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

Статья-исследование реминерализация поверхности 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

Статья-исследование реминерализация поверхности эмали: разное действие биомиметических апатитных нанокристаллов и фторидных ионов

©(2008) Trans Tech Publications, Швейцария.

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
3 Отдел Физической Химии и Электрохимии, Миланский Университет, улица Голджи 19, 20133, Милан, Италия

Письма к Норберто Ровэри отправлять на norberto.roveri@unibo.it Получено 13 Октября 2008; Принято 22 Января 2009 Рекомендовано Аланом К.Т.Лау

Предлагается новый метод реминерализации видоизмененной поверхности эмали. Для этой цели использованы нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита, которые имитируют композицию, структуру, наноразмеры и морфологию апатитных кристаллов дентина и очень похожи на химико-физические свойства естественного апатита. Результаты подчеркивают разницу в использовании фторидных ионов и нанокристаллов гидроксиапатита для борьбы с механическими повреждениями и кислотным разъеданием, которым подвергается зубная эмаль.

Фторидные ионы вызывают модификацию поверхности апатитных кристаллов естественной эмали, увеличивая уровень их кристалличности и соответственно их механическую и кислотную сопротивляемость. С другой стороны, реминерализация, вызванная карбонат-гидроксиапатитом, заключается в отложении нового апатитного минерала в трещины поверхности поврежденной эмали. Новый биомиметический минеральный слой, который постепенно заполняет и заслоняет трещины поверхности, покрывает и защищает структуру эмали, борясь с кислотным и бактериальным воздействием.

Сopyright © 2009 Норберто Ровэриидр. Это открытая длядоступа статья, издана под Лицензией Creative Commons Attribution, которая позволяет неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что оригинальная робота цитируется надлежащим образом.

1. Вступление
Зубная эрозия – это химическое стирание твердой ткани зуба без привлечения бактерий [1]. Ее медицинская обоснованность становиться все шире и шире[2-6], и она считается одной из основных зубных патологий, способных причинять пациенту дискомфорт, вслед за периодонтальными заболеваниями и кариесом. Её этиология связана с огромным возрастанием применения безалкогольных напитков, фруктовых соков [7]. Тем не менее, другие источники кислот, такие как прием лекарств, содержащех сиропы, аналгетики и витамин С, а также воздействие кислот окружающей среды в рабочих условиях, считаются связанными с эрозией эмали [8-12].

Процессы, включенные в разрушение твердой ткани зуба – это кислотное разъедание на расстоянии нескольких микрометров от эмали, что вызывает деминерализацию и растворение минерального слоя[13-16]. Гидроксиапатит является основным компонентом зубных тканей, формирующим в эмали и дентине 95% и 75% массы соответственно.

Первым показателем нормы растворяемости является растворимость гидроксиапатита (ГА), которая связана с кислотностью (pH), и наличие слюнной пленки также считается важным [17-19]. Постоянное применение большой концентрации локального фторида может быть полезным для предотвращения дальнейшей деминерализации и увеличения стойкости к трещинам и влиянию эрозии [20].

Лабораторные исследования доказали, что задержка растворения синтетического карбонат-гидроксиапатита (КГА) является логарифмической функцией концентрации фторида в растворе [21].

Систематический прием фторида во время формирования зубов считается эффективным для предотвращения кариеса, именно благодаря задержке растворения апатита. В соответствии с Journal of Nanomaterials (Журналом Наноматериалов), ежедневным пособием (RDAs) комитета European Food Safety Authority (Европейский орган по безопасности пищевых продуктов), прием 0.1 мг фторида/кг массы тела/день для детей в возрасте до 8 лет, считается дозой, ниже которой не будет значительного появления видоизмененных форм флюороза в постоянных зубах [22].

Тем не менее, важно принимать во внимание, что фторированная вода, фторидные добавки в рацион питания, фторидная зубная паста, и локальное применение фторида – считаются источниками флюороза эмали [23]. Более того, «возможная токсическая доза» фторида, то есть доза, которая будет требовать терапевтического вмешательства и госпитализации – это 5 мг/кг массы тела, но как здесь описано, много зубныхсредствсодержатколичествофторида, подходящее для избегания «возможной токсической дозы» для ваших детей [24].

Большинство средств и приборов, которые используются для борьбы с эрозией зубов и дентина, таких какфторид [25-28], действуют путем уменьшения растворения апатита, вместотого, чтобы способствовать минерализации посредством апатитной кристаллизации или замещения утраченных веществ. Гидроксиапатит, также как и в кости, отвечает за механическое поведение зубных тканей.
В отличии от кости, в эмали и дентине, когда ГА растворен или поврежден, он не может самопроизвольно реминерализироваться, так как эмаль не содержит клеток, а присоединение дентина происходит только к тканям пульпы. Таким образом, и эмаль и дентин могут быть восстановлены только путем применения аллопластических материалов (веществ), которые обеспечивают своеобразное протезное восстановление.
В свете этой ситуации, деминерализованная площадь и трещины, размерами в микрометры, которые обычно возникают на поверхности эмали в результате микроизноса и кислотного разъедания [29], не могут быть восстановлены ни биологически, ни протезным путем.

