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Bioengineering

用アメロゲニン - キトサンハイドロゲルの開発 Published: July 10, 2014 doi: 10.3791/51606

Summary

この記事では、我々は表面的なエナメル質の再構築のためのアメロゲニン-キトサンハイドロゲルを製造するためのプロトコルを記述します。ヒドロゲル中のアパタイト結晶のその場での増殖編成は、修復物の有効性及び耐久性を向上させる緻密なエナメル復元インタフェースを形成した。

Protocol

人間の臼歯は、南カリフォルニア大学の歯学部のオストロー学校での抽出のための標準的な手順に従って抽出し、施設内倫理委員会の承認を得て取り扱った。

1。酸エッチング歯の作製スライス

  1. 任意の復元された虫歯なしで、人間の第三大臼歯を選択します。
  2. 臼歯の根元部分を削除し、縦方向に太い水冷式​​低速ダイヤモンドソーを用いてスライス2ミリメートルに臼歯の冠をカット。超音波で2分間、これらのスライスをきれいにした後、脱イオン水で3回、それらをすすぐ。
  3. びらん性病変をシミュレートするために、直ちに脱イオン水ですすぎ、その後、それらを30秒間、30%リン酸で歯スライスをエッチングする。
  4. 超音波で2分間エッチングしたスライスをきれいにした後、脱イオン水で3回、それらをすすぐ。

アメロゲニン - キトサンハイドロゲルの2。準備

  1. Preparatioキトサン原液のN
    1. 1%を溶解し、80℃CO / Nで攪拌し、続いて1%(v / v)酢酸溶液(w / v)のキトサン(中間分子量、75〜85%脱アセチル化)
    2. RTに冷却後、溶液を、0.45μmのフィルターを用いてキトサン溶液を濾過する。 1 M NaOH溶液を添加することにより5.0にpH値を調整する。
  2. カルシウム及びリン酸のストック溶液(0.1 M)の調製
    1. 塩化カルシウム(CaCl 2で) 秤量し、0.1 M溶液を調製し、次いで、溶液が透明になるまでボルテックスを用いて混合する。 1 M NaOH溶液を加えることにより11にpH値を調整する。
    2. 第二リン酸ナトリウムせ(Na 2 HPO 4)を秤量し、0.1 M溶液を調製し、次いで、溶液が透明になるまでボルテックスを用いて混合する。
  3. 組換えアメロゲニン17〜18の発現および精製
    ここで使用される組換え完全長ブタアメロジェニン(rP172)は、172アミノ酸を有し、完全にアナログである長天然ブタP173が、N末端 ​​メチオニンなどSer16 18上のリン酸基を欠いている。
    1. 500mlの溶原性ブロス(LB)寒天の粉末20gを追加し、脱イオン水、20分間121°C(液体設定)で溶液をオートクレーブ。 〜55°Cは、寒天液にアンピシリン(100μg/ mlの)を追加する寒天クールをしてみましょう。
    2. 寒天の結露を避けるためにフリップして、それが固体になるまで、各プレートが冷めて、ペトリ皿に寒天ソリューションを転送します。 4℃で、ビニール袋に入れて保管してプレート
    3. グリセロールストックからの組換え細胞( 大腸菌 -BC21)でストリークLB寒天プレート(-80℃)。 37℃でプレートO / Nインキュベート
    4. NZCYM培地を50mlを調製し、30分間121℃でオートクレーブ媒体。メディアがクールダウンするには、50ミリリットルのメディアに100μg/ mlのアンピシリンの50μlを加える。
    5. ampicillを補充し、50mlのNZCYM培地にLB寒天プレートからの単一コロニーを接種インチ、37℃で振とう培養器内の細胞のO / Nインキュベート
    6. NZCYMメディアを1リットル調製し、30分間121℃でメディアをオートクレーブ。千ミリリットルメディアに100 mg / mlのアンピシリンの1ミリリットルを追加します。 UV-可視分光光度計を用いてブランクとして光学密度(OD)読み取り値を取る。注:最初にリードした後は捨てないでください。
    7. ステップ2.3.6から千ミリリットルメディアにステップ2.3.5からの細胞培養の10ミリリットルを接種する。すぐに接種後595nmでの光学密度を読んでください。成長を追跡するために、定期的に光学濃度の読みを取る。注:外径が取られるたびに空白をお読みください。
    8. 細菌の増殖は、595nmで約0.75〜0.8 ODまで到達したときにイソプロピルβ-D-1-チオガラクトピラノシド(IPTG、1 M)の700μlで誘導する。
    9. ODが1.1に達したときに細胞を採取する。 6プラスチックボトルにフラスコの内容物を注ぐ。バランスをとり、遠心分離器を使用する前に、ボトルの重量を量る。 4℃で8554×gで20分間遠心-20°CO / Nで細胞ペレットを保つ
    10. 細胞ペレットを取り出し、50mlチューブでそれらを結合します。発酵の1Lあたり4MグアニジンHClの3.5ミリリットルを追加します。 1分間隔で超音波処理し、氷上に2〜3回、30秒ごとに、。
    11. 0.5%ギ酸で細胞容積の6倍希釈液を作り、それが2時間低温室で炒めてみましょう。 4℃で30分、8554×gで遠心上清を保管してください。飽和の原液を用いて20%飽和硫酸アンモニウムを加え、低温室、O / Nでかき混ぜる
    12. 4℃で30分間、8554×gで遠心し、ペレットを保持します。 C4カラム(10×250ミリメートル、5ミクロン)上に0.1%トリフルオロ酢酸(TFA)、負荷のペレットを再構成し、そしてにおいて、TFAでA = 0.1%TFAおよびB = 60%アセトニトリルの直線勾配を用いて分画し1.5ミリリットル·分-1の流速。
    13. ドライアイス上で蛋白質溶液を凍結し、凍結したサンプルのO / Nを凍結乾燥
  4. アメロゲニン - キトサンの調製(CS-AMEL)hydrogEL( 図1A)
    1. 200 rp172μgの1%キトサン溶液を960μLを含むチューブに追加し、溶液が透明になるまでボルテックスを用いて混合します。
    2. アメロゲニン含有キトサン溶液に、0.1MのNa 2 HPO 4溶液を15μlに続く、0.1MのCaCl 2溶液25μlを追加し、5分間ボルテックスを用いて混合します。
    3. 慎重に1 M NaOH溶液を添加することによって6.5にCS-AMEL溶液のpHを調整する。 pH値が6.5に達したときにCS-AMELヒドロゲルが形成される。

