使用四种AB型原花青素中性引物对粘合界面组件的长期纳米动态力学分析及微渗透性进行研究

《Journal of Dentistry》：Long-Term Nano-dynamic Mechanical Analysis and Micro-permeability of Adhesive Interface Components using Four AB-type Proanthocyanidin Neutral Primers

牙本质-树脂界面经AB型PAC-DESIGNER引物生物调节后，其长期力学性能及稳定性显著提升，三聚体（PM-AB、CV-AB）比四聚体（PM-ABA、CV-ABB）更优，纳米力学分析显示一年后E*值显著增加，且微渗透性降低。

　　

José Guilherme Neves|Walleska F. Liberato|Mahmoud Sayed|Shu-Xi Jing|Shao-Nong Chen|Guido F. Pauli|Ana K. Bedran-Russo

美国伊利诺伊大学芝加哥分校牙科学院口腔生物学系，芝加哥，IL

摘要

目的

本研究探讨了三聚体和四聚体AB型PAC-DESIGNER引物在1年老化过程中对牙本质-树脂成分的粘弹性特性和稳定性的长期生物调节作用。

方法

PAC-DESIGNER引物由Pinus massoniana（PM）和Cinnamomum verum（CV）提取物制备而成，旨在富集三聚体（PM-AB、CV-AB）和四聚体（PM-ABA、CV-ABB）原花青素。在蚀刻-冲洗粘合协议下在牙本质表面制备粘合界面。样品被切割后，立即进行处理或储存在模拟体液中1年。未使用引物的粘合修复体作为对照。使用摩擦压痕法评估粘合层、混合层和下方牙本质的纳米力学性能（复合模量 – E* 和阻尼能力 – Tan δ）。通过荧光显微镜评估界面微渗透性。数据采用ANOVA和事后检验进行分析（α = 0.05）。

结果

在即时和6个月的时间点，PAC-DESIGNER组与对照组之间的E*没有显著差异（p ≥ 0.05）。经过1年老化后，CV-ABB和PM-AB粘合层的E*高于对照组（p < 0.05）。AB型PAC-DESIGNER引物提高了混合层和下方牙本质的粘弹性特性，其中三聚体化合物在所有时间点的效果更好（p < 0.05）。生物调节作用并未影响不同层的性质和粘弹性行为：在混合层和下方牙本质中，PAC-DESIGNER引物减少了罗丹明的渗透（p < 0.05）。

结论

AB型PAC-DESIGNER引物提高了混合层和下方牙本质的粘弹性特性和稳定性。三聚体原花青素的表现优于四聚体，这可以归因于它们不同的分子结构和整体形状。

临床意义

植物来源的生物调节引物通过增强机械性能和密封混合层及下方牙本质，具有稳定牙本质-树脂界面的潜力。

引言

已经提出了创新策略来优化程序，延长基于粘合剂的修复体的使用寿命，最终避免修复和更换的需求[[1], [2], [3], [4]]。其中一些新策略旨在提高机械性能和/或抑制导致牙本质-树脂界面成分结构退化的途径[[3], [4], [5], [6], [7]]。利用植物化学物质对牙科组织进行生物调节是一种受生物启发的策略，通过模拟牙本质的功能恢复力和自我保护机制来提高牙本质-树脂界面的性能[1,2,5,8]。

一类具有潜在临床应用的生物活性化合物是原花青素（PAC），它们是天然生物聚合物，能与牙本质基质成分（特别是I型胶原蛋白）相互作用[7,9,10]。由于它们与组织的特定化学和物理相互作用，这些化合物增强了牙本质的机械性能并降低了牙本质和牙本质-粘合界面的生物降解性[7,9,11]。因此，PAC的两亲性质——由亲水性酚基团与芳香环连接——可能通过亲水性牙本质基质和疏水性树脂之间的相互作用来增强和稳定牙本质-树脂粘合[7]。

研究表明，PAC的结构和立体化学特性在其对牙本质的生物调节作用中起着关键作用[1,7,10,12]。明确结构-活性关系对于将PAC开发成具有已知生物活性和可控响应的介入性生物材料至关重要，最近的研究致力于建立结构-活性关系，并认识到跨黄酮连接（IFLs）在PAC的牙本质生物调节特性中的作用[1,[12], [13], [14]]。单体PAC通过两种类型的IFLs（A型或B型连接）形成寡聚体和聚合物。A型PAC在单体之间至少含有一个双键，这已被证明是长期稳定性的关键调节因素[13]。另一方面，B型PAC与其A型类似物相比具有更大的结构灵活性，这可以归因于单体单元之间单碳键的自由旋转，从而扩展了构象空间[15]。这些化合物的另一个重要分子特性是它们的寡聚化程度（DP），已证明其对PAC与牙本质之间的相互作用具有调节作用[2,14,16,17]。三聚体（DP3）和四聚体（DP4）化合物具有最佳的3D结构尺寸，能够适应胶原基质内的胶原纤维间隙，与其他寡聚体相比，显著提高了牙本质基质的硬度[14,17]。