Гидроксиапатит широко подвергается экспериментам в качестве наполнителя кости и протезного покрытия, благодаря его биосовместимости и остеопроводимости, а также он является избирательным веществом, которое имеет большое количество применений для замещения кости и поверхности [30]. Мало кристаллизированные нанокристаллы ГА, кроме отменных биологических свойств ГА, таких как нетоксичность и отсутствие воспалительных и иммунологических реакций, также имеют свойства биопоглощения в физиологических условиях. Последние свойства можно регулировать путем модифицирования уровня кристалличности, что достигается реализацией инновационного синтеза с контролем наноразмерных кристаллов. В последнее десятилетие, используются передовые технологии для синтезирования нового вида биомиметических апатитных аллопластических материалов (веществ), которые могут оптимизировать взаимодействие с биологическими образованиями благодаря их сильной поверхностной биоактивности [31].
Цель данной статьи – подчеркнуть эффект действия синтетических биомиметических кристаллов гидроксиапатита по сравнению с фторидными ионами, что касается реминерализации поверхности эмали в лабораторных условиях.

2. Материалы и методы
2.1. Химические вещества
Все использованные химические реагенты были высокого химического качества из Sigma-Aldrich, Mиссури, США.

2.2. Синтезирование Нанокристаллов Карбонат-Гидроксиапатита Плоскоигольчатые нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита размером в около 100 нм были синтезированы согласно модификации ранее рассмотренного метода [32] и запатентованы [33]. КГА нанокристаллы размером в около 100 нм выпалы в осадок из водного раствора Са(OH)2 (0.17 M) через постепенное 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.

Синтезированные нанокристаллы КГА размером в 100нм отделили через фильтрацию исходного раствора, который повторно промыли водой и подвергли сухой заморозке. Часть плоскоигольчатых кристаллов размером в 100 нм, в форме гранул, которые колеблются от 100 до 150 мкм, была отобрана для исследования.

После синтеза, целой части плоскоигольчатых кристаллов размером в 100 нм позволили срастись в реакционную смесь, пока не сформировались скопления, размеры которых колеблются от 0.5 до 3.0 мкм. Объединение скоплений прервали через добавление в исходный раствор ПАВ (поверхностно активного вещества) (Protelan MST35 8% массы).

Плоскоигольчатые нанокристаллы карбонат-гидроксиапатита размером в около 20 нм были синтезированы согласно методу Liou и др. [34] с некоторыми модификациями. Нанокристаллы выпалы в осадок из водного раствора (NH4)3PO4 (5.1 мM) через постепенное прибавление водного раствора Са(СН3СОО)2 (8.5 мM), поддерживая кислотность на уровне 10 pH, добавляя раствор NH4OH.

Реакционную смесь взбалтывали при комнатной температуре на протяжении 24 часов, после чего взбалтывание было приостановлено для того, чтобы сделать возможным отложение нанокристаллов КГА. Синтезированные нанокристаллы КГА отделили через фильтрацию раствора, повторно промыли водой и подвергли сухой заморозке. Часть плоскоигольчатых кристаллов размером в 20 нм, в форме гранул, которые колеблются от 100 до 150 мкм, была отобрана для исследования.

2.3. Морфологическая характеристика.
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.
РЭМ исследования проведены, используя РЭМ (Zeiss EVO, 40 XVP), используя вторичные электроны при 25кВ и различных увеличениях.

2.4. Структурная характеристика.
Рентгеновские дифракционные схемы порошка и поверхности эмали получены, используя Analytical X’Pert Pro, оснащенную Х’ускорительным индикаторным дифрактометром порошков, и используя Cu K радиацию, генерированную при 40 Кв и 40 мА. Прибор был установлен с разрезами приема с отклонениями в 1.0 и 0.2 мм. Образцы приготовлены, используя переднюю нагрузочную способность стандартных алюминиевых держателей для образцов, которые 1 мм глубиной, 20 мм высотой и 15 мм в ширину. Уровень кристалличности ГА оценен согласно формуле [35]:

Уровень кристалличности ГА

где х = рабочая площадь дифракционных окончаний, а y = рабочая площадь дифракционных окончаний + фоновая площадь.
Размер кристаллической области вдоль направления с посчитан, используя формулу Шеррера:

Формула Шеррера

Где - это угол дифракции для грани (002), ∆r и∆0 - широта отражения(002) в радианах в половину высоты для синтезированных и указанных ГА нанокристаллов соответственно, а = 1.5405 A°.

2.5. Инфракрасный спектроскопический анализ.
ATR-IR спектры получены на спектрометре Thermo Nicolet 380 FT-IR, оснащенном техническим приспособлением ATR.

Инфракрасные спектры были записаны от 4000 до 400 см-1 при отклонении на 2см-1, используя спектрометр Bruker IFS 66В/С, а также используя KBr поддоны.

ATR спектры получены учитывая пустую ячейку, которая будет использована в качестве заготовки в последующих экспериментах. Образцы сделаны путем помещения образца порошка на кристаллы
Ge ATR.

Спектры получены через усреднение 32 сканнеров с отклонением в 4 см-1.

2.6.Определение площади поверхности: измерения проведены, используя прибор Carlo Erba Sorpty 1750, посредством измерения поглощения N2 при 77 K и используя процедуру BET [36].

