Перейти
Корзина товаров: шт.
Комплексное обеспечение клиник России и СНГ
Заказать звонок
8 800 550 87 07
8 (343) 239-48-47
- прямой в офис
  • Dentium Sinus Kit

Синтетические биомиметические нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита для реминерализации эмали

Список исследований и статей Biorepair
Сводная информация по результатам исследования MICROREPAIR
1. Реминерализирующий эффект нанокристаллов карбонат-гидроксиапатита на дентин
2. Синтетические биомиметические нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита для реминерализации эмали
3. Статья-исследование реминерализация поверхности эмали: разное действие биомиметических апатитных нанокристаллов и фторидных ионов
4. Восстановление эмали

Синтетические биомиметические нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита для реминерализации эмали

©(2008) Trans Tech Publications, Швейцария.

Н.Ровэри (1,а), Э.Батистелла (2 b), И.Фолтран (1,2 c), Э.Форэсти (1d), М.Яфиско (1,2e), М.Лелли (1 f), Б.Палаццо (1,2 g) и Л.Римондини (2 h)

1 Отдел Химии «G.Ciamician», Болонский Университет, улица Сельми 2, 40126, Болонья, Италия
2 Отдел Медицинских Исследований, University of Eastern Piedmont «Amedeo Avogadro», улица Солароли 4, 28100, Новара, Италия

a) norberto.roveri@unibo.it; b) belisa.battistella@med.unipmn.it; c) ismaela.foltran@ unibo.it; d) elisabetta.foresti@unibo.it; e) michele.iafisco@unibo.it; f) marco.lelli@ libero.it; g) barbara.palazzo@unibo.it; h) lia.rimondini@med.unipmn.it.

Ключевые слова: Гидроксиапатит, Биомиметические Нанокристаллы, Реминерализация Эмали.

Резюме. Новые биомиметические нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита (КГА) были разработаны и синтезированы для достижения реминерализации видоизмененных поверхностей эмали.Синтезированные нанокристаллы КГА имитируют по композиции, структуре, нановеличине и морфологии костные апатитные кристаллы, а также их химико-физические свойства очень напоминают те, что проявляет натуральный апатит эмали. КГА могут химически прикрепляться к поверхности апатита естественной эмали, благодаря их специально приспособленным биомиметическим характеристикам. Реминерализирующее действие КГА проявляется в фактически новом отложении карбонат-гидроксиапатита на царапины поврежденной поверхностиэмали,формируя стойкий минеральный слой, который покрывает и защищает структуру эмали. Результаты экспериментов показывают, что есть возможность использовать вещества, альтернативные фтористым соединениям, которые обычно используются для борьбы с механическими ссадинами и кислотным разрушением. Апатитное синтетическое покрытие является менее кристаллизированным, нежели апатит естественной эмали, но включает новые биомиметические апатитные минеральные отложения, которые постепенно заполняют царапины поверхности. Таким образом, применение биомиметических КГА можно считать инновационным подходом к борьбе с кислотным и бактериальным поражением.

Вступление
Зубной камень и эрозия являются простыми патологиями, распространенными по всему миру. Они вызваны действием кислот, способных растворять минеральные структуры зубов [1-3]. Основной причиной этого частичного растворения поверхности эмали является растворяемость гидроксиапатита (ГА) при низкой кислотности (pH) [4].

В отличии от других минерализированных тканей, таких как костная, зубная эмаль не способна сама себя восстанавливать, когда ее поражают специфические зубные патологии, а именно, кариес, деминерализация, царапины или трещины, которые вызваны нехваткой клеток (Рис.1). Таким образом, на сегодняшний день, единственным путем для восстановления поврежденной эмали является обновление посредством синтетических материалов (веществ).

Превентивный подход, а именно, использование фтористых соединений, считается лучшим способом ослабить разрушение эмали. На самом деле, ионы фтора способны преобразовывать поверхность естественного апатита в частично фторидо замещающий гидроксиапатит. Таким путем, фтористые соединения уменьшают апатитную растворяемость [5].

Гидроксиапатит [Ca10(PO4)6(OH)2], являющийся наиболее богатой неорганической фазой кости, а также, твердых тканей зуба, широко исследуется в качестве наполнителя кости и протезного покрытия, именно благодаря его биосовместимости и остеопроводимости [6].

РЭМ изображение деминерализованной эмали
Рисунок 1: РЭМ изображение
деминерализованной эмали
(Увеличение оригинала в 4000 раз)

Исключительно кристализированные нанокристаллы ГА имеют отличные биологические свойства, где отсутствует токсичность, воспалительные и иммунологические реакции. А также, они проявляют биореабсорбционные свойства в физиологических условиях. Это качество можно регулировать через ионное замещение и уровень кристалличности, посредством выполнения инновационного синтеза с контролем наноразмерных кристаллов. Целью данного исследования является подчеркнуть действие нано-КГА на реминерализацию человеческой эмали. Биомиметические характеристики КГА специально выведены нанотехнологией.