アメロゲニン·キトサンヒドロゲル中の3。エナメル再成長

  1. 人工唾液溶液の調製
    1. 特定の塩化マグネシウム(MgCl 2を 、0.2 mM)の量は、塩化カルシウム(CaCl 2、1mM)を、リン酸二水素カリウム(KH 2 PO 4、4ミリモル)、塩化カリウム(KCl、16 mM)および塩化アンモニウム(溶解20のHEPES中のNH 4 Clで、4.5 mM)を(4 - (2 -ヒドロキシエチル)ピペラジン-1 -エタンスルホン酸)緩衝液12。
    2. 1MのNaOHでpHを7.0に調整し、4℃で、人工唾液ソリューションを保存する
    3. ソリューションを使用する前に、フッ化ナトリウム(NaFを、300 ppm)を追加します。
  2. CS-AMELハイドロゲルの応用
    1. 注射器( 図1B)を用いてエッチング歯のスライスに約20μlのCS-AMELハイドロゲルを適用します。
    2. 室温で2時間デシケーター中でハイドロゲルで覆わ​​れた歯のスライスを乾燥させます。
    3. 人工唾液溶液30mlを入れたビーカーに歯のスライスを転送します。アルミニウム箔でビーカーを覆い、その後、7日間37℃のオーブン中にビーカーを保つ。
    4. 歯のスライスを削除して、室温でデシケーター中で乾燥させます。

新成長層とエナメルとの間のインタフェースの4。キャラ

新しく成長した層とエナメルの界面の微細構造はobserた電子顕微鏡(SEM)及び高回転透過型電子顕微鏡(HR-TEM)を走査することによってVED。 TEM試料は、集束イオンビーム(FIB)技術、次の通りであるれる手順を用いて調製した。