DESIGNER（Depletion and Enrichment of Select Ingredients Generating Normalized Extract Resources）概念被引入，旨在生产植物来源制剂中的标准化活性成分混合物[18]，并最近已应用于高生物活性的基于PAC的制剂[12,16]。此外，这是一种成本效益高的策略，因为DESIGNER材料能够以高度可重复和可扩展的方式将天然废弃物中的生物聚合物开发成新的商业产品。早期研究表明，选择性PAC-DESIGNER与分离化合物类似，能够增强牙本质基质的整体粘弹性特性，并诱导胶原二级结构的化学变化[12]。

最近发现，含有三聚体和四聚体AB型PAC-DESIGNER的冲洗引物在1年老化后仍能保持稳定的树脂-牙本质拉伸强度[16]。受这些数据的启发，为了更好地理解PAC-DESIGNER随时间导致的高且稳定的粘合强度的生物调节作用，制备了四种冲洗型AB型PAC-DESIGNER引物，通过纳米动态力学分析（nano-DMA）和界面微渗透方法来阐明三聚体和四聚体富集DESIGNER对树脂-牙本质各组分粘弹性特性的影响。本研究的零假设为：(i) 不同DP的PAC-DESIGNER对树脂-牙本质组分的粘弹性特性产生类似的变化；(ii) 老化（长达1年）对PAC-DESIGNER组和对照组的牙本质-树脂界面的机械性能和微渗透性有类似的影响。

部分摘要

PAC-DESIGNER的制备

四种AB型PAC-DESIGNER三聚体和四聚体（AB、ABA和ABB）由Cinnamomum verum（CV）（美国俄勒冈州Sandy的野生采集 [No. CIN-07011P-OMH01]）的树皮粉末和Pinus massoniana（西安楚康生物技术公司 [no. PB120212]）内皮层的提取物粉末制备（图1）。化合物的制备通过多步骤分离过程完成，包括离心分配色谱（CPC）、Sephadex LH-20、反相（RP）C-18等。

树脂-牙本质界面的纳米力学性能

使用AB型PAC-DESIGNER引物和对照组（未使用引物）对牙本质进行生物调节后，不同时间点（即时、6个月和1年）的牙本质-树脂组分的纳米动态力学性能（复合模量 – E* 和阻尼能力 - tan δ）结果见表1和表2。在每个界面层（粘合层 - AD）中，处理和时间点之间存在统计学上的显著相互作用（p < 0.05）（E* 和 tan δ）。

讨论

植物来源的PAC对牙本质的生物调节是一种基于组织的方法，旨在增强牙本质-树脂界面的机械强度和生物稳定性[1,3,10,16]。DESIGNER植物化学概念的使用使得可以根据聚合程度和主要化合物选择性地富集PAC化合物[12,16]，从而富集生物活性成分。本研究中采用了这一概念来制备标准化、可重复的天然制剂。

结论

我们的发现强调了AB型PAC-DESIGNER引物在一年老化过程中对混合层和下方牙本质的粘弹性特性及稳定性的独特作用。总体而言，三聚体AB型DESIGNER的表现优于四聚体DESIGNER；其中最显著的DESIGNER是由Pinus massoniana PM-AB制备的，在HL稳定性方面表现最佳。值得注意的是，下方牙本质始终表现出增强的效果

CRediT作者贡献声明

José Guilherme Neves：撰写 – 原稿撰写、可视化、研究、数据分析。Walleska F. Liberato：撰写 – 审稿与编辑、可视化、数据分析。Mahmoud Sayed：撰写 – 审稿与编辑、可视化、数据分析。Shu-Xi Jing：撰写 – 审稿与编辑、方法学、数据分析。Shao-Nong Chen：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、方法学、数据分析。Guido F. Pauli：

利益冲突声明

由于Ana Bedran-Russo担任编辑委员会成员，她未参与本文的同行评审，也无法获取有关其同行评审的信息。本文的编辑过程完全由另一位期刊编辑负责。

致谢

本研究得到了美国国立牙科与颅面研究所（NIDCR）健康项目的资助[DE028194]。