensação de expansão adaptados para dar ao material propriedades de estabilidade dimensional de longo prazo, o aditivo ou aditivos compreendendo cimento Portland comum e/ou alguma outra fase orgânica contendo silício com tamanho de grão de 0,5-10 micra e/ou sílica fina com tamanho de grão inferior a 100nm, em um teor de 1-20 volume % do material. A patente U.S. 6.696.424 trata de um método para a produção de um material cerâmico cuja ligação química se estabelece por meio da reação entre um ou mais agentes ligantes em pó com um líquido, a quantidade de pó contendo essa fase ligante sendo suspensa no líquido para que todos os grãos do pó estejam em contato íntimo com o líquido, de modo que a pasta assim obtida é drenada para extração da maior parte do líquido em excesso com uma conseqüente compactação durante a drenagem final, antes que o material endureça por reação entre a fase ligante e o líquido restante. Um ou mais aditivos de compensação de expansão, adaptados para dar ao material propriedades de estabilidade dimensional de longo prazo são misturados a esse pó, antes ou em conjunto com a sua suspensão no líquido.
Vide igualmente a publicação U.S. 20060167148A1.
Na publicação U.S. 20040237847 é descrito um material cerâmico cujo ligante é à base de hidrato de aluminato de cálcio e pelo menos um aditivo inerte, entre os possíveis aditivos o titanato de cálcio, para tornar o material biocompatível para implantes, particularmente para aplicações ortopédicas e dentárias.
Apesar dos desenvolvimentos da tecnologia no campo estudado, ainda há necessidade de uma composição à base de cimento aluminoso (CAC) para aplicações em Endodontia constituída de Al203 {> 68,5%), CaO (< 31%), Si02 (0,3-0,8%). MgO (0,4-0,5%) e Fe203 (< 0,3%) acfitivada com um dispersante polimérico à base de poliglicol em teor de 0,4 a 0,8% em relação ao peso de cimento (preferencialmente 0,6% em peso), um agente plastificante CaCI2 em teor de 2,0 a 4,0% em peso de cimento (preferencialmente 2,8% em peso) e um aditivo radiopacificador como o ZnO em teor de 20 a 35% em peso de cimento (preferencialmente 25% em peso), a composição contendo ainda água, a proporção água/cimento estando entre 0,19 e 0,24 em presença de aditivos, tal composição e método para preparar a mesma sendo descritos e reivindicados no presente pedido.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
De um modo amplo, a presente invenção trata de uma composição à base de cimento aluminoso (CAC) para aplicações em Endodontia, constituído de Al203 {t 68,5%), CaO (S 31%), Si02 (0,3-0,8%), MgO (0,4-0,5%) e Fe203 (< 0,3%), aditivada com um dispersante polimérico à base de poliglicol em teor de 0,4 a 0,8% em peso em relação ao peso de cimento, um agente plastificante CaCI2 sem estar limitado a este em teor de 2,0 a 4,0% em peso em relação ao peso de cimento e um aditivo radiopacificador como o ZnO em teor de 20 a 35% em peso em relação ao peso de cimento e água onde a proporção água/cimento é entre 0,19-0,24 em presença de aditivos.
