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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Zusammensetzungen
von amorphen bioaktiven Partikeln, die im wesentlichen aus Calcium,
Silicium und Sauerstoff bestehen, und Verfahren zu ihrer Verwendung in
der Behandlung einer Dentin-Überempfindlichkeit.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
ist bekannt, daß Produkte
wie bioaktive Partikel zum Wiederherstellen oder Reparieren von
Defekten in calcifizierten Geweben wie periodentalen Taschen, Extraktionsstellen,
Behandlung einer Dentin-Überempfindlichkeit,
Knochengewebebildung und dgl. verwendet werden können.
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Die
Biokompatibilität
der bioaktiven Partikel im Wiederherstellen oder Reparieren von
Defekten in calcifizierten Geweben wie Knochengewebebildung, ersichtlich
durch enge Apposition von hartem Gewebe an implantierten gläsernen Partikeln,
wurde erstmals 1971 gezeigt. Im speziellen wurde die Verwendung
von bioaktiven Glas ursprünglich
durch Hench et al., J. Biomed. Mater. Res. Symp. 2: 117–141 (1971)
berichtet. Knochen wächst
durch Apposition auf bioaktiven Glas, das neben einer Knochenoberfläche gesetzt
wurde, und neuer Knochen kann anschließend über kurze Distanzen geleitet
werden.
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Granalien
von bioaktiven Glas sind in nachfolgenden Knochengewebebildungs-Anmeldungen
beschrieben worden.
US-Patent
Nr. 4,239,113 beschreibt eine (Zusammensetzung für die Herstellung
von Knochenzement.
US-Patent
Nr. 5,658,332 offenbart ein Verfahren zur Bildung von knöchernen
Gewebe in Defekten an Stellen im appendikularen Skelett oder Stellen,
die reduzierten Metabolismuszustand aufzeigen, wobei bioaktive Glasgranalien
verwendet wurde, die 40 bis 58% SiO
2, 10
bis 20% NaO, 10 bis 30% CaO und 0 bis 10% P
2O
5 enthalten und in der Größe von 200 bis 300 μm reichen.
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Auf
dem Gebiet des Reparierens oder Wiederherstellens von Defekten in
dentalen Geweben sind bioaktive Partikel für die periodontale knöcherne Defektreparatur
verwendet worden (
US-Patent Nr.
4,851,046 ), wobei ein Größebereich von 90 bis 710 μm und ein
Zusammensetzungsbereich von 40 bis 55 Gew.% SiO
2,
10 bis 30 Gew.% CaO, 10 bis 35 Gew.% Na
2O,
2 bis 8 Gew.% CaF
2 und 0 bis 10 Gew.% B
2O
3 verwendet wurden.
US-Patent Nr. 4,851,046 beschreibt
Zusammensetzungen, die Partikel aus bioaktiven Glas verschiedener Größenbereiche
enthalten, zur Verwendung in der periodontalen Anwendung.
US-Patent Nr. 5,204,106 offenbart,
daß Partikel
aus bioaktiven Glas innerhalb des engen Größenbereichs von 280 bis 425 μm ein von
der zuvor beschriebenen unterscheidbaren veränderten biologischen Antwort
entlockt.
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Bioaktive
Partikel sind ebenfalls in der Behandlung einer Dentin-Überempfindlichkeit verwendet
worden. Dentin ist ein hartes jedoch belastbares kalkhaltiges Gewebe,
das den Zahnschmelz mechanisch unterstützt. Das Dentin umschließt und schützt das
Zahnmark. Das Dentin hat ebenfalls eine große Anzahl an kontinuierlichen
Dentinkanälen,
die die Zahnmarkhöhle
mit der Dentin-Zahnschmelz/Zahnzement-Verbindung verbindet. Diese
feinen Dentinkanäle
strahlen aus dem Zahnmark aus. Das Problem der Zahnsensitivität erfolgt, wenn
der Zahnschmelz und der Zahnzement durch entweder unangemessene
orale Hygienehandhabung oder als ein Resultat einer periodentalen
Erkrankung und/oder ihre Behandlung vom Zahn abgenutzt werden. Die Dentinkanäle sind
mit Flüssigkeit
gefüllt,
wobei sie den inneren Kern des Zahns zu der Außenumgebung zeigen. Daher,
wenn sie einem Luftstrom, fühlbarer
oder thermaler Stimulation ausgesetzt werden, werden die Nerven
des Zahnmarks gereizt, was zu der Schmerzempfindung führt. Gemäß einer
vorherrschenden Theorie, der sogenannten hydrodynamischen Theorie,
die den Grund für
ein überempfindliches
Dentin zu klären
versucht, reizt der Stimulus, der durch die Dentinkanäle übertragen
wird, Nerven, die im Zahnmark verteilt sind, was Schmerz in diesen
Bereichen verursacht. Unterdrückung
des empfindlichen Dentins und Verbessern oder Erleichtern des Schmerzes
könnte
durch Versiegelung der Dentinkanäle
erreicht werden, so daß der
Leiter der Erfindung durch physikalische oder chemische Mittel blockiert
wird.