  1. FIB-SEM装置にサンプルをロードし、取扱説明書に従ってすべての整列を終える。 NOTE:微調整Zは、少なくとも2回実施されるべきである。
  2. 基本的な構造( 図2A)を保護するために試料上にカーボン層(15×3程度)を蒸 ​​着した。
  3. ミルは、炭素層の上部、下部、右両側に注意深く試料は、試料の薄片を作製し、この薄片の底部側をカットする。注:各粉砕工程( 図2B)の前にイオンビームの位置合わせを確認してください。
  4. 溶接白金薄片上のチップと試験片( 図3C)を分離するために左側を切った。注:溶接工程の前にイオンビームの位置合わせを確認してください。
  5. Tを持ち上げ彼は徐々にサンプルとヒントリフトアウトTEMグリッド上にラメラサンプルをマウントPT。
  6. その厚さが100nm( 図3D)未満になるまで、サンプルから先端を切り離し、薄いサンプル。 TEM観察を行うために、機器からサンプルを取り出します。注:各間引き処理の前にイオンビームの位置合わせを確認してください。

5。新成長層の結合および機械的特性の評価を

  1. 結合強度は、超音波処理することにより評価される。 10分間の超音波洗浄機(42 kHzの、100 W)で修復歯のスライスを維持した後、後方散乱電子SEM分析と修復さ層と天然エナメル質との間のインタフェースを観察します。
  2. ベルコビッチチップを有するナノインデンターにより各補修エナメル質表面上に20のテストポイントでの硬度及び弾性率を測定した(n = 3)。

6。免疫蛍光染色

  1. トリスbuffeと歯のスライスを洗う15分間のr個の生理食塩水(TBS)。
  2. 15分間、TBS中の1%ウシ血清アルブミン(BSA)でブロックする。
  3. 液体を除去し、TBS(0.1%のBSA、0.3%トリトンX-100)で希釈した1°抗体(1:500ニワトリ抗アメロゲニン)とサンプルのO / Nインキュベートする。
  4. 30分間TBSでサンプルを洗浄し、TBSで希釈した2°抗体(1:100抗ニワトリFITC)でO / Nインキュベートする。
  5. 30分間TBSでサンプルを洗浄し、さらに30分間乾燥さのままにしておきます。
  6. 蛍光顕微鏡で観察します。

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Representative Results

ここに記載されたプロトコルの有効性は、電子顕微鏡(SEM)、選択領域の電子回折(SAED)及びX線回折(XRD)分析を走査することによって実証される。 7日間アメロゲニン - キトサン(CS-AMEL)ハイドロゲルによる修理の後、厚さ15μmのエナメル調層がエッチングされたエナメル質表面に形成された。新たに成長した層は、表面に垂直なc軸( 図3Aの矢印)に沿って優先的に成長し、〜50nmの直径を有する結晶の高度に秩序化されたアレイを用いた。また、これらの針状結晶は、天然エナメル( 図3B)の基本単位と類似しているバンドルに編成されたことは注目に値する。修復層のSAED結果は[002]方向( 図3C)に沿って、新たに成長した結晶の階層的配置を明らかに円弧状のパターンを示した。 XRD分析は、新たに成長した層がアパタイトで構成されていることが確認されSEM観察及びSEAD( 図3D)に応じて、結晶c軸に沿って整列した結晶。

図4に、新たに成長層と天然エナメル質の界面の微細構造を示す。結晶は、元のエナメル質の結晶子と同じ方向に成長しなかったことに注意してください。これは、タンパク質媒介アパタイトの成長は天然エナメル結晶( 図4A)に対して、新たに成長した結晶の垂直配向性をもたらしたことが分かる。アメロゲニンカリフォルニア-Pクラスタとそれに続く組織的な結晶化の安定化を含めた提案修復メカニズムは、我々の以前の研究16で提示されてきた。新たに成形された、元の結晶との間の区別は、エナメル質と融合した修復層中の結晶が成長していることを示す異なるパターンを示した(FFT)解析を高速フーリエ変換することによって明らかにされている異なる向き16。さらに、修復層とエナメル基板との界面における明らかなギャップが存在しない。ナノスケールで、エナメル質と再成長結晶が( 図4Bの黒矢印)のシームレスなインタフェースを形成するために一緒に融合された。

修復層と天然エナメル質との接合強度は、超音波処理16により評価した。 10分間の超音波処理の後、CS-AMELハイドロゲル内に形成され、新たに成長した層は、まだしっかりとエナメル質表面( 図5A)に結合させて、組織化された構造( 図5B)保存した。アメロゲニンずにキトサンハイドロゲルで処理した試料については、しかし、エナメル、修復層との間に大きなギャップが超音波処理( 図5C)後に観察された。