Assim, a invenção provê uma composição de cimento aluminoso para aplicação em Endodontia â base de aluminato de cálcio (CAC) aditivada com os agentes dispersante, plastificante e radiopacificador. A invenção provê também uma composição de cimento aluminoso para aplicação em Endodontia em que 0 ajuste do tempo de presa do material é efetuado por adição de ácido cítrico ou carbonato de lítio. A invenção provê também uma composição de cimento aluminoso para aplicação em Endodontia onde melhorias quanto ao escoamento e modelabilidade são obtidas por meio da adição de aditivos dispersantes, preferencialmente da família poliglicol, e de aditivos plastificantes, preferencialmente CaCfe, sendo o aditivo dispersante responsável pela dispersão das partículas do material facilitando seu escoamento, reduzindo 0 consumo de água e aumentando sua densidade. A invenção provê também uma composição de cimento aluminoso para aplicação em Endodontia em que o aumento da resistência mecânica é obtido por meio da adição de aditivos dispersantes, preferencialmente da família poliglicol que promovem redução no consumo de água e contribuem para a formação de tipos de hidratos com maior capacidade de preencher vazios interparticulares, o que aumenta a densidade do material e reduz a porosidade, bem como o tamanho dos poros. A invenção provê ainda uma composição de cimento aluminoso para aplicação em Endodontia na qual a radiopacidade do material é obtido por meio da adição de aditivos radiopacificadores, preferencialmente o ZnO que promove uma adequada radiopacidade ao material sem induzir toxicidade, além de contribuir para o aumento da resistência mecânica e redução da porosidade.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A FIGURA 1 anexa ilustra de modo esquemático os sítios anatômicos que constituem o escopo da Endodontia. A FIGURA 2 anexa é um gráfico que ilustra a variação da temperatura de suspensões aquosas de cimento aluminoso (curva 1) e MTA-cinza (curva 2), em função do tempo. A FIGURA 3 anexa é um gráfico que mostra a resistência mecânica para amostras de cimento de aluminato de cálcio quando puro (curva 1) ou na presença de aditivos sem o radiopacificador (curva 2) ou de aditivos com o radiopacificador (curva 3) em função do tempo de cura, em comparação às amostras preparadas com o material odontológico comercialmente mais utilizado, o MTA (curva 4). A FIGURA 4 anexa é um gráfico que mostra a Porosidade aparente para amostras de cimento de aluminato de cálcio quando puro (curva 1) ou na presença de aditivos sem o radiopacificador (curva 2) ou de aditivos com o radiopacificador (curva 3) em função do tempo de cura, em comparação às amostras preparadas com o material odontológico comercialmente mais utilizado, o MTA (curva 4). A FIGURA 5 anexa é um gráfico que mostra a distribuição de tamanho de poros avaliada por meio da técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio para amostra de cimento de aluminato de cálcio quando na presença de aditivos (curva 1), em comparação com a amostra preparada com o material odontológico comercialmente mais utilizado, o MTA (curva 2). A FIGURA 6 anexa é um gráfico que ilustra medidas de pH em função do tempo das soluções aquosas em equilíbrio com amostras preparadas com cimento aluminoso (curva 1) e MTA (curva 2), ao final do tempo de pega. A FIGURA 7 anexa é um gráfico que mostra medidas de condutividade iônica em função do tempo das soluções aquosas em equilíbrio com amostras preparadas com cimento aluminoso (curva 1) e MTA (curva 2), ao final do tempo de pega. A FIGURA 8 anexa é uma ilustração esquemática do teste de compressão diametral do material dentário. A FIGURA d anexa é uma ilustração esquemática de dispositivo para teste “in vitro” de infiltração bacteriana.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção trata de um material reparador alternativo à base de cimento de aluminato de cálcio para aplicação em Endodontia.
Um aspecto da invenção é a relação do cimento aluminoso para com os aditivos na dita composição para aplicação em Endodontia.
Outro aspecto da invenção é o processo que envolve a preparação da dita composição.
Ainda, um aspecto adicional da invenção é o produto que resulta da hidratação do cimento aluminoso. O cimento de aluminato de cálcio (CAC), por vezes denominado como aluminoso ou de alta alumina, pode ser produzido por meio da fusão de uma mistura de AI2O3 e CaCC>3, ou pelo processo de calcinação dessa mistura à temperaturas entre 1315 e 1425°C, sendo este último método o mais viável para a produção de CACs com composição uniforme. No método de fusão, 0 CaCC>3 e ο AI2O3 são submetidos a temperaturas entre 1450 e 1550°C em fornos elétricos a arco. O aluminato de cálcio formado é resfriado e então moído com a granulometria desejada.
De uma forma geral a formação do CAC pode ser descrita por meio da seguinte reação química, Equação (1): (1) Apesar da simplicidade da reação química descrita acima, a formação do CAC ocorre de uma maneira complexa. No início do processo de fusão da mistura formam-se fases cristalinas de aluminatos com altos teores de Ca. Com o aumento da temperatura mais CaO e AI2O3 reagem com os primeiros produtos formados, produzindo outras fases com menores teores de Ca.
Neste processo a quantidade e 0 tipo de fase cristalina do aluminato de cálcio formado irá depender da razão entre CaO e Al203 na mistura, da temperatura alcançada e do procedimento de resfriamento do material obtido. O resfriamento interfere no tipo de fase cristalina formada, uma vez que, dependendo do gradiente de temperatura dentro do bloco recém fundido, a cristalização ocorre em maior ou menor grau.