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In
früheren
Anmeldungen, die einen partiellen Verschluß der Dentinkanäle vorsehen,
offenbart
US-Patent Nr. 5,735,942 ("'942-Patent") eine bioaktive Schmelz-abgeleitete
Glaszusammensetzung für
die Behandlung der Zahnüberempfindlichkeit.
Das '942-Patent
offenbart die folgende Zusammensetzung in Gew.%: 40–60 SiO
2, 10–30
CaO, 10–35
Na
2O, 2–8
P
2O
5, 0–25 CaF
2 und 0–10
B
2O
3, mit Teilchengrößen von
weniger als ca. 10 μm,
wobei einige Teilchen ca. 2 μm
oder weniger und einige größer als
2 μm sind.
Das '942-Patent
merkt an, daß 60%
SiO
2, die Höchstgrenze an Silicium für bioaktives
Schmelz-abgeleitetes Glas ist.
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In
einem Schmelz-abgeleiteten Verfahren, gibt es drei Reaktionen, die
zu der Entwicklung einer porösen
hydrierten Kieselgelschicht führen:
Ionenaustausch, Siliciumdioxid-Auflösung und Kondensation der Silanole,
um Siloxan-gebundene hydrierte Siliciumdioxid-Ketten oder -Ringe
zu bilden. Da der SiO2-Gehalt in Schmelz-abgeleiteten
Gläsern
zunimmt, nehmen die Raten dieser Reaktion ab, wodurch die Verfügbarkeit
von Ca+2-Ionen in Lösung reduziert und die Fähigkeit
zur Entwicklung der Kieselgelschicht auf der Oberfläche reduziert
wird. Das Resultat ist die Reduzierung und eventuell Eliminierung
der Bioaktivität
der Schmelz-abgeleiteten Gläser,
da der SiO2-Gehalt 60% erreicht. Das Verfahren erzwingt
enge wirksame kompositionelle Zonen, die die Fähigkeit des Formulierers hindern,
das Material für
eine spezifische Anwendung zu modifizieren und anzupassen.
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Bioaktive
Gläser,
die durch das Schmelz-abgeleitete Verfahren hergestellt werden und
im Stand der Technik ('942-Patent)
gelehrt werden, werden in einem Platin-Schmelztiegel bei hohen Temperaturen,
typischerweise ca. 1350°C
oder so erzeugt. Daher sind Schmelz-abgeleitete Gläser teuer
und schwierig zu Produktionseinrichtungen zu überführen. Das Hochtemperaturverarbeiten
plus die mehrfachen Handhabungsschritte machen das bioaktive Glas,
das durch das Schmelz-abgeleitete Verfahren hergestellt wird, eher
teuer, was die Sachdienlichkeit des Verwendens von bioaktivem Glas
für orale
Gesundheitsprodukte effektiv einschränkt.
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Neben
den hohen Herstellungskosten gibt es andere dem Stand der Technik
inhärenten
Nachteile. Erstens ist es schwierig, die sehr hohe Reinheit, die
für eine
optimale Bioaktivität
benötigt
wird, aufgrund des Schmelz-abgeleiteten Verfahrens selbst und dem
niedrigen Siliciumdioxid- und
hohen Alkali-Gehalt der traditionellen bioaktiven Glaszusammensetzung
zu erhalten. Zweitens, der Stand der Technik benötigt Verfahrensschritte, die
das Mahlen, Polieren, Sintern, Sieben usw. beinhalten, von denen
alle das bioaktive Pulver potentiellen Verunreinigungen aussetzen,
so daß es
sich negativ auf die Bioaktivität
auswirken kann. Drittens gibt es eine kompositionelle Einschränkung, die
sich auf bioaktive Gläser
und Glas-Keramiken,
die durch herkömmliche
Hochtemperaturverfahren erzeugt werden, aufgrund der extrem hohen
Gleichgewichts-Liquidus-Temperatur von SiO2 von
1713°C und
der extrem hohen Viskosität
der Silicatschmelze mit hohem SiO2-Gehalt aufzwängt.
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In
einem anderen Verweis schlägt
das Patent Nr. 5,874,101) (das "'101-Patent") ein bioaktives
Gel vor, das durch ein verbessertes Verfahren hergestellt wird,
einem Sol-Gel-Verfahren, das einen Trocknungsschritt für die Behandlung
von Zahnüberempfindlichkeit
einschließt.
