文摘
矿物组成部分牙科复合材料被用在许多医疗和牙科应用程序,包括预防、恢复和再生牙科。评价小说牙科复合材料的纳米尺度的粒子引起的行为变化,通过抑郁水平和认知功能,实验长期管理组的老鼠与纳米羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)和无定形磷酸钙(ACP)有或没有同步的应用Filipendula ulmarial . (FU) methanolic提取。显著prodepressant行动观察组仅接受HA和机场核心计划。除此之外,与机场核心计划的长期治疗也导致一个重要的认知功能下降估计在小说中对象识别测试。钙磷酸盐的不利影响估计行为功能伴随着增加的氧化损伤和凋亡标记的前额叶皮层,以及减少特定生成(BDNF)和gaba ergic表达式。我们的调查结果显示,同时补充抗氧化剂与傅提取阻止钙phosphate-induced行为障碍,以及prooxidative凋亡操作,同时恢复BDNF和前额叶皮层-受体。这些发现表明,傅可能有用的预防prodepressant影响和认知能力衰退早在表现的钙phosphate-induced神经毒性。
1。介绍
磷酸氢钙(CaP)化合物广泛用于预防、恢复和再生医学治疗方法在各个领域(1]。帽化合物的使用,自然存在于骨骼成熟的过程(2),主要表现在医疗领域的重要性和康复的骨骼组织,此外,在牙科疾病的预防和治疗。
钙磷酸盐逐步用于恢复牙医。牙科复合材料的广泛临床应用表明这些材料的重要不足。衰变现代复合材料的最常见原因是继发龋的形成,随后进一步丧失牙齿组织,需要更换灌装(3]。尽管继发龋的发展由于复合材料的缺陷,填充固体牙科组织的影响是最经常被动。预防龋齿的复发的一种方法是提供一个高浓度的Ca2 +和阿宝43 -溶解在唾液。这些离子源自牙科复合材料的矿物成分,创造条件的补充矿质直接组织周围填充(4]。只有少数商业准备牙科复合材料与remineralize牙科组织的能力。然而,许多研究正在调查不同形式的限制(羟磷灰石(HA), monocalcium磷酸盐,二钙化物磷酸盐,磷酸三钙(TCP)、tetracalcium磷酸盐和无定形磷酸钙(ACP)),作为复合材料的生物活性成分(5]。机场核心计划的非晶态结构和化学成分,HA的直接前体(6),导致形成高浓度的离子在水溶液7]。为了增加补充矿质潜力,生物活性牙科复合材料通常包含大写形式的纳米颗粒(8]。
尽管先前的研究已经证实了这些化合物的生物相容性,对纳米尺度的限制毒性的研究产生了冲突的结果(9]。因此,刘和他的同事们指出,系统性管理nano-HA(兔子)引起的肝功能改变通过增加AST, ALT,高山水平(10]。也注意到的主要机制nano-HA-induced成骨细胞死亡是细胞凋亡与ROS hyperproduction和线粒体,溶酶体,DNA损伤(11]。此外,nano-TCP粒子纳入兔胫骨缺陷引起过度和长期的炎症反应与减少骨再生(12]。在体外研究表明,nano-TCP诱导细胞毒性存在剂量依赖的相关性,而纳米粒子运输通过内吞作用是伴随着细胞内钙和磷酸盐离子的增加,活性氧产量的增加,和外部和内部pathway-mediated凋亡[13]。李和他的同事们发现,ACP纳米颗粒诱导白血病细胞凋亡,影响细胞周期G1期的特别是细胞毒性效应的直接依赖ACP曝光间隔(14]。
另一方面,文学的数据证实,天然产物的抗氧化效果,如姜黄素(15和菊苣提取物16),减少慢性限制摄入的有害影响17]。在天然产物的提取是证实抗氧化作用Filipendula ulmaria(18]。Filipendula ulmaria(l)的格言。(蔷薇科)(FU),称为绣线菊属植物,是一种多年生植物中发现的野生和栽培的栖息地在欧洲和亚洲19]。植物的所有部分通常用于医疗目的,最有益的影响从空中观察部分(20.]。傅被用于治疗各种炎症过程,风湿病,神经痛,腹泻,尿路感染21]。大量的许多有益的证据傅直接归因于其特定的多酚含量,富含抗炎(20.,22),抗氧化剂(23,24),和抗菌24)化合物。以前的植物化学的调查f . ulmaria我们的团队(18)导致结论确定一些特定的生物活性化合物的提取,如儿茶素、芦丁、spiraeoside [24),可能在神经系统也为抗氧化剂的行为负责。分析数据的分布和作用机理后nano-CaPs系统性应用程序(25),帽的神经毒性影响纳米粒子经过这条路线的政府似乎仍然不够阐明。虽然据报道,这些粒子穿过血脑屏障(26),它们对中枢神经系统的影响还没有完全调查。
