Ex Vivo Analysis of MTA FLOW® Biomineralization and Push-Out Strength: A Pilot Study / Análisis ex vivo del proceso de biomineralización y resistencia al desplazamiento del MTA FLOW®: Estudio piloto

Abstract: This study evaluated the biomineralization processes and push-out strength of MTA Flow® with radicular dentine in three different consistencies. The push-out test was performed on an ex vivo model, using 2mm thick dentin discs from the middle third of the root with standardized cavities of 1.5 mm. Samples were filled with MTA-Angelus (Angelus Dental, Brazil), Biodentine (Septodont, France), MTA Flow® Putty (Ultradent, USA), MTA Flow® Thick or MTA Flow® Thin. The samples were divided into 3 groups: subgroup 1 (n=5), analysis of the biomineralization process; 2 (n=20), evaluation of the bonding strength and push-out resistance; and 3 (n=5), evaluation of the cement/ dentin interface. The samples filled with Biodentine had a higher precipitation of carbonate apatite. However, there was no significant difference between MTA-Angelus, MTA Flow® Putty, or Thick (p=0.0536), but there was a significant difference in the Thin group (P<0.05). The samples with Biodentine displayed the greatest release of calcium ions. The formation of a partially carbonated intermediate apatite layer was observed in all groups. Zones of biomineralization were observed at the interface but were not continuous. After 72 hours, a significant difference was found between the Biodentine and MTA Flow® Thin groups (p=0.0090) in the push-out test. The samples submerged in phosphate-buffered saline (PBS) for 15 days showed a significant difference between all groups and MTA Flow® Thin (p=0.0147). Putty or Thick consistencies presented a similar bonding strength to MTA-Angelus and Biodentine. MTA Flow® Putty and Thick consistencies show a good adaptation to dentin, similar to MTA-Angelus. However, the thickness of the interface was lower compared to that of Biodentine. MTA Flow® Thin, despite their tubular infiltration, results in gaps and a defective peripheral seal.Therefore, MTA Flow®, in Putty or Thick consistencies, presents a biomineralization process and push-out strength similar to MTA Angelus and Biodentine, however, both characteristics decreases considerably in Thin consistency.

Resumen: El objetivo de este estudio fue evaluar, en un modelo ex vivo, el proceso de biomineralización y fuerza de adhesión del MTA Flow® en sus tres diferentes consistencias por medio de la prueba de resistencia al desplazamiento (Push-out). Se utilizaron discos de dentina de 2mm de espesor del tercio medio radicular con cavidades estandarizadas de 1.5mm de diámetro, las cuales se obturaron con diferentes materiales entre ellos: MTA Angelus (Angelus Dental, Brasil), Biodentine (Septodont, Francia), MTA Flow® Consistencia Putty (Ultradent, E.E.U.U), MTA Flow® Consistencia Thick (Ultradent, E.E.U.U) y MTA Flow® Consistencia Thin (Ultradent, E.E.U.U). Las muestras se sometieron al proceso de biomineralización y a pruebas de Push-out. Las muestras obturadas con Biodentine promovieron una mayor precipitación de apatita carbonatada, sin embargo, no se presentó diferencia estadística significativa con respecto al MTA Angelus, MTA Flow® Putty ni Thick (p=0.0536). No obstante, si presentó una diferencia significativa con respecto al grupo de MTA Flow® consistencia Thin (P<0.05). Las muestras con Biodentine presentaron la mayor liberación de iones calcio. De acuerdo a las pruebas de resistencia al desplazamiento, a las 72 horas post-obturación, solamente se encontró diferencia significativa entre las muestras obturadas con Biodentine y las correspondientes al MTA Flow consistencia Thin (p=0.0090), sin embargo las muestras sumergidas 15 días en PBS presentaron diferencia significativa entre todos los grupos con respecto al MTA Flow Thin (p=0.0147). En general se observaron zonas de biomineralización en la interface, sin embargo, no fueron continuas. Se concluye que el MTA Flow en consistencia Putty o Thick presenta un proceso de biomineralización y una resistencia al desplazamiento similar al MTA Angelus y al Biodentine, sin embargo, esta última disminuye considerablemente en presentación Thin.