Wie mit existierenden bioaktiven Gläsern und Glas/Keramiken und
wie in dem '942-Patent offenbart,
werden die bioaktiven Gläser
in dem '101-Patent
auf eine spezifische kompositionelle Zone in dem Na2O-CaO-P2O5-SiO2-System
beschränkt,
das hauptsächlich durch
den Siliciumdioxid-Gehalt definiert wird (M. Ogin, F. Ohuchi und
L. L. Hench, Compositional dependence of the formation of calcium
phosphate films an bioglass, J. Biomed. Mater. Res. 1980, 14, 55–64 und
C. Ohtsuki, T. Kokubo, K. Takatsuka und T. Yamamuro, Compositional
dependence of bioactivity of glasses in the system CaO-SiO2-P2O3: its in vitro
evaluation, J. Ceram. Soc. Japan, 1991, 99, 1–6). Das '101-Patent offenbart eine Zusammensetzung
in Gew.% von 40–90
SiO2, 4–5
CaO, 0–10
Na2O, 2–16
P2O5, 0–25 CaF2, 0–4
B2O3, 0–8 K2O und 0–5
MgO.
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Keines
der zuvor genannten Standardtechnikreferenzen stellt bioaktive Partikel
bereit, die einfach und bequem herzustellen sind, und die die Initiierung
von Calcium-haltigem Mineral fördern,
um calcifizierte Mineralgewebe wieder herzustellen und/oder zu reparieren.
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US-Patent Nr. 3,929,493 beschreibt
ein dentales Basismaterial, das ein organisches Säuresalz
von Calcium, suspendiert in einem Netzwerk von Kieselgel, umfaßt.
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AU-B-58436/86 beschreibt
eine lichtundurchlässige
dentale Gruben- und Spalt-versiegelnde Zusammensetzung, die ein
polymerisierbares Acrylharz und einen hydrophoben, präzipitierten,
teilchenförmigen
Siliciumdioxid-Füllstoff,
der Calciumsilicat enthält,
umfaßt,
die sowohl als Suspendiermittel als auch als Trübungsmittel fungiert.
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WO 95/33441 beschreibt
eine Phosphat-freie Zusammensetzung zur Behandlung überempfindlicher Zähne, die
kationisch geladenes Colloid umfaßt (das ein Metallhalogenid,
Oxid, Hydroxid, Silicat oder Acetat umfassen kann).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine anorganische oder organische/anorganische
Gemischzusammensetzung, die im wesentlichen aus CaO und SiO2 besteht, für die Behandlung einer Dentin-Überempfindlichkeit.
Das organische/anorganische Gemischmaterial ist vorzugsweise ein
amorpheres binäres
Oxidmaterial des CaO-SiO2-Systems, das durch
die Zugabe einer löslichen
Calciumquelle zu einem geeigneten Silicium-abgebenden Vorläufer wie
Natriumsilicat hergestellt wurde.
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Die
Erfindung betrifft eine anorganische Zusammensetzung, die im wesentlichen
aus CaO und SiO2 besteht, die, wenn in die
Kanäle
deponiert wird, die Ausbildung eines Calcium-haltigen Minerals innerhalb
der Dentinkanäle
für die
Erleichterung des mit sensitiven Zähnen assoziierten Schmerzes
initiiert.
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Vorzugsweise
sollte die Gemischzusammensetzung eine Teilchengröße im Größenbereich
von ca. 10 μm
oder weniger haben, vorteilhafterweise am meisten im Bereich von
ca. 2 μm
oder weniger.
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Die
bioaktive Zusammensetzung der Erfindung kann aus den amorpheren
Präzipitationen
von anorganischen Materialien hergestellt und/oder erhalten werden.
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In den Zeichnungen
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1 ist
eine Elektronenrastermikrsokopie-Aufnahme (20 KV × 6000 Vergrößerung)
einer unbehandelten Dentinscheibenoberfläche. 2 zeigt
eine ähnlich
hergestellte Dentinscheibenoberfläche nachdem sie mit Materialien,
die durch das Verdünnungs-Präzipitations-Verfahren
hergestellt wurden, behandelt wurde.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfinder haben überraschenderweise
kostengünstige
und in der Herstellung praktische bioaktive Materialien ermittelt,
die Defekte in calcifizierten Geweben wiederherstellen, einschließlich der
Erleichterung von Schmerz, der mit überempfindlichen Zähnen assoziiert
ist. Die Erfinder haben ebenfalls ein bioaktives Glas, das zur Mineralisierung
förderlich
ist, durch Variieren der Verfahrensparameter und der Naßchemie
der Materialien ermittelt.
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Bioaktive teilchenförmige Zusammensetzung.