纳米尺度的限制粒子的使用在医疗实践中,最有力的预防损伤和再生的矿化组织,涉及必要澄清系统毒性,包括神经毒性,以及潜在的减少副作用的方法。后发现帽毒性的原理机制涉及氧化失衡,它似乎是合理的检查傅的抗氧化效果,实验后纳米尺度的限制长期负载。因此,本研究的目的是检查傅的有利影响认知功能的变化和抑郁行为,随着nano-CaP-induced功能表现的神经毒性。
2。材料和方法
2.1。动物和治疗
两个月大的雄性Wistar鼠,b.w.范围180 - 220克,从军事医学科学院,贝尔格莱德,塞尔维亚。半透明的动物被关在笼子里的三个标准条件下(温度组 ,湿度 )光/暗周期(12/12小时)和标准提供食物和水随意持续时间的研究。
动物被随机分成七个组每组大鼠(6):对照组;口头组收到限制在每日剂量羟磷灰石纳米粒子公顷(17.8毫克/公斤合著),磷酸三钙水合物(11毫克/公斤合著)tcp,无定形磷酸钙(9.65毫克/公斤合著)机场核心计划,单独或同时使用f . ulmaria提取(100毫克/公斤合著)ha +傅,TCP +傅,ACP + FU组。所有协议不断持续了30天,呈现在图1。
牙科复合材料在纳米颗粒的矿物组成部分获得Sigma-Aldrich,德国:羟磷灰石技术,< 200纳米颗粒大小(BET)≥97%,合成;磷酸三钙水合物技术,< 200纳米颗粒大小(打赌);磷酸钙,非晶技术,< 150纳米颗粒大小(赌注)。应用剂量的矿物成分被选中的克分子数相等的水准最低剂量的HA在先前发表的研究显示毒性作用在活的有机体内与纳米颗粒在啮齿动物(27]。同时,剂量的限制在本研究选择根据矿物成分的报道发布牙科复合材料在体外(28]。口服被选为了模拟真实应用程序路由人口调查资料。植物材料(从地上部分)和准备的提取以及内容进行识别使用前面描述的过程(18]。傅提取剂选择的基础上我们的先前的研究,证实这个药用植物的生物活性(18),达到最佳有效浓度b.w.每日100毫克/公斤。所有应用物质的最终浓度计算的基础上平均进水口前24 h和溶解在自来水。
研究过程都是按照欧洲指令进行实验动物的福利。86/609 / EEC和良好的实验室实践的原则,按照到达的指导方针。伦理委员会批准的所有实验都是医学科学教师,Kragujevac大学Kragujevac,塞尔维亚。
2.2。行为测试
24小时完成协议之后,动物们被放置在测试开始前1 - 2 h空间每个测试(大约早上8点)。在适当的条件下进行的所有测试的沉默和照明。在试验期间,实验者没有出现在测试室。在每个试验中,实验领域被清洗以去除可能的干扰气味。所有的测试是由数码摄像机记录迷宫上方安装在适当的高度。视频文件使用EthoVision从小说分析了对象识别测试软件(XT 12),一个集成视频跟踪系统自动记录活动的运动和相互作用的动物(Noldus信息技术、荷兰)。
2.2.1。尾巴暂停测试
抑郁状态的评价水平,我们用尾巴悬挂测试(TST)。这个测试已经成功地用于这一目的几十年之前,进行标准化程序描述装置(29日]。在测试中,我们决定延迟第一静止,静止期的数量,不动(s)的总持续时间,平均持续时间的静止集(年代)。
2.2.2。小说对象识别测试