明らかに、新たに成長層と天然エナメル質との間で新アメロゲニンを区別するためにLY-成長層を、免疫蛍光標識した。アメロゲニンの存在は、新たに成長した層( 図6)の緑色の免疫蛍光によって実証された。

このような新たに成長した層の硬度や弾性率などの機械的特性はナノインデンテーション試験16で分析した。酸エナメル質表面の硬度および弾性率は、それぞれほぼ98%および88%減少したエッチング以下、 図7に示すように。アメロゲニンずにキトサンヒドロゲルによって処置した対照群は、硬度及び弾性率の両方において限られた改善を示した。これとは対照的に、CS-AMELハイドロゲル中の無機化した後、我々は、弾性率のほぼ4倍と硬さの9倍の増加を観察した。

図1
図1。アメロジェニン-キトサン(CS-AMEL)Hの写真 ydrogel典型的なCS-AMELヒドロゲルの(A)画像(B)酸エッチング歯のスライスのCS-AMELハイドロゲルの応用。

図2
図2のTEMサンプル調製のための典型的な集束イオンビーム法。 (A)補修エナメル質表面上のカーボン層の堆積(B)試料の薄片を調製するために、炭素層の周囲に注意深くサンプルフライス。(C)薄片上のPt先端を溶接(D)試料を薄くその厚さまで、100nm未満である。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

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図3。7日間アメロゲニン-キトサンハイドロゲル中の無機化した後、新たに成長層の特性。アメロゲニン-キトサンハイドロゲル、エッチングされたエナメル質の表面に形成されたエナメル状の層との鉱化作用の7日後(A)。挿入図は、新たに成長した層の厚さを示す。四角形は、Aに対応する領域を示している。白い矢印は、新たに成長した層にアパタイトの配向を示している。組織化された結晶の(B)のバンドルが修復層の中に発見された。矢印は、新たに成長層内部の平行結晶の典型的なバンドルを指す。挿入図は、修復層の均一な表面を示す。新しく成長した層(C)が選択されて視野電子回折(SAED)像。挿入図は、集束イオンビーム(FIB)ミリングすることによって調製修復層のTEM画像を示す。新しく成長した層(D)後のXRDスペクトル7日間アメロゲニン-キトサンハイドロゲル中の無機化。参照16からの許可を得て複製。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

図4
図4。新しく成長層と天然エナメル質の界面の微細構造。 3日間(A)アメロゲニン-キトサンゲル中の再石灰化後の修復層の断面SEM像、天然のエナメル質の表面に融合し、新たに成長した層を示す。白と黒の矢印は、新たに成長した層と天然エナメル質に結晶の結晶方位を示す、それぞれインターの点線は、天然エナメル質と新しく成長した層の境界を示している。(B)の HRTEM像エナメル質に修復され、結晶のシームレスな成長を示し、エナメル質と再成長結晶との直面している。黒い矢印は、再成長とエナメル結晶との間のインターフェースを示している。参照16からの許可を得て複製。

図5
図5。新たに成長層とエナメル質表面との間の結合強度。 (A)断面の後方散乱電子像、及び(B)キトサンアメロゲニンヒドロゲルで得られた超音波処理し、新たに成長した層の表面の第2の電子像。挿入図は高倍率での表面の典型的な形態を示している。アメロゲニンずにキトサンヒドロゲルを用いて得られた超音波処理し、新たに成長した層の断面の(C)後方散乱電子像。参照16からの許可を得て複製。<HREF = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51606/51606fig5highres.jpg"ターゲット= "_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

図6
図6新しく成長した層の断面の蛍光画像。Aにおける長方形は、Bに対応する選択された領域を表す。 B中の矢印は、エナメル質表面に新たに成長層を示している。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

図7
図7。硬さとELAS健全なエナメル質、エッチングされたエナメル質としたとアメロゲニンなしのキトサンハイドロゲルで修復、再構成されたエナメル質のTIC率。インデントエリアが以前に19に報告されたものと同様であった参照16からの許可を得て複製。