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Gegenwärtige bioaktive
Materialien, einschließlich
bioaktives Glas, sind auf eine komplizierte Liste von Oxiden, einschließlich P2O5, Na2O,
B2O3, K2O,
MgO, Al2O3, TiO2, Ta2O5 und
fluoriden Salzen, einschließlich CaF2, angewiesen. Wir haben überraschenderweise ermittelt,
daß keim-bildendes Kristallwachstum
durch Verwendung nur eines binären
Oxidsystems initiiert werden kann, das im wesentlichen ausschließlich auf
Si, O und Ca2+ basiert. Die bioaktiven Materialien,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, sind CaO-SiO2-haltige
anorganische Verbundstoffe, die von natürlich vorkommenden Analoga
hergeleitet sind, und sind in der Lage, eine Schicht aus Apatit
oder aus anderen Calcium-haltigen Mineral abzulagern, ähnlich in Zusammensetzung
und Kristallinität
zu solchen Mineralphasen sind, die in normalen Dentin überwiegen,
wenn die Oberfläche
des Materials in Kontakt mit Blut, Speichel oder simulierter Körperflüssigkeit
gebracht wurde.
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Wir
haben ebenfalls ermittelt, daß wir
durch Beibehaltung der Bioaktivität während des Entfernens dieser
Spezien aus der Zusammensetzung die Kosten des Materials erniedrigen
können,
größere Freiheit
im Verarbeiten ermöglichen
und mögliche
organoleptische und toxikologische Probleme eliminieren können. Die
Einfachheit der chemischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung,
die nicht nur im Erreichen der Verarbeitung und Erniedrigung der
Kosten hilft, ermöglicht
jedoch auch eine Flexibilität,
um die Zusammensetzung für
die beabsichtigte Anwendung anzupassen. Wir haben ein Material ermittelt,
das an keimbildendes, Calcium-haltiges Mineral angepaßt ist,
für die
Behandlung eines spezifischen Problems, Zahnempfindlichkeit, und haben
Exzipienten entfernt, die für
die biologische Aktivität
notwendig sein können,
wenn es anderswo im Körper
als ein osteo-induktives Material verwendet wird.
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Anders
als die meisten gegenwärtig
verwendeten bioaktiven Materialien, die zum Teil Einwachsen und Gewebebildung über Osteoblasten
und anderen Hartgewebezellen begünstigen,
benötigen
die Materialien der vorliegenden Erfindung überraschenderweise keine zellulären Hilfsmittel.
Zusätzlich
sind die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
in der Lage, die Präzipitation
von Apatit- und Calcium-haltigem Mineral aus simulierten Körperflüssigkeiten
ohne die Hilfe von Knochen-morphogenen Proteinen, Dentinphosphoproteinen, Odontoblasten
oder ihren Wirtszellen oder einer definierten Collagenmatrix zu
induzieren. Die Fähigkeit
Mineralisierung ohne die Notwendigkeit für organische Hilfsmittel zu
induzieren, optimiert dieses Material für die Verwendung in der Mundumgebung.
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Zusätzlich benötigen viele
dieser gegenwärtig
verwendeten Materialien hochspezialisierte Eigenschaften, wie zum
Beispiel Porosität
und mechanische Stärke,
die für
ihre spezifische klinische Verwendung geeignet sind. Zum Beispiel
haben Li, Clark und Hench gezeigt, daß es eine Minimumrate an Hydroxyapatitbildung
gibt, die notwendig ist, um ein wirksames Mineralisierungsmittel
zu sein, und daß diese
Rate eine Funktion sowohl in der Zusammensetzung als auch der Mikrostruktur
ist (Li et al., "An
Investigation of Bioactive Glass Powders by Sol-Gel Processing,
J. of Applied Biomaterials, Bd. 2, 231–239 [1991]). Die Erfinder
haben überraschenderweise
ermittelt, daß die
Materialien der vorliegenden Erfindung nicht die Porosität und mechanische
Stärke
der Biogläser
im Stand der Technik benötigen,
um in dentalen Anwendungen zu funktionieren, so daß, wenn
in die Kanäle
deponiert, sie die Ausbildung eines Calcium-haltigen Minerals innerhalb
der Dentinkanäle
initiieren.
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Die
Erfinder haben ebenfalls überraschenderweise
ermittelt, daß die
bioaktiven Mineralien der vorliegenden Erfindung über die
kompositionelle Grenze für
Schmelz-abgeleitete Gläser
des Standes der Technik mit einer weniger porösen Mikrostruktur bioaktiv
sind.
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Obwohl
es nicht notwendig ist, können
andere Oxide, einschließlich
P2O5, Na2O, B2O3,
K2O, MgO, Al2O3, TiO2, Ta2O5, und Fluoridsalze,
einschließlich
CaF2, wie allgemein in den Zusammensetzungen
des Standes der Technik benötigt,
zusammen mit dem binären
Oxidsystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Eine
bevorzugte und beispielhafte Anwendung der bioaktiven Materialien
der vorliegenden Erfindung ist in der Behandlung einer Dentin-Überempfindlichkeit. Mikroskopische
Untersuchungen von ausgesetzten empfindlichen Dentin-Oberflächen zeigt,
daß klare
Unterschiede zwischen empfindlichen und nicht-empfindlichen Regionen
des Dentins bestehen. Empfindliches Dentin wird durch offene Kanäle durchdrungen.
