DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-024-05593-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38441709
تاريخ النشر: 2024-03-05
المؤلف: José Luís Sanz وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب الأسنان الداخلي وعلاجات قنوات الجذر
نظرة عامة
هدفت هذه الدراسة إلى تقييم التوافق الخلوي، والفعالية الحيوية، وتأثيرات مضادة للالتهابات لاثنين من مواد الإغلاق الجديدة القائمة على أسمنت السيليكات الكالسيوم، Bioroot Flow (BrF) و AH Plus Bioceramic Sealer (AHPbcs)، على خلايا جذعية من الرباط اللثوي البشري (hPDLSCs)، مقارنةً بمادة الإغلاق القائمة على الراتنج الإيبوكسي AH Plus (AHP). تم إجراء اختبارات متنوعة، بما في ذلك ارتباط الخلايا، والقدرة على البقاء، والهجرة، وإطلاق السيتوكينات، والتعادل المعدني، باستخدام مستخلصات موحدة من مواد الإغلاق. أشارت النتائج إلى أن كل من BrF و AHPbcs أظهرا تحسينًا كبيرًا في التوافق الخلوي مقارنةً بالتحكم السلبي، بينما أظهر AHP تأثيرات ضارة. ومن الجدير بالذكر أن BrF عزز التمايز العظمي/السمنتوجيني وأظهر قدرات معدنية متفوقة مقارنةً بـ AHPbcs و AHP.
في الختام، كل من BrF و AHPbcs فعالان في تعزيز قدرة hPDLSC على البقاء والتمايز، حيث أظهر BrF قدرة ملحوظة على تعزيز تعادل الخلايا وتقليل تعبير السيتوكين الالتهابي IL-6. توفر هذه الأبحاث أدلة أساسية للتطبيق السريري لهذه المواد القائمة على السيليكات الكالسيوم في علاجات قنوات الجذور، مما يبرز فوائدها المحتملة مقارنةً بمواد الإغلاق التقليدية القائمة على الراتنج الإيبوكسي.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية الجوانب الحرجة لعلاج قنوات الجذور (RCT)، مع التأكيد على أهمية ملء قنوات الجذور بشكل فعال لتحقيق ختم ثلاثي الأبعاد يعزز الشفاء ويمنع إعادة العدوى. تستخدم التقنيات الحالية بشكل أساسي مادة الجوتا بيرشا ومواد الإغلاق السنية، التي يمكن أن تخرج إلى اللثة، مما يتطلب أن تظهر هذه المواد توافقًا خلويًا وحيويًا كافيًا لتجنب الاستجابات الخلوية الضارة. علاوة على ذلك، يجب أن تمتلك مواد الإغلاق السنية المثالية خصائص حيوية نشطة، قادرة على تحفيز ترسيب الهيدروكسيباتيت والتأثير إيجابيًا على خلايا الجذعية السنية (DSCs)، وخاصة خلايا الجذعية من الرباط اللثوي البشري (hPDLSCs) وخلايا الجذعية البشرية من الحليمة القمية (hSCAPs)، التي تعتبر ضرورية لإصلاح وتجديد الأنسجة اللثوية.
تسلط الورقة الضوء على الإمكانات المناعية لمواد الإغلاق السنية، مشيرةً إلى دورها في تعديل الالتهاب وتعزيز شفاء الأنسجة من خلال هجرة وتمايز DSCs المحلية. من بين المواد الحيوية المختلفة، اكتسبت مواد الإغلاق القائمة على السيليكات الكالسيوم (CSSs) شهرة بسبب توافقها الخلوي وخصائصها الحيوية النشطة. تهدف الدراسة بشكل خاص إلى تقييم الخصائص البيولوجية لمادة CSS الجديدة، Bioroot Flow، مقارنةً بمواد الإغلاق المعروفة، AH Plus Bioceramic Sealer و AH Plus القائمة على الراتنج الإيبوكسي، مع التركيز على توافقها الخلوي، وفعاليتها الحيوية، وتأثيراتها المناعية على hPDLSCs.
الطرق
في هذه الدراسة المخبرية، تتبع المنهجية إرشادات “عناصر التقرير المفضلة للدراسات المخبرية في طب الأسنان (PRILE) 2021″، مع وجود قائمة مراجعة مقدمة في الجدول التكميلي 1. شملت الأبحاث مجموعات تجريبية وأخرى ضابطة لتقييم تأثيرات مواد مختلفة على خلايا جذعية من الرباط اللثوي البشري (hPDLSCs). تم استخدام أقراص عينة موحدة مصنوعة من BrF و AHPbcs و AHP، مع خمسة عينات لكل مادة. تم إخضاع hPDLSCs لاختبارات متنوعة لتقييم قدرة الخلايا على البقاء، والهجرة، والتكاثر، وسلامة الهيكل الخلوي، وإطلاق السيتوكينات، مع مقارنة النتائج ضد مجموعة التحكم السلبية المزروعة في DMEM.