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Discussion

エナメル質のミネラル含有量が高く、それを人間の体内で最も困難なミネラル化した組織を作っている間に、このバイオセラミックは、多くの場合、虫歯やエロージョンとして生じる脱塩プロセスの影響を受けやすい。遺伝子突然変異はまた、 エナメル質形成不全症20と呼ばれるエナメル奇形の遺伝性疾患の一連につながる細いまたはソフトエナメルを引き起こす可能性があります。フッ化物又はCPP-ACPを含有する口腔ヘルスケア製品は、初期エナメル質の病変の再石灰化を促進するために( すなわち 、ワニス、練り歯磨き及び洗口液)数年前から市販されている。しかしながら、これらの市販品は、いずれも組織化アパタイト結晶の形成を促進する可能性を有していない。深いエナメル空洞のための従来の治療は、アマルガム、セラミックまたは複合樹脂などの人工材料との機械掘削とその後の充填を伴う。このようなアプローチは、初期病変と例のための理想的でない場合に、大きなAR浸食のEASは、エナメル質で発生します。健全なエナメル質の不均衡な量が歯にダメージをもたらす取り除かなければならないためです。一時的な「修理」のアマルガムおよびコンポジットレジンは、歯などの詰め物は、一般的に、歯の崩壊を停止しないでください。元の歯の表面と充填材との間の強固な密着性が原因材質の収縮および化学組成及び微細構造の違いの課題である。

CS-AMELヒドロゲルの利点

上記の課題を克服するための1つの代替戦略を直接天然基質へのタイトな化学的接触を形成することができる元のエナメル質表面にエナメル状の層を再成長することである。このビデオの記事では、我々はエナメル質表面に生体外で組織化された結晶を成長させるアメロゲニン-キトサン(CS-AMEL)ハイドロゲルを使用して新たなエナメル再建戦略を提示する。他の生体模倣treatmeと比較国税庁は、CS-AMELハイドロゲルは、臨床使用のための準備をする方が簡単です。生体適合性及び生分解性の他に、歯科用途のために重要である16のユニークな抗菌性及び接着特性を有する。別の利点は、合成および天然のエナメル質結晶の間に強固なインターフェイスが新しく成長した層と歯の表面との間に強い結合を促進することである。臨床歯科学では弱い結合は、現在入手可能な材料の回復の失敗の主な理由です。接着不良は、通常、細菌の漏れや二次​​齲蝕のリスクを高めるエナメル復元インタフェースに隙間が生じる。したがって、CS-AMELヒドロゲル内に形成され、新たに成長した層の強固な結合は、修復物の縁に新たな虫歯の形成を回避し、修復物の耐久性を向上させる可能性を有する。

課題と今後の予定

午前による修理後elogenin-キトサンヒドロゲルは、エッチングされたエナメル質表面の機械的特性が著しく向上した。 CS-AMELのヒドロゲルを修復エナメル質が原因エナメル構造21に類似アパタイト結晶の整理束からコントロールサンプルよりも有意に高い硬度や弾性率を示した。技術は、しかし、次の制限事項があります(I)硬さと弾性率は、依然として、有機材料や、階層化さ角柱小柱間構造の欠如が存在するために、自然の健康なエナメル質のレベルを満たしていない。 (II)長時間量(3-7日)が完了するのヒドロゲルおよび石灰化を乾燥させるために必要としていました。

さらなる研究は、上記の制限を克服するために必要とされる。機械的特性を改善するための一つの可能​​な戦略は、より厚い修復層を得るための効果的な方法としてCS-AMELヒドロゲルを繰り返し適用するであろう。鉱化プロセス中に有機材料の消化は別STRAです機械的特性を改善するためのtegy。実験は、ハイドロゲルの乾燥時間だけでなく、石灰化の進行状況22を短くする進行中である。また、結晶成長上の唾液タンパク質の影響を考慮う蝕モデルシステムを開発する必要がある。

重要なステップとその要因

エナメル質の再構成のためのCS-AMELヒドロゲルを調製する際に、密なインターフェースをエナメル状の層を達成するための最も重要なステップの一つは、キトサンとアメロゲニン16の間のpH依存性相互作用にヒドロゲルのpH値を調整している。キトサンは、β-1、4 - グリコシド結合によって結合グルコサミンおよびN-アセチルグルコサミン残基を含む直鎖多糖である。なぜなら、そのアミノ基から、キトサンの化学的および物理的特性は、媒体のpH値を変えることによって調整することができる。例えば、CS-AMELシステムにおいて、より低いpH値であり、chitosanしかし5.5より高いpHで、静電的相互作用を介してアメロジェニンと相互作用し、キトサンの相互作用は、その溶解度が低いと脱プロトン16に弱かった。このpH応答性の特徴は、キトサンハイドロゲルのみならず、理想的なアメロゲニンキャリアだけでなく、浸食からエナメル質を保護する効果的な層を作る。酸性の口腔環境において、キトサンのアミノ基は、正のエナメル質表面への水素イオンの拡散を防止するバリア、ならびに唾液中への損失を回避するためにアメロゲニンと相互作用を形成し、水素イオンを捕捉することができる。正常なpHを唾液によって復元されたときアメロゲニンはエナメル質の再成長を制御するために、CS-AMELヒドロゲルから放出される。