Nas condições de produção utilizadas atualmente, obtêm-se CACs de alta pureza com diferentes proporções entre as diversas fases cristalinas, dependendo da aplicação para a qual se destina este material. Estas fases apresentam distintas propriedades no que se refere à reatividade com a água, já que, em geral, quanto maior a quantidade de CaO, maior a reatividade.
Apesar do grande número de fases possíveis, os cimentos comerciais são constituídos geralmente por três fases principais, responsáveis pela reação com a água: a fase estequiométrica CA (CaO.AhOs), que constitui cerca de 40 a 70% do cimento obtido; a fase CA2 (Ca0.2Al203), que é a segunda em proporção (<25%) e a fase C12A7 (12Ca0.7AI203), que constitui entre 1 e 10% dos cimentos comerciais.
Este tipo de fase ligante não possui aquelas limitações pertinentes ao MTA, apresentando-se como um pó de coloração branca (próxima da estrutura dentária), e cujo teor de ferro em nível de traços não conduz ao escurecimento dos dentes, ao contrário do que se verifica em casos clínicos nos quais o MTA é utilizado como material retro-obturador. Também são mínimos os teores dos óxidos de magnésio e de cálcio livres na composição do CAC, aos quais freqüentemente se associam as indesejadas expansões quando expostos à umidade.
Além disso, a exemplo do próprio MTA, o CAC é também um aglomerante hidráulico e deve sua resistência mecânica à reação de hidratação com a água, o que, por conseguinte, não restringe sua aplicação em ambientes úmidos como a cavidade dentária.
Independentemente da proporção entre as fases cristalinas presentes no cimento, o processo de endurecimento inicia-se com a reação do cimento com a água formando íons cálcio (Ca2+) e tetra-hidroxi aluminato {AI{OH)4 ) em solução. Este processo de dissolução continua até que a solução atinja um nível de saturação suficiente para promover uma precipitação massiva, seguida do crescimento dos cristais dos compostos conhecidos como hidratos de aluminato de cálcio. Este processo proporciona a formação de uma rede interconectada conferindo resistência mecânica ao material. A velocidade de hidratação e de precipitação dos hidratos formados é fortemente dependente da composição cristalina do material de partida, bem como da estrutura dos produtos formados durante a precipitação. Este último aspecto é influenciado, principalmente, pelo teor de água disponível, pelo tempo de reação, pela temperatura, e pela relação entre as concentrações dos íons Ca2+ e AI(OH)4' que são geradas em solução durante a dissolução das fases anidras. O desenvolvimento da presente composição do cimento de aluminato de cálcio envolveu aditivações que aperfeiçoaram suas propriedades físicas e biológicas.
As características apresentadas pelo cimento de aluminato de cálcio permitiram superar as do MTA quanto a: (i) reologia adequada ao manuseio e aplicação na cavidade pulpar, graças à escolha de aditivos dispersantes mais adequados, entre outros; (ii) porosidade reduzida, com um menor tamanho de poros inclusive, e, principalmente, {iii) superior resistência mecânica.
Assim, por meio do emprego de um agente dispersante adequado e um aditivo plastificante é possível obter pastas de cimento de aluminato de cálcio com menores teores de água em comparação ao MTA, conforme os ensaios de manipulação que levaram aos resultados do presente pedido. A água utilizada na preparação da composição da invenção é água deionizada, própria para aplicação em produtos odontológicos.
Agentes dispersantes incluem ácido cítrico e seus sais como citrato de sódio e poliméricos incluindo ácidos poliacrilicos/polimetacrílicos e seus sais como polimetacrilato de sódio, ácidos fosfóricos e seus sais como hexametafosfato de sódio e os da família dos poliglicóis. Uma classe preferida de dispersantes poliméricos são os poliglicóis, por exemplo, o éter policarboxílato modificado.
Aditivos plastificantes incluem CaO, CaCI2, Ca(OH)2 e CaCC>3. Um plastificante preferido é o CaCI2.
