歯科修復用リチウム添加メソポーラス生理活性ガラスナノ粒子とケイ酸三カルシウムのゾル-ゲル合成：物理化学的構造、抗菌性、生体適合性の比較検討

Sol-gel synthesis of lithium doped mesoporous bioactive glass nanoparticles and tricalcium silicate for restorative dentistry: Comparative investigation of physico-chemical structure, antibacterial susceptibility and biocompatibility.

抄録

メソポーラス生理活性ガラスナノ粒子（MBGN）製造のためのゾル-ゲル法は、他の添加剤と配合することにより、歯髄-歯質複合体再生のためのゴールドスタンダードを形成するケイ酸三カルシウム（TCS）粒子の合成に適応された。ゾル-ゲル法によって得られたTCSとMBGNの比較は、ゾル-ゲルBAGの小児における歯髄切開材料としての史上初の臨床試験の結果を考慮すると極めて重要である。さらに、リチウム(Li)ベースのガラスセラミックスは歯科用補綴材料として長い間使用されてきたが、歯科用途をターゲットとしたMBGNへのLiイオンのドーピングはまだ研究されていない。また、塩化リチウムが歯髄再生に有益であるという事実も、この事業を価値あるものにしている。そこで本研究では、ゾル-ゲル法によりLiをドープしたTCSとMBGNを合成し、得られた粒子の比較評価を行うことを目的とした。 0%、5%、10%、20%のLiを含むTCS粒子とMBGNを合成し、粒子形態と化学構造を決定した。15mg/10mLの粉末を人工唾液(AS)、Hank's balanced saline solution (HBSS)および模擬体液(SBF)中で37℃、28日間培養し、pHの変化とアパタイトの形成をモニターした。また、濁度測定により、MG63細胞に対する殺菌効果および細胞毒性も評価した。 MBGNは123nmから194nmの大きさのメソポーラス球であることが確認されたが、TCSは不規則なナノ構造の凝集体を形成し、その大きさは一般に大きく変化した。ICP-OESのデータから、MBGNへのLiイオンの取り込みは極めて低いことが検出された。すべての粒子がすべての浸漬媒体に対してアルカリ化効果を示したが、TCSが最もpHを上昇させた。SBFは早ければ3日ですべての粒子タイプでアパタイト形成をもたらしたが、TCSは同様の期間でAS中にアパタイトを形成した唯一の粒子のようである。すべての粒子が両方の細菌に影響を及ぼしたが、これはドープしていないMBGNで顕著であった。すべての粒子が生体適合性であるのに対し、MBGNはより優れた抗菌性を示し、TCS粒子はより大きな生理活性と関連していた。 歯科用バイオマテリアルにおいてこれらの効果を相乗させることは有意義な事業であり、浸漬媒体を変化させることにより、歯科用途をターゲットとした生理活性化合物に関する現実的なデータが得られる可能性がある。

The sol-gel method for production of mesoporous bioactive glass nanoparticles (MBGNs) has been adapted to synthesize tricalcium silicate (TCS) particles which, when formulated with other additives, form the gold standard for dentine-pulp complex regeneration. Comparison of TCS and MBGNs obtained by sol-gel method is critical considering the results of the first ever clinical trials of sol-gel BAG as pulpotomy materials in children. Moreover, although lithium (Li) based glass ceramics have been long used as dental prostheses materials, doping of Li ion into MBGNs for targeted dental applications is yet to be investigated. The fact that lithium chloride benefits pulp regeneration also makes this a worthwhile undertaking. Therefore, this study aimed to synthesize TCS and MBGNs doped with Li by sol-gel method, and perform comparative characterizations of the obtained particles. TCS particles and MBGNs containing 0%, 5%, 10% and 20% Li were synthesized and particle morphology and chemical structure determined. Powder concentrations of 15mg/10 mL were incubated in artificial saliva (AS), Hank's balanced saline solution (HBSS) and simulated body fluid (SBF), at 37°C for 28 days and pH evolution and apatite formation, monitored. Bactericidal effects against and , as well as possible cytotoxicity against MG63 cells were also evaluated through turbidity measurements. MBGNs were confirmed to be mesoporous spheres ranging in size from 123 nm to 194 nm, while TCS formed irregular nano-structured agglomerates whose size was generally larger and variable. From ICP-OES data, extremely low Li ion incorporation into MBGNs was detected. All particles had an alkalinizing effect on all immersion media, but TCS elevated pH the most. SBF resulted in apatite formation for all particle types as early as 3 days, but TCS appears to be the only particle to form apatite in AS at a similar period. Although all particles had an effect on both bacteria, this was pronounced for undoped MBGNs. Whereas all particles are biocompatible, MBGNs showed better antimicrobial properties while TCS particles were associated with greater bioactivity. Synergizing these effects in dental biomaterials may be a worthwhile undertaking and realistic data on bioactive compounds targeting dental application may be obtained by varying the immersion media.