エナメルの再成長時には、アメロジェニン存在は、アパタイト結晶の配向し、細長い成長を制御する上で重要な要因である。 CS-AMELハイドロゲルでは、アメロジェニン、集約によって安定化された前核のCa-Pクラスタは、林を形成し、エナメルのようなアパタイト結晶16,23-24には変換エナメル結晶とのさらなる融合し、最終的に耳のチェーン。結晶の継続的な成長は、新たに成長層とエナメルとの間の優れた結合を促進する密なインターフェースを形成している。

要約すると、我々は表面的なエナメル質の再構築のための有望なアメロゲニン - キトサン(CS-AMEL)ハイドロゲルをご紹介します。ヒドロゲル中に形成された編成エナメル調微細構造が大幅にエッチングされたエナメル質の機械的特性を向上させることができます。一方、修復さ層の強固な添付ファイルは復元のマージンで新しい虫歯の形成を回避し、可能性のある修復物の耐久性を向上させることができます。

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Human third molar  Ostrow School of Dentistry of the University of Southern California  N/A The human molars were extracted following the standard procedures for extraction at the Ostrow School of Dentistry of the University of Southern California and handled with the approval of the Institutional Review Board.
Recombinant pocine amelogenin Expression and purification  in lab N/A rP172, full-length 
Chitosan  Sigma-Aldrich 448877 Medium molecular weight, 75-85% deacetylated
Phosphoric acid  VWR AA033266
Acetic acid glacial VWR A036289
Sodium hydroxide VWR BDH9292
Calcium chloride  Sigma-Aldrich 223506
Dibasic sodium phosphate anhydrous VWR BDH0316
BL21-CodonPlus (DE3)-RP  Agilent Technologies Inc. 230255
Ammonium sulfate VWR BDH8001
Trifluoroacetic acid VWR AAAL06374
Acetonitrile VWR BDH1103
Magnesium chloride  VWR BDH0244
Potassium dihydrogen phosphate  VWR BDH9268
Potassium chloride  VWR BDH0258
Ammonium chloride  VWR AAAA15000
HEPES (4-(2-Hydroxyethyl)piperazine-1-ethane-sulfonic acid) VWR AAA14777
Sodium fluoride  VWR AA11561
Tris-buffered saline Bio-Rad 170-6435 10× TBS
Bovine serum albumin EMD Millipore  12659 CalBioChem, Albumin, Bovine Serum, Fraction V, Low Heavy Metals 
Triton X-100 EMD Millipore  TX1568-1
Chicken Anti-Amelogenin N/A N/A A gift from Prof. Malcolm Snead, University of Southern California
Bovine Anti-Chicken IgY-FITC Santa Cruz Biotechnology Sc-2700
High Performance Liquid Chromatography System Agilent Technologies Inc. Varian Prostar 210
C4 column Phenomenx  Jupiter 5μ 300A
Scanning Electron Microscopy  JEOL  JSM-7001
FIB-SEM  JEOL  JIB-4500
Transmission Electron Microscopy  JEOL JEM-2100F
Digital low speed diamond saw MTI Corporation SYJ-150
Fluorescence microscopy Leica DMI3000 B
Ultrasonic cleaner  Branson  2510 42 kHz, 100 W
Nano-indenter  Agilent Technologies Inc. MTS XP

