DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04808-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39277754
تاريخ النشر: 2024-09-14
المؤلف: Marwa Samir Naga وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب الأسنان الداخلي وعلاجات قنوات الجذر
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تطوير هيدروجيل ألجينات قابل للحقن يتضمن جزيئات زجاج حيوي مسامي (MBG NPs) وجزيئات زجاج حيوي مسامي مشوبة بالبوراون (BMBG NPs) كمادة تعبئة تجديدية لإجراءات بلب الأسنان. تحتوي الضمادات التقليدية للجروح على قيود مثل تأخر التصلب، السمية الخلوية، والتكاليف العالية، مما دفع لاستكشاف الهياكل المركبة في طب الأسنان التجديدي. تم إعداد هيدروجيل الألجينات بتركيزات مختلفة من الجزيئات النانوية وتمت دراستها باستخدام تقنيات مثل FTIR، SEM، واختبارات السمية الخلوية. تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه مع تعديلات بونفيروني.
أشارت النتائج إلى أن مجموعات الألجينات/BMBG أظهرت زيادات ملحوظة في المسامية وامتصاص الماء (حوالي 800%)، إلى جانب تعزيز النشاط الحيوي كما يتضح من تكوين هيدروكسيباتيت مع نسبة Ca/P قابلة للمقارنة مع هيدروكسيباتيت ستوكيومتري. على الرغم من أن حيوية الخلايا انخفضت مع زيادة تركيزات الجزيئات النانوية، إلا أنها ظلت فوق العتبة المقبولة البالغة 70%. تؤكد النتائج على الدور المفيد للبوراون في تعزيز خصائص الهيدروجيل، خاصة في مجموعة 20 wt% BMBG NPs، التي أظهرت تأثيرات غير سامة خلوياً وإمكانات حيوية متفوقة. تختتم الدراسة بأن هيدروجيل الألجينات/BMBG NPs يظهر وعداً لتجديد الأنسجة في علاج لب الأسنان الحيوي، مما يستدعي مزيداً من الدراسات الحية لتقييم قابليته السريرية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للحفاظ على حيوية اللب في طب الأسنان الترميمي، خاصة من خلال بلب الأسنان، الذي يساعد في شفاء لب الجذر وتكوين ختم نسيج شبيه بالعاج. على الرغم من استخدام أدوية مختلفة مثل هيدروكسيد الكالسيوم ومواد التجميع المعدنية (MTA)، لم يظهر أي منها كحل مثالي، مما دفع للبحث عن مادة حيوية متوافقة تلبي المتطلبات اللازمة لبلب الأسنان التجديدي الفعال. تقترح الدراسة نهج هندسة الأنسجة القائم على الهياكل، باستخدام هيدروجيلات قابلة للحقن تحاكي المصفوفة خارج الخلوية، لتسهيل تجديد الأنسجة السنية.
من بين المواد المدروسة، تبرز هيدروجيلات الألجينات بسبب توافقها الحيوي، وقابليتها للتحلل الحيوي، وقدرتها على دعم التجديد السني. بالإضافة إلى ذلك، تُلاحظ جزيئات زجاج حيوي نانوية (BG-NPs) ونظائرها المسامية (MBG NPs) لزيادة نشاطها الحيوي وإمكاناتها التجديدية. إن دمج البوراون في BGs يعزز خصائصها، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات السنية. تهدف الدراسة الحالية إلى تطوير وتصنيف هيدروجيل مركب جديد قابل للحقن محمل بجزيئات MBG NPs بتركيزات مختلفة (10 و20 wt%)، وتقييم خصائصه الفيزيائية والكيميائية وحيوية الخلايا كمادة تعبئة واعدة لبلب الأسنان التجديدي.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام ما مجموعه 35 قرص هيدروجيل لأغراض التصنيف في بيئة مختبرية محكومة (في المختبر). تم حساب حجم العينة لكل مجموعة ليكون 6، مع إنشاء 7 مجموعات إجمالاً لتقليل الأخطاء الإجرائية في المختبر. تم تحديد حجم العينة بناءً على خطأ ألفا بنسبة 5% وقوة دراسة بنسبة 80%، باستخدام GPower 3.1.9.4 للحسابات. تم تصنيف العينات إلى مجموعتين رئيسيتين بناءً على تحميل هيدروجيل الألجينات بالصوديوم بجزيئات زجاج حيوي مسامي (MBGNPs): تتكون المجموعة الأولى من هيدروجيل الألجينات بالصوديوم غير المحمل (تحكم) مع 7 عينات، بينما تضمنت المجموعة الثانية هيدروجيل الألجينات بالصوديوم المحمل بجزيئات MBGNPs، والتي تتكون من 28 عينة.