Aditivos radiopacificadores incluem Zr02, ZnO, Sn02, BaSC>4. BÍ2O3, Bi50(0H)9(N03)4 e CHI3. Um aditivo radiopacificador preferencial é 0 ZnO. A relação água/cimento em peso obtida para o cimento aluminoso é de 0,30-0,34 (preferencialmente 0,32) próxima à verificada no caso do MTA (0,31). Entretanto, a adição dos aditivos ao cimento aluminoso reduz essa relação água/cimento para 0,19-0,24, de preferência 0,21. A dispersão das partículas de cimento e a redução do teor de água contribuem para obter uma estrutura mais densa e, dessa forma, mais resistente. Além disso, tanto o escoamento quanto a modelabilidade da pasta de CAC são significativamente melhorados. Tais melhorias facilitam sua aplicação e adaptação em paredes dentinárias. Outro aspecto importante envolvido na aplicação do cimento aluminoso em endodontia é a adaptação das características reológicas da pasta do CAC à forma como 0 MTA é utilizado pelos endodontistas, 0 que facilitará sua adoção como possível substituto ao MTA. O cimento de aluminato de cálcio também apresenta um tempo de endurecimento (ou “tempo de presa”) significativamente menor em relação ao do MTA, avaliado por ensaios de temperatura. Para o tempo de ensaio de 400 minutos não é observado aumento de temperatura relativo ao MTA, conforme a curva 2 da Figura 2 enquanto significativa geração de calor é observada no caso dos cimentos aluminosos, aproximadamente em 60 minutos, curva 1 da Figura 2, Cabe ressaltar que o tempo de pega do cimento aluminoso pode ser ajustado para atender às diversas aplicações por meio do emprego de aditivos retardadores (ácido cítrico ou seus sais, incluindo citrato de sódio) ou aceleradores (um sal de lítio, incluindo carbonato de lítio) do mecanismo de hidratação.
Aditivos retardadores são substâncias químicas que proporcionam um atraso no processo de hidratação do cimento, retardando assim o endurecimento desse material. De uma maneira geral, o mecanismo de atuação desses aditivos é atribuído a um aumento no tempo requerido para que o processo de dissolução das fases anidras do cimento proporcionem os valores de concentrações de Ca2+ e AI(OH)4‘ necessárias para iniciar o período de indução (saturação da solução), principalmente devido à afinidade desses aditivos pelos íons Ca2+.
Ao contrário dos retardadores, os aceleradores são aditivos que proporcionam uma antecipação no processo de hidratação do cimento de aluminato de cálcio, acelerando o seu endurecimento. De uma maneira geral, esses aditivos agem alterando o processo de precipitação dos hidratos, diminuindo o tempo necessário à nucleação devido principalmente à formação de compostos que servem como germes para a nucleação do hidrato. Assim, a nucleação ocorrendo mais facilmente possibilita que a precipitação aconteça assim que o estado de saturação da solução seja atingido.
Teores típicos usados são 0,02 a 0,5% em peso de retardadores em relação ao peso de CAC e 0,005 a 0,1% em peso de aceleradores em relação ao peso de CAC.
Outra característica que explicita as vantagens de uma possível substituição do MTA é o desempenho mecânico. O CAC apresenta resistência â compressão de 30MPa em um período de 24 horas, a qual sobe para 50MPa depois de 15 dias, contra 30MPa avaliado para o MTA. Com a incorporação dos aditivos dispersante e plastificante, a resistência mecânica obtida para o cimento aluminoso alcança 65MPa (15 dias de cura).
Ainda, como um material reparador deve apresentar radiopacidade é realizada a adição de um agente radiopacificador: o óxido de zinco, sem estar limitado a este. Tal aditivo mostra-se como auxiliar nas propriedades físicas do material cimentício da invenção, apresentando a vantagem de não ser tóxico, em comparação ao óxido de bismuto presente no MTA. A adição desse aditivo contribui também para elevar a resistência mecânica para 80MPa, enquanto a resistência do MTA permanece abaixo de 4QMPa (Figura 3).
Além disso, o CAC apresenta uma porosidade muito reduzida quando comparada ao MTA em função da aditivação realizada. Após 15 dias de cura, o cimento aluminoso puro apresenta porosidade geralmente inferior a 21% contra 31% do MTA. Com a adição dos aditivos dispersante e plastificante é verificada uma porosidade inferior a 10% para composição à base do cimento aluminoso. A adição do agente radiopacificador contribui para reduzir ainda mais a porosidade do cimento aluminoso, 4% após 15 dias de cura (Figura 4).