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References

  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. 108, 4754-4783 (2008).
  3. Onuma, K., Yamagishi, K., Oyane, A. Nucleation and growth of hydroxyapatite nanocrystals for nondestructive repair of early caries lesions. J. Cryst. Growth. 282, 199-207 (2005).
  4. Xie, R. Q., Feng, Z. D., Li, S. W., Xu, B. B. EDTA-Assisted Self-Assembly of Fluoride-Substituted Hydroxyapatite Coating on Enamel Substrate. Cryst. Growth Des. 11, 5206-5214 (2011).
  5. Li, L., et al. Bio-Inspired Enamel Repair via Glu-Directed Assembly of Apatite Nanoparticles: an Approach to Biomaterials with Optimal Characteristics. Advanced Materials. 23, (2011).
  6. Yin, Y. J., Yun, S., Fang, J. S., Chen, H. F. Chemical regeneration of human tooth enamel under near-physiological conditions. Chem. Commun. , 5892-5894 (2009).
  7. Fan, Y., Sun, Z., Moradian-Oldak, J. Controlled remineralization of enamel in the presence of amelogenin and fluoride. Biomaterials. 30, 478-483 (2009).
  8. Li, L., et al. Repair of enamel by using hydroxyapatite nanoparticles as the building blocks. J. Mater. Chem. 18, 4079-4084 (2008).
  9. Chen, H., et al. Acellular synthesis of a human enamel-like microstructure. Advanced Materials. 18, (2006).
  10. Yamagishi, K., et al. A synthetic enamel for rapid tooth repair. Nature. 433, 819-819 (2005).
  11. Bleek, K., Taubert, A. New developments in polymer-controlled, bioinspired calcium phosphate mineralization from aqueous solution. Acta Biomaterialia. 9, 6283-6321 (2013).
  12. Fletcher, J., Walsh, D., Fowler, C. E., Mann, S. Electrospun mats of PVP/ACP nanofibres for remineralization of enamel tooth surfaces. Crystengcomm. 13, 3692-3697 (2011).
  13. Fang, P. -A., Conway, J. F., Margolis, H. C., Simmer, J. P., Beniash, E. Hierarchical self-assembly of amelogenin and the regulation of biomineralization at the nanoscale. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 14097-14102 (2011).
  14. Yang, X., et al. How Amelogenin Orchestrates the Organization of Hierarchical Elongated Microstructures of Apatite. Journal of Physical Chemistry B. 114, 2293-2300 (2010).
  15. Li, H., Fujiki, Y., Sada, K., Estroff, L. A. Gel incorporation inside of organic single crystals grown in agarose hydrogels. Crystengcomm. 13, 1060-1062 (2011).
  16. Ruan, Q., Zhang, Y., Yang, X., Nutt, S., Moradian-Oldak, J. An amelogenin-chitosan matrix promotes assembly of an enamel-like layer with a dense interface. Acta Biomater. 9, 7289-7297 (2013).
  17. Hu, C. C., et al. Cloning, cDNA sequence, and alternative splicing of porcine amelogenin mRNAs. Journal of Dental Research. 75, 1735-1741 (1996).
  18. Bromley, K. M., et al. Amelogenin Processing by MMP-20 Prevents Protein Occlusion Inside Calcite Crystals. Cryst. Growth Des. 12, 4897-4905 (2012).
  19. Fan, Y., Sun, Z., Abbott, C., Moradian-Oldak, J. A enamel inspired nanocomposite fabrication through amelogenin supramolecular assembly. Biomaterials. 28, 3034-3042 (2007).
  20. Wright, J. The molecular etiologies and associated phenotypes of amelogenesis imperfecta. Am. J. Med. Gent. A. 140 (23), 2547-2555 (2006).
  21. Eimar, H., et al. Regulation of enamel hardness by its crystallographic dimensions. Acta Biomaterialia. 8, 3400-3410 (2012).
  22. Ruan, Q., Siddiqah, N., Li, X., Nutt, S., Moradian-Oldak, J. Amelogenin-chitosan matrix for human enamel regrowth: effects of viscosity and supersaturation degree. Connect Tissue Res. , (2014).
  23. Pouget, E. M., et al. The Initial Stages of Template-Controlled CaCO3 Formation Revealed by Cryo-TEM. Science. 323, 1455-1458 (2009).
  24. Gebauer, D., Volkel, A., Colfen, H. Stable Prenucleation Calcium Carbonate Clusters. Science. 322, 1819-1822 (2008).

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生物工学、発行89、エナメル、アメロゲニン、キトサンハイドロアパタイト、バイオミメティック、浸食、表在エナメル再建、高密度インタフェース
用アメロゲニン - キトサンハイドロゲルの開発<em&gt;体外</em高密度インターフェイス付き&gt;エナメル再成長
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Ruan, Q., Moradian-Oldak, J.More

Ruan, Q., Moradian-Oldak, J. Development of Amelogenin-chitosan Hydrogel for In Vitro Enamel Regrowth with a Dense Interface. J. Vis. Exp. (89), e51606, doi:10.3791/51606 (2014).

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