تم تقسيم المجموعة الثانية إلى مجموعتين فرعيتين وفقًا لنوع جزيئات MBGNPs: احتوت المجموعة الفرعية IIA على هيدروجيل الألجينات بالصوديوم مع NT-MBG 58S3.6 (14 عينة)، بينما تضمنت المجموعة الفرعية IIB هيدروجيل الألجينات بالصوديوم مع NT-MBG 44S3.6 B14 المشوبة بالبوراون (14 عينة). تم تقسيم كل من هذه المجموعات الفرعية أيضًا بناءً على تركيز جزيئات MBGNPs إلى مجموعتين فرعيتين إضافيتين: المجموعة الفرعية IIA1 وIIA2 مع 10 wt% و20 wt% NT-MBG 58S3.6، على التوالي، والمجموعة الفرعية IIB1 وIIB2 مع 10 wt% و20 wt% NT-MBG 44S3.6 B14، على التوالي. تم استخدام إجراءات التخصيص العشوائي لتجميع جميع العينات، مما يضمن نهجاً منهجياً لتصميم التجربة (انظر الجداول 1 و2 للتفاصيل).
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من التجارب التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغير المستقل والمتغير التابع، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر حجم التأثير المحسوب تأثيراً كبيراً، مما يعزز الفرضية المقترحة في الدراسة.
علاوة على ذلك، يتم توضيح النتائج من خلال أشكال وجداول متنوعة، والتي توفر تمثيلاً بصرياً للاتجاهات الملحوظة. من الجدير بالذكر أن تحليل التباين (ANOVA) يشير إلى أن الفروق بين المجموعات ذات دلالة، حيث تؤكد الاختبارات اللاحقة مقارنات زوجية محددة. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الجسم المعرفي القائم وتقترح تداعيات محتملة للبحوث المستقبلية في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم بنجاح تخليق هيدروجيل الألجينات بالصوديوم القابل للحقن وتصنيفه للاستخدام المحتمل في تجديد العاج. تم تحديد التركيبة المثلى لتتكون من 7 wt% من الألجينات بالصوديوم و20 wt% من كلوريد الكالسيوم، مما أدى إلى هيدروجيل بوقت تصلب قدره 15 دقيقة، وقابلية حقن معتدلة، وخصائص فيزيائية كيميائية ملائمة مثل اللزوجة، والرقم الهيدروجيني، ونسبة الانتفاخ، والانحلال المائي. تم تعزيز الهيدروجيل بشكل أكبر من خلال دمج جزيئات زجاج حيوي مسامي (MBG NPs) بتركيزات 10 wt% و20 wt%، مما حسن من سلامته الهيكلية ونشاطه الحيوي.
تم استخدام تقنيات التصنيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، لتحليل التركيب الكيميائي للهيدروجيل وخصائص سطحه. أشارت النتائج إلى أن دمج جزيئات MBG NPs زاد بشكل كبير من المسامية والنشاط الحيوي للهيدروجيل، حيث أظهرت الأنواع المشوبة بالبوراون أداءً متفوقاً من حيث إطلاق الأيونات والنشاط الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدراسات في المختبر أن مستخلصات الهيدروجيل حافظت على حيوية الخلايا فوق العتبة المقبولة، مما يشير إلى توافق حيوي. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانيات هذا الهيدروجيل القابل للحقن كمادة واعدة للتطبيقات السنية التجديدية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04808-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39277754
Publication Date: 2024-09-14
Author(s): Marwa Samir Naga et al.
Primary Topic: Endodontics and Root Canal Treatments
Overview
This study investigates the development of a novel injectable alginate hydrogel incorporating mesoporous bioactive glass nanoparticles (MBG NPs) and boron-doped MBG NPs (BMBG NPs) as a regenerative filling material for pulpotomy procedures. Traditional wound dressings have limitations such as delayed setting, cytotoxicity, and high costs, prompting the exploration of composite scaffolds in regenerative dentistry. The alginate hydrogels were prepared with varying concentrations of nanoparticles and characterized using techniques such as FTIR, SEM, and cytotoxicity assays. Statistical analysis was performed using One-Way ANOVA with Bonferroni adjustments.