2.7.Спектрофотометрический анализ
Фосфорные содержания определены спектрофотометрическим путем посредством asmolybdovanadophosphoric кислоты, используя кварцевую ампулу в 1 см [37].
Кальциевые содержания измерены, используя ICP, OES, а также используя Perkin Elmer Optima 4200 DV.

2.8. Рентгеновская фотоэмиссионная спектроскопия (ХPS).
Анализы проведены на приборе M-Probe Instrument (SSI), оснащенном монохроматическим источником Al K (1486.6 эВ) с размером пятна в 200-750 мкм и проводимостью энергии в 25 эВ, учитывая отклонение в 0.74 эВ. Посредством монохроматического источника, применили пушку электронного заполнения для компенсации формирования позитивного заряда на изоляционных образцах во время анализа. Электроны по 10 эВ отобрали для проведения измерений на этих образцах.
Измерено количество указанной связанной энергии (BEs), а именно ± 0.2 эВ. Количественные данные точно проверили и воспроизвели несколько раз (как минимум 10 раз для каждого образца), и посчитали отклонение процентов в ±1%.

2.9. Статистический анализ.
Определение размера области ГА кристалличности вдоль с направления, пропорция массы и поверхности СA/P, и определенная площадь поверхности – проверены 5 раз на одном и том же синтезированном средстве. Данные представлены в среднем значении ±SD. Несовпадения считались статистически значимыми на уровне значимости в 90%.

2.10. Процедуры реминерализации эмали in-vitro (в лабораторных условиях).
Куски эмали (3х3 мм) получили из межпроксимальных премолярных поверхностей, изъятых для ортодонтических целей.
После изъятия, зубы разрезали алмазными дисками, а полученные куски диспергировали с помощью ультразвука в течение 10 мин. в 50% этаноле для того, чтобы удалить осколки. Затем, куски вытравили 37% ортофосфорной кислотой в течение 1 мин. Вытравленные куски промывали дистиллированной водой в течение10 мин., размешивая, а потом высушили воздухом.
Провели еще две различные процедуры реминерализации in-vitro.

Первая процедура реминерализации in-vitro требует 10%-ой массы КГА, в которых гранулированная пульпа колеблется от 100 до 150 мкм и состоит из нанокристаллов размерами в 20мкм и 100 мкм.
Водные растворы нанокристаллов КГА применяли на поверхности кусков эмали в течение 10 мин. при комнатной температуре со 100%-ой влажностью, а потом удалили путем промывания водой и высушили воздухом.

Второй процесс реминерализации in-vitro требует зубную пасту, которая содержит как фторидные ионы, так и скопления КГА размерами в 0.5-3.0 мкм, сформированные срастанием нанокристаллов размером в 100 нм.
Вытравленные куски эмали для сопоставления разделили на 3 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 водопроводной водой, что очень напоминает инвивопроцедуру чистки зубов.
После каждой обработки, каждый кусок эмали промыли водопроводной водой, используя очищенную зубную щетку, чтобы убрать остатки зубной пасты.

3. Результаты
3.1. Синтезирование и Характеристика Биомиметических Нанокристаллов Карбонат-Гидроксиапатита.
Биомиметические карбонат-гидроксиапатитные нанокристаллы синтезированы стехиометрически при соотношении молярного количества Сa/P около 1.6-1.7 и содержат 4±1% массы ионов карбоната, которые преимущественно замещают фосфатные группы. Нанокристаллы КГА были синтезированы размером в 100нм и размером в 20нм с плоской и игольчатой морфологией, соответственно. На рисунках 1(а) и 1(b) показаны РЭМ изображения синтетических нанокристаллов КГА размером в 20нм с морфологией плоской формы, а также синтетические нанокристаллы КГА размером в 100нм с морфологией игольчатой формы, соответственно.

Нанокристаллы КГА могут собираться в микроразмерные кристаллические скопления, размеры которых возрастают с увеличением времени формирования для исходного раствора, при неизменной температуре и взбалтывании [33].

Рентгеновские дифракционные схемы порошка плоских нанокристаллов КГА размером около 20 нм и игольчатых нанокристаллов КГА размером около 100 нм (смотрите рис. 2 (b) и 2 (с), соответственно) показывают характерную дифракционную максиму для каждой отдельной фазы апатита (JCPDS 01-074-0565). Эти рентгеновские дифракционные схемы сравниваются с теми схемами, которые получили для естественного карбонат-гидроксиапатита эмали и дентина с нехваткой белка, как показано на Рис. 2 (а) и 2 (b) соответственно.

Расширение дифракционной максимы на рентгеновских дифракционных схемах, показанных на Рис. 2 (а), 2 (b) и 2 (с), указывает на относительно низкий уровень кристалличности, который был посчитан согласно вышеуказанному [35]. Уровень кристалличности для синтезированных нанокристаллов КГА в 20 нм плоской морфологии и для синтезированных нанокристаллов КГА в 100 нм игольчатой морфологии
– 30% и 50% соответственно. Уровень кристалличности для нанокристаллов КГА в 20 нм очень близкий к тому уровню, который определили из рентгеновской дифракционной схемы для естественного карбонат-гидроксиапатита (28%) дентина с нехваткой белка, показанной на Рис. 2 (а). Более того, уровень кристалличности для естественного гидроксиапатита эмали с нехваткой белка, показанной наРис. 2 (d) – 70%. Размеры кристаллической площади вдоль с направления, были подсчитаны по формуле Шеррера, используя дифракционную вершину2 = 26° (002) рентгеновских дифракционных схем, показанных на Рис. 2(а), 2(b), и2(с). Вычисленные размеры кристаллической области для нанокристаллов КГА размером в 20 нм и дентина с нехваткой белка – 250A° и 213 A° соответственно. Эти результаты исследования путем рентгеновской дифракции показывают, что структуры кристаллов синтезированных кристаллов КГА очень близки с теми, которые наблюдаются для естественного дентина.

