Influence of zirconia-coated bioactive glass on gingival fibroblast behavior

ABSTRACT

Abstract The objective of this study was the development of a bioactive glass coating on zirconia (Zr) to modulate the gingival fibroblast phenotype. For this purpose, Biosilicate® (BS) particles in a water/isopropyl alcohol (11) vehicle (6 mg/mL) were applied to zirconia discs followed by thermal treatment at 1100 °C for 20 min. The surface topography (SEM), chemical composition (EDX), surface roughness (Ra; confocal microscopy), surface free energy (goniometry), and color alteration (UV-vis spectrophotometry) were assessed (n=6). Thereafter, L929 fibroblasts were seeded onto Zr and Zr+BS discs, and cell proliferation (Alamar Blue; n=6), morphology (SEM; n=2), migration (wound healing; n=4), and collagen synthesis (Sirius Red; n=6) were evaluated up to 7 days. Data were analyzed by ANOVA/Tukey tests (a=5%). A homogeneous coating consisting of Si, Na, O, and Ca was detected on the Zr surface after thermal treatment with BS, which led to a significant increase in surface roughness and free energy (p<0.05). No change in color parameters was observed (p>0.05). Cells seeded on the Zr+BS surface featured increased proliferation, collagen expression, and migration capability in comparison with those cultured on plain Zr (p<0.05). SEM images revealed that cell spreading occurred faster in the presence of BS. Therefore, it was concluded that thermal treatment of the Zr surface with BS led to the deposition of a bioactive coating, which induced gingival fibroblast spread, proliferation, migration, and collagen expression in vitro.

RESUMO

Resumo O objetivo deste estudo foi o desenvolvimento de um recobrimento de vidro bioativo sobre a zircônia (Zr) para modular o fenótipo de fibroblastos gengivais. Para este propósito, partículas de Biosilicato® (6 mg/mL) em um veículo a base de água/álcool isopropílico (11) foram aplicadas sobre discos de zircônia seguido por tratamento térmico a 1100 °C por 20 min. A topografia de superfície (MEV), composição química (EDX), rugosidade de supefície (Ra; microscopia confocal), energia livre de superfície (goniômetro) e alteração de cor (Espectrofotometria UV-vis) foram avaliadas (n=6). A seguir, fibroblastos L929 foram semeados sobre discos de Zr e BS+Zr e a proliferação (Alamar Blue; n=6), morfologia (MEV; n=2), migração celular (wound healing; n=4) e a síntese de colágeno (Sirius Red; n=6) foram avaliados até 7 dias. Os dados foram analisados pelos testes ANOVA/Tukey (a=5%). Um recobrimento homogêneo consistindo de Si, Na, O e Ca foi detectado na superfície da Zr após o tratamento térmico com BS, o qual promoveu um aumento significante na rugosidade e energia livre de superfície (p<0,05). Nenhuma mudança nos parâmetros de cor foi observada (p>0,05). Células semeadas na superfície de Zr+BS apresentaram maior proliferação, expressão de colágeno e capacidade de migração em comparação com aquelas cultivadas sobre a superfície de Zr (p<0,05). Imagens de MEV revelaram que o espalhamento celular ocorreu mais rápido na presença de BS. Assim, conclui-se que o tratamento térmico da superfície da Zr com BS levou a deposição de um recobrimento bioativo, o qual induziu in vitro o espalhamento, proliferação e migração de fibroblastos gengivais e expressão de colágeno.