测试评估的认知功能,这部小说对象识别(也)测试执行根据贝文和Besheer[提供的方法30.),与修改Mumby和同事(31日]。测试包括三个阶段(表现在广场的舞台上 ):阶段1-familiarization空测试领域,阶段2的两个相同的对象在同一个舞台上放置在一个固定的位置,和第三期更换一个熟悉的对象(阶段2)新(小说对象)。所有阶段持续了五分钟,intersession间隔45分钟。以下参数估计(使用EthoVision软件XT12)和测试:小说对象的频率区域,累计持续时间在小说对象区(s)和时间间隔,同时针对小说对象(s)。
2.3。测定组织氧化应激的参数
前额叶皮层(PFC)匀浆准备根据先前建立的标准程序在我们的实验室,据Kumburovic和同事(32和Vukovic和他的同事们33),补充文件中列出的化学物质2。总之,磷酸盐(PBS, pH值7.4)是用于PFC组织均匀化,并在4000转离心后15分钟在4°C,上层清液分离,用于进一步的分析。分光光度分析,紫外可见双光束分光光度计(模型光环DB-20S,温度控制器,Dynamica GmbH, Dietikon,瑞士)使用。洛瑞的方法被用于评估蛋白质含量在匀浆,和牛血清白蛋白作为标准34]。本研究氧化应激参数测试活动的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)以及减少谷胱甘肽的水平(谷胱甘肽)和硫代巴比土酸活性物质(TBARS)。SOD的活性决定根据Misra分光光度法测定报道和Fridovich35)的抑制肾上腺素肾上腺素红转换是监控。猫的能力闻名催化过氧化氢的分解水和氧气,因此,用于啤酒的方法和筛选器(36基于过氧化氢降解的速度)。检测酶都表示为单位的活动每毫克的蛋白质(U /毫克)。谷胱甘肽水平测试样品是根据Ellman监控的方法37使用5],5-dithio-bis——(2-nitrobenzoic酸)。谷胱甘肽的浓度在样本中表达毫克每克谷胱甘肽的蛋白质(mg谷胱甘肽/ g)。脂质氧化的产品组织样本估计的水平硫代巴比土酸活性物质(TBARS)和丙二醛(MDA)表示为nmol /毫克的蛋白质(MDA nmol / mg) (38]。
2.4。前额叶皮层RNA隔离和实时PCR分析
组织总RNA提取PFC使用PureZOL试剂(美国Bio-Rad)根据制造商的指示。反转录是使用iScript逆转录Mastermix(美国Bio-Rad)。定量rt - pcr进行使用SsoAdvanced普遍SYBR绿色Supermix(美国Bio-Rad)。bcl - 2 mRNA特定引物伯灵顿,BDNF, anti-GABA受体α5 / GABRA5,β肌动蛋白作为看家基因(补充文件(可用使用在这里))。定量rt - pcr反应是做7500年应用生物系统公司(美国应用生物系统公司),相对基因表达数据分析后,计算根据Livak Schmittgen [39]。
2.5。免疫组织化学分析
前额叶组织标本固定在4%甲醛溶液和嵌入在石蜡。日冕的大脑部分,5μ米厚,脱蜡、水化和柠檬酸处理缓冲区(pH值6.0)在微波抗原检索。染色是可视化使用暴露兔特定合/民建联检测包含IHC工具包(ab80437, Abcam,英国),和部分和迈耶的苏木精复染色。片与GABRA5孵化抗体(pa5 - 77413热费希尔科学、美国)和重组anti-BDNF抗体(EPR1292)(英国Abcam ab108319)在室温下过夜。部分是显微照片与数码相机安装在光学显微镜(日本奥林巴斯BX51),数字化和分析。的分析是由独立的实验对实验协议视而不见。
2.6。统计分析
与SPSS 20.0版统计软件包进行统计分析(IBM SPSS统计20)。结果表示为 (S.E.M.)。参数最初提交给列文Shapiro-Wilk的方差齐性检验和正态性检验。单向方差分析,其次是Bonferroni测试,用于组之间的比较。确定意义 所有的测试。
3所示。结果
