歯髄治療のためのデキサメタゾン／シクロデキストリン包接複合体ポリマー繊維の電気紡糸

Electrospinning of dexamethasone/cyclodextrin inclusion complex polymer fibers for dental pulp therapy.

• Arwa Daghrery
• Zeynep Aytac
• Nileshkumar Dubey
• Ling Mei
• Anna Schwendeman
• Marco C Bottino

抄録

β-シクロデキストリン（β-CD）は、親油性薬物（デキサメタゾン、DEXなど）の水への溶解性を改善するために一般的に使用されるオリゴ糖である。本研究では，DEXをβ-CD包接複合体（IC）によって持続的に放出し，ヒト抜歯歯牙（SHED）由来の幹細胞のミネラル化能力を増幅させるドラッグデリバリーシステムの開発を行った．まず、DEXのIC（DEX-CD-IC）をβ-CDと合成した。DEX-CD-IC複合体の形成を確認するために、X線回折(XRD)及びフーリエ変換赤外分光(FTIR)分析を行った。XRDのデータは、新しい結晶構造の形成によりICが形成されたことを示し、FTIRのデータは、DEX-CD-ICの各成分のピークのシフトからICの存在を明らかにした。次に、DEX-CD-ICの濃度を5％、10％、15％と変化させて電気紡糸したポリ乳酸-コ-グリコール酸（PLGA）繊維（PLGA/DEX-CD-IC）を作製した。繊維からのＤＥＸの放出は、２８日間の超高速液体クロマトグラフィーによって決定された。ICによるDEXの溶解性向上のおかげで、電気紡糸されたPLGA/DEX-CD-IC繊維は、PLGA/DEX繊維と比較して、より持続的にDEXを放出した。電気紡糸繊維を用いて培養した場合も、電気紡糸繊維を用いて培養した場合も、ICの有無にかかわらず、SHEDの増殖に悪影響を及ぼすことはなかった。重要なことは，最も低いDEX-CD-IC濃度（5％）を負荷したエレクトロスパン繊維では，持続的なDEX放出の結果として，より顕著な歯原性分化が促進されたことである。以上のことから，PLGA/DEX-CD-IC繊維は，持続的なDEX放出，細胞親和性，歯原性分化能を有することから，歯髄治療に大きな可能性を秘めていると考えられる．

Beta-cyclodextrin (β-CD) is an oligosaccharide commonly used to improve the aqueous solubility of lipophilic drugs (e.g., dexamethasone, DEX). Here we present the development of a drug delivery system to provide sustained release of DEX by β-CD-inclusion complex (IC) to amplify the mineralization capacity of stem cells from human-extracted deciduous teeth (SHEDs) as a potential direct pulp capping strategy. First, IC of DEX (DEX-CD-IC) was synthesized with β-CD. To confirm DEX-CD-IC complex formation, X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analyses were performed. XRD data indicated that IC formation was achieved due to formation of a new crystalline structure, whereas FTIR revealed the presence of the IC from the shifting of the peaks of each component in DEX-CD-IC. Then, electrospun poly(lactic-co-glycolic acid, PLGA) fibers (PLGA/DEX-CD-IC) were processed by varying the concentration of DEX-CD-IC (5%, 10 %, and 15 %). The release of DEX from fibers was determined by ultraperformance liquid chromatography for 28 days. Thanks to the solubility enhancement of DEX by IC, electrospun PLGA/DEX-CD-IC fibers released DEX in a more sustained fashion compared to PLGA/DEX fibers. No deleterious effect was found in terms of SHEDs' proliferation when cultured with or on electrospun fibers, regardless of the IC presence. Importantly, a more pronounced odontogenic differentiation was stimulated by electrospun fibers loaded with the lowest DEX-CD-IC concentration (5%), as a result of the sustained DEX release. In sum, PLGA/DEX-CD-IC fibers have great potential in vital dental pulp therapy, owing to its sustained DEX release, cytocompatibility, and odontogenic differentiation capacity.

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