Cultivo de osteoclastos porcinos y su acción biológica en láminas de polietileno de baja densidad y apatita carbonatada / Cultura de osteoclastos de suínos e sua ação biológica em filmes de polietileno de baixa densidade e apatita carbonatada / Porcine osteoclast culture and its biological action on composite slides of carbonated apatite and low density polyethylene (ldpe)

El hueso es un tejido en constante cambio por procesos de remodelación y reparación, funciones realizadas por tres tipos celulares: los osteoblastos, los osteocitos y los osteoclastos. Los osteoclastos (OC) son células grandes, multinucleadas y ricas en anhidrasa carbónica y fosfatasa ácida resistente al tartrato (TRAP). Continuando con trabajos previos en los cuales se ha sintetizado apatita carbonatada (CAp) por precipitación de soluciones acuosas y por reacción del estado sólido, en este artículo se presentan los resultados del cultivo de osteoclastos y su efecto biológico sobre láminas sintetizadas de polietileno de baja densidad y CAp (PEBD-CAp). La inducción al linaje osteoclastogénico se realizó adicionando inductores específicos a cultivos de progenitores de la medula ósea de porcinos, a los que se les determinó la actividad de TRAP y la detección de los transcritos de los genes rank, c-src y cat-K. El cultivo sobre láminas PEBD-CAp permitió evidenciar la actividad osteoclástica sobre la cerámica a través de microscopia óptica y electrónica, demostrando su biodegradabilidad in vitro y complementando resultados previos sobre la osteoconductividad del material en un modelo in vivo en porcinos...

Bone tissue is in a continuous process of synthesis and resorption, functions that are performed by three main cell types: osteblasts, osteocytes and osteoclasts. Osteoclasts (OC) are big, multinucleate cells, producing carbonic anhydrase and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP). In continuation with previous works where CAp was synthesised by precipitation of aqueous solution and by solid state reaction, in this article the results of a culture of osteoclasts and its biological action over low-density polyethylene impregnated with carbonated apatite slides (LDPE-CAp) are shown. Osteoclast induction was achieved with the addition of specific inductors to cultures of porcine bone marrow progenitors, to which TRAP activity, detection of transcripts of rank, c-src and cat-K genes were determined. Cultures on LDPE-CAp slides analyzed with optical and electron microscopy demonstrated osteoclast activity and biodegradability of the ceramic, thus complementing previous studies on the osteoconductivity of this material in an in vivo porcine model...

O tecido ósseo está em constante mutação através dos processos de remodelação e reparação, funções executadas por três tipos de células: osteoblastos, osteócitos e osteoclastos. Osteoclastos (OC) são células grandes, multinucleadas e ricas em anidrase carbônica e fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP). Na sequência dos trabalhos previos nos quais foi sintetizado apatita carbonatada (CAP) por precipitação a partir de soluções acuosas e reação em estado sólido, este artigo apresenta os resultados a cultura dos osteoclastos e seu efeito biológico sobre filmes sintetizados de polietileno de baixa densidade e Cap (PEBD-Cap). A indução da linhagem osteoclastogénico foi feito pela adição de indutores específicas a culturas progenitoras da medula óssea de porcos, nos quais foi determinada a atividade TRAP e a deteção de transcritos dos genes rank, c-src e cat-K. O cultivo em placas PEBD-Cap permitiu demonstrar a atividade osteoclástica em cerâmica por microscopia óptica e eletrônica, demosntrando a sua biodegradabilidade in vitro e complementando resultados anteriores sobre a osteocondutividade do material em um modelo de suínos in vivo...

