J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2009 February ; 88(2): 394–401. doi:10.1002/jbm.b.31095.

Enzymatic Biodegradation of HEMA/BisGMA Adhesives
Formulated With Different Water Content

Elisabet L. Kostoryz1, Kiran Dharmala1, Qiang Ye2, Yong Wang3, Jesse Huber3, Jong-Gu
Park2, Grant Snider3, J. Lawrence Katz2,4, and Paulette Spencer2,4

1Pharmacology & Toxicology Division, School of Pharmacy, University of Missouri-Kansas City, Kansas
City, Missouri
2Bioengineering Research Center, University of Kansas School of Engineering, Lawrence, Kansas
3Department of Oral Biology, School of Dentistry, University of Missouri-Kansas City, Kansas City, Missouri
4Department of Mechanical Engineering, University of Kansas School of Engineering, Lawrence, Kansas

Abstract
Dentin adhesives may undergo phase separation when bonding to wet demineralized dentin. We hypothesized that adhesives exhibiting phase separation will experience enhanced biodegradation of methacrylate ester groups. The objective of this project was to study the effect of enzyme-exposure on the release of methacrylic acid (MAA) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) from adhesives formulated under conditions simulating wet bonding. HEMA/bisGMA(2,2-bis[4(2-hydroxy-3-methacryloyloxy-propyloxy)-phenyl]propane), 45/55 w/w ratio, was formulated with different water content: 0 Wt % (A00), 8 wt % (A08), and 16 wt % (A16). After a three day prewash, adhesive discs were incubated with/without porcine liver esterase (PLE) in phosphate buffer (PB, pH 7.4) at 37°C for 8 days. Supernatants were collected daily and analyzed for MAA and HEMA by HPLC. For all formulations, daily MAA release in the presence of PLE was increased compared to MAA release in PB. HEMA release in the presence of PLE was not detected while HEMA release was consistently measured in PB. A08 and A16 released significantly larger amounts of HEMA compared to A00.
Analysis of the cumulative release of analytes showed that the leachables in PLE was significantly increased (p < 0.05) as compared with that released in PB indicating that MAA release was not only formed from unreacted monomers but from pendant groups in the polymer network. However, the levels of analytes HEMA in PB or MAA in PLE were increased in A08 and A16 as compared with A00, which suggests that there could be a greater loss of material in HEMA/bisGMA adhesives that experience phase separation under wet bonding conditions.
Keywords: dental/craniofacial material; stability; biodegradation; enzyme; phase separated polymer

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J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2009 February ; 88(2): 394–401. doi:10.1002/jbm.b.31095.

Enzymatischer biologischer Abbau von HEMA/BisGMA-Klebstoffen
formuliert mit unterschiedlichem Wassergehalt

Elisabet L. Kostoryz1, Kiran Dharmala1, Qiang Ye2, Yong Wang3, Jesse Huber3, Jong-Gu
Park2, Grant Snider3, J. Lawrence Katz2,4, und Paulette Spencer2,4

1Abteilung Pharmakologie und Toxikologie, Fakultät für Pharmazie, Universität von Missouri-Kansas City, Kansas
City, Missouri
2Bioengineering Research Center, Ingenieurschule der Universität von Kansas, Lawrence, Kansas
3Abteilung für orale Biologie, Fakultät für Zahnmedizin, Universität von Missouri-Kansas City, Kansas City, Missouri
4Abteilung für Maschinenbau, Ingenieurschule der Universität von Kansas, Lawrence, Kansas

Zusammenfassung
Dentinadhäsive können bei der Verklebung mit feuchtem demineralisiertem Dentin eine Phasentrennung erfahren. Wir stellten die Hypothese auf, dass Adhäsive, die eine Phasentrennung aufweisen, einen verstärkten biologischen Abbau der Methacrylatestergruppen erfahren. Ziel dieses Projekts war es, die Auswirkungen einer Enzymexposition auf die Freisetzung von Methacrylsäure (MAA) und 2-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) aus Adhäsiven zu untersuchen, die unter Bedingungen formuliert wurden, die ein Nassbonding simulieren. HEMA/bisGMA(2,2-bis[4(2-Hydroxy-3-methacryloyloxy-propyloxy)-phenyl]propan), 45/55 Gew./Gew.-Verhältnis, wurde mit unterschiedlichem Wassergehalt formuliert: 0 Gew.-% (A00), 8 Gew.-% (A08) und 16 Gew.-% (A16). Nach einer dreitägigen Vorwäsche wurden die Klebescheiben mit/ohne Schweineleberesterase (PLE) in Phosphatpuffer (PB, pH 7,4) bei 37 °C 8 Tage lang bebrütet. Die Überstände wurden täglich gesammelt und mittels HPLC auf MAA und HEMA analysiert. Bei allen Formulierungen war die tägliche MAA-Freisetzung in Gegenwart von PLE im Vergleich zur MAA-Freisetzung in PB erhöht. Die HEMA-Freisetzung in Anwesenheit von PLE wurde nicht nachgewiesen, während die HEMA-Freisetzung in PB durchgängig gemessen wurde. A08 und A16 setzten im Vergleich zu A00 signifikant größere Mengen an HEMA frei.
Die Analyse der kumulativen Freisetzung von Analyten zeigte, dass die Freisetzung von MAA in PLE im Vergleich zur Freisetzung in PB signifikant erhöht war (p < 0,05), was darauf hindeutet, dass die MAA-Freisetzung nicht nur aus nicht umgesetzten Monomeren, sondern auch aus anhängenden Gruppen im Polymernetzwerk gebildet wurde. Allerdings waren die Gehalte der Analyten HEMA in PB oder MAA in PLE in A08 und A16 im Vergleich zu A00 erhöht, was darauf hindeutet, dass es einen größeren Materialverlust in HEMA/bisGMA-Klebstoffen geben könnte, die unter Nassklebungsbedingungen eine Phasentrennung erfahren.

Schlüsselwörter: Dental-/Kraniofazialmaterial; Stabilität; biologischer Abbau; Enzyme; phasengetrenntes Polymer