Please use this identifier to cite or link to this item:
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/13125
Title: | The Influence of Demineralization Process on Physicochemical Characteristics,BMP-2 Quantification and In vitro Biocompatibility of Human Demineralized Tooth Matrix |
Other Titles: | อิทธิพลของกระบวนการละลายแร่ธาตุ ที่มีต่อคุณสมบัติทางกายภาพเคมีปริมาณบีเอ็มพี 2และการเข้ากันได้ทางชีวกาพของดีมินเนอราไลซ์ทูธเมทริกที่เตรียมจากมนุษย์ |
Authors: | Srisurang Suttapreyasri Anupong Jeerachaipansakul Faculty of Dentistry (Surgery) คณะทันตแพทยศาสตร์ ภาควิชาศัลยศาสตร์ |
Keywords: | Bone Physiology |
Issue Date: | 2019 |
Publisher: | Prince of Songkla University |
Abstract: | Objectives: To examine the influence of different hydrochloric acid (HCl) demineralization processes on the physicochemical characteristic of the demineralized tooth matrix (DTM) in the aspect of physicochemical properties, degradation kinetic, the amount of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and cell biocompatibility on the demineralized tooth matrix scaffold using osteoblastic cells. Materials and methods: Caries-free permanent teeth were divided and pulp tissue were removed. The teeth were pulverized into small particles range from 500-1,000 um. The particles were pooled and assigned to 5 groups with different protocols of HCI concentration and reaction time [0M/0min(TM), 0.5M/10min (0.5M/10DTM), 0.5M/20min (0.5M/20DTM), 1M/10min (1M/10DTM) and 1M/20min (1M/20DTM)]. The study was divided into 2 parts, physicochemical properties evaluation, and in vitro osteoblast cell biocompatibility. In physicochemical characterization, the chemical compositions were analyzed by X-ray diffraction and X-ray fluorescence spectroscopy. Structure topography and surface area were evaluated by scanning electron microscopy and BET analysis respectively. Protein extraction was performed for 24 hrs. Bradford protein assay was used to quantify total protein and ELISA was used for BMP-2 quantification. For degradation rate assessment, TM and DTM scaffolds were fabricated using 5% wt/v of polyvinyl alcohol (PVA) as a biding reagent. All groups were assessed at 60 days using 50 mM Tris-HCl solution (pH 7.4) at 37°c. Base on the physicochemical properties, DTM group from proper physicochemical properties and degradation rate was chosen for further study. For cell biocompatibility, MC3T3-E1 cells were seeded on the scaffolds. The cell-scaffold constructs of each group were divided for culturing in proliferation medium for evaluating cell viability and osteogenic induction medium for assessing cell differentiation on day 1, 3, 7, 14, and day 21. The morphology of