Cement typu MTA na bazie krzemianu trójwapnia wzbogaconego ZnO – ocena cytotoksyczności oraz działanie bakteriobójcze

• Autorzy: Ciołek Lidia , Jaegermann Zbigniew , Zaczyńska Ewa , Czarny Anna , Biernat Monika , Gąsiński Arkadiusz , Pagacz Joanna , Tymowicz-Grzyb Paulina , Jastrzębska Agnieszka , Gloc Michał , Olszyna Andrzej

Warianty tytułu

EN

MTA-type cement based on ZnO-enriched tricalcium silicate – evaluation of cytotoxicity and bactericidal activity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań in vitro dotyczące cytotoksyczności i działania bakteriobójczego materiału do stosowania w endodoncji – cementu typu MTA (ang. Mineral Trioxide Aggregate) o nowym składzie chemicznym. Cement wytworzono na bazie krzemianu trójwapnia wzbogaconego ZnO i płynu będącego 15% roztworem CaCl₂ , a jako czynnik wprowadzający kontrast RTG zastosowano ZrO₂ . Wytworzony cement MTA oceniono poprzez scharakteryzowanie właściwości fizykochemicznych obejmujących: czas wiązania, wytrzymałość na ściskanie, a także kontrast RTG i bioaktywność w roztworze symulującym osocze (SBF). Do zbadania wpływu ziaren ZrO₂ na ilość i wielkość porów w cemencie wykorzystano technikę mikrotomografii komputerowej (µCT). Działanie cytotoksyczne cementów oceniano przez zastosowanie referencyjnej linii komórkowej L-929. Warunki hodowli komórkowej w kontakcie z badanymi materiałami lub ekstraktami z cementów oceniano za pomocą analizy obrazu lub testu kolorymetrycznego MTT. Do badania aktywności przeciwbakteryjnej wykorzystano dwa szczepy paciorkowców: Streptococcus mutans i Streptococcus sanguinis. Opracowany cement typu MTA charakteryzuje się odpowiednimi właściwościami użytkowymi i spełnia wymagania zawarte w normie PN-EN ISO 10993-5:2009 „Biologiczna ocena wyrobów medycznych, część 5: Badania cytotoksyczności in vitro”. Jednak, aby mógł być rozważany jako bezpieczny wyrób medyczny do wypełniania wstecznego kanałów korzeniowych, wymaga dalszych badań.

EN

The article presents the results of in vitro cytotoxicity and bactericidal activity of MTA-type cement (Mineral Trioxide Aggregate) for endodontics with a new chemical composition. The cement was made on the basis of ZnO-enriched tricalcium silicate and a liquid being a 15% CaCl₂ solution. ZrO₂ was used as an X-ray radiopacity agent in the cement. The produced MTA-type cement was assessed by characterizing the physicochemical properties including: setting time, compressive strength, as well as X-ray radiopacity and bioactivity in a simulated body fluid (SBF). Microtomography technique (µCT) was used to investigate the effect of ZrO₂ grains on the number and size of pores in the cement. The cytotoxic activity of the cements was assessed by using the reference L-929 cell line. Cell culture conditions in contact with test materials or cement extracts were assessed by image analysis or MTT colorimetric test. Two strains of streptococci were used to test the antibacterial activity: Streptococcus mutans and Streptococcus sanguinis. The developed MTA cement has appropriate functional properties and meets the requirements of the PNEN ISO 10993-5:2009 standard "Biological evaluation of medical devices, Part 5: In vitro cytotoxicity tests". However, in order to be considered a safe medical device for retrograde root canal filling, it requires further research.

Słowa kluczowe

PL

cement typu MTA; bioaktywność; cytotoksyczność; działanie bakteriobójcze

EN

MTA-type cement; bioactivity; cytotoxicity; antibacterial; activity

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 73, nr 4
• Strony: 34--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ciołek Lidia

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Centrum Ceramiki i Betonów w Warszawie, Grupa Badawcza Biomateriały

• https://orcid.org/0000-0001-5906-7195

autor

Jaegermann Zbigniew

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Centrum Ceramiki i Betonów w Warszawie, Grupa Badawcza Biomateriały

• https://orcid.org/0000-0003-2829-439X

autor

Zaczyńska Ewa

• Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu

• https://orcid.org/0000-0003-0174-3677

autor

Czarny Anna

• Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu

• https://orcid.org/0000-0002-3759-8320

autor

Biernat Monika

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Centrum Ceramiki i Betonów w Warszawie, Grupa Badawcza Biomateriały