РЭМ изображения
Рисунок1: РЭМ изображения а) синтетических плоских нанокристаллов КГА размером в 20 нм (шкалабар = 100 нм), b) синтетических плоскоигольчатых нанокристаллов КГА размером в 100 нм (шкала бар = 200 нм)

Рентгеновские дифракционные схемы
Рисунок 2: Рентгеновские дифракционные схемы а) естественного КГА дентина с нехваткой белка, b) синтетических плоских нанокристаллов КГА размером в 20 нм, c) синтетических плоскоигольчатых нанокристаллов КГА размером в 100 нм, и d) естественного КГА эмали.

FTIR спектры синтетических нанокристаллов КГА размером в 20 нм
Рисунок 3: а) FTIR спектры синтетических нанокристаллов КГА размером в 20 нм, b) естественного карбонат-гидроксиапаптита дентина с нехваткой белка.

Такая же сходность наблюдается из сопоставления спектров FTIR для синтезированных нанокристаллов КГА и для естественного апатита дентина с нехваткой белка, показанных на Рис. 3(а) и 3 (b) соответственно. В этих спектрах отчетливо видно характерные полосы поглощения фосфатных и карбонатных групп. Полоса поглощения в 1468 см-1 связана с заменой карбонатной группы на фосфатную, тогда как поясок в 1545 см-1 может считаться вкладом карбонатной группы, замещающей гидроксильную группу в апатитной структуре.
Данные показывают не только, что синтезированные нанокристаллы КГА содержат похожее количество карбоната, но также, что замещение карбонатных групп на фосфатные и/или гидроксильные группы, очень схожий процесс в синтетических и биологических кристаллах.
Проведена характеристика поверхности синтетических нанокристаллов ГА, для того, чтобы выделить их поверхностные химико-физические свойства, которые прямым образом взаимодействуют и влияют на зубные ткани.

Спектры ATR (данные не указаны) синтетических КГА нанокристаллов размерами в 20 и 100 нм показывают наличие карбоната в 4% и 3% массы поверхности соответственно. Постоянное процентное количество поверхности карбоната в синтетических КГА значительно выше, чем процент поверхности карбоната в эмали и дентине (около 2% массы).

Определили специфическую площадь поверхности в 100 м²гр-1 и 80 м²гр-1 для нанокристаллов КГА размером в 20 нм плоской морфологи и для нанокристаллов размером в 100 нм игольчатой морфологии, соответственно. Эти полученные значения специфической площади поверхности для синтетических нанокристаллов совсем немного ниже, чем площадь в 110 м²гр-1, которую получили для биологических нанокристаллов. Молярные соотношения поверхностей Cа/P, определенное анализом XPS для нанокристаллов КГА и для кристаллических микроскоплений КГА не показывают значительную разницу, и оказываются существенно более низкими, чем молярное соотношение Cа/P, определенное в ICP анализе массы, который указывает на отсутствие поверхности кальция, вероятно из-за повреждения поверхности.

XPS анализ спектральных свойств
Рисунок 4: XPS анализ спектральных свойств: а) 0 1 части эмали, деминерализованной ортофосфорной кислотой 37%
в течение 1 мин., b) эмали, реминерализованной посредством
обработки синтетическими микро скоплениями нанокристаллов КГА размером в 100 нм в течение 10 мин., и с) синтетическими микроскоплениями нанокристаллов КГА размером 100 нм.

РЭМ изображение поверхности эмали
Рис. 5: РЭМ изображение поверхности эмали
после применения 37% ортофосфорной кислоты
в течение 1 мин. Вытравливающая обработка
удалила апризматический слой и открыла:
а) призматические и межпризматические
структуры гидроксиапатита,
реминерализованную поверхность эмали
после применения синтетических КГА
микроскоплений, сформированных
нанокристаллами в b) 20 нм
и с) 100 нм и синтетические
микроскопления КГА

На самом деле, молярные соотношения Cа/P в 1.7, определенные в массе для синтетических нанокристаллов КГА, понижаются до значения 1.4-1.5, когда их определяют для кристаллической поверхности через анализ XPS (смотрите Табл.1). XPS анализ спектральных свойств 0 1 области синтетических КГА нанокристаллов размером в 100 нм (смотрите Рис.4(с)) показывает определенную 0 1 форму, которую можно описать трема компонентами: первый, очень насыщенный, пик при более низкой BE (энергии связи), характерной для оксигена в фосфатной группе, второй пик благодаря ОН в карбонат-гидроксиапатите, и последний пик на очень высоком BE, который можно отнести к поглощенной недиссоциированной воде и карбонатам.