ТЭМ изображение синтетического КГА
Рисунок 2: ТЭМ изображение синтетического КГА
Рентгеновская дифракционная схема КГА и кости с нехваткой белка
Рисунок 3: Рентгеновская
дифракционная схема КГА (а)
и кости с нехваткой белка (b)

Материалы и методы
Синтез: КГА плоскоигольчатой формы, размером около 100 нм, были синтезированы согласно ранее указанным методам [7] и запатентованы [8].
КГА выпал в осадок из водного раствора Са(OH)2 (0.17 M) черезпостепенное прибавление H3PO4 (0.15 M). Реакционную смесь взболтали при температуре 37 С° на протяжении 12 часов, после чего взбалтывание было приостановлено для того, чтобы сделать возможным отложение нанокристаллов КГА. Часть плоскоигольчатых кристаллов гранулированных размеров, которые колеблются от 100 до 150 мкм, была отобрана для исследования.

Трансмиссионная Электронная Микроскопия (ТЭМ): исследования проведены, используя прибор Philips CM 100. Образцы порошков были рассеяны ультразвуком в ультра-чистой воде, после чего несколько капель пульпы положили на дыряво-углеродную фольгу, закрепленную на стандартных медных микросетках.

Растровый Электронный Микроскоп(РЭМ): исследования проведены, используя РЭМ (Zeiss EVO, 40 XVP), используя вторичные электроны при 25 кВ и различных увеличениях.

Рентгеновская дифракция (ХRD): дифракционные схемы получены, используя Analytical X’Pert Pro, оснащенную Х’ускорительным индикаторным дифрактометром порошков, и используя Cu K радиацию, генерированную при 40 Кв и 40 мА.

Инфракрасный спектроскопический анализ (FTIR): спектры были записаны посредством Perkin-Elmer Spectrum One FT-IR, который оснащен Микроскопом Авто-изображения Перкина-Элмера. Разрешение спектра – 4 см -1.

Определение площади поверхности: измерения проведены, используя прибор Carlo Erba Sorpty 1750, посредством измерения поглощения N2 при 77 K и используя процедуру BET[9].

Подготовка образца: Куски эмали(3х3мм) были нарезаны алмазными дисками из межпроксимальных премолярных поверхностей, изъятых для ортодонтических целей и диспергированных с помощью ультразвука в течение 10 мин. в 50% этаноле для того, чтобы удалить осколки. Куски были вытравлены 37% ортофосфорной кислотой в течение 1 мин., а потом промыты дистиллированной водой. Куски разделили на три группы обработки, используя фторидную зубную пасту или зубную пасту, основанную на КГА, и только воду (контроль) соответственно. Каждый кусок чистили щеткой три раза в день в течение 15 дней. Интервалы между процедурами чистки были как минимум 5 часов. Каждую процедуру чистки проводили в течение 30 сек, используя электрическую зубную щетку с неизменным давлением и соответствующие горошины зубной пасты, пропитанные водопроводнойводой, что очень напоминает процедуру чистки зубов. После каждой обработки, каждый кусок эмали промыли водопроводной водой, используя очищенную зубную щетку, чтобы убрать остатки зубной пасты. Зубные щетки повторно промывали водопроводной водой после каждого использования.

Результаты и обсуждения
Биомиметические нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита были синтезированы согласно модификации выше указанных методов [7] и запатентованы [8]. Получено почти стехиометрическое молярное соотношение Са/P в около 1.7, где содержится 5±1 % массы карбонатных ионов, в основном замещающих фосфатные группы, и которое напоминает биологический апатит. РЭМ изображение синтетических нанокристаллов КГА показывает плоскоигольчатую морфологию и средний размер в 100 нм (Рис.2).

Рентгеновские дифракционные схемы синтезированных КГА показывают характеристику максимы дифракции каждой отдельной фазы апатита(JCPDS01-074-0565).Нарис.3(а) рентгеновская дифракционная схема сравнивается с той, которую получили по естественному КГА из кости с нехваткой белка (Рис. 3b). Расширение дифракционной максимы в Позиции [2 theta] рентгеновской дифракционной схемы КГА (Рис.3а) указывает на относительно низкий уровень кристалличности, определенный в 48%, согласно ранее указанному методу [10]. Наблюдаемая кристалличность увеличилась по сравнению с той, которая определена из рентгеновской дифракционной схемы(XRD) естественно гоапатита кости с нехваткой белка (28%).
Такие же наблюдения вытекают из сравнения FTIR спектров нанокристаллов КГА с естественным апатитом кости с нехваткой белка (дата не указана).

Определена специфическая площадь поверхности в 100 м2гр-1 для КГА, который содержится в цепочке биологических нанокристаллов ГА (75-170 м2гр-1).

