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中华口腔医学研究杂志(电子版) ›› 2014, Vol. 8 ›› Issue (02) : 97 -103. doi: 10.3877/cma.j.issn.1674-1366.2014.02.003

基础研究

牙本质混合层原位再矿化模型的构建及作用
古丽莎1, 亓益品1, 麦穗1, 黄琪1, 凌均棨1,()   
  1. 1.510055 广州,中山大学光华口腔医学院·附属口腔医院,广东省口腔医学重点实验室
  • 收稿日期:2013-10-25 出版日期:2014-04-01
  • 通信作者: 凌均棨
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(81200776、81100743)高等学校博士学科点专项科研基金(20110171120106)广东省医学科研基金(B2012143)中央高校基本科研业务费专项基金(12ykpy63)

An in-situ remineralization design of hybrid layer with the use of sodium tripolyphosphate as a therapeutic primer

Lisha Gu1, Yipin Qi1, Sui Mai1, Qi Huang1, Junqi Ling1,()   

  1. 1.Guanghua School of Stomatology, Hospital of Stomatology, Sun Yat-sen University, Guangdong Provincial Key Laboratory of Stomatology, Guangzhou 510055, China
  • Received:2013-10-25 Published:2014-04-01
  • Corresponding author: Junqi Ling
引用本文:

古丽莎, 亓益品, 麦穗, 黄琪, 凌均棨. 牙本质混合层原位再矿化模型的构建及作用[J/OL]. 中华口腔医学研究杂志(电子版), 2014, 8(02): 97-103.

Lisha Gu, Yipin Qi, Sui Mai, Qi Huang, Junqi Ling. An in-situ remineralization design of hybrid layer with the use of sodium tripolyphosphate as a therapeutic primer[J/OL]. Chinese Journal of Stomatological Research(Electronic Edition), 2014, 8(02): 97-103.

目的

构建牙本质混合层原位再矿化诱导模型,并从微观形态学角度探讨其矿化效果,为仿生再矿化技术的临床应用提供实验依据。

方法

采用5 mm×5 mm Ⅰ型胶原海绵块作为3D胶原支架,结合电镜观察和傅里叶红外光谱分析技术,快速评估成核诱导物多聚磷酸钠(STTP)和硅酸盐水门汀树脂的仿生矿化诱导潜能。 在此基础上,将仿生矿化技术与牙本质粘接程序结合,以STTP作为治疗性底剂应用于酸蚀脱矿牙本质面,在完成常规粘接处理后以硅酸盐水门汀树脂为洞衬剂,构建临床相关的混合层原位再矿化模型。 采用透射电子显微镜观察矿化1 ~3 个月后树脂牙本质粘接界面再矿化区域的分布和再矿化程度。

结果

矿化诱导28 d 后的3D 胶原样本,纤维内可见磷灰石纳米晶体的有序沉积,纤维重现了与天然矿化胶原结构类似的横纹特征。 红外光谱分析结果显示,在900 ~1200 cm-1 和500 ~600 cm-1 区域,矿化胶原基质出现与纯羟基磷灰石特征峰相吻合的吸收峰,提示矿化胶原中形成的无机物是磷灰石。 混合层原位矿化诱导1 ~3 个月后,混合层内可见纤维内再矿化现象的存在,纳米晶体在胶原纤维内呈现迭序排列特征。

结论

在牙体粘接修复过程中,以矿化诱导物STTP 和硅酸盐水门汀树脂作为治疗性底剂和洞衬剂,能使混合层内树脂渗透不良的胶原基质发生纤维内矿化。 通过混合层原位再矿化模型的成功构建,初步证实仿生矿化技术应用于临床树脂牙本质粘接界面损伤修复的可行性,建立了研究方法学,为仿生再矿化技术的最终临床应用提供充分的科学依据。

Objective

To test the hypothesis that the application of asodium tripolyphosphate(STTP) primer and a Portland cement-based lining composite on hybrid layers can induce intrafibrillar remineralization in the presence of the amorphous calcium phosphate (ACP)-stabilization analog supplied in simulated body fluid (SBF).

Methods

Together with Portland cement-based composite, biomimetic remineralization system was built by phosphorylating collagen with 0.245 mol/L STTP for 5 min and by adding polyacrylic acid (PAA) to SBF. Based on these results, a in-situ mineralization scheme was developed for chemical phosphorylation of acid-etched dentin with 0.245 mol/L STTP, followed by infiltration of the STTP-treated collagen matrix with One-Step. Resin dentin interfaces were then capped with a Portland cement-based hydrophilic composite a liner, and remineralized in SBF with the use of PAA as an ACP-stabilization analog. Remineralized resin-dentin interfaces were examined unstained using transmission electron microscopy (TEM).