the empty scaffolds and cell adherence were examined using SEM at 1, 7 and 14 days after cell seeding. The data was presented as mean±SD. The compared means analysis (p<0.05) was used for comparing total protein and BMP-2 quantification, degradation rate, cell proliferation and cell differentiation. Results: All tooth particles were white to yellow in color with hard in consistency. DTM processed with the longer demineralization reaction times revealed less opacity. From SEM images, 0.5M/20DTM and 1M/20DTM groups exhibited a smooth surface with larger dentinal tubules and abundant of exposed collagen fibrils. Calcium and Phosphorous content in all DTM were lower compared to TM group. The lowest calcium and phosphate content were found in 1M/20DTM group (Ca=3.43%, P=1.07%) compared to TM (Ca=15.60%, P=8.08%). The Ca/P ratio for TM, 0.5M/10DTM, 0.5M/20DTM, 1M/10DTM and 1M/20DTM were 1.49, 1.97, 2.39, 2.35 and 2.48 respectively. The XRD confirmed that there was only hydroxyapatite phase. The crystallinity in TM, 0.5M/10DTM, 0.5M/20DTM, 1M/10DTM and 1M/20DTM were 63.09%, 62.12%, 56.84%, 61.915% and 54.33% respectively. From BET analysis demonstrated the average pore distributions from 42.37-68.17A° with the highest in 1M/20DTM group. In contrast to the surface areas range from 1.77-5.43 m2/g with the lowest in 1M/20m group. The highest total protein (3.53±0.24 μg/ml) and BMP-2 concentration (1,181.53±193.77 pg/ml) were found in 1M/20DTM group compared to TM (0.98±0.081 μg/ml, 2.67±5.34 pg/ml, p=0.000). The degradation at 60 days of OM/0DTM, 0.5M/10DTM, 0.5M/20DTM, 1M/10DTM, and 1M/20DTM were 6.41+0.30%, 9.19±1.92%, 8.46±0.28%, 19.27+2.74%, 22.90±10.10% respectively (p<0.05). From physicochemical characteristics, 0.5M/10DTM and 0.5M/20DTM were selected for further in vitro study compared to TM as control. SEM analysis of cell-scaffold construct in TM group demonstrated irregular shape of cells and small size on day 1 and day 7. Contrary to 0.5M/10DTM and 0.5M/20DTM groups that the cells showed larger size and propagation. At day 14, the cells proliferated to multilayers on the surface of the scaffolds in all groups. Cell proliferation of all groups increased from day 1 to day 14 but slightly decreased at day 21. There was a statistically significant difference between day 1, 14 and day 21 (p<0.05) in TM group. Whereas, in 0.5M/10DTM and 0.5M/20DTM group showed significant difference at day 14 compare to day 1,3 and day 7 (p<0.05). The cell number in 0.5M/10DTM group was significantly higher than TM group at day 1 and day 3 (p<0.05). The ALP activity of 0.5M/10DTM group showed significantly different increasing at day 14 and 21. However, there