Рентгеновские дифракционные схемы, полученные на кусках поверхности эмали после обработки КГА зубной пастой или фторидной зубной пастой и водой, предоставлены на Рис. 4а, 4b и 4с соответственно.
Рентгеновская дифракционная максима из поверхности кусков эмали, обработанных зубной пастой, которая содержит фторид, оказывается слегка более заостренной нежели та, которую получили из кусков эмали, обработанных только водой. Это наблюдение показывает увеличение уровня кристалличности, вероятно из-за частичного структурного преобразования гидроксиапатита во фторапатит. И наоборот, рентгеновская дифракционная схема поверхности кусков эмали, обработанных КГА, показывает расширение(увеличение) параметра, тоесть дифракционной максимы синтетического КГА, содержащегося на поверхности эмали. Тот КГА, который не был удален во время процедуры чистки, предполагает формирование химических соединений между синтетическими нанокристаллами и апатитными кристаллами естественной эмали. Эти соединения способствуют формированию стойкого КГА слоя на поверхности эмали, морфология которой определена в РЭМ анализе.
Поверхности зубов, обработанные фторидом (Рис.5b) не были последовательно (значительно) изменены по сравнению с поверхностями, которые были деминерализированы ортофосфорной кислотой (Рис. 5с). Фактически, обе структуры эмали, межпризматическая и призматическая, остаются еще очевидными. И наоборот, после обработки кусков эмали КГА, межпризматическая и призматическая структуры эмали оказываются спрятаны под густым гомогенным апатитным слоем (Рис.5а).

Синтетические биомиметические нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита для реминерализации эмали
Рисунок 4: Рентгеновская дифракционная схема эмали, обработанной: а) КГА, b) фторидом, ис) контроль( линии показывают дифракционные максимы)
Рисунок 5: РЭМ изображение эмали, обработанной:а) КГА, b) фторидом, и с) контроль (увеличение оригинала в 2000 раз)

Заключение
В настоящем очерке мы химически, физически и морфологически исследовали модификации поверхности эмали in-vitro (в лабораторных условиях), вызванные чисткой зубной пастой, содержащей фторид или КГА.
Результаты подчеркивают, что биомиметические наноразмерные запатентованные КГА [8] вырабатывают стойкий слой отложений карбонат-гидроксиапатита на поверхность эмали. Этот слой является менее кристаллизированным, чем апатит естественной эмали. И содержит новые апатитные минеральные отложения, которые постепенно заполняют царапины и трещины. С другой стороны, реминерализация поверхности, которая наблюдается в образцах, обработанных фторидом, в большей степени основана на химико-физических модификациях, а не на формировании нового слоя.

Документированное формирование биомиметического слоя КГА - это первый процесс реминерализации, который предполагает фактически новое минеральное апатитное отложение на деминерализированную площадь поверхности эмали.

Благодарность
Авторы благодарят президента COSWELL Паоло Гуаланди за его вдохновляющий энтузиазм в предложении этого исследования.

Список литературы:
[1]Eccles J D. Dental erosion of non industrial origin. A clinical survey and classification. J Prosthet Dent 1979; 42: 649-653.
[2]Arnadottir I B, Saemundsson S R, Holbrook W P. Dental erosion in Icelandic teenagers in relation to dietary and lifestyle factors. Acta Odontol Scand 2003; 61: 25-28.
[3]Nunn J H, Gordon P H, Morris A J, Pine C M, Walker A. Dental erosion-changing prevalence? A review of British National children’s surveys. Int J Paed Dent 2003; 13: 98-105.
[4]West N X, Maxwell A, Hughes J A, Parker D M, Newcombe R G, Addy M. A method to measure clinical erosion: the effect of orange juice consumption on erosion of enamel. J Dent 1998; 26: 329-335.
[5]Featherstone J D B, Glena R, Shariati M, Shields C P. Dependence of in vitro Demineralization of Apatite and Remineralization of Dental Enamel on Fluoride Concentration. J Dent Res 1990; 69: 620.
[6]Roveri N, Palazzo B. Hydroxyapatite Nanocrystals as Bone Tissue Substitute. Nanotechnologies for the Life Sciences; 9: 283-307 ed. By Challa S.S. R. Kumar, WILEY-VCH, 2006.
[7]Landi E, Tampieri A, Celotti G, Sprio S. Densification behaviour and mechanisms of synthetic hydroxyapatite. J Eur Ceram Soc 2000; 20: 2377-2387.
[8]Guaber S.p.A., Gazzaniga G., Roveri N., Rimondini L., Palazzo B., Iafisco M., Gualandi P. EU Patent 005146, 2006.
[9]Greg S J, Sing K S (Eds.), Adsorption, Surface Area and Porosity, Academic Press, 1967.
[10]Erkmen Z E. The effect of heat treatment on the morphology of D-Gun sprayed hydroxyapatite coatings. J Biomed Mater Res 1999; 48(6): 861-868.
Hindawi Publishing Corporation Journal of Nanomaterials
Том 2009, Статья ID 746383, 9 стр. doi:10.1155/2009/746383

Весь каталог Biorepair
Обратный звонок
Ответим на вопросы, оформим заказ.


Ошибка! Введите Ваш номер телефона.
Подписка на рассылку
Информация о новинках и скидках.

Ошибка! Введите корректную эл.почту.
Быстрая покупка
Ответим на вопросы, оформим заказ.
Ошибка! Введите Ваш номер телефона.