لتقييم تعبير علامات العظام، والسمنتوجين، والأسنان، بالإضافة إلى التعادل المعدني، تم زراعة hPDLSCs مع نفس الأقراص الموحدة ومقارنتها بمجموعة التحكم الإيجابية المزروعة في وسط عظام (OsteoDiff). تم تقييم النتائج باستخدام مجموعة من الطرق، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح، واختبار MTT، واختبار شفاء الجروح، والمناعية الفلورية، وELISA، وRT-qPCR، وصبغة Alizarin Red S، مما يوفر تحليلًا شاملاً للاستجابات الخلوية للمواد المختبرة.
النتائج
تشير النتائج إلى أن HPDLSCs (خلايا جذعية من الرباط اللثوي البشري) تظهر ارتباطًا متفوقًا مع BrF (زجاج حيوي) و AHPbcs (دعائم قائمة على الفوسفات الكالسيوم) مقارنةً بـ AHP (هيدروكسيباتيت). من حيث القدرة على البقاء والهجرة/التكاثر، كانت نسب 1:4 BrF و 1:2، 1:4 AHPbcs تتفوق بشكل كبير على AHP ومجموعة التحكم. بالإضافة إلى ذلك، تم تعزيز تنظيم الهيكل الخلوي بشكل ملحوظ في الخلايا المعرضة لـ BrF و AHPbcs مقارنةً بـ AHP.
أظهر تحليل إطلاق السيتوكينات أن تعبير IL-6 كان أقل في الخلايا المعالجة بـ BrF و AHPbcs مقارنةً بالتحكم، بينما أظهر AHP مستويات متوسطة. علاوة على ذلك، أظهر BrF زيادة في تعبير علامة واحدة على الأقل من علامات العظام، أو السمنتوجين، أو الأسنان مقارنةً بمجموعة التحكم. من حيث تشكيل العقد المعدنية، تم تحديد تسلسل الفعالية كالتالي: BrF > AHPbcs > التحكم الإيجابي > التحكم السلبي > AHP، مما يبرز إمكانات BrF في تعزيز التعادل المعدني.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الخصائص البيولوجية لثلاث مواد إغلاق سنية—Bioroot Flow (BrF)، AH Plus Bioceramic Sealer (AHPbcs)، و AH Plus (AHP)—باستخدام خلايا جذعية من الرباط اللثوي البشري (hPDLSCs). شمل إعداد مواد الإغلاق إنشاء أقراص موحدة واستخراج مستخلصات لاختبار السمية الخلوية، وفقًا لإرشادات ISO. أكدت خصائص hPDLSCs على نمط خلايا الجذعية الميزانشيمية من خلال تحليل التدفق الخلوي، حيث أظهرت تعبيرًا عاليًا عن CD73 وCD90 وCD105، بينما كان تعبيرها عن علامات الدم منخفضًا. أشار تقييم السمية الخلوية عبر اختبار MTT إلى أن AHP قلل بشكل كبير من النشاط الأيضي لـ hPDLSC مقارنةً بالتحكم، بينما أظهرت BrF و AHPbcs نتائج قابلة للمقارنة مع التحكم السلبي عند تخفيفات معينة.
استكشفت الدراسة أيضًا الفعالية الحيوية لمواد الإغلاق من خلال RT-qPCR وصبغة Alizarin Red S، كاشفةً أن BrF عزز تعبير علامات العظام والتعادل المعدني مقارنةً بـ AHPbcs و AHP. ومن الجدير بالذكر أن AHP أظهر أقل إمكانات للتعادل المعدني. تم تقييم التأثيرات المناعية من خلال ELISA، حيث أظهرت مستويات مرتفعة من السيتوكينات الالتهابية IL-6 وIL-8 في الخلايا المعالجة بـ AHP. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن BrF و AHPbcs تظهر توافقًا خلويًا وفعالية حيوية ملائمة، بينما يظهر AHP خصائص سامة للخلايا، مما يبرز الحاجة إلى اختيار دقيق لمواد الإغلاق السنية بناءً على تفاعلاتها البيولوجية مع hPDLSCs.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-024-05593-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38441709
Publication Date: 2024-03-05
Author(s): José Luís Sanz et al.
Primary Topic: Endodontics and Root Canal Treatments
Overview
This study aimed to assess the cytocompatibility, bioactivity, and anti-inflammatory effects of two new calcium silicate cement-based sealers, Bioroot Flow (BrF) and AH Plus Bioceramic Sealer (AHPbcs), on human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs), in comparison to the epoxy resin-based sealer AH Plus (AHP). Various assays were conducted, including cell attachment, viability, migration, cytokine release, and mineralization, using standardized eluates of the sealers. The results indicated that both BrF and AHPbcs demonstrated significantly improved cytocompatibility compared to the negative control, while AHP showed detrimental effects. Notably, BrF promoted osteo/cementogenic differentiation and exhibited superior mineralization capabilities compared to AHPbcs and AHP.