Além da menor porosidade, os cimentos aluminosos apresentam poros com menores diâmetros (0,25-0,55μηη) enquanto o MTA apresenta poros com diâmetro de 2,5pm, ambos medidos pela técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio (Figura 5). O CAC apresenta algumas semelhanças ao MTA. É também um material atóxíco, não carcinogênico e capaz de promover a alcalinização do meio onde está inserido (Figura 6), o que confere a biocompatibilidade desses materiais em relação aos demais materiais comerciais. A alcalinização, resultante da hidratação do CAC, deriva de sua capacidade em dissociar íons Ca2* e OH' tão breve quanto seu contato com a água é efetuado, assim como ocorre com o MTA, tornando o meio inóspito ao crescimento de bactérias e podendo, ainda, favorecer a formação de tecido duro quando utilizado como material reparador. A liberação de fons cálcio no meio é verificada por meio do aumento da condutividade iônica da solução (Figura 7). Os ensaios de pH e condutividade também mostram que o cimento de aluminato de cálcio mostra-se resistente à dissolução enquanto o MTA apresenta uma significativa dissolução que eleva a condutividade do meio, superando a condutividade do cimento aluminoso.
Ensaios biológicos preliminares apontam resultados encorajadores para o uso terapêutico do CAC como um reparador endodôntico: em trabalho piloto de pesquisa microbiológica, foi possível averiguar em modelo “in vitró’ a propriedade dos materiais MTA e CAC de impedir a micro-infiltração bacteriana quando utilizados como obturadores de canais radiculares. Os resultados do controle positivo mostram contaminação, enquanto os negativos apresentaram ausência de contaminação. Ambos os materiais testados (MTA e CAC) mostraram 100% de ausência de crescimento bacteriano, o que lhes atesta a capacidade em prevenir micro-infiltração bacteriana quando usados como obturadores de canais radiculares.
Um segundo ensaio biológico sobre a biocompatibilidade do CAC atesta boas propriedades do material: um estudo piloto “in vitro" teve como intuito avaliar a progressão de cultura primária de células osteogênicas primárias de calvária de ratos em contato com comprimidos de CAC e MTA. Em 3 e 7 dias, o número total de células foi significativamente superior sobre as lamínulas que continham o CAC quando comparado ao MTA. Morfologicamente, as células estavam aderidas e espraiadas sobre a laminula de vidro em ambos os grupos, sendo que uma zona de inibição do crescimento celular era observada próxima apenas ao MTA.
Os resultados da atividade de fosfatase alcalina in situ, pelo método histoquímico do Fast Red, sugerem que em 7 dias, ao final da fase proliferativa da cultura, a presença do CAC favorece a diferenciação de maior número de células da linhagem osteoblástica que expressam fosfatase alcalina quando comparadas ao MTA.
Os materiais utilizados na preparação da composição da presente invenção são produtos comerciais, como cimento de aluminato de cálcio. MTA (cinza ou branco) é utilizado como controle. A composição química do cimento aluminoso é constituída de AI2O3 (> 68,5%), CaO (< 31%), Si02 (0,3-0,8%), MgO (0,4-0,5%) e Fe203 (< 0,3%). O MTA é constituído de 75% de cimento Portland, 20% de óxido de bismuto e 5% de sulfato de cálcio di-hidratado, sendo 0 cimento Portland constituído de Si02 (21,2%), CaO (68,1%), Al203 (4,7%), MgO (0,48%) e Fe203 (1,89%).
Como aditivos são utilizados um dispersante polimérico à base de poliglicol em teor de 0,4 a 0,8% em peso de cimento, preferencialmente 0,6%, um agente plastificante, o CaCh, em teor de 2,0 a 4,0% em peso de cimento, preferencialmente 2,8% e um aditivo radiopacificador, o ZnO, em teor de 20 a 35% em peso de cimento, preferencialmente 25%.