3.2. In-vitro (в лабораторных условиях) реминерализация поверхности эмали биомиметическими нанокристаллами КГА. РЭМ анализ позволяет исследовать морфологию как деминерализованной эмали, так и свойства, наблюдаемые после процедур реминерализации путем применения in-vitro биомиметических нанокристаллов КГА.
Процедура деминерализации 37% ортофосфорной кислотой в течение 1 мин. удаляет апризматическую эмаль, и становятся очевидными открытые гидроксиапатитные призмы. Рис. 5(а) показывает деминерализацию как межпризматических, так и призматических структур эмали.
После обработки в течение 10 мин. водным раствором синтетических нанокристаллов КГА как размером в 20 нм, так и размером в 100 нм, поверхность деминерализованной эмали оказывается покрытой КГА фазой(смотрите Рис. 5(b) и5 (с), соотв.), собранной в густой и гомогенный апатитный слой.

XPS анализ спектральных свойств 0 1 области эмали, деминерализованной 37% ортофосфорной кислотой в течение 1 мин. показывает одну широкую полосу, для которой сложно точно определить и вычислить энергию связы(ВЕ) и, таким образом, тип кислородных компонентов поверхности (смотрите Рис. 4(а)). И наоборот, эмаль, реминерализованная синтетическими нанокристаллами КГА размером в 100 нм в течение 10 мин., проявляет определенную 0 1 форму, которая заполнена тремя компонентами с различными энергиями связи (смотрите Рис. 4 (b)).

ОбразцецO(%)C(%)Ca(%)P(%)N(%)Si(%)Na(%)F(%)Ca/P
Нанокристаллы КГА в 20 нм50.417.619.412.61.5
Нанокристаллы КГА в 100 нм48.418.019.613.91.4
Зубы, обработанные ортофосфорной сислотой30.749.45.45.35.91.91.41.1
Зубы, обработанные нанокристаллами КГА 20 нм43.327.313.410.12.31.91.3
Зубы, обработанные нанокристаллами КГА 100 нм43.726.014.811.21.01.51.3
Зубная паста, содержащая КГА30.751.95.54.71.65.61.2
Зубная паста, содержащая фторид20.963.34.11.22.04.93.63.4

Таблица 1: XPS анализ нанокристаллов КГА, зубной эмали, прежде обработанной ортофосфорной кислотой, и зубной эмали после применения или 20 нм или 10 нм нанокристаллов КГА, а также зубной эмали после чистки зубной пастой, содержащей или КГА или фторид

Эти компоненты соответствуют тем же трем, которые используются для заполнения 0 1 формы, определенной для синтетических нанокристаллов КГА размером в 100 нм (смотрите Рис. 4 (с)): первый, при боле низкой энергии связи, очень глубокий пик относиться к оксигену в фосфатной группе, второй пик благодаря ОН в карбанат-гидроксиапатите, и последний пик при больший энергии связи, можно отнести к поглощенной не диссоциированной воде и карбонатам. Эти результаты определенно подтверждают наличие синтетических КГА на поверхности обработанной эмали и дальнейшее утверждение реминерализации эмали. Такие же выводы обнаруживаются из ATR спектра эмали, обработанной в течение 10 мин. синтетическими нанокристаллами КГА размером в 100 нм, которые показали значительно более высокую интенсивность полос поглощения карбонатных ионов (1420-1460 и 1680 см-1) по сравнению с теми же полосами поглощения, которые выводятся из ATR спектра деминерализованной эмали. Нет значительной разницы с полосами фосфатных ионов (1000-1100 и 530-580 см-1). Спектр ATR (данные не указаны) реминерализованной эмали показывает, что апатитная поверхность более насыщена карбонатом, чем естественная поверхность, как и синтетические нанокристаллы КГА размером в 100 нм.

3.3. In-vitro реминерализация поверхности эмали зубной пастой, содержащей либофторид, либо микроскопления биомиметических нанокристаллов КГА.
РЭМ анализ позволил нам исследовать как морфологию деминерализованной эмали, так и свойства, наблюдаемые после процедур реминерализации путем применения in-vitro зубной пасты, содержащей либо фторид либо микроскопления КГА, находящиеся в нанокристаллах размером в 100 нм.
Поверхности зубов, обработанных фторидом (смотрите Рис. 6(b)) не изменялись постепенно по сравнению с теми поверхностями, которые были деминерализированы ортофосфорной кислотой (смотрите Рис. 6(с)).

На самом деле, обеструктуры, призматическая и межпризматическая, еще остаются очевидными. И наоборот, после обработки кусков эмали зубной пастой, содержащей синтезированные микроскопления КГА, и состоящей из нанокристаллов размером в 100 нм, межпризматические и призматические структуры оказываются полностью закрытыми под густым гомогенным апатитным слоем (смотритеРис. 6(а)). XRD (рентгеновские дифракционные) схемы, полученные с поверхности кусков эмали после обработки КГА или фторидной зубной пастой, и водой, показанына Рис. 7(b), 7(c), 7(d) соответственно, и сравниваются со схемой XRD (смотритеРис. 7(а)) для микро скоплений КГА, содержащихся в 100нм нанокристаллах, использованных для приготовления КГА зубной пасты. Рентгеновская дифракционная максима, полученная на поверхности кусков эмали, обработанных фторидной зубной пастой, оказывается слегка более заостренной, чем та, которую получили на вытравленных кусках эмали, обработанных только водой.
Это наблюдение показывает увеличение уровня кристалличности вероятно из-за частичного структурного преобразования гидроксиапатита во фторидо замещающий гидроксиапатит. С другой стороны, дифракционная схема, полученная на поверхности кусков эмали, обработанных КГА зубной пастой, показывает расширение дифракционной максимы синтетических биомиметических КГА, которые находятся наповерхностиэмали. ТотКГА, который небыл удален во время процедур чистки, способствует формированию химических соединений между синтетическими микроскоплениями КГА, содержащимися в нанокристаллах размером в 100 нм, и апатитными кристаллами естественной эмали. Эти полосы способствуют формированию стойкого КГА слоя на поверхности эмали, морфология которой была определена РЭМ анализом.