In conclusion, both BrF and AHPbcs are effective in promoting hPDLSC viability and differentiation, with BrF showing a pronounced ability to enhance cell mineralization and reduce the inflammatory cytokine IL-6 expression. This research provides foundational evidence for the clinical application of these calcium silicate-based sealers in root canal treatments, highlighting their potential benefits over traditional epoxy resin-based sealers.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the critical aspects of root canal treatment (RCT), emphasizing the importance of effective root canal filling to achieve a three-dimensional seal that promotes healing and prevents reinfection. Current techniques primarily utilize gutta-percha and endodontic sealers, which can extrude into the periodontium, necessitating that these materials exhibit adequate cyto- and biocompatibility to avoid adverse cellular responses. Furthermore, the ideal endodontic sealers should possess bioactive properties, capable of inducing hydroxyapatite precipitation and positively influencing dental stem cells (DSCs), particularly human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs) and human stem cells from the apical papilla (hSCAPs), which are crucial for periodontal tissue repair and regeneration.
The paper highlights the immunomodulatory potential of endodontic sealers, noting their role in modulating inflammation and promoting tissue healing through the migration and differentiation of local DSCs. Among the various biomaterials, calcium silicate-based sealers (CSSs) have gained prominence due to their cytocompatibility and bioactive characteristics. The study specifically aims to evaluate the biological properties of the newly introduced CSS, Bioroot Flow, in comparison to established sealers, AH Plus Bioceramic Sealer and epoxy resin-based AH Plus, focusing on their cytocompatibility, bioactivity, and immunomodulatory effects on hPDLSCs.
Methods
In this laboratory study, the methodology adheres to the “Preferred Reporting Items for Laboratory studies in Endodontology (PRILE) 2021” guidelines, with a checklist provided in Supplementary Table 1. The research involved both experimental and control groups to evaluate the effects of various materials on human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs). Specifically, standardized sample discs made from BrF, AHPbcs, and AHP were utilized, with five samples per material. The hPDLSCs were subjected to various assays to assess cell viability, migration, proliferation, cytoskeleton integrity, and cytokine release, comparing results against a negative control group cultured in DMEM.
To evaluate osteogenic, cementogenic, and odontogenic marker expression, as well as mineralization, hPDLSCs were cultured with the same standardized discs and compared to a positive control group cultured in osteogenic medium (OsteoDiff). The outcomes were assessed using a range of methods, including scanning electron microscopy, MTT assay, wound healing assay, immunofluorescence, ELISA, RT-qPCR, and Alizarin Red S staining, providing a comprehensive analysis of the cellular responses to the tested materials.
Results
The results indicate that HPDLSCs (human periodontal ligament stem cells) exhibit superior attachment to BrF (bioactive glass) and AHPbcs (calcium phosphate-based scaffolds) compared to AHP (hydroxyapatite). In terms of viability and migration/proliferation, the ratios of 1:4 BrF and 1:2, 1:4 AHPbcs significantly outperformed AHP and the control group. Additionally, cytoskeletal organization was notably enhanced in cells exposed to BrF and AHPbcs relative to AHP.
Cytokine release analysis revealed that IL-6 expression was lower in cells treated with BrF and AHPbcs compared to the control, while AHP showed intermediate levels. Furthermore, BrF demonstrated an upregulation of at least one osteogenic, cementogenic, or odontogenic marker when compared to the control group. In terms of mineralized nodule formation, the hierarchy of effectiveness was established as BrF > AHPbcs > positive control > negative control > AHP, highlighting the potential of BrF in promoting mineralization.
Discussion
In this study, the biological properties of three endodontic sealers—Bioroot Flow (BrF), AH Plus Bioceramic Sealer (AHPbcs), and AH Plus (AHP)—were evaluated using human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs). The preparation of the sealers involved creating standardized discs and extracting eluates for cytotoxicity testing, following ISO guidelines. The characterization of hPDLSCs confirmed their mesenchymal stem cell phenotype through flow cytometry, showing high expression of CD73, CD90, and CD105, while low expression of hematopoietic markers. The cytotoxicity assessment via MTT assay indicated that AHP significantly reduced hPDLSC metabolic activity compared to controls, while BrF and AHPbcs showed comparable results to the negative control at certain dilutions.
The study further explored the bioactivity of the sealers through RT-qPCR and Alizarin Red S staining, revealing that BrF promoted higher expression of osteogenic markers and mineralization compared to AHPbcs and AHP. Notably, AHP exhibited the lowest mineralization potential. The immunomodulatory effects were assessed through ELISA, showing elevated levels of pro-inflammatory cytokines IL-6 and IL-8 in AHP-treated cells. Overall, the findings suggest that BrF and AHPbcs demonstrate favorable cytocompatibility and bioactivity, while AHP exhibits cytotoxic properties, underscoring the need for careful selection of endodontic sealers based on their biological interactions with hPDLSCs.