Im Gegensatz dazu sind nicht-empfindliche Zahnoberflächen durch
Kanäle
gekennzeichnet, die von der äußeren Umgebung
durch natürlich
vorkommende Mineralablagerungen oder Beschichtungen abgedichtet
sind. Wir haben ermittelt, daß,
wenn einmal an die Dentin-Oberfläche
gebunden oder innerhalb der Kanäle
deponiert, das amorphe Material der vorliegenden Erfindung eine
Keimbildung und Mineralisierung initiiert, die durch die Speichelumgebung
stimuliert wird, was den Kanal vom äußeren Stimulus durch Ablagerung
einer Schicht von Apatit oder eines anderen Calcium-haltigen Minerals,
das ähnlich
zu nativem Zahnmineral in Zusammensetzung und Kristallinität ist, versiegelt.
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Geeignete
Träger
für die
Verwendung mit der Zusammensetzung zur Verwendung in der Behandlung von
Dentin-Überempfindlichkeit
sind vorzugsweise Hydroxylgruppen-haltige Materialien wie Wasser,
Polyole und Gemische daraus. Polyole, des öfteren als Humectante bezeichnet,
schließen
Glycerin, Sorbit, Propylenglykol, Xylit, Polypropylenglykol, Polyethylenglykol,
hydrierter Maissirup und Gemische daraus ein. Besonders bevorzugt
als der Träger
wird ein Flüssiggemisch
aus 3–30%
Wasser, 0–90%
Glycerin und 0–80%
Sorbit. Im allgemeinen wird die Menge des Trägers von ca. 25 bis 99,9 Gew.%,
vorzugsweise von 70 bis 95 Gew.% reichen.
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Wenn
die Zusammensetzung dieser Erfindung in der Form einer Zahnpasta
oder eines Gels für
die Behandlung von Dentin-Überempfindlichkeit
sind, wird typischerweise ein natürliches oder synthetisches
Verdickungsmittel in einer Menge von ca. 0,1–10 Gew.%, vorzugsweise ca.
0,5–5
Gew.% eingeschlossen sein. Verdicker können Hydroxypropylmethylcellulose,
Hydroxyethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose, Xanthangummi,
Tragacanthgummi, Karayagummi, Gummi arabicum, Irisch Moos, Stärke, Alginate
und Carragene einschließen.
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Tenside
sind normalerweise in Zusammensetzungen für die Behandlung von Dentin-Überempfindlichkeit
eingeschlossen. Diese Tenside können
vom anionischen, nichtionischen, kationischen oder amphoteren Typ
sein. Besonders bevorzugt werden Laurylsulfat, Natriumdodecylbenzolsulfonat
und Natriumlaurylsarcosinat. Tenside liegen normalerweise in einer
Menge von ca. 0,5–80
Gew.% vor. Für
den Antikariesschutz wird normalerweise eine Fluoridquelle in der
oralen Zusammensetzung vorliegen. Fluoridquellen schließen Natriumfluorid,
Kaliumfluorid, Zinnmonofluorphosphat, Calciumfluorid, Zinnfluorid
und Natriummonofluorphosphat eine. Diese Quellen sollten von ca.
25–3500
ppm Fluoridion freisetzen. Die Antikariesmittel werden in einer Menge
von ca. 0,05–3,0
Gew.%, vorzugsweise ca. 0,5–1,0
Gew.% vorliegen.
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Geschmacksstoffe,
die normalerweise in oralen Gesundheitszusammensetzungen vorliegen,
sind solche, die auf Ölen
der grünen
Minze und Pfefferminze basieren. Beispiele für andere Geschmacksstoffe schließen Menthol,
Nelke, "Wintergreen", Eukalyptus und
Anissamen ein. Geschmacksstoffe können in einer Konzentration
von ca. 0,1–5,0%
reichen. Süßstoffe
wie Saccharin, Natriumcyclamat, Aspartam, Saccharose und dgl. können in
Mengen von ca. 0,1 bis 5,0 Gew.% eingeschlossen sein. Andere Zusätze können eingeschlossen
sein, einschließlich
Konservierungsmittel, Silicone, andere synthetische oder natürliche Polymere,
Anti-Gingivitismittel, Anti-Tartarmittel, weißmachende Mittel und andere
gewünschte
Produkte, die oft in einer herkömmlichen
Zahnpasta gefunden werden, wie zum Beispiel Backpulver und Peroxid.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, daß diese Materialien mit herkömmlichen
Desensibilisierungsmitteln, wie zum Beispiel Kaliumnitrat, Kaliumchlorid
und Kaliumbicarbonat, sowie mit neuen Desensibilisierungsmitteln,
wie solche in
US-Patent Nr. 5,589,159 beschrieben,
kompatibel sind.