Para misturar o cimento aluminoso e os aditivos o procedimento é como segue: a composição é preparada pela mistura dos aditivos - plastificante, dispersante e radiopacificador - ao pó de cimento aluminoso que, a seguir, passa pela etapa de homogeneização num frasco de moagem na proporção de 40-80g de bolas de AI2O3 para 100g do material. A homogeneização é realizada em misturador duplo-cone pelo período de 1 a 3 horas. O cimento MTA é avaliado apenas como recebido, sem aditivação. É prevista a utilização de outros aditivos visando 0 ajuste do tempo de presa do material (ácido cítrico e carbonato de lítio) com teores típicos de 0,02 a 0,5% em peso de ácido cítrico em relação ao peso de cimento e 0,005 a 0,1% em peso de carbonato de lítio em relação ao peso de cimento. A caracterização físico-química dos materiais é realizada por meio de ensaios de manipulação, de temperatura, de pH e condutividade iônica, de resistência mecânica e de porosidade. A caracterização biológica abrange ensaios histopatológicos “in vitro” e ensaios de micro-infiltração bacteriana, avaliando-se a biocompatibilidade do material por meio da reação celular utilizando culturas de células em contato com os materiais.
Cabe ressaltar que a resistência à compressão do CAC pode superar os 200MPa pela incorporação de técnicas de compactação à pasta do cimento aluminoso que preenche as cavidades dentárias. Isso abre novas perspectivas para a aplicação desse material tais como: obturação de canal radicular e preparo de base cavitária.
Além da elevada resistência mecânica, o CAC pode superar os materiais correntes para essas aplicações em função dos seguintes aspectos: (i) por seu caráter alcalino, não é lesivo â polpa dentária, o que é passível de ocorrer quando se utiliza o fosfato de zinco (caráter ácido); e (ii) não aderir aos instrumentos odontológicos, como se queixam os profissionais quando usam o ionômero de vidro. A indicação do CAC para tais aplicações também se sustenta pelas propriedades apresentadas por esse material como escoamento e viscosidade compatíveis à de um cimento obturador de canal, melhor plasticidade, homogeneidade e condições de trabalho como adequado tempo de presa, induzidas por aditivos específicos. É importante destacar que aumentar a versatilidade pode ampliar o uso do CAC como cimento odontológico. Por sua vez, aumentar o uso significa aumentar a produção e então diluir os demais custos sobre ele incidentes, o que em outras palavras significa redução do preço de venda. Num país como o Brasil, isso permitiría a inclusão de um grande número de pessoas que hoje deixam de ter acesso aos benefícios do cimento odontológico, em função do seu elevado custo atual. A invenção será ilustrada pelos Exemplos a seguir, que não devem ser considerados limitativos da mesma. EXEMPLO 1 Ensaios de manipulação foram realizados a fim de determinar a relação água/cimento para se obter uma massa homogênea e com consistência ideal para aplicação, observadas visualmente. Os ensaios consistiram na mistura do pó dos diferentes tipos de material com água sob uma placa de vidro. Os ensaios também foram realizados na presença dos diferentes aditivos, a fim de verificar a sua influência em relação â consistência dessa massa e teor de água consumido. A relação água/cimento em peso obtida para o CAC foi preferencialmente de 0,32 sendo que a adição de aditivos reduziu essa relação para preferencialmente 0,21. EXEMPLO 2 Ensaios de temperatura em função do tempo foram realizados a fim de medir a cinética de hidratação dos ligantes. Esses ensaios compreenderam o acompanhamento da evolução de calor ao longo do tempo por meio do uso de um termopar inserido nas suspensões aquosas de cimento com relação água/cimento de 1,5, devido às limitações da técnica, O termopar foi conectado a um sistema automático de aquisição de dados (ESA 9800, Matec Applied Sciences - UK). A cinética de hidratação dos ligantes pode ser medida por meio desse ensaio uma vez que a etapa no processo de hidratação do cimento responsável pelo endurecimento (presa) é acompanhada por um aumento de temperatura. As suspensões foram mantidas a uma temperatura de 50°C. O CAC apresentou um tempo de presa ou endurecimento significativamente inferior ao do MTA. A Tabela 1 a seguir compila os dados de temperatura para o cimento de aluminato de cálcio e para o MTA, em função do tempo. TABELA 1 EXEMPLO 3 Ensaios de pH e condutividade iônica foram realizados a fim de caracterizar os materiais endodônticos quanto ao nível de alcalinização do meio e liberação de íons. Foram realizadas medidas de pH das soluções aquosas em equilíbrio com o material ao final do tempo de pega, simultaneamente a medidas de condutividade iônica relacionada à dissociação de íons cálcio.