Results indicated that the alginate/BMBG groups demonstrated significant increases in porosity and water uptake (approximately 800%), alongside enhanced bioactivity evidenced by hydroxyapatite formation with a Ca/P ratio comparable to stoichiometric hydroxyapatite. Although cell viability decreased with higher concentrations of nanoparticles, it remained above the acceptable threshold of 70%. The findings underscore the beneficial role of boron in enhancing the hydrogel’s properties, particularly in the 20 wt% BMBG NPs group, which exhibited non-cytotoxic effects and superior bioactive potential. The study concludes that the alginate/BMBG NPs hydrogel shows promise for tissue regeneration in vital pulp therapy, warranting further in vivo studies to evaluate its clinical applicability.
Introduction
The introduction highlights the critical role of maintaining pulp vitality in restorative dentistry, particularly through pulpotomy, which aids in healing the radicular pulp and forming a dentin-like tissue seal. Despite various medicaments like calcium hydroxide and Mineral Trioxide Aggregate (MTA) being utilized, none have emerged as ideal solutions, prompting the search for a biocompatible biomaterial that meets the requirements for effective regenerative pulpotomy. The study proposes a scaffold-based tissue engineering approach, utilizing injectable hydrogels that mimic the extracellular matrix, to facilitate the regeneration of dental tissues.
Among the materials considered, alginate hydrogels stand out due to their biocompatibility, biodegradability, and ability to support dental regeneration. Additionally, bioactive glass nanoparticles (BG-NPs) and their mesoporous variants (MBG NPs) are noted for their enhanced bioactivity and regenerative potential. The incorporation of boron into BGs further improves their properties, making them suitable for dental applications. The current study aims to develop and characterize a novel injectable alginate composite hydrogel loaded with MBG NPs at varying concentrations (10 and 20 wt%), assessing its physicochemical properties and cell viability as a promising filling material for regenerative pulpotomy.
Methods
In this study, a total of 35 hydrogel discs were employed for characterization purposes in a controlled laboratory setting (in-vitro). The sample size for each group was calculated to be 6, with a total of 7 groups established to mitigate laboratory procedural errors. The sample size determination was based on an alpha error of 5% and a study power of 80%, utilizing GPower 3.1.9.4 for calculations. The specimens were categorized into two primary groups based on the loading of sodium alginate hydrogel with mesoporous bioactive glass nanoparticles (MBGNPs): Group I consisted of an unloaded sodium alginate hydrogel (control) with 7 samples, while Group II included sodium alginate loaded with MBGNPs, comprising 28 samples.
Group II was further divided into two subgroups according to the type of MBGNPs: Subgroup IIA contained sodium alginate with NT-MBG 58S3.6 (14 samples), and Subgroup IIB included sodium alginate with boron-doped NT-MBG 44S3.6 B14 (14 samples). Each of these subgroups was additionally split based on the concentration of MBGNPs into two further subgroups: Subgroup IIA1 and IIA2 with 10 wt% and 20 wt% NT-MBG 58S3.6, respectively, and Subgroup IIB1 and IIB2 with 10 wt% and 20 wt% NT-MBG 44S3.6 B14, respectively. Random allocation procedures were employed to group all specimens, ensuring a systematic approach to the experimental design (refer to Tables 1 and 2 for details).
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experiments conducted. The data indicates a strong correlation between the independent variable and the dependent variable, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the effect size calculated demonstrates a substantial impact, reinforcing the hypothesis proposed in the study.
Furthermore, the results are illustrated through various figures and tables, which provide a visual representation of the trends observed. Notably, the analysis of variance (ANOVA) results indicate that the differences among the groups are meaningful, with post-hoc tests confirming specific pairwise comparisons. Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge and suggest potential implications for future research in the field.
Discussion
In this study, an injectable sodium alginate hydrogel was successfully synthesized and characterized for potential use in dentin regeneration. The optimal formulation was determined to consist of 7 wt% sodium alginate and 20 wt% calcium chloride, which resulted in a hydrogel with a setting time of 15 minutes, moderate injectability, and favorable physicochemical properties such as viscosity, pH, swelling ratio, and hydrolytic degradation. The hydrogel was further enhanced by incorporating mesoporous bioactive glass nanoparticles (MBG NPs) at concentrations of 10 wt% and 20 wt%, which improved its structural integrity and bioactivity.
Characterization techniques, including Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), were employed to analyze the hydrogel’s chemical structure and surface morphology. The results indicated that the incorporation of MBG NPs significantly increased the porosity and bioactivity of the hydrogel, with the boron-doped variants demonstrating superior performance in terms of ion release and bioactivity. Additionally, in vitro studies showed that the hydrogel extracts maintained cell viability above the acceptable threshold, suggesting biocompatibility. Overall, the findings highlight the potential of this novel injectable hydrogel as a promising material for regenerative dental applications.