Молярные соотношения поверхностей Ca/P, определенные в XPS анализе для деминерализованных кусков эмали до и после реминерализации in-vitro, посредством чистки зубной пастой, которая содержит либо фторид, либо КГА, сравниваются в таблице 1. В этой таблице также представлено сравнение изменения молярного соотношения Ca/P в микроскоплениях КГА, содержащихся в нанокристаллах размером в 100 нм. Изменение молярного соотношения поверхностей Ca/P до и после чистки зубной пастой, содержащей фторид, имеющей значение 3.4, оказывается очень отличным от апатитного стехиометрического соотношения (Ca/P = 1.7). Эта находка показывает, что только структурная модификация гидроксиапатитной эмали, вызванная фторидом, ограничивается частичным замещением гидроксильных групп фторидными ионами, без заметного влияния на Ca и фосфатную структурную сеть. С другой стороны, куски эмали, обработанной зубной пастой, содержащей синтезированные микроскопления КГА в нанокристаллах размером в 100 нм, демонстрируют молярное соотношение поверхности Ca/P, которое очень напоминает то, которое принадлежит синтетическим КГА.

Это покрытие намного меньше кристаллизированно, чем апатит естественной эмали, а также содержит новое апатитное минеральное отложение, которое постепенно заполняет царапины и трещины. С другой стороны, реминерализация поверхности, которая наблюдается на образцах, обработанных фторидной зубной пастой, в большей мере основана на химико-физических модификациях апатитной поверхности эмали, нежели на формировании нового минерального отложения.

Формирование биомиметического слоя КГА является процессом реминерализации, который означает новое апатитное отложение на деминерализованную область поверхности эмали.
РЭМ изображения эмали после обработки
Рисунок 6: РЭМ изображения эмали после обработки
а) КГА зубной пастой, b) фторидной зубной пастой, и с) применения ортофосфорной кислоты.

4. Обсуждение
Эмаль является наиболее сильной и минерализованной тканью человеческого тела. Она структурирована таким образом, чтобы выдерживать механические повреждения, ссадины и химическое разъедание. В отличии от всех других минерализированных тканей, ей нехватает белков, даже если они являются основными для ее формирования.

На самом деле, межклеточные белки расщепляются посредством протеиназов, которые выделяются амелобластами во время формирования зубов; следовательно, межклеточные протеины эмали не включаются в призмы эмали [38]. Деградация и возобновление межклеточных белков эмали – это причина, из-за которой призмы эмали, однажны сформировавшись, уже не могут быть снова восстановлены. После формирования призм эмали, может увиличится только количество гидроксиапатита в призмах, как следствие химических изменений в оральной среде.

Кислотное разъедание является одной из основных причин утраты эмалевого гидроксиапатита. Это может произойти даже в раннем возрасте, как следствие метаболизма зубного камня или просто благодаря приёму пищи и напитков [2-4].

В данной статье, синтетические карбонат-гидроксиапатитные биомиметические нанокристаллы были охарактеризованы химико-физически и исследованы касательно возможности получить in-vitro реминерализацию видоизмененных поверхностей эмали. Экспериментальная модель, использованная в данном исследовании, – деминерализация посредством ортофосфорной кислоты здоровой эмали межпроксимальных поверхностей и её последующая реминерализация. Эта модель была выбрана, потому что деминерализационный эффект ортофосфорной кислоты широко известен, что касается химических и микрогистологических свойств, и является неотъемлемой частью процедур применения восстановления связующими материалами.

РЭМ исследования показали, что эмаль характеризуется как аморфным и призматическим гидроксиапатитом, так и неравномерной поверхностью. Использование ортофосфорной кислоты вызывает открытие призм и утрату межпризматических и призматических веществ.

Обработка деминерализованной эмали всего в течение 10 минут синтетическими нанокристаллами КГА вызывает постепенную реминерализацию эмали через реформирование слоя карбонат-гидроксиапатита. Этот слой возникает в следствие химического прикрепления синтетических нанокристаллов КГА, биомиметических по композиции, структуре, размеру и морфологии, на поверхность призматической гидроксиапатитной эмали. Можно предположить (8-й Журнал Наноматериаллов), что применение КГА нанокристаллов размером в 20 нм способствует лучшей минерализации трещин на внутренней поверхности, потому что межпризматические и призматические структуры эмали оказываются полностью закрытыми. Используя то же самое время обработки, применение КГА нанокристаллов размером в 100 нм способствует формированию гомогенного покрытия, которое закрывает (прячет) межпризматические и призматические структуры эмали, если исследовать через РЭМ. В этой статье также рассматривается in-vitro реминерализация поверхности эмали через чистку зубной пастой, содержащей либо фторид, либо микроскопления биомиметических КГА нанокристаллов. Схемы XRD, изображения РЭМ и спектры XPS, полученные на поверхности кусков эмали до и после обработки КГА зубной пастой или фторидной зубной пастой, указывают на возможность достичь реминерализации эмали через формирование апатитного слоя, который покрывает структуры эмали, избегая наиболее опасных для здоровья эффектов фторида, а так же на возможность бороться с механическими повреждениями и кислотным разъеданием, которым подвергается зубная эмаль.
Документированное формирование слоя биомиметических КГА, которые являются менее кристаллизированными, чем естественный апатит эмали, и есть процессом восстановления эмали, который предполагает апатитные отложения внутри деминерализованной области поверхности эмали, и его можно считать инновационным подходом к борьбе с деминерализацией эмали.