尾悬挂试验的结果证实,应用协议显著改变抑郁水平通过延迟第一固定(图2(一个), , )。长期口服摄入nano-HA和nano-ACP显著降低延迟第一静止( 和 ,分别)。然而,这两nano-CaPs prodepressant行动成功阻止通过抗氧化剂补充傅莹提取,减少延迟下降第一静止nano-HA和nano-ACP控制相比,甚至(nano-ACP)相比,该集团在帽是单独管理( )。应用协议的同时,也大大影响了静止期( ,图2 (b))。如图2 (c),个人应用nano-CaPs产生不同影响的总持续时间不动( )。而nano-HA和nano-ACP显著增加这在测试抑郁症的主要标志,而控制( 和 ,),甚至nano-TCP (nano-HA, ),这prodepressant行动nano-TCP组没有被观察到。同时,恢复的总持续时间静止同步之后傅提取管理nano-HA和nano-ACP导致显著增加的参数( 和 ,分别)。最后,应用协议产生的平均持续时间无显著改变静止集( ,图2 (d))。
(一)
(b)
(c)
(d)
与抑郁水平估计,这部小说对象识别测试的结果表明,长期应用nano-CaPs导致频率变化的区域( , )强烈取决于nano-CaP粒子结构。因此,ACP组,频率降低相比对照组( ),没有其他组织(图的变化3(一个))。如图3 (b)应用协议的,没有显著改变的累积时间没有带( )。然而,长期管理nano-ACP显著下降的时间间隔与头指向没有( , ),观察到的其他协议后(图没有区别3 (c))。的有益作用与傅提取抗氧化补充剂预防nano-ACP-induced认知障碍被扭转体现空间记忆标记(数据的值3(一个)和3 (c))控制。
(一)
(b)
(c)
如图4,长期摄入nano-CaPs产生重大影响氧化应激标记大鼠一等兵三本研究纳米尺度的限制应用于显著增加了脂质过氧化反应指数(图4(一)),表示为TBARS ( , )。虽然傅提取以及帽的政府减少脂质过氧化反应相比,团体与个别帽摄入量(只对nano-ACP显著, ),TBARS值仍显著高于控制值( 对于nano-HA和TCP, nano-ACP)。抗氧化酶的活性,通过SOD(图表示4 (b))和猫(图4 (c)),显著减少后长期nano-CaP摄入量( 和6.777,分别)。虽然PFC的SOD活性显著降低( )只有nano-ACP组和傅成功逆转同时提取管理,观察猫的活动下降nano-HA和ACP组( 和 ,分别)。再次,抗氧化剂补充恢复猫活动( )。表达的非酶的抗氧化能力,通过谷胱甘肽,在PFC(图4 (d))也减少了nano-HA ACP粒子摄入量( , )。同时政府傅提取夷平谷胱甘肽含量控制的价值观。
(一)
(b)
(c)
(d)
评估凋亡标记(图5显示显著改变proapoptotic和凋亡指标后的老鼠PFC应用协议。伯灵顿相对mRNA表达显著增强了所有三个应用nano-CaPs ( , )。然而,最强的ACP组观察proapoptotic效应导致伯灵顿相对mRNA表达,甚至远远高于TCP组(观察到的值 )。另一方面,与傅提取抗氧化剂补充未能阻止proapoptotic行动的应用限制。凋亡机制、bcl - 2表达的相对mRNA表达,也显著影响应用协议( )。再次,所有三个应用上限显著降低相对bcl - 2表达( ),最突出的应对机场核心计划(大幅下降甚至TCP组相比, )。像伯灵顿,傅提取是不足以防止bcl - 2应用上限的递减效应。最后,伯灵顿/ bcl - 2比例的分析证实了强烈proapoptotic应用上限的影响( ),虽然TCP组不显著。显然,最强的proapoptotic行动是观察到的机场核心计划,但同时还成功阻止了傅提取管理局( )。
(一)
(b)
(c)
PFC的rt - pcr分析组织匀浆(图6)显示了显著改变脑源性神经营养因子mRNA相对表达式( ),通过大幅下降实现只有在ACP组( ),而另两个纳米尺度的限制并没有引起显著下降。虽然傅提取的同时政府导致BDNF表达显著增加,与集团ACP单独应用( ),合并后集团的BDNF水平仍然明显低于对照组值( )。
(一)
(b)
