Methodenartikel

Entwicklung von Amelogenin-Chitosan-Hydrogel für

DOI:

10.3791/51606

⸱

10. Juli 2014

 , 
1Center for Craniofacial Molecular Biology, Herman Ostrow School of Dentistry, University of Southern California

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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In diesem Artikel beschreiben wir ein Protokoll zur Herstellung eines amelogenin-Chitosan-Hydrogel für oberflächliche Zahnschmelz Wiederaufbau. In-situ-Wachstum von Apatitkristalle in dem Hydrogel Organisiert bildeten einen dichten Schmelz-Wiederherstellung-Schnittstelle, die die Wirksamkeit und Haltbarkeit von Restaurationen zu verbessern.

Zusammenfassung

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Die biomimetische Schmelzrekonstruktion ist ein bedeutendes Thema in der Materialwissenschaft und Zahnheilkunde als neuartiger Ansatz zur Behandlung von Karies oder Erosion. Amelogenin hat sich als kritisches Protein für die Kontrolle des organisierten Wachstums von Apatitkristallen erwiesen. In diesem Artikel stellen wir ein detailliertes Protokoll für die oberflächliche Schmelzrekonstruktion unter Verwendung eines neuartigen Amelogenin-Chitosan-Hydrogels vor. Im Vergleich zu anderen konventionellen Behandlungen, wie z. B. topischem Fluorid und Mundwasser, hat diese Methode nicht nur das Potenzial, die Entwicklung von Zahnkaries zu verhindern, sondern fördert auch eine signifikante und dauerhafte Wiederherstellung des Zahnschmelzes. Die organisierte schmelzartige Mikrostruktur, die durch Amelogenin-Anordnungen reguliert wird, kann die mechanischen Eigenschaften von geätztem Zahnschmelz erheblich verbessern, während die dichte Schmelz-Restaurations-Grenzfläche, die durch ein In-situ-Nachwachsen von Apatitkristallen gebildet wird, die Wirksamkeit und Haltbarkeit von Restaurationen verbessern kann. Darüber hinaus ist Chitosan-Hydrogel einfach anzuwenden und kann bakterielle Infektionen unterdrücken, die der Hauptrisikofaktor für das Auftreten von Karies sind. Daher ist dieses biokompatible und biologisch abbaubare Amelogenin-Chitosan-Hydrogel als vielversprechendes Biomaterial für die Vorbeugung, Wiederherstellung und Behandlung von defektem Zahnschmelz.

Einleitung

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Zahnschmelz ist die harte, mineralisierte Oberfläche menschlicher Zähne. Es besteht aus zahlreichen nadelartigen Apatitkristallen, die in organisierten, parallelen Prismen gebündelt sind, um die einzigartige mechanische Festigkeit und den biologischen Schutz zu gewährleisten, den der Zahnschmelzbietet 1-2. Im Gegensatz zu anderen mineralisierten Geweben wie Knochen und Dentin ist reifer Zahnschmelz azellulär und kann sich nach erheblichem Mineralverlust1-2, der häufig als Karies oder Erosion auftritt, nicht selbst regenerieren. Im Handel erhältliche Produkte wie fluoridhaltige Lacke, Zahnpasten und Mundspülungen sind wirksam bei der Remineralisie....

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Protokoll

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Die menschliche Molaren wurden nach den Standardverfahren zur Extraktion bei der Ostrow School of Dentistry der University of Southern California extrahiert und mit Zustimmung des Institutional Review Board behandelt.

1. Vorbereitung der geätzten Zahn Scheibe

  1. Wählen Sie einen menschlichen dritten Molaren ohne restauriert Karies.
  2. Entfernen der Wurzelabschnitt des molaren, und schneiden die Krone des molaren Längsrichtung in Scheiben von 2 mm Dicke unter Verwendung einer wassergekühlten Niedergeschwindigkeits-Diamantsäge. Diese Scheiben reinigen mit Ultraschall für 2 Minuten und dann spülen Sie mit VE-Wasser 3-mal.