was no significantly different of osteocalcin (OCN) concentration between 0.5M/10DTM, 0.5M/20DTM and TM group in all time point. Conclusions: The reaction time of HCl has effect on tooth matrix in aspect of surface morphology, crystallinity, element components, Ca/P ratio and the quantity BMP-2. The HCl acid concentration affect degradation rate of the material. The tooth matrix which demineralized using 0.5M/10min and 0.5M/20min protocol demonstrated superior physicochemical characteristic and cell biocompatibility compared with human tooth matrix. |
Abstract(Thai): | วัตถุประสงค์: เพื่อศึกษาอิทธิพลของกระบวนการละลายแร่ธาตุออกด้วยกรดไฮโดรคลอริกที่ความ เข้มข้นและระยะเวลาแตกต่างกัน ที่มีผลต่อคุณสมบัติของ ดีมินเนอราไลซ์ทูธเมทริกที่เตรียมจากฟัน มนุษย์ ในแง่ของ คุณสมบัติทางกายภาพ อัตราการสลายตัว ปริมาณบีเอ็มพี2 และคุณสมบัติความ เข้ากันได้ทางชีวภาพของเซลล์กระดูก วิธีการวิจัย: นําฟันแท้ที่ได้จากการถอนฟัน ตัดแบ่งตัวฟันและรากฟัน นําเนื้อเยื่อโพรงประสาทฟัน ออก นําตัวฟันและรากฟันไปบดให้เป็นชิ้นเล็กขนาด 500-1,000 ไมครอน นําฟันที่ถูกบด แบ่งกลุ่ม เป็น 5 กลุ่ม (0 โมล, 0 นาที (กลุ่มควบคุม), 2) 0.5 โมล 10 นาที, 3) 0.5 โมล 20 นาที, 4) 1 โมล 10 นาที และ 5) 1 โมล 20 นาที) โดยทําการทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพเคมีในส่วนของ ลักษณะ ของชิ้นผงฟันในระดับจุลภาค ค่าความเป็นผลึกของชิ้นผงฟัน ธาตุองค์ประกอบ อัตราส่วน แคลเซียมฟอสเฟต การสลายตัวชิ้นผงฟันขึ้นรูป ความเข้มข้นของโปรตีนรวมและโปรตีนบีเอ็มพี2 ที่สกัดออกมาจากชิ้นผงฟัน ทําการเลือกกลุ่มที่มีลักษณะทางกายภาพเคมีที่เหมาะสม นําไปทดสอบ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของเซลล์กระดูก ในแง่ของ ลักษณะการเกาะของเซลล์บนชิ้นผงฟันขึ้น รูป จํานวนเซลล์ที่แบ่งตัว และมีชีวิตอยู่บนชิ้นผงฟันขึ้นรูป จํานวนเซลล์ที่เปลี่ยนสภาพบนชิ้นผง ฟันขึ้นรูป ข้อมูลถูกนําเสนอเป็นค่าเฉลี่ยและส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน โดยมีการวิเคราะห์ทางสถิติ ด้วยการเปรียบเทียบค่าเฉลี่ยของปริมาณ ความเข้มข้นของโปรตีน บีเอ็มพี2 ที่สกัดออกมาจากชิ้น ผงฟัน, การสลายตัวชิ้นผงฟันขึ้นรูป, จํานวนเซลล์ที่แบ่งตัวและ จํานวนเซลล์ที่เปลี่ยนสภาพบนชิ้น ผงฟันขึ้นรูป ที่มีนัยสําคัญทางสถิติ น้อยกว่า 0.05 ผลการศึกษา: ลักษณะชิ้นผงฟันของทุกกลุ่มมีลักษณะแข็งมีขาวและเหลือง โดยที่กลุ่มที่ผ่าน กระบวนการละลายแร่ธาตุที่นานขึ้นจะมีความโปร่งใสมากขึ้น ในส่วนภาพจากกล้องจุลทรรศน์ อิเลคตรอน กลุ่ม 0.5 โมล 20 นาที และ 1 โมล 20 นาที แสดงลักษณะพื้นผิวของวัสดุที่เรียบ ขนาดของเดนทินัลทูบูลที่กว้างขึ้น มีการเผยให้เห็นเส้นใยคอลลาเจน ร้อยละของธาตุแคลเซียมและฟอสฟอรัสของกลุ่มทดลองทุกกลุ่มมีน้อยกว่า กลุ่มควบคุม (แคลเซียม ร้อยละ 15.60, ฟอสฟอรัส ร้อยละ 8.08) และพบว่ากลุ่มที่มีน้อยที่สุดคือ กลุ่ม 1 โมล 20 นาที (แคลเซียม ร้อยละ 3.43, ฟอสฟอรัส น้อยละ 1.07) อัตราส่วนแคลเซียมฟอสเฟต ของกลุ่ม ( โมล, 0 นาที (กลุ่มควบคุม), 0.5 โมล 10 นาที, 