Suspensões aquosas dos diferentes tipos de cimento foram previamente preparadas com relação água/cimento de 0,35 e moldadas pastilhas (20mm de diâmetro x 10mm de altura). Estas pastilhas foram curadas a 50°C durante 24 horas, secas a 110°C por 72 horas e adicionadas em um porta-amostra contendo 80mL de água. Imediatamente após foram iniciadas as medidas simultâneas de pH e condutividade iônica em função do tempo por meio de sensores inseridos na água. Tais sensores foram conectados a um sistema automático de aquisição de dados (ESA 9800, Matec Applied Sciences - UK). O porta-amostra utilizado foi desenvolvido para permitir o controle da temperatura durante as medidas em 30°C. O CAC apresentou ação antibacteriana devido ao desenvolvimento de pH alcalino semelhante ao MTA. A Tabela 2 abaixo compila os dados de pH em função do tempo para o material CAC puro e para o material de controle, MTA. TABELA 2 O CAC também apresenta biocompatibilidade quando em contato com células e tecidos dada a liberação de íons Ca2*, um dos principais constituintes dos tecidos dentais, verificada pelo aumento da condutividade iônica do meio após tempo de presa.
Os dados de condutividade iônica estão compilados na Tabela 3 abaixo. TABELA 3 EXEMPLO 4 Ensaios de resistência mecânica e porosidade aparente foram realizados a fim de caracterizar os materiais endodônticos quanto a essas propriedades. Suspensões aquosas dos diferentes tipos de cimento com razão água/cimento de 0,35 quando puros e 0,32 na presença de aditivos foram preparadas e moldadas em amostras cilíndricas (20mm de diâmetro x 25mm de altura). Estas amostras foram curadas em câmara climatizada Võtsch 2020, em ambiente saturado (umidade relativa s 100%) com controle de temperatura em 50°C por diferentes períodos de tempo (1, 7, 15 e 30 dias). Amostras úmidas foram submetidas a medidas de resistência mecânica em função do tempo de cura e amostras secas em estufa a 110°C por 3 dias foram submetidas a medidas de porosidade aparente. A resistência mecânica foi medida por meio de ensaios de compressão diametral (ASTM C 496-90) utilizando-se uma máquina de ensaios universal (MTS Systems Corp., modelo 810, USA), a uma taxa de aplicação de carga de 11 N/s, para cinco amostras de cada composição. A resistência mecânica dessas amostras é considerada como o máximo valor de tensão obtido dos testes de compressão, sendo or a tensão de ruptura (MPa), Pmax a força de ruptura (N), L a altura (m)eDo diâmetro da amostra (m), conforme a Equação (2) abaixo: Equação (2) Neste tipo de ensaio, as amostras são submetidas a forças de compressão diametral exercidas pelo equipamento, gerando solicitações de tração no interior da amostra. Conforme a Figura 8, a propagação da trinca D ocorre na direção vertical visto que as tensões de tração principal T atuam perpendicularmente às forças de compressão F aplicadas, atravessando toda a extensão do corpo de prova em forma de cilindro P. O corpo de prova é colocado entre dois espaçadores E. A porosidade aparente é medida aplicando-se o método de Archimedes usando querosene como líquido de imersão (ASTM C 830). Este método consiste em medir o peso seco das amostras (Ps), o peso úmido (Pu) após uma hora de imersão no líquido usado sob vácuo e o peso imerso (Pj) no mesmo líquido. A porosidade aparente é dada pela Equação (3) a seguir: Equação (3) Também foi avaliada a distribuição de tamanho de poros dos diferentes tipos de cimento por meio da técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM). Essa técnica usa os dados da pressão de penetração do mercúrio pelo material para correlacionar os volumes dos poros, e se baseia no fato de que o mercúrio se comporta como um fluido que não molha o material. Em outras palavras, o mercúrio não penetra espontaneamente os poros do material a não ser que se aplique uma pressão sobre ele. O resultado é uma curva que informa qual volume de poros do material foi penetrado pelo mercúrio a uma dada pressão e a sua correlação com o diâmetro de poros. O CAC apresenta resistência mecânica significativamente aumentada pela adição de aditivos dispersantes como ácido cítrico, poliacrilatos e polímeros da família poliglicol. O maior desenvolvimento de resistência mecânica pode ser relacionado à dispersão das partículas de cimento o que resulta numa estrutura mais bem empacotada e menos porosa. Entretanto, na presença de polímeros da família poliglicol obtêm-se os maiores valores de resistência mecânica dado ao superior efeito dispersante o que acarreta em menor consumo de água e formação de fases hidratadas como C3AH6 e AH3. O AH3 apresenta-se como gel ocupando vazios interparticulares 0 que eleva a densidade e, conseqüentemente, a resistência mecânica do material. A resistência do CAC pode ser ainda maior com a adição conjunta dos aditivos píastificante e radiopacificador, constituindo um avanço muito significativo frente à resistência fornecida pelo MTA.