Análisis histológico de implantes de apatita carbonatada porosa de síntesis seca y células de médula ósea de porcino / Análise histológica de implantes de apatita carbonatada porosa de síntese seca e células da medula óssea de suínos / Histological analysis of implanted porus carbonated apatite of dry synthesis embedded with porcine bone marrow cells

La apatita carbonatada (CAp) constituye uno de los principales componentes del tejido óseo. Después de sintetizar CAp por precipitación de soluciones acuosas y por reacción del estado sólido, se tomó material poroso de CAp de síntesis seca previamente embebido con células de medula ósea, y se implantó subcutáneamente y en defectos óseos creados en porcinos. En este artículo se muestra la descripción y el análisis de los cortes histológicos de muestras del material implantado. Los resultados obtenidos indicaron que el material no genera rechazo, es reabsorbido por actividad de los osteoclastos del individuo receptor y es reemplazado por tejido óseo neoformado. El tipo de osificación con el que se regenera el tejido óseo en las perforaciones creadas y reemplazadas y no reemplazadas con CAp, es la osificación membranosa la cual se describe. Las diferencias cuantitativas observadas en los controles y tratamientos respecto del área total del material indican su alta biodegradación, aparentemente explicable por una mayor actividad osteoclástica y/o una respuesta de asimilación mejorada por la presencia de células potencialmente osteogénicas del propio individuo. Esta hipótesis se refuerza por el mayor número de vasos sanguíneos encontrados en los implantes subcutáneos previamente embebidos con células madre de la médula ósea. Según los criterios evaluados, CAp poroso de síntesis seca presenta excelente biocompatibilidad, osteoinducción y osteoconducción, características que se potencian cuando el material es pre-embebido con células de médula ósea...

Carbonated apatite (CAp) constitutes one of the principal inorganic components of the osseous tissue. After synthetising of CAp by reaction of the solid state, the ceramic was treated with porcine bone marrow progenitors and then implanted subcutaneously and in created osseous defects. This article shows the description and analysis of histological samples. Results indicated that the material does not generate rejection; it is re-absorbed by the recipient's osteoclasts activity and then is replaced by biologically synthesised bone. Membranous ossification is described to be responsible for the regeneration of osseous tissue in artificially created defects, with or without being filled with CAp. The quantitative differences between controls and treatments in respect of the total area covered by the material indicate its high biodegradability, probably due to a major osteoclastic activity and/or an improved assimilative response, given the presence of potentially osteogenic cells of the own individual. This hypothesis is reinforced by the observation of more blood vessels in subcutaneous implants previously treated with bone marrow cells. According to the evaluated criteria, porous CAp of dry synthesis shows excellent biocompatibility, osteoinductivity and osteoconductivity, characteristics that are promoted when the material is pre-treated with osteoprogenitors from the bone marrow...

A apatita carbonatada (CAP) é um componente importante do tecido ósseo. Depois de sintetizar CAP por precipitação a partir de soluções aquosas e reação em estado sólido, foi colhido material poroso de CAP de síntese seca previamente embebidas com células da medula óssea, e foi introduzida no tecido subcutâneo e em defeitos ósseos criados em suínos. Este artígo mostra a descrição e a análise dos cortes histológicos de amostras do material implantado. Os resultados obtidos indicaram que este não gera rejeiçao, é reabsorvido pela atividade dos osteoclastos do receptor individual e é substituído por tecido ósseo neoformado. O tipo de ossificação com que é regenerada o tecido óssea nas perfurações criados e substituído e não substituído com CAP, é a ossificação membranosa que se descreve. As diferenças quantitativas observadas nos controles e tratamentos ao respeito da área total do material indicam sua alta biodegradação, aparentemente explicável por uma maior atividade osteoclástica e/o uma resposta de assimilação melhorada pela presença de células potencialmente osteogénicas do própio individuo. Esta hipótese é reforçada pelo maior número de vasos sanguíneos encontrados nos implantes subcutáneos previamente embebidas com células madre da medula óssea. Segundo os criterios de avaliação, CAP poroso de síntese seca mostra excelente biocompatibilidade, osteoindução e osteocondução, características que aumentam quando o material é pré-embebida com células da médula óssea...