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Zahlreiche
Träger
liegen für
die orale Übertragung
der aktiven Mittel in der Behandlung der Dentin-Überempfindlichkeit vor, einschließlich, jedoch
nicht einschränkend,
Pasten, Gele, Spülungen,
Pulver, Gummis, Zahnseide, Aufschlämmungen und Lösungen,
und obwohl jede nicht beschrieben ist, ist sie innerhalb des Umfangs
der vorliegenden Erfindung.
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Herstellung.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Materialien einfach herzustellen
sind, was die kostenreichen und zeitbenötigenden Verarbeitungsverfahren,
die mit den Schmelz-abgeleiteten und Sol-Gel-abgeleiteten bioaktiven Materialien
des Standes der Technik beinhaltet sind, eliminiert. Das Verfahren der
vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung der bioaktiven Materialien
der vorliegenden Erfindung, die ausschließlich auf Si, O und Ca2+ basieren, verwendet werden.
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Präzipitations-basierendes
Verfahren zur Herstellung von anorganischen Partikeln
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In
dem am meisten bevorzugten Verfahren des Präzipitationsverfahrens, einem "Verdünnungs-Präzipitationsverfahren", wird ein amorpheres
anorganisches CaO-SiO2-Material durch die
Reaktion einer verdünnten
Siliciumquelle, d. h. einer wäßrigen Kalium-
oder Natriumsilicat-Lösung,
mit einer löslichen
Calciumquelle, wie zuvor beschrieben, hergestellt. Dieses Verfahren
ermöglicht
die Manipulation sowohl der Zusammensetzung des Endpräzipitats
als auch die physikalischen Eigenschaften wie die Endgröße oder
Konzentration. Für die
Materialien, die durch dieses Verdünnungsverfahren hergestellt
werden, wurde ermittelt, daß sie
sehr gut in sowohl einer wäßrigen Dispersion
als auch prototypischen Zahnpastazusammensetzungen funktionieren, wie
durch die hydraulischen Konduktionstests und SEMS bestätigt, wie
in 1 und 2 gezeigt (zwei ähnlich hergestellte
Dentin-Oberflächen,
unbehandelt und behandelt).
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In
dem Präzipitations-basierenden
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann Natriumsilicat [CAS# 1344-08]
als die Silicium-Quelle vertreten sein. Der Zusatz einer angemessene
Menge einer löslichen
Calciumquelle, d. h. Ca(NO3)2,
zu einer Lösung
aus Natriumsilicat präzipitiert
ein Calcium-haltiges Silicat aus, dessen Zusammensetzung zu den
zuvor beschriebenen Materialien ähnlich
ist. Die Menge an Ca+ +,
die zu der Silicat-Lösung
zugegeben wird, wurde durch sowohl stöchiometrische Berechnungen
als auch experimentellen Aufbau bestimmt.
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Das
Präzipitations-basierende
Verfahren der vorliegenden Erfindung hat mehrere Vorteile gegenüber anderen
Verfahren. Dieses Verfahren erzeugt keine Nebenprodukte, die das
Endprodukt nach Einführung
in eine Standardzahnpasta kontaminieren können, d. h. Ethanol oder rückständiges TEOS.
Zusätzlich
ist die Chemie der Reaktion in diesem Verfahren so, daß die Teilchengröße einfacher
während
der Reaktion kontrolliert werden kann, wodurch der Bedarf für weitere
Größenreduzierung
und Mahlungsschritte eliminiert werden, die nicht nur kostenintensiv
sind, sondern auch die Möglichkeit
einer Kontamination des Endprodukts erhöhen kann. Des weiteren benötigt die
Reaktion nur zwei Bestandteile, Natriumsilicat und die angemessene
Calciumquelle. Beide dieser Chemikalien sind leicht von kommerziell
Chemieausstattungsfirmen erhältlich
und sind relativ kostengünstig
im Vergleich zu den anderen Verfahren.
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In
diesem Verfahren benötigt
das Material, wenn einmal präzipitiert
und von dem zurückgebliebenen Lösungsmittel
getrennt, weder spezielle Aufbereitung, einschließlich Waschen,
Trocknen bei hoher Hitze oder überkritischem
Trocknen, noch beinhaltet das Material ein Calcinationsverfahren
oder eine Extraktion eines organischen Lösungsmittels.
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Es
ist zusätzlich
bevorzugt, obwohl nicht kritisch, daß in dem Verfahren das präzipitierte
Material chemisch kontrolliert wird, um amorphes Material von kleinem
Teilchengrößenbereich
herzustellen, um so kein zusätzliches
Vermahlen, Mahlen oder Größenreduzieren
zu benötigen.
