Estudo dos efeitos citotóxicos e na dentinogénese reparadora induzidos por um novo material em proteções pulpares diretas

Abstract

Algumas situações clínicas como cáries profundas, traumatismo severo da coroa dentária, e situações iatrogénicas podem levar a uma exposição do tecido pulpar ao ambiente oral externo. O tecido da polpa dentária tem um potencial natural de reparação, através de um processo designado de dentinogénese reparadora. Durante este processo, os odontoblastos danificados são substituídos por novas células diferenciadas do tipo odontoblasto. Este processo envolve a migração de células progenitoras para o local de lesão e posterior proliferação e diferenciação destas células em odontoblastos. Assim, quando há exposição do tecido da polpa dentária ao ambiente externo, a dentinogénese reparadora pode ser induzida pela realização de uma proteção pulpar, com o objetivo de manter a vitalidade e a função do tecido da polpa. Existe um consenso na comunidade científica de que o tratamento dessas condições requer o uso de materiais que induzam a reparação do tecido dentinário e, posteriormente, formem um tecido mineralizado entre o tecido pulpar e o material de reparação. Nesta técnica, o cimento de hidróxido de cálcio tem sido usado como terapia de eleição, com características físico-químicas importantes para o sucesso do tratamento. Desenvolvidos nos anos 90, os cimentos à base de agregados trióxido minerais receberam a maior atenção, inicialmente como um material de obturação retrógrada. As suas características permitiram a expansão das suas indicações como material para proteção direta da polpa. Embora existam evidências clínicas da utilização de cimentos à base de hidróxido de cálcio e de agregados trióxidos minerais nas terapêuticas de proteção pulpar direta com resultados satisfatórios, o melhor desempenho clínico de um em relação ao outro não é conclusivo. Recentemente surgiram os cimentos de silicato tricálcicos, como o Biodentine™. Este biomaterial possui uma base de hidróxido de cálcio e características semelhantes aos cimentos de agregados trióxidos minerais, mas com tempos de presa substancialmente mais adequados para a sua aplicação para além de outras vantagens clínicas. Existem poucos estudos sobre esse material pelo que foi fundamental comparar seu comportamento com os outros biomateriais disponíveis. O nosso projeto procurou determinar a bioatividade deste biomaterial na regeneração da dentina. Para alcançar esse objetivo foi necessária uma combinação de etapas, que se traduziram em diversos estudos. O estudo in vitro teve como objetivo avaliar a viabilidade e a proliferação de células do tipo odontoblastos da linhagem celular MDPC-23 na presença de Biodentine™. Foram, também, efetuadas avaliações da diferenciação e da mineralização, por forma a verificar a eficácia deste material na dentinogénese reparadora. O estudo in vivo em modelo animal teve como objetivo avaliar o efeito do Biodentine™, incluindo a formação de dentina reparadora e as reações inflamatórias após a exposição do tecido pulpar, ao longo do tempo. O estudo clínico incluiu uma revisão sistemática com meta-análise com o objetivo de avaliar os fatores de sucesso após as terapêuticas de proteção ao tecido pulpar com cimentos à base de hidróxido de cálcio, de agregados trióxidos minerais e de silicatos tricálcicos. Além disso, foi efetuado um estudo clínico retrospetivo com 20 doentes onde se avaliou clinicamente a presença ou a ausência de sintomas compatíveis com a inflamação da polpa e radiograficamente as