歯髄シーリング用グラフェン酸化物被覆多孔質チタン：抗菌性と象牙質誘導性のある修復材料

Graphene oxide-coated porous titanium for pulp sealing: an antibacterial and dentino-inductive restorative material.

• Ningjia Sun
• Shi Yin
• Yuezhi Lu
• Wenjie Zhang
• Xinquan Jiang

抄録

歯髄キャッピング、パルプポトミー、歯髄再生などの歯髄治療技術は、いずれも生命力のある歯髄を保存することを基本としています。しかし、これまでのところ、歯髄の生命力の保護と咬合形態の修復を同時に行うことができる特定の歯科用修復材料は開発されていない。従来の歯髄キャッピング材料は、長期溶解性と機械的挙動が悪いため、歯科修復材料として使用することができません。チタン（Ti）は歯科分野で広く使用されており，生体適合性，加工性，機械的特性が良好であることから，歯髄シーリング材として有望な材料と考えられている．本研究では、マイクロアーク酸化(MAO)法を用いて、自己組織化グラフェン酸化物(GO)を用いてTi表面を修飾することで、新規な抗菌性・象牙質誘導性材料を作製したことを報告する。本研究では、マイクロアーク酸化(MAO)コーティングの階層的なマイクロ/ナノポーラス構造が、ヒト歯髄幹細胞の歯根分化に適した微小環境を提供し、GO負荷が抗菌活性に寄与していることを明らかにした。走査型電子顕微鏡(SEM),エネルギー分散型X線分光法及びラマン分光法を用いて構造及び元素分析を行った。インビトロ試験では，細胞接着，Live/DeadおよびCCK-8アッセイ，アルカリホスファターゼ活性およびカルシウム沈着量アッセイ，リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応，ウェスタンブロット分析および免疫蛍光染色を用いて，細胞接着，生存性，増殖，鉱物化および歯原性分化能を調べた。ストレプトコッカス・ミュータンスに対する抗菌性は、ＳＥＭ、スプレッドプレート、Ｌｉｖｅ／Ｄｅａｄ、Ａｌａｍａｒ Ｂｌｕｅ試験により分析した。Ti-MAO-1.0 mg mL-1 GO群は、優れた細胞接着性、歯牙芽細胞分化能、鉱化能、抗菌能を示し、オドントインテグレーションに有益であった。

Pulp treatment techniques such as pulp capping, pulpotomy and pulp regeneration are all based on the principle of preserving vital pulp. However, specific dental restorative materials that can simultaneously protect pulp vitality and repair occlusal morphology have not been developed thus far. Traditional pulp capping materials cannot be used as dental restorative materials due to their long-term solubility and poor mechanical behavior. Titanium (Ti) is used extensively in dentistry and is regarded as a promising material for pulp sealing because of its favorable biocompatibility, processability and mechanical properties. Originally, we proposed the concept of "odontointegration", which represents direct dentin-like mineralization contact between pulp and the surface of the pulp sealing material; herein, we report the fabrication of a novel antibacterial and dentino-inductive material via micro-arc oxidation (MAO), incorporating self-assembled graphene oxide (GO) for Ti surface modification. The hierarchical micro/nanoporous structure of the MAO coating provides a suitable microenvironment for odontogenic differentiation of human dental pulp stem cells, and GO loading contributes to antibacterial activity. Scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy and Raman spectroscopy were employed for structure and elemental analysis. In vitro studies, including cell adhesion, Live/Dead and CCK-8 assays, alkaline phosphatase activity and calcium deposition assay, real-time polymerase chain reaction, western blot analysis and immunofluorescence staining were used to examine cell adhesion, viability, proliferation, mineralization, and odontogenic differentiation ability. Antibacterial properties against Streptococcus mutans were analyzed by SEM, spread plate, Live/Dead and Alamar blue tests. The Ti-MAO-1.0 mg mL-1 GO group exhibited excellent cell adhesion, odontoblast differentiation, mineralization, and antibacterial ability, which are beneficial to odontointegration.