Results

Periodic nanocomposite assembly with collagen sponge as a template was demonstrated with TEM using a Portland cement-based resin composite and a 5-minute STTP phosphorylation. Apatite was detected within the collagen at 72 h, and heavily deposited in collagen fibrils with periodically arranged intrafibrillar apatite platelets at 28 d. Infrared spectrum of the mineralized collagen sponge demonstrated characteristic hydroxyl apatite peaks at 900 ~1200 cm -1 and 500 ~600 cm-1. The results of that model were further validated by complete remineralization of the hybrid layers treated with 0.245 mol/L STTP as a therapeutic primer and lined with a Portland cementbased lining composite, and with the ACP-stabilization analog supplied in SBF.

Conclusions

The STTP primer and the Portland cement-based lining composite employed in this study may be used with the ACP-stabilization analogy for in-situ remineralization of hybrid layer. This provides a potential delivery system for realization of the goal of biomimetic remineralization of dentin hybrid layer.

图1 3D 胶原支架仿生矿化诱导28 d 后的TEM 超微结构图 注:图1A 为负性染色3D 胶原支架的TEM 超微结构图;图1B 为3D 胶原支架经STTP 和PAA 矿化诱导28 d 的低倍镜图像,未经酰染的胶原支架存在明显矿化现象,可见电子致密物晶体簇形成,沉积在胶原纤维内及纤维间间隙;图1C 为3D胶原支架经STTP 和PAA 矿化诱导28 d 的高倍镜图像显示,未经酰染的胶原纤维内具备明显的周期性横纹结构(白色箭头所示),证实磷灰石晶体在胶原纤维内的有序沉积(纤维内矿化);细长的针状晶体(黑色箭头所示)沉积在胶原纤维周围(纤维间矿化);图1D 为与图1C 对应的晶体电子衍射图谱
图2 成品羟基磷灰石、Ⅰ型胶原海绵矿化前和矿化28 d 的红外光谱图
图3 STTP 和PAA 协同诱导树脂牙本质粘接界面矿化不同时期的TEM 超微结构图 注:图3A 为矿化牙本质样本经酸蚀、STTP 磷酸化、One-Step 粘接剂渗透和硅酸盐水门汀树脂粘接修复形成的树脂牙本质粘接界面,黑色箭头间区域为约5~8 μm 厚的混合层;图3B 为矿化诱导初期,One-Step 粘接剂渗透的牙本质混合层表面(黑色箭头所示)和混合层内部(星号所示)胶原纤维内,均可见细小束状的电子致密物的存在。 厚约5 ~8 μm 的混合层底部隐约可见酸蚀脱矿牙本质与矿化牙本质的分界线(白色箭头所示)。 硅酸盐水门汀树脂因在TEM 包埋制作过程中剥离脱落,在混合层表面仅遗留一薄层树脂包埋于环氧树脂(E)内;图3C 为矿化诱导末期,混合层牙本质发生明显再矿化,矿化程度与基底部矿化牙本质相似。 厚约5 ~8 μm 的混合层底部隐约可见酸蚀脱矿牙本质与矿化牙本质的分界线(白色箭头所示);图3D 为与图3C 对应的高倍镜图像显示,矿化诱导末期直径约80 ~100 nm 的胶原纤维内存在呈编织状排列的电子致密微原纤维束,从矿化胶原纤维的横截面(白色箭头所示)可见大量磷灰石纳米晶体沉积在胶原纤维内(纤维内矿化)。 R:不含无机填料的粘接剂树脂;MD:矿化牙本质;H:混合层;PC:含水门汀的树脂基质材料;E:环氧树脂
图4 牙本质混合层仿生再矿化模型的临床应用转化 注:图4A 为前期研究采用经侧向渗透模式的牙本质混合层仿生再矿化模型。 样本需制备成片状结构,非胶原蛋白类似物(PVPA 和PAA)、Ca2+和OH-离子均需溶解于模拟体液中,并以后者为介质侧向渗透进入树脂牙本质粘接界面,诱导混合层仿生再矿化。 图4B 为本实验构建的牙本质混合层原位再矿化修复模型。 该设计以成核诱导物STTP 为治疗性底剂、含Ca2+和OH-离子的硅酸盐水门汀树脂为洞衬剂,应用于经全酸蚀粘接系统处理的树脂牙本质粘接界面。 以期在严格模拟临床牙体粘接修复程序和口腔生理条件的情况下诱导混合层树脂渗透不良区域的自我矿化修复
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