Daher umgeht man die Möglichkeit
einer Probenkontamination und zusätzlicher Verarbeitungskosten.
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Das
bevorzugte Verfahren der chemischen Reaktionen, das unter ambienten
Bedingungen durchgeführt
wird, erzeugt ein hochporöses,
Calcium-haltiges
Siliciumdioxid, das ähnlich
in der biologischen Aktivität ist,
wie das durch das traditionelle Sol-Gel-Verfahren hergestellte bioaktive
Glas. Dieses anorganische Material ähnelt nicht dem hitzezusammengebackenen
bioaktiven Glasmaterial, das gegenwärtig durch andere Wege erhältlich ist.
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Es
wird besonders bevorzugt, daß die
Reaktion ein Calcium-haltiges Oxidmaterial erzeugt, das einzig auf
einem Zwei-Komponenten-System, CaO-SiO2, basiert,
und daß die
Reaktion bei Raumtemperatur in Lösungsmitteln,
die auf dem Gebiet der Gesundheitspflege bekannt sind, als auch
sicher und dem Personal von Produktionseinrichtungen bekannt sind,
erfolgt.
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Die
bioaktiven Materialien, die in den folgenden Beispielen hergestellt
werden, sind für
orale Gesundheitszusammensetzungen zur Verwendung in der Behandlung
einer Dentin-Überempfindlichkeit
geeignet.
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Beispiele
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Die
folgenden Beispiele werden nur für
illustrative Zwecke bereitgestellt.
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In
Beispielen, die für
die Behandlung von Dentin-Überempfindlichkeit
angepaßt
sind, wurden Experimente unter Verwendung eines modifizierten in-vitro-Modells der
Dentin-Empfindlichkeit durchgeführt,
das im
US-Patent 5,270,031 beschrieben
ist. In dieser Methode werden intakte humane Weisheitszähne frei
von Karies oder Wiederherstellung, senkrecht zu der Längsachse
des Zahns mit einer Metallsäge
in Abschnitte von ungefähr
1 mm Dicke geschnitten. Abschnitte, die Dentin enthalten und frei
von Zahnschmelz sind, werden für das
Testen zurückgehalten.
Diese Abschnitte werden dann mit einer EDTA(Ethylendiamintetraessigsäure)-Lösung geätzt, um
die Schleimschicht zu entfernen. Die Scheibe wird in eine Split-Kammervorrichtung,
wie in Dental Research 57:187 (1978) berichtet, montiert. Diese
besondere Leckprüfungskammer
wird an ein unter Druck stehendes Flüssigkeitsreservoir angeschlossen,
das eine Gewebekulturflüssigkeit
enthält,
mit der Absicht, die Osmolarität
der menschlichen Körperflüssigkeit
nachzuahmen. Durch Verwendung eines Gemisches von unter Druck stehendem
N
2- und CO
2-Gas
kann die Flüssigkeit
auf physiologischen pH gehalten werden. Die Vorrichtung schließt eine
Glaskapillarröhre
ein, die auf ein Lineal oder einem anderen Meßinstrument montiert ist. Eine
Luftblase wird in die Glaskapillarröhre injiziert und durch Messung
der Verdrängung
der Blase als eine Funktion der Zeit kann der Flüssigkeitsfluß durch
die Dentinscheibe gemessen werden. Es ist berichtet worden, daß die Flüssigkeit
eigentlich aus den Dentinkanälen
aus dem Inneren eines normalen Zahns fließt.
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Gemäß Messungen
der Grundlinie des Flüssigkeitsflusses
in der Dentinscheibe wird das experimentelle Gemisch, die Zahnpasta,
das Gel oder das Mundwasser auf die äußere Scheibenoberfläche in einer
Weise aufgetragen, die ihre klinische Verwendung nachahmen würde. Nach
einer definierten Anwendungszeit wird das experimentelle Material
abgewaschen und die hydraulische Leitfähigkeit nach Anwendung (lpacute)
gemessen. Auf diese Weise können
zahlreiche experimentelle Materialien sowohl alleine als auch als
Komponenten der Endprodukte auf ihre Fähigkeit getestet werden, den
Flüssigkeitsfluß in den
Dentinkanälen
zu hemmen. Der Prozentwert der Flußreduzierung, der durch die
Anwendung des experimentellen Materials induziert wird, kann dann
berechnet werden.
