В. С. Аткин, Н. О. Бессуднова, С. Б. Вениг

В.С. Аткин, Н.О. Бессуднова, С.Б. Вениг

Саратовский государственный университет

ceba91@list.ru

Одной из актуальных задач рекоструктивной медицины является восстановление или замещение поврежденных или утраченных биологических тканей. Перспективной в этом смысле может оказаться инфильтрация ткани дентина наночастицами, инициирующими рост костной ткани. В исследованиях [1,2] в качестве таких частиц применялись наночастицы апатитов, биоактивных стекол и кремния.

Целью настоящего исследования является изучение процесса инфильтрации наночастиц серебра из коллоидного раствора в деминерализованную и минерализованную ткань дентина человеческого дентина in vitro. Выбор серебра как тестового материала обусловлен его рентгеноконтрастностью по сравнению с типичными тканями зуба.

Подготовка образцов заключалась в создании экспериментальных блоков дентина и их последующей деминерализации. Согласно протоколу [3] были подготовлены две группы образцов. Образцы первой группы фиксировались в 3% растворе глутеральдегида в 0.1М какодиловом буфере в течение двенадцати часов, затем промывались 0.1М какодиловым буфером для удаления глутеральдегида и затем - дистиллированной водой. Деминерализация образцов проводилась в 4N муравьиной кислоте в течение 48 ч для удаления минеральной составляющей ткани дентина. Образцы второй (контрольной) группы не подвергались деминерализации и хранились в дистиллированной воде при температуре +4^oC.

Блоки дентина обеих групп инфильтрировались коллоидным раствором серебра с концентрацией 50 г/л в течение 24 ч. Образцы помещались в эппендорфы с 5 мл раствора серебра при температуре 25^oC. Эппендорфы вращались в лабораторном миксере при невысоких оборотах во избежание преципитации наночастиц. Инфильтрированные блоки дентина высушивались на открытом воздухе при комнатной температуре в течение 72 ч.

Затем каждый образец обеих групп раскалывался на две части: одна половина использовалась для анализа поверхности и приповерхностного слоя дентина, вторая – для изучения плоскости поперечного скола.

Образцы исследовались методами атомно-силовой (АСМ), растровой электронной микроскопии (РЭМ) и энергодисперсионного рентгеновского элементного микроанализа.

В процессе деминерализации дентина большая часть минеральных компонентов растворялась и вымывалась, при этом сохранялся каркас из коллагеновых волокон. Образование пористой структуры в результате деминерализации, очевидно, должно сопровождаться увеличением удельной площади поверхности, а, следовательно, и увеличением адсорбционной ёмкости материала дентина. Для подтверждения выдвинутой гипотезы применялись методы АСМ. Было проведено сканирование 10 случайно выбранных участков размером 5 мкм² на поверхности образцов обеих групп. Сканирование проводилось в контактном режиме. Результаты измерения удельной площади поверхности приведены в табл.1.

Таблица 1. Значения удельной площади поверхности для десяти участков образцов дентина обеих групп

Характер проникновения наночастиц серебра в материал дентина определялся методами РЭМ и энергодисперсионного микроанализа.

Области проведения микроанализа включали в себя дентинные канальцы и интертубулярный дентин. Микроанализ проводился при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе пучка 1 нА. Усредненные результаты проведенного анализа содержания серебра представлены на диаграммах (см. рис.1).

Рис. 1 Содержание серебра в образцах обеих грууп. Темным цветом обозначено содержание серебра в дентинных канальцах, светлым - в интертубулярном дентине

Заметим, что проникновение серебра в дентин 1 группы превышает таковое образцов группы 2. В образцах группы 1 концентрация серебра в коллагеновой матрице (интертубулярном дентине) выше, чем в дентинных канальцах. В образцах группы 2 результаты характеризуются обратной тенденцией, что объясняются более развитой структурой дентина и увеличением межфибриллярных пространств в процессе деминерализации.

Для сравнения глубины проникновения наночастиц серебра в матрицу дентина обеих групп проводился микроанализ состава при различных ускоряющих напряжениях. Напряжение изменялось от 10 до 30 кВ с шагом в 1 кВ.

Экспериментальные данные в виде зависимости весовой концентрации серебра от ускоряющего напряжения электронного пучка представлены на рис.2.

При анализе распределения серебра в образцах 1 группы установлено, что значительное количество наночастиц аккумулируется в приповерхностном слое. Это косвенно подтверждается тем, что при уменьшении ускоряющего напряжения и, соответственно, области генерации сигнала, значение концентрации серебра увеличивается. Значительное проникновение серебра в структуру дентина объясняется увеличением межфибриллярных пространств при его деминерализации.

Рис.2 Зависимости весовой концентрации серебра в изучаемом объеме от ускоряющего напряжения для образцов 1 (слева) и 2 (справа) группы

Рис.3. РЭМ-изображение морфологии поверхности и картина распределения серебра в образцах (1) сверху и (2) снизу групп

Для подтверждения предположений, выдвинутых выше, был проведен микроанализ поперечных сколов дентина. Результаты микроанализа представлены на рис. 3. Распределение элементов указывает на то, что серебро проникает в объем деминерализованного образца и определяется в его внутренней структуре, в то время как в объеме недеминерализованного образца серебро не идентифицируется.

Таким образом, в настоящем проекте методами контактной атомно-силовой, растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного анализа вещества изучены ообенности инфильтрации образцов деминерализованного и минерализованного дентина коллоидным раствором наночастиц серебра. Установлено: (1) увеличение удельной площади поверхности образцов дентина после процедуры деминерализации; (2) концентрация серебра в объеме деминерализованного материала значительно выше таковой в минерализованном дентине, причем интертубулярный дентин является лучшим аккумулятором серебра, нежели дентинные канальца; (3) глубина проникновения наночастиц в структуру деминерализованного дентина выше по сравнению с таковой в недеминерализованном дентине, что объясняется увеличением межфибриллярных пространств в процессе его деминерализации.

Деминерализованный дентин может рассматриваться как естественная трехмерная каркасная структура с развитой поверхностью. Наноразмерные пространства, образующиеся между коллагеновыми волокнами в процессе деминерализации дентина, могут выступать в качестве биологических «ловушек» для наночастиц и возможных ценров реминерализации.

[1] Jeong S.H., Jang S.O., Kim K.N., Kwon H.K., Park Y.D., Kim B.I. Tooth Whitening Effect of Toothpastes containing Nano Hydroxyapatite // Key engineering Materials, 2006, 309, P.537–540.

[2] Roveri N., Battistella E., Foltran I., Foresti E., Iafisco M., Lelli M., et al. Synthetic Biomimetic Carbonate-Hydroxyapatite Nanocrystals for Enamel Remineralization // Advanced Materials Research, 2008, 47–50, P.821–824.

[3] Besinis A., Van Noort R., Martin N. Infiltration of demineralized dentin with silica and hydroxyapatite nanoparticles // Dental Materials, 2012, 28, P.1012-1023.

Сведения об авторах:

докладчик – Аткин В.С., 22 года, ceba91@list.ru, 89658851022; авторы:

Аткин Всеволод Станиславович, аспирант;

Бессуднова Надежда Олеговна, к.ф.-м.н., доцент,

Вениг Сергей Борисович, д.ф.-м.н., профессор, декан ФНБМТ;