Благодарность
Авторы признательны финансовой поддержке от Болонского Университета, С.I.R.C.M.S.B, Итальянско-
го Министерства Образования, Universit`a e Ricerca (MIUR) PRIN Project no. 2006-032335, и президенту
COSWELL Паоло Гуаланди за его ободряющее предложение этой исследовательской статьи.

Список литературы
[1]J. D. Eccles, “Dental erosion of nonindustrial origin. A clinical survey and classification”, The Journal of Prosthetic Dentistry, vol. 42, no. 6, pp. 649–653, 1979.
[2]C. Deery, M. L. Wagner, C. Longbottom, R. Simon, and Z. J. Nugent, “The
prevalence of dental erosion in a United States and a United Kingdom sample of adolescents”, Pediatric Dentistry, vol. 22, no. 6, pp. 505–510, 2000.
[3]C. R. Dugmore and W. P. Rock, “The prevalence of tooth erosion in 12-year-old children”, British Dental Journal, vol. 196, no. 5, pp. 279–282, 2004.
[4]Y. H. Al-Dlaigan, L. Shaw, and A. Smith, “Dental erosion in a group of British 14-year-old, school children— part I: prevalence and influence of differing socioeconomic backgrounds”, British Dental Journal, vol. 190, no. 3, pp. 145–149, 2001.
[5]I. B. Arnad¨ ottir, S. R. S¨mundsson, and W. P. Holbrook, “Dental erosion in Icelandic teenagers in relation to dietary and lifestyle factors”, Acta Odontologica Scandinavica, vol. 61, no. 1, pp. 25–28, 2003.
[6]J. H. Nunn, P. H. Gordon, A. J. Morris, C. M. Pine, and A. Walker, “Dental erosion—
changing prevalence? A review of British national childrens’ surveys”, International Journal of Paediatric Dentistry, vol. 13, no. 2, pp. 98–105, 2003.
[7]British Soft Drinks Association, “A shared responsibility”, Annual Report, The British Soft Drinks Association, London, UK, 2002-2003.
[8]C. C. Costa, I. C. S. Almeida, and L. C. Costa Filho, “Erosive effect of an antihistamine-containing syrup on primary enamel and its reduction by fluoride dentifrice”, International Journal of Paediatric Dentistry, vol. 16, no. 3, pp. 174–180, 2006.
[9]M. Kitchens and B. M. Owens, “Effect of carbonated beverages, coffee, sports and high energy drinks, and bottled water on the in vitro erosion characteristics of dental enamel”, Journal of Clinical Pediatric Dentistry, vol. 31, no. 3, pp. 153– 159, 2007.
[10]A. Wiegand and T. Attin, “Occupational dental erosion from exposure to acids—a review”, Occupational Medicine, vol. 57, no. 3, pp. 169–176, 2007.
[11]A. Lussi, T. Jaeggi, and D. Zero, “The role of diet in the aetiology of dental
erosion”, Caries Research, vol. 38, supplement 1, pp. 34–44, 2004.
[12] A. Lussi, E. Hellwig, D. Zero, and T. Jaeggi, “Erosive tooth wear: diagnosis, risk factors and prevention”, American Journal of Dentistry, vol. 19, no. 6, pp. 319–325, 2006.
[13]N. X. West, A. Maxwell, J. A. Hughes, D. M. Parker, R. G. Newcombe, and M. Addy, “A method to measure clinical erosion: the effect of orange juice consumption on erosion of enamel”, Journal of Dentistry, vol. 26, no. 4, pp. 329–335, 1998.
[14]N. X. West, J. A. Hughes, D. M. Parker, R. G. Newcombe, and M. Addy, “Development and evaluation of a low erosive blackcurrant juice drink 2. Comparison with a conventional blackcurrant juice drink and orange juice”, Journal of Dentistry, vol. 27, no. 5, pp. 341–344, 1999.
[15]J. A. Hughes, N. X. West, D. M. Parker, R. G. Newcombe, and M. Addy, “Development
and evaluation of a low erosive blackcurrant juice drink in vitro and in situ 1. Comparison with orange juice”, Journal of Dentistry, vol. 27, no. 4, pp. 285– 289, 1999.
[16]J. A. Hughes, N. X. West, D. M. Parker, R. G. Newcombe, and M. Addy, “Development and evaluation of a low erosive blackcurrant juice drink 3. Final drink and concentrate, formulae comparisons in
situ and overview of the concept”, Journal of Dentistry, vol. 27, no. 5, pp. 345–350, 1999.
[17]A. V.Nieuw Amerongen, C. H. Oderkerk, and A. A. Driessen, “Role of mucins
from human whole saliva in the protection of tooth enamel against demineralization in vitro”, Caries Research, vol. 21, no. 4, pp. 297–309, 1987.
[18]B. T. Amaechi, S. M. Higham, W. M. Edgar, and A. Milosevic, “Thickness of acquired salivary pellicle as a determinant of the sites of dental erosion”, Journal of Dental Research, vol. 78, no. 12, pp. 1821–1828, 1999.