alterações radiculares e estruturais da restauração coronária que suporta a reparação do tecido pulpar. Com os estudos in vitro foi possível concluir que o WhiteProRoot®MTA e o Biodentine™ têm resultados semelhantes, com manutenção da atividade metabólica e viabilidade celular, embora com uma ligeira redução para o segundo. Verificaram-se ligeiras alterações no ciclo celular, no potencial de membrana mitocondrial e na formação de peróxidos. O Life® mostrou uma diminuição da atividade metabólica e da viabilidade, com aumento da morte celular, perda do potencial de membrana mitocondrial, aumento da formação de peróxidos e alterações no ciclo celular. A análise da morfologia celular demonstrou alterações profundas com o Life®, o que não se verificou com os outros biomateriais. A avaliação da diferenciação e da mineralização indicou um aumento acentuado na expressão de fosfatase alcalina, da sialoproteína da dentina e da formação de depósitos de cálcio com Biodentine™ quando comparado ao WhiteProRoot®MTA. O Life® não apresentou expressão das proteínas referidas e não revelou a formação de depósitos de cálcio. Nos estudos in vivo em modelo animal foram efetuadas proteções pulpar diretas com os materiais de estudo em primeiros molares. As avaliações foram efetuadas em três tempos, aos 3, aos 7 e aos 21 dias e consistiram numa avaliação imagiológica (medicina nuclear) e histológica (coloração H&E, imunohistoquímica e alizarin red S). Com os estudos in vivo foi comprovado o efeito terapêutico dos biomateriais estudados. A avaliação através da medicina nuclear demonstrou que a captação de 99mTc-HMDP não apresentou diferenças significativas entre os diferentes grupos experimentais e o controlo, revelando a não ocorrência de diferenças a nível do metabolismo fosfocálcio. O estudo histológico demonstrou diversas alterações como a presença de infiltrado inflamatório e a formação de tecido mineralizado ao longo dos diversos tempos de follow-up. Nos tratamentos com o WhiteProRoot®MTA verificou-se a presença de infiltrado inflamatório moderado após três dias, diminuindo ao longo dos outros tempos de follow-up. Apenas se verificou a formação de tecido mineralizado após 21 dias de follow-up. Nos tratamentos com o Biodentine™ verificou-se a presença de um ligeiro infiltrado inflamatório ao terceiro dia, aumentando ao longo dos tempos de follow-up. A formação de tecido mineralizado foi observada a partir dos sete dias de follow-up, aumentando ao longo do tempo. A revisão sistemática com meta-análise proporcionou uma avaliação clínica dos três biomateriais, concluindo-se que as terapêuticas com os cimentos à base de hidróxido de cálcio têm taxas de sucesso inferiores aos cimentos à base de trióxidos minerais, e que estes apresentam taxas de sucesso semelhantes aos cimentos de silicato tricálcico. Os outros materiais estudados revelam taxas de sucesso inferiores aos três biomateriais referidos no presente estudo. O estudo clínico revelou, de igual forma, taxas de sucesso semelhantes entre os cimentos à base de trióxidos minerais e os silicatos tricálcico. Com este trabalho foi possível avaliar a bioatividade de um novo material de regeneração de dentina, Biodentine™. A sua baixa citotocixidade e a sua capacidade indutora em diversos mecanismos da dentinogénese reparadora, o seu efeito terapêutico na formação de uma ponte dentinária acompanhada de ligeiros sinais inflamatórios e a sua elevada taxa de sucesso clínico, indicam a possibilidade da sua utilização efetiva e segura na proteção direta da polpa dentária em humanos.

