バイタルパルピング療法における歯髄キャッピング材としての硬膜代替物の利用におけるマイクロ流体デバイスモデルの導入

Implementing microfluidic flow device model in utilizing dural substitutes as pulp capping materials for vital pulp therapy.

抄録

バイタルパルプセラピー（Vital Pulp Therapy：VPT）は、歯髄全体ではなく、炎症を起こした組織を選択的に除去することで歯の生命力を維持することを目的とした保存的歯科治療への傾向の高まりとともに注目されるようになった。VPTは長期経過観察において高い成功率を示しているが、VPTで一般的に使用される三酸化鉱物凝集体（MTA）による歯管の石灰化による副作用が報告されている。管腔の石灰化は、再治療の際に器具にアクセスする際の障害となる。この問題に対処するため、本研究では、炎症による歯髄内圧の緩和を目的とした硬膜代替物の機械的特性を評価するとともに、歯髄で重要な役割を果たすヒト歯髄幹細胞（hDPSCs）とヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）の生物学的応答を評価した。本研究では、MTAに代わる歯髄キャッピング材としての硬膜代替物の応用を検討した。この評価は、歯髄内の血流環境を再現したマイクロ流体デバイスモデルを用いて行った。マイクロ流体デバイス内の流体流速が実際の歯髄内の血流速度に一致することを確認するために、計算流体力学シミュレーションを採用した。さらに、硬膜代替物（Biodesign；BDおよびNeuro-Patch；NP）は、上部修復材料および接着剤から放出される2-ヒドロキシプロピルメタクリレート（HEMA）による浸透に対する抵抗性を示した。最後に、MTAはHUVECとhDPSCSの血管新生関連遺伝子と硬組織関連遺伝子の発現をそれぞれ増加させたが、BDとNPは遺伝子発現を変化させず、両細胞型の本来の特性を維持した。したがって、硬膜代替物は、HEMAの浸透に対する耐性と幹細胞性の維持により、VPTの有望な代替物として浮上してきた。さらに、マイクロ流体フロー装置モデルは、生きた歯髄チャンバーで観察された細胞反応を忠実に再現しており、抗検査プラットフォームとしての可能性を示している。

Vital pulp therapy (VPT) has gained prominence with the increasing trends towards conservative dental treatment with specific indications for preserving tooth vitality by selectively removing the inflamed tissue instead of the entire dental pulp. Although VPT has shown high success rates in long-term follow-up, adverse effects have been reported due to the calcification of tooth canals by mineral trioxide aggregates (MTAs), which are commonly used in VPT. Canal calcification poses challenges for accessing instruments during retreatment procedures. To address this issue, this study evaluated the mechanical properties of dural substitute intended to alleviate intra-pulp pressure caused by inflammation, along with assessing the biological responses of human dental pulp stem cells (hDPSCs) and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), both of which play crucial roles in dental pulp. The study examined the application of dural substitutes as pulp capping materials, replacing MTA. This assessment was conducted using a microfluidic flow device model that replicated the blood flow environment within the dental pulp. Computational fluid dynamics simulations were employed to ensure that the fluid flow velocity within the microfluidic flow device matched the actual blood flow velocity within the dental pulp. Furthermore, the dural substitutes (Biodesign; BD and Neuro-Patch; NP) exhibited resistance to penetration by 2-hydroxypropyl methacrylate (HEMA) released from the upper restorative materials and bonding agents. Finally, while MTA increased the expression of angiogenesis-related and hard tissue-related genes in HUVEC and hDPSCS, respectively, BD and NP did not alter gene expression and preserved the original characteristics of both cell types. Hence, dural substitutes have emerged as promising alternatives for VPT owing to their resistance to HEMA penetration and the maintenance of stemness. Moreover, the microfluidic flow device model closely replicated the cellular responses observed in live pulp chambers, thereby indicating its potential use as antesting platform.