• https://orcid.org/0000-0002-5692-0653

autor

Gąsiński Arkadiusz

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Centrum Ceramiki i Betonów w Warszawie, Grupa Badawcza Ceramika Specjalna

• https://orcid.org/0000-0003-1378-3983

autor

Pagacz Joanna

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Centrum Ceramiki i Betonów w Warszawie, Grupa Badawcza Ceramika Specjalna

• https://orcid.org/0000-0002-3211-813X

autor

Tymowicz-Grzyb Paulina

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Centrum Ceramiki i Betonów w Warszawie, Grupa Badawcza Ceramika Specjalna

• https://orcid.org/0000-0002-1525-3401

autor

Jastrzębska Agnieszka

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

• https://orcid.org/0000-0001-8900-1859

autor

Gloc Michał

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

• https://orcid.org/0000-0002-3192-8755

autor

Olszyna Andrzej

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

• https://orcid.org/0000-0002-7812-4180

Bibliografia

• 1 J. Camilleri, F. E. Montesin, K. Brady, R. Sweeney, R. V. Curti, T. R. P. Ford, The constitution of mineral trioxide aggregate, Dent Mater J 2005, 21, pp. 297–303. https://doi.org/10.1016/j.dental.2004.05.010.
• 2 C. Prati, M. G. Gandolfi, Calcium silicate bioactive cements: Biological perspectives and clinical applications, Dent Mater J 2015, 31. pp. 351–70. https://doi.org/10.1016/j.dental.2015.01.004.
• 3 X. V. Tran, C. Gorin, C. Willig, B. Baroukh, B. Pellat, F. Decup, et al., Effect of a calcium-silicate-based restorative cement on pulp repair. J Dent Res 2012, 91, pp. 1166–1171. https://doi.org/10.1177/0022034512460833.
• 4 N. Hosoya, T. Takigawa, T. Horie, H. Maeda, Y. Yamamoto, Y. Momoi, et al, A review of the literature on the efficacy of mineral trioxide aggregate in conservative dentistry, Dent Mater J 2019, 38, pp. 693–700. https://doi.org/10.4012/dmj.2018-193.
• 5 C. Main, N. Mirzayan, S. Shabahang, M. Torabinejad, Repair of root perforations using mineral trioxide aggregate: A long-term study, Int Endod J 2004, 30, pp. 80–83. https://doi.org/10.1097/00004770-200402000-00004.
• 6 L. Ciołek, Z. Jaegermann, M. Biernat, Z. Wiśniewski, Evaluation of the possibility of using ZrO2 as a radiological contrast agent in the MTA type cement, „Szkło i Ceramika" 2019, nr 1, ss. 8–11.
• 7 J. Camilleri, Hydration mechanisms of mineral trioxide aggregate, Int Endod J 2007, 40, pp 462–70. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2007.01248.x.
• 8 J. Camilleri, Characterization of hydration products of mineral trioxide aggregate, Int Endod J 2008, 41, pp. 408–417. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2007.01370-x.
• 9 K. S. Min, H. S. Chang, J. M. Bae, S. H. Park, C. U. Hong, E. C. Kim, The Induction of Heme Oxygenase-1 Modulates Bismuth Oxide-induced Cytotoxicity in Human Dental Pulp Cells, Int Endod J 2007, 33, pp. 1342–1346. https://doi.org/10.1016/j.joen.2007.07.012.
• 10 J. Camilleri, F. E. Montesin, S. Papaioannou, F. McDonald, T. R. P. Ford, Biocompatibility of two commercial forms of mineral trioxide aggregate, Int Endod J 2004, 37, pp. 699–704. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2004.00859-x.
• 11 M. Vallés, M. Mercadé M, Duran-Sindreu F, Bourdelande JL, Roig M. Color stability of white mineral trioxide aggregate, Clin Oral Investig 2013, 17, pp. 1155–1159. https://doi.org/10.1007/s00784-012-0794-1.
• 12 N. Meraji, B. Bolhari, M. Sefideh, S. Niavarzi, Prevention of Tooth Discoloration Due to Calcium-Silicate Cements, A Review, Dent Hypotheses 2019, 10, p. 4. https://doi.org/10.4103/denthyp.denthyp_22_19.
• 13 M. Parirokh, M. Torabinejad, Mineral Trioxide Aggregate: A Comprehensive Literature Review-Part I: Chemical, Physical, and Antibacterial Properties, J Endod 2010, 36, pp. 16–27. https://doi.org/10.1016/j.joen.2009.09.006.