[19]Y. Nekrashevych and L. St¨osser, “Protective influence of experimentally formed salivary pellicle
on enamel erosion: an in vitro study”, Caries Research, vol. 37, no. 3, pp. 225–231, 2003.
[20]D. T. Zero and A. Lussi, “Erosion—chemical and biological factors of importance to the dental practitioner”, International Dental Journal, vol. 55, no. 4, supplement 1, pp. 285–290, 2005.
[21]J. D. B. Featherstone, R. Glena, M. Shariati, and C. P. Shields, “Dependence of in
vitro demineralization of apatite and remineralization of dental enamel on fluoride concentration”, Journal of Dental Research, vol. 69, pp. 620–625, 1990.
[22] European Food Safety Authority, “Opinion of the scientific panel on dietetic products, nutrition and allergies on a request Journal of Nanomaterials 9 from the Commission related to the tolerable upper intake level of fluoride”, The EFSA Journal, vol. 192, pp. 1–65, 2005.
[23] D. G. Pendrys and J.W. Stamm, “Relationship of total fluoride intake to beneficial effects and enamel fluorosis”, Journal of Dental Research, vol. 69, pp. 529–538, 1990.
[24]G. M. Whitford, “The physiological and toxicological characteristics of fluoride”, Journal of Dental Research, vol. 69, pp. 539–549, 1990.
[25]C. Ganss, J. Klimek, U. Sch¨affer, and T. Spall, “Effectiveness of two fluoridation measures on erosion progression in human enamel and dentine in vitro”, Caries Research, vol. 35, no. 5, pp. 325–330, 2001.
[26]C. Ganss, J. Klimek, V. Brune, and A. Sch¨urmann, “Effects of two fluoridation measures on erosion progression in human enamel and dentine in situ”, Caries Research, vol. 38, no. 6, pp. 561–566, 2004.
[27]A. Wiegand and T. Attin, “Influence of fluoride on the prevention of erosive lesions—
a review”, Oral Health & Preventive Dentistry, vol. 1, no. 4, pp. 245–253, 2003.
[28]A. Young, P. S. Thrane, E. Saxegaard, G. Jonski, and G. R¨olla, “Effect of stannous fluoride toothpaste on erosion-like lesions: an in vivo study”, European Journal of Oral Sciences, vol. 114, no. 3, pp. 180–183, 2006.
[29]M. F. Teaford, “A review of dental microwear and diet in modern mammals”,
Scanning Microscopy, vol. 2, no. 2, pp. 1149–1166, 1988.
[30]N. Roveri and B. Palazzo, “Hydroxyapatite nanocrystals as bone tissue substitute”, in Tissue, Cell and Organ Engineering, C. S. S. R. Kumar, Ed., vol. 9 of Nanotechnologies for the Life Sciences, pp. 283–307, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2006.
[31]B. Palazzo, M. Iafisco, M. Laforgia, et al., “Biomimetic hydroxyapatite-drug nanocrystals as potential bone substitutes with antitumor drug delivery properties”, Advanced Functional Materials, vol. 17, no. 13, pp. 2180–2188, 2007.
[32]E. Landi, A. Tampieri, G. Celotti, and S. Sprio, “Densification behaviour and mechanisms of synthetic hydroxyapatites”, Journal of the European Ceramic Society, vol. 20, no. 14-15, pp. 2377–2387, 2000.
[33]S. P. A. Coswell, G. Gazzaniga, N. Roveri, et al., “Biologically active nanoparticles
of a carbonate-substituted hydroxyapatite, process for their preparation and compositions incorporating the same”, EU patent no. 005146, 2006.
[34]S.-C. Liou, S.-Y. Chen, H.-Y. Lee, and J.-S. Bow, “Structural characterization of nano-sized calcium deficient apatite powders”, Biomaterials, vol. 25, no. 2, pp. 189–196, 2004.
[35]Z. E. Erkmen, “The effect of heat treatment on the morphology of D-Gun sprayed hydroxyapatite coatings”, Journal of Biomedical Materials Research Part B, vol. 48, no. 6, pp. 861– 868, 1999.
[36]S. Brunauer, P. H. Emmett, and E. Teller, “Adsorption of gases in multimolecular layers”, Journal of the American Chemical Society, vol. 60, no. 2, pp. 309–319, 1938.
[37]K. P. Quinlan and M. A. DeSesa, “Spectrophotometric determination of phosphorus as melybdovanadophosporic acid”, Analytical Chemistry, vol. 27, no. 10, pp. 1626–1629, 1955.
[38]J. P. Simmer and A. G. Fincham, “Molecular mechanisms of dental enamel formation”,
Critical Reviews in Oral Biology and Medicine, vol. 6, no. 2, pp. 84–108, 1995.

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.