Evaluación de la biocompatibilidad de apatita carbonatada de síntesis seca por medio del cultivo de células osteoprogenitoras de porcino / Biocompatibility evaluation of carbonated apatite of dry synthesis through porcine osteoprogenitors culture / Avaliação da biocompatibilidade de apatita carbonatada de síntese seca através de cultura de células osteoprogenitoras de suínos

El desarrollo de nuevos materiales para la regeneración ósea es un reto para las ciencias biomédicas, especialmente aquellos materiales sintéticos que simulan de la mejor manera los componentes del hueso natural. En este artículo se muestra los resultados de un trabajo en donde se evaluó la biocompatibilidad de la apatita carbonatada (CAp), preparada por reacción mecano-química de una mezcla de precursores en polvo, comprimida y luego horneada a altas temperaturas (llamada síntesis seca). Esta cerámica fue utilizada como sustrato en un cultivo de células osteoprogenitoras, las cuales se obtuvieron por medio de aspirados de la médula ósea de porcinos adultos, se aislaron por diluciones y se cultivaron en platos o sobre CAp con o sin la adición de factores de diferenciación osteogénica. Los cultivos se analizaron a diferentes tiempos por 45 días, periodo durante el cual se determinó el doblaje poblacional de las células y la capacidad osteoconductiva del biomaterial, a través de pruebas bioquímicas y moleculares. Como resultados de este trabajo se estableció un cultivo primario de osteoprogenitores de la médula ósea de porcino, para la evaluación in vitro de un material cerámico de síntesis por reacción del estado sólido, y se exploró el uso potencial del material como substituto del hueso natural, al analizar su capacidad osteoconductiva, por medio de microscopia óptica y electrónica y de la expresión de marcadores bioquímicos y moleculares, tales como la expresión de fosfatasa alcalina, deposición de calcio y acumulación de xilenol orange concomitante con la detección de Runx2, osteocalcina y osteopontina...

The development of new materials for bone regeneration constitutes a challenge for biomedical sciences, especially when it is desirable to design synthetic materials that simulate the most the composition of natural bone. In this work biocompatibility of carbonated apatite (CAp) was evaluated. CAp was prepared through mechano-chemical mixing, compression and sintered at high temperature (referred as dry synthesis) of powdered precursors. This ceramic was then used as a substrate for the culture of porcine osteogeprogenitors. Cells were obtained from the bone marrow of adult porcine just after sacrifice by series of dilutions. Cells were then cultured onto culture plates or onto CAp, with and without addition of known differentiation osteogenic factors. Cultures were carried out for 45 days during which the doubling time of the culture was determined as well as the osteoconductivty of CAp, by means of determining some biochemical and molecular markers. A primary culture of porcine bone marrow osteoprogenitor was established and was used for the in vitro evaluation of a ceramic material synthetised by solid state reaction. The potential use of the material as a substitute for natural bone implant was explored, by analysing its osteoconductive capacity, through light and electron microscopy and expression of biochemical and molecular markers, such as the expression of alkaline phosphatase, calcium deposition and xylenol orange accumulation, concomitant with detection of Runx2, osteocalcin and osteopontin...

O desenvolvimento de novos materiais para regeneração óssea é um desafio para as ciências biomédicas, especialmente as de materiais sintéticos que simulam da melhor maneira os componentes do osso natural. Neste artigo mostram-se os resultados de um trabalho que avaliou a biocompatibilidade de apatita carbonatada (Cap), preparada por reação mecanoquímica de uma mistura de pó precursor, comprimido e depois cozido em altas temperaturas (chamado de síntese seca). Esta cerâmica foi utilizada como substrato em uma cultura de células osteoprogenitoras, que foram obtidas por aspirado da medula óssea de suínos adultos, foram isoladas por diluição e cultivadas em placas ou no Cap com ou sem a adição de fatores de diferenciação osteogênica. As culturas foram analisadas em diferentes momentos, por 45 dias, período durante o qual se determinou a duplicação da população celular e a capacidade osteocondutora de biomaterial, através de testes bioquímicos e moleculares. Como resultado deste trabalho criou-se uma cultura primária de osteoprogenitoras da medula óssea de suínos, para avaliação in vitro de um material sintético cerâmico por reação de estado sólido, e foi explorado o potencial uso do material como um substituto para o osso natural, ao se analisar a capacidade osteocondutora, pela microscopia de luz e eletrônica e expressão de marcadores bioquímicos e moleculares, tais como a expressão de fosfatase alcalina, deposição de cálcio e acúmulo de laranja de xilenol concomitante com a detecção de Runx2, osteocalcina e osteopontin...