• 14 A. Balamurugan, G. Balossier, D. Laurent-Maquin, S. Pina, A. H. S. Rebelo, J. Faure, et al., An in vitro biological and anti-bacterial study on a sol-gel derived silver-incorporated bioglass system, Dent Mater J 2008, 24, pp. 1343–1351. https://doi.org/10.1016/j.dental.2008.02.015.
• 15 H. Zhu, C. Hu, F. Zhang, X. Feng, J. Li, T. Li, et al., Preparation and antibacterial property of silver-containing mesoporous 58S bioactive glass, Mater Sci Eng C 2014, 42, pp. 22–30. https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.05.004.
• 16 T. N. Kim, Q. L. Feng, J. O. Kim, J. Wu, H. Wang, G. C. Chen, et al., Antimicrobial effects of metal ions (Ag+, Cu2+, Zn2+) in hydroxyapatite, J Mater Sci Mater Med 1998, 9, pp.129–134. https://doi.org/10.1023/A:1008811501734.
• 17 A. Hoppe, N. S. Güldal, A. R. Boccaccini, A review of the biological response to ionic dissolution products from bioactive glasses and glass-ceramics, Biomaterials 2011, 32, pp. 2757–2774. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.01.004.
• 18 E. S.Thian, T. Konishi, Y. Kawanobe, P. N. Lim, C. Choong, B. Ho, et al., Zinc-substituted hydroxyapatite: A biomaterial with enhanced bioactivity and antibacterial properties. J Mater Sci Mater Med 2013, 24, pp. 437–445. https://doi.org/10.1007/s10856-012-4817-x.
• 19 L. Ciołek, M. Biernat, Z. Jaegermann, E. Zaczyńska, A. Czarny, A. Jastrzębska, et al., The studies of cytotoxicity and antibacterial activity of composites with ZnO-doped bioglass., Int J Appl Ceram Technol 2019, 16, pp. 541–551. https://doi.org/10.1111/ijac.13144.
• 20 K. Kaviyarasu, C. M. Magdalane, K. Kanimozhi, J. Kennedy J, B. Siddhardha, E. Subba Reddy, et al., Elucidation of photocatalysis, photoluminescence and antibacterial studies of ZnO thin films by spin coating method, J Photochem Photobiol B Biol 2017, 173, pp. 466–475. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2017.06.026.
• 21 D. Beyersmann, Homeostasis and cellular functions of zinc, Materwiss Werksttech 2002, 33, pp. 764–769. https://doi.org/10.1002/mawe.200290008.
• 22 M. Białek, A. Zyska, The Biomedical Role of Zinc in the Functioning of the Human Organism, Polish J Public Heal 2014, 124, pp. 160–163. https://doi.org/10.2478/pjph-2014-0036.
• 23 M. B. Hansen, S. E. Nielsen, K. Berg, Re-examination and further development of a precise and rapid dye method for measuring cell growth/cell kill, J Immunol Methods 1989, 119, pp. 203–210. https://doi.org/10.1016/0022-1759(89)90397-9.
• 24 W. Kurdowski, Chemia cementu i betonu, Kraków 2010, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.
• 25 M. Kaup, E. Schäfer, T. Dammaschke, An in vitro study of different material properties of Biodentine compared to ProRoot MTA, Head Face Med 2015, 11. https://doi.org/10.1186/s13005-015-0074-9.
• 26 A. Dawood, D. Manton, P. Parashos, R. Wong, J. Palamara, D. Stanton, et al., The physical properties and ion release of CPP-ACP-modified calcium silicate-based cements, Aust Dent J 2015, 60, pp. 434–444. https://doi.org/10.1111/adj.12255.
• 27 A. H. Borges, F. L. M. Pedro, A. Semanoff-Segundo, C. E. S. Miranda, J. D. Pécora, A. M. Cruz Filho, Radiopacity evaluation of Portland and MTAbased cements by digital radiographic system. J Appl Oral Sci 2011, 19, pp. 228–232. https://doi.org/10.1590/S1678-77572011000300009.
• 28 M. G. Gandolfi, P. Taddei, F. Siboni, E. Modena, M. P. Ginebra, C. Prat, Fluoride-containing nanoporous calcium-silicate MTA cements for endodontics and oral surgery: early fluorapatite formation in a phosphatecontaining solution, Int Endod J 2011, 44, pp. 938–949. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2011.01907.