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Ergebnisse

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Die Wirksamkeit der hier beschriebenen Protokoll wird durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Bereichsbeugung (SAED) und Röntgenbeugung (XRD)-Analyse bewiesen. Nach der Reparatur von Amelogenin-Chitosan (CS-AMEL) Hydrogel für 7 Tage wurde ein emailartigen Schicht mit einer Dicke von 15 um auf der geätzten Zahnschmelzoberfläche ist. Die neu gewachsene Schicht von hochgeordneten Anordnungen von Kristallen mit einem Durchmesser von ~ 50 nm, wächst vorzugsweise entlang der c-Achse, senkrecht zur Oberfläche (Pfeile in

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Diskussion

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Während der Mineralgehalt des Schmelz Hoch macht es das härteste mineralisiertem Gewebe im menschlichen Körper, ist dieses biokeramischen anfällig Entmineralisierung Prozesse, die oft auftreten, wie Karies oder Erosion. Genmutationen können auch dazu führen, dünnen oder weichen Zahnschmelz, was zu einer Reihe von Erbkrankheiten der Schmelzfehlbildungen genannt Amelogenesis imperfecta 20. Oral Gesundheitsprodukten Fluorid oder CPP-ACP enthalten, sind auf dem Markt seit mehreren Jahren (dh, La.......

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Offenlegungen

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Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

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Die Autoren danken Prof. Steven Nutt und Herrn Yuzheng Zhang als Assistent beim Focus Ion Beam und dem Center for Electron Microscopy and Microanalysis (CEMMA) an der USC für Elektronenmikroskopie. Die Forschung wurde durch NIH-NIDCR-Zuschüsse unterstützt; DE-13414 und DE-020099 an J.M.O.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Dritter Backenzahn des Menschen Ostrow School of Dentistry der University of Southern California N/ADie menschlichen Backenzähne wurden nach den Standardverfahren für die Extraktion an der Ostrow School of Dentistry der University of Southern California entnommen und mit Genehmigung des Institutional Review Board behandelt.
Rekombinantes Pocin-AmelogeninExpression und Reinigung  im LaborN/ArP172, in voller Länge 
Chitosan Sigma-Aldrich448877Mittleres Molekulargewicht, 75-85% deacetylierte
Phosphorsäure VWRAA033266
Essigsäure GletscherVWRA036289
NatriumhydroxidVWRBDH9292
Calciumchlorid Sigma-Aldrich223506
Dibasisches Natriumphosphat wasserfreiVWRBDH0316
BL21-CodonPlus (DE3)-RP Agilent Technologies Inc.
AmmoniumsulfatVWRBDH8001
TrifluoressigsäureVWRAAAL06374
AcetonitrilVWRBDH1103
Magnesiumchlorid VWRBDH0244
Kaliumdihydrogenphosphat VWRBDH9268
Kaliumchlorid VWRBDH0258
Ammoniumchlorid VWRAAAA15000
HEPES (4-(2-Hydroxyethyl)piperazin-1-ethansulfonsäure)VWRAAA14777
Natriumfluorid VWRAA11561
Tris-gepufferte KochsalzlösungBio-Rad170-643510-fach; TBS
RinderserumalbuminEMD Millipore 12659CalBioChem, Albumin, Rinderserum, Fraktion V, niedrige Schwermetalle 
Triton X-100EMD MilliporeTX1568-1
Hühner-Anti-AmelogeninN/AN/AEin Geschenk von Prof. Malcolm Snead, University of Southern California
Rinder-Anti-Hühner-IgY-FITCSanta Cruz BiotechnologieSc-2700
Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-SystemAgilent Technologies Inc.Varian Prostar 210
C4 SäulePhänomen;Jupiter 5μ 300A
Rasterelektronenmikroskopie JEOL JSM-7001
FIB-SEM JEOL JIB-4500
Transmissionselektronenmikroskopie JEOLJEM-2100F
Digitale Diamantsäge mit niedriger GeschwindigkeitMTI CorporationSYJ-150
FluoreszenzmikroskopieLeicaDMI3000 B
UltraschallreinigerBranson 251042 kHz, 100 W
Nano-Eindringkörper Agilent Technologies Inc.MTS XP
230255

Referenzen

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  1. Moradian-Oldak, J. Protein- mediated enamel mineralization. Frontiers in Bioscience. 17, 1996-2023 (2012).
  2. Palmer, L. C., Newcomb, C. J., Kaltz, S. R., Spoerke, E. D., Stupp, S. I. Biomimetic Systems for Hydroxyapatite Mineralization Inspired By Bone and Enamel. Chem. Rev.

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Schlagwörter

ApatitkristallwachstumSchmelzrekonstruktionMineralisierung in k nstlichem SpeichelUltraschallbehandlungNanoindentationsanalyseBildung der Schmelzschnittstellebiomimetische dentale RestaurationZahnschnittpr paration

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