Some clinical situations such as deep cavities, severe crown trauma, and iatrogenic situations may lead an exposure of the pulp tissue to the external oral environment. The tissue of the dental pulp has a natural potential for repair through a process called repair dentinogenesis. During this process, the damaged odontoblasts are replaced by new differentiated odontoblast cells. This process involves the migration of progenitor cells to the lesion site, and subsequent proliferation and differentiation of these cells into odontoblasts. Thus, when the dental pulp tissue is exposed to the external environment, reparative dentinogenesis can be induced by pulp capping, to maintain the vitality and function of the pulp tissue. There is a consensus in the scientific community that treating these conditions requires the use of materials that induce repair of the dentin tissue and subsequently form a mineralized tissue between the pulp tissue and repair material. In this technique, calcium hydroxide cement has been used as a gold standard, with important physico-chemical characteristics for the success of the treatment. Developed in the 1990s of XX centuary, mineral trioxide-based cements received large attention, initially as a retrograde filling material, and expanded its indications as a material for direct pulp capping. Although, there is clinical evidence of the use of calcium hydroxide-based cements and mineral trioxide aggregates in direct pulp capping therapies with satisfactory results, the best clinical performance in relation to each other is not conclusive. Recently, tricalcium silicate cements, such as Biodentine™, have emerged. This biomaterial has a calcium hydroxide base and characteristics like mineral aggregate trioxide cements but with tightening times substantially more suitable for their application and other clinical advantages. There are few studies on this material, and it was critical to compare their behavior with others. This project aimed to determine the bioactivity of this biomaterial in dentin regeneration. To achieve this goal, a combination of steps was required, which resulted in several studies. The in vitro study aimed to evaluate the viability and proliferation of odontoblasts-like cells of the MDPC-23 cell line in the presence of Biodentine™. Differentiation and mineralization evaluations were also carried out to verify the efficacy of this material in reparative dentinogenesis. The in vivo animal model study aimed to evaluate the effect of Biodentine™, including repairing dentin formation and inflammatory reactions after pulp exposure and over time. The clinical study, included a systematic review with meta-analysis, aimed at assessing the success factors after pulp capping treatments with calcium hydroxide based cements, mineral trioxide aggregates and tricalcium silicates. In addition, a retrospective clinical study with 20 patients included a clinical evaluation of the presence or absence of symptoms compatible with pulp inflammation, and radiographic evaluation of the root and structural alterations of the coronary restoration that supports the repair of pulp tissue. With in vitro studies it was possible to conclude that WhiteProRoot®MTA and Biodentine™ have related results, with maintenance of metabolic activity and cellular viability, although with a slight reduction to the second. There were slight changes in the cell cycle, mitochondrial membrane potential and peroxide production. Life® showed a decrease in metabolic activity and viability, with increased of cell death, loss of mitochondrial membrane potential, increased of peroxide formation and changes in the cell cycle. The analysis of cell morphology showed profound changes with Life®, which was not observed with the other biomaterials. The evaluation of differentiation and mineralization indicated a marked increase in the expression of alkaline phosphatase, dentin sialoprotein, and the formation of calcium deposits with Biodentine™ when compared to WhiteProRoot®MTA. Life® showed no expression of proteins and did not reveal a calcium deposits formation. In the in vivo studies, direct pulp capping was performed with the study materials in the first molars. The evaluations were performed in three times, 3, 7 and 21 days, and consisted of an imaging (nuclear medicine) and histological evaluation (H&E staining, immunohistochemistry and alizarin red S). In in vivo studies the therapeutic effect of biomaterials was confirmed. Nuclear medicine evaluation demonstrated that the uptake of 99mTc-HMDP did not show significant differences between the different experimental groups and the control, revealing the non-occurrence of differences in the phosphocalcium metabolism. The histological study demonstrated several alterations such as the presence of inflammatory infiltrate and the formation of mineralized tissue throughout the follow-up. With WhiteProRoot®MTA therapeutics, the presence of moderate inflammatory infiltrate was verified at 3 days, decreasing during the follow-ups. The formation of mineralized tissue was, only, verified at 21 days of follow-up. The therapeutics with Biodentine™, demonstrated the presence of a slight inflammatory infiltrate at the third day, increasing throughout the follow-up. The formation of mineralized tissue was observed from the 7-day follow-up, increasing over time. The systematic review with meta-analysis provided a clinical evaluation of the three biomaterials, and it was concluded that calcium hydroxide cements have lower success rates than mineral trioxide cements, and that these have success rates like tricalcium silicate cements. The other materials showed lower success rates than the three biomaterials reported in the present study. The clinical study also revealed similar success rates between mineral trioxide cements and tricalcium silicates cements. With this work it was possible to evaluate the bioactivity of a new dentin regeneration material, Biodentine™. Its low cytotoxicity and its inductive capacity in several mechanisms of reparative dentinogenesis, its therapeutic effect on the formation of a dentin bridge accompanied by slight inflammatory signs, and its high clinical success rate, indicate the possibility of its effective and safe use in the direct capping of the dental pulp in humans.