Os dados de resistência mecânica vs. 0 número de dias para o CAC puro, aditivado (dispersante + píastificante) e aditivado com agente radiopacificador estão compilados na Tabela 4 abaixo, que também inclui os dados de resistência mecânica para 0 material controle MTA. TABELA 4 O aumento da resistência mecânica induzido pela aditivação é acompanhado pela redução da porosidade do material, resultando num material com tamanho de poros significativamente menores quando comparado ao MTA. A variação da porosidade com 0 tempo entre 1 e 30 dias está compilada na Tabela 5 a seguir. TABELA 5 A porcentagem acumulada de poros/Porosidade aparente para o CAC aditivado + radiopacíficador em função do diâmetro de poro está compilada na Tabela 6 abaixo, que contém os mesmos dados para o material controle MTA. TABELA 6 EXEMPLO 5 Ensaios microbiológicos de micro-infiltração bacteriana foram realizados a fim de averiguar em modelo Hin vitro” a propriedade dos materiais MTA e CAC de impedir a micro-infiltração bacteriana quando utilizados como materiais obturadores de canais radiculares.
Tubos Falcon foram preparados para o experimento sendo divididos em duas câmaras separadas por um dispositivo contendo um dente humano com canal radícular obturado interligando as duas câmaras (Figura 9). Na Figura 9, (1) é a câmara superior, (2) é a câmara inferior, (3) é a vedação lateral com silicone, (4) é um tubo de resina plástica, (5) é a cultura de microrganismos, (6) é a raiz dentária, (7) é o material obturador de canal radicular e (8) é o meio de transporte RTF. A porção inferior (2) recebe uma quota de fluido de transporte RTF (8), assim, a porção apical da raiz dentária (6) encontra-se em contato com o mesmo, enquanto na câmara superior (1) é vertido o meio de cultura BHI (5) contendo Enterococcus faecalis.
Os frascos foram incubados a 37°C por 30 dias. Após este período os frascos foram abertos e diluições em série foram realizadas. Placas de ágar foram inoculadas com 50pL de cada diluição e incubadas de 24 a 48h em condições gasosas apropriadas. Os resultados atestaram a capacidade do material em prevenir a micro-infiltração bacteriana mostrando 100% de ausência de crescimento de bactérias. EXEMPLO 6 Ensaios histopatológicos “in vitro” foram realizados a fim de avaliar a progressão de cultura primária de células osteogênicas de calvária de ratos em contato com comprimidos de CAC e MTA. Para tal finalidade foram confeccionados discos de cada um dos cimentos com dimensões padronizadas de 5mm de diâmetro e 2mm de altura. Os mesmos foram aderidos ao centro de lamínulas de vidro de 12mm de diâmetro. O conjunto foi esterilizado por raios gama e posteriormente acondicionado em placas de poliestireno de 24 poços. Foram plaqueadas 20000 células/poço, utilizando-se um meio de cultura que favorece a diferenciação osteoblástica. A diferenciação osteoblástica, cuja atividade favorece o início da mineralização da matriz óssea extracelular, foi evidenciada a partir da marcação da fosfatase alcalina pelo método histoqufmico do Fast Red. A estrutura celular, monitorada a partir do citoesqueleto de actina, assim como a densidade de células próximas a corpos de prova foram também avaliados por técnicas histoquímicas com uso de faloidina/DAPl, evidenciando maior densidade de células osteogênicas próximas ao CAC quando comparado ao MTA ao final de 7dias.
Fica evidente para os versados na técnica que diversas alterações podem ser feitas na composição ou métodos de aplicação sem que as mesmas constituam objetos fora do escopo da presente invenção.