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Für alle gegebenen
Beispiele war Speichelinkubation notwendig, um die Flußreduzierung
zu erreichen. Zum Zweck der Untersuchung des Mineralisierungspotentials
neuer Mittel wird eine verlängerte
Zeit sowie eine Modifizierung der Standardmessung der hydraulischen
Leitfähigkeit
des Dentins notwendig. Nachdem anfänglich Post-Anwendungsmessungen
genommen werden, wird die Split-Kammer von der Apparatur entfernt
und ein Reservoir an steril-filtriertem humanen Speichel wird an
die Kammer angeschlossen, was der Flüssigkeit erlaubt, die behandelte
verschlossene Dentinoberfläche
zu waschen. Das Äußere der
Kammer wird in Parafilm eingewickelt, um Luftkontakt und resultierenden
Flüssigkeitsverlust
zu verhindern. Die Einheit wird dann in einen Inkubator plaziert,
der auf Körpertemperatur
gehalten wird. Nach einer ausreichenden Zeit wird die Einheit entfernt,
das Speichelreservoir entleert und die Split-Kammer an die hydraulische
Leitfähigkeitsappraratur
wieder angeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Dentin-Flüssigkeitsfluß erneut
gemessen werden und das experimentelle Material kann wiederverwendet
werden. In den nachfolgenden Beispielen wurden die Flußreduzierungen
nach drei Behandlungen und 40 Stunden Speichelinkubation erhalten.
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In
den nachfolgenden Beispielen wie durchweg in dieser Beschreibung
und den Ansprüchen,
sind alle Temperaturen in Grad Celsius und alle Teile und Prozentsätze sind,
soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen.
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Beispiel 1 (Präzipitations-basierendes Verfahren
zur Herstellung anorganischer Partikel)
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Ein
Präzipitat
wurde unter Verwendung kommerziell erhältlicher Calciumnitrat- und
Natriumsilicat-Lösungen
hergestellt. zu 72,8 Gew.% einer 40%igen Natriumsilicat-Lösung wurden
27,2 Gew.% einer 75%igen Calciumtetrahydrat-Lösung in entionisiertem Wasser
hinzugegeben, wobei der Mischer bei Hochgeschwindigkeit lief, um
eine maximale Agitation zu der Natriumsilicat-Lösung bereitzustellen. Die Präzipitation
erfolgte sofort. Das Präzipitat
(Calciumsilicat, anorganisches Präzipitat oder "CSIP") wurde für 40 Stunden
bei 60°C
getrocknet.
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In
Beispiel 1 wurde die CSIP-Teilchengröße durch Vermahlung reduziert
(z. B. unter Verwendung einer "air
impact mill", "simple ball mill", usw.). Jedoch ist
es möglich,
die Teilchengröße durch
Veränderung
des pHs oder durch Verdünnung
der Natriumsilicat-Lösung
zu verändern,
während
die hohe Calciumnitrat-Konzentration beim Erniedrigen der Endteilchengröße des Präzipitats
beibehalten wird. Die außerordentliche
Kanalverschlußeffizienz
wurde sowohl durch hydraulische Leitfähigkeit als auch durch SEMs
beurteilt, wie in 1 und 2 gezeigt
(unbehandelt und behandelt mit der Zusammensetzung aus Beispiel
1).
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Beispiel 2
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Eine
Zahnpastazusammensetzung, die ferner in der Erleichterung des Schmerzes
hilft, wenn auf überempfindlichen
Zähnen
verwendet, wurde unter Verwendung der folgenden Formulierung hergestellt.
Das für jeden
Bestandteil gegebene Gew.% basiert auf einen Wert von 100% der gesamten
Formulierung.
Bestandteil | Gew.% |
Wasser | 48,4 |
Calciumsilicat
(abgeleitet von einer Natriumsilicat-Lösung
[1344-09-8] und Ca(NO2)2 [13477-34-4]) | 5,0 |
Natriumlaurylsarcosinat | 0,4 |
Natriumsaccharin | 0,3 |
Natriumfluorid | 0,2 |
Hydroxyethylcellulose | 2,3 |
Hydriertes
Lithiumdioxid, aggressiv | 6,0 |
Natriumlaurylsulfat | 1,3 |
Glycerin | 23,0 |
Hydrierter
Siliciumdioxid-Verdicker | 8,0 |
Pfefferminzöl | 0,2 |
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Beispiel 3
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Formulierungen
einer medizinischen Mundwäsche
und oralen Fluoridspülung
sind wie folgt in Gew.% (eingestellt auf pH 6).
Bestandteil | Medizin-Typ | Oral/Fluorid |
Präzipitiertes
anorganisches Material | 1,0 | - |
Ethylalkohol | 15,0 | - |
Glycerin | 20,0 | 15,0 |
Polyethylenglykol | 0,5 | - |
Wasser | 61,5 | 73,5 |
Caramelfarbe | bis
zur gewünschten Farbstufung | - |
Natriumsaccharin | 0,03 | 0,05 |
Ormosil | - | 2,0 |
Alkohol | - | 5,0 |
Öl der grünen Minze | - | 0,25 |
Poloxamer
338 | - | 1,0 |
Natriumfluorid | - | 0,05 |
Natriumbenzoat | - | 0,1 |
FD&C-Farbstoffe | - | bis
zur gewünschten Farbe |