0.5 โมล 20 นาที, 1 โมล 10 นาที และ 1 โมล 20 นาที คือ 1.49, 1.97, 2.39, 2.35 และ 2.48 ตามลําดับ ทุกกลุ่มแสดงลักษณะของไฮดรอกซีแอปาไทต์ ร้อยละค่าความเป็นผลึกของ ชิ้นผงฟัน ในกลุ่ม ( โมล, 0 นาที (กลุ่มควบคุม), 0.5 โมล 10 นาที, 0.5 โมล 20 นาที, 1 โมล 10 นาที และ 1 โมล 20 นาที คือ ร้อยละ 63.09, 62.12, 56.84, 61.915 และ 54.33 การวัดการกระจายของ รูพรุน มีค่าอยู่ระหว่าง 42.37-68.17A โดยมีค่ามากที่สุดในกลุ่ม 1 โมล 20 นาที ในขณะพื้นที่ผิวมีค่า 1.77-5.43 ตร.ม./กรัม และมีค่าน้อยที่สุดในกลุ่ม 1 โมล 20 นาทีเช่นกัน ปริมาณของโปรตีนรวมและ โปรตีนบีเอ็มพี2 ที่มากที่สุด พบในกลุ่ม 1 โมล 20 นาที และมีความแตกต่างอย่างมีนัยสําคัญทาง สถิติกับกลุ่มควบคุม ร้อยละการสลายตัวชิ้นผงฟันขึ้นรูป ของกลุ่ม ( โมล, 0 นาที (กลุ่มควบคุม), 0.5 โมล 10 นาที, 0.5 โมล 20 นาที, 1 โมล 10 นาที และ 1 โมล 20 นาที ในระยะเวลา 60 วัน คือ 6.41±0.30, 9.19+1,92, 8.46±0.28, 19.27+2.74 และ 22.90±10.10 ตามลําดับ (ระดับนัยสําคัญ <0.05) จากคุณสมบัติทางกายภาพเคมีที่ตรวจพบ ทําให้ กลุ่ม 0.5 โมล 10 นาที และ 0.5 โมล 20 นาที ถูกเลือกไปทดสอบความเข้ากันได้ทางชีวภาพในห้องทดลองเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม การยึดเกาะของเซลล์กระดูก วันที่ 1 และ 7 ในกลุ่มควบคุมมีลักษณะรูปร่างไม่แน่นอนมีขนาดเล็ก เกาะกับผิววัสดุแบบหลวมๆ ในขณะที่กลุ่มทดลอง เซลล์กระดูกมีการแผ่รูปร่างไปตามผิววัสดุและมี การเกาะเข้าไปในส่วนเดนท์นัลทูบูล ต่อมาในวันที่ 14 ทุกกลุ่มมีการเกาะของเซลล์กระดูกใน ลักษณะเป็นแผ่นและแบ่งตัวทับกันหลายชั้น เซลล์กระดูกมีการแบ่งตัวบนพื้นผิววัสดุ เพิ่มขึ้นจาก วันที่ 1 ถึงวันที่ 14 และลดลงเล็กน้อยในวันที่ 21 โดยกลุ่มควบคุมมีจํานวนเซลล์น้อยกว่ากลุ่ม ทดลองสองกลุ่มวันที่ 1, 14 และ 21 อย่างมีนัยสําคัญ ในขณะที่กลุ่ม 0.5 โมล 10 นาที และ 0.5 โมล 20 นาที มีจํานวนเซลล์สูงสุด ในส่วนของปริมาณอัลคาไลน์ฟอสฟาเตส ของกลุ่ม 0.5 โมล 10 นาที พบว่าเพิ่มขึ้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสําคัญในวันที่ 14 และ 21 เมื่อเทียบกับวันที่ 1 และวันที่ 7 อย่างไร ก็ตามไม่มีความแตกต่างของความเข้มข้นของ โปรตีนออสทิโอแคลซิน ระหว่างกลุ่มในทุกช่วงเวลา บทสรุป: ระยะเวลาของปฏิกิริยาละลายแร่ธาตุด้วยกรดไฮโดรคลอริกมีผลต่อลักษณะพื้นผิว ร้อยละ ความเป็นผลึก ธาตุองค์ประกอบ อัตราส่วนแคลเซียมฟอสเฟต ในขณะที่ ความเข้มข้นของกรด ไฮโดรคลอริกมีผลอัตราการสลายตัวของวัสดุ จากการศึกษาครั้งนี้พบว่า ดีมินเนอราไลซ์ทูธเมทริก จากฟันมนุษย์ ที่ผ่านกระบวนการเตรียมในกลุ่ม 0.5 โมล 10 นาที และ 0.5 โมล 20 นาที มีคุณสมบัติ ทางกายภาพเคมีและความเข้ากันได้ทางชีวภาพกับเซลล์กระดูกที่ดี เมื่อเปรียบเทียบกับฟันธรรมชาติ |
Description: | Thesis (M.Sc., Oral and Maxillofacial Surgery)--Prince of Songkla University, 2019 |
URI: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/13125 |
Appears in Collections: | 680 Thesis |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
437539.pdf | 3.37 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License