在PFC -受体的表达,估计通过单元5相对mRNA表达,如图7,也显著改变的应用协议( )。Nano-HA和ACP颗粒明显减少GABA-AR表达式( ),而TCP-induced下降不显著。有趣的是,减少GABA-AR5S观察HA和ACP组相比显著甚至TCP集团( 和 ,分别)。补充抗氧化剂与傅提取显著恢复GABA-AR5S表达HA组( )但未能恢复GABA-AR表达式ACP组仍大大低于控制值( )。
(一)
(b)
4所示。讨论
骨替代材料的应用越来越浓的兴趣,正如所料,伴随着不利影响的评估的必要性的治疗方法在广泛领域的医学学科,在牙科最频繁。然而,因为有证据表明,帽,为主要牙科组织remineralizing代理人,发现穿过血脑屏障作为纳米粒子(26),仍然有一个需要评估这些化合物对中枢神经系统的影响长期的系统性管理后,为了模拟临床使用条件。应该强调,这项研究进行的最小剂量nano-CaPs,对应之前的调查,分析了预期的上限(释放28),和系统应用程序的最小剂量,据报道,产生毒性作用在其他器官系统(27]。此外,个人剂量nano-Ca化合物应用于本研究将克分子数相等的为了让观察结果的比较,根据预定义的nano-HA剂量肠外使用(27)和nano-ACP剂量释放能力从牙科复合材料28),作为参照值。同时,每日剂量的傅提取被选中,通过最优的生物有效性,根据我们之前的发现(18,20.]。
我们的研究结果有力地证实了纳米尺度的限制粒子引起的氧化损伤。然而,在氧化应激标志物显著不同的响应取决于复合类型。而脂质过氧化反应增强了所有三个应用帽、抗氧化系统,通过酶和非酶的表达能力,并不是被所有应用物质。因此,nano-TCP没有显著影响,nano-HA主要影响猫谷胱甘肽,但nano-ACP诱导的总减少评估抗氧化机制(SOD, CAT,谷胱甘肽图4)。我们的结果是符合报告prooxidative HA纳米颗粒的作用在体外,他们的应用程序增加ROS水平和降低SOD和成骨细胞的谷胱甘肽MC3T3-E1 [11)和C6细胞(40]。然而,没有数据考虑TCP和机场核心计划的影响。由于没有文献数据的影响限制在氧化应激标记(在纳米颗粒)在活的有机体内,我们只能与其他纳米尺度的金属颗粒比较观察到的改变。因此,我们的研究结果是一致的,之前报道氧化损伤大脑的(没有关注PFC)后氧化锌(41,措42],Ag) [43],TiO2(44)管理。
CaP-induced氧化损伤明显减弱,同时管理傅提取。因此,补充抗氧化剂以及帽粒子阻止抗氧化酶的活性的下降,以及谷胱甘肽含量曼宁同时,傅提取降低脂质过氧化作用,但仍高于控制(图的值4)。再一次,由于缺乏文献数据,我们不能把我们的估计结果与抗氧化补充剂对帽nanoparticle-induced氧化损伤的影响。相反,我们只能评论,改善金属纳米颗粒(氧化锌、措和Ag)在脑组织prooxidative行动实现与不同植物化学的化合物,如类黄酮糖甙橘皮苷(45和芦丁43),以及藏花酸(46),二萜的藏红花香料。
正如大量文献数据表明氧化失衡可能经常伴随着apoptosis-mediating通路(47),我们也估计的影响长期在曼宁凋亡标记摄入纳米尺度的限制,这一研究获得的结果证实了proapoptotic行动研究纳米尺度的限制,体现了两upregulation proapoptotic(伯灵顿)凋亡(bcl - 2)的差别,对这些基因的标记(图5)。然而,应该注意到proapoptotic影响nano-ACP-treated组明显高于HA和TCP和ACP proapoptotic行动,尽管傅提取物显著降低,仍显著高于对照组的值。在这两方面都获得的结果在体外和在活的有机体内proapoptotic机制的研究也证实了刺激后,纳米尺度的限制管理。据报道,HA纳米颗粒细胞凋亡增加成骨细胞和巨噬细胞48,49)的机制,包括增加p53表达的差别和半胱天冬酶家族活动的同时对这些bcl - 2,而ACP纳米颗粒诱导细胞凋亡在G1期的白血病细胞选择性效果(14]。为了比较proapoptotic行动在这项研究中,观察到的纳米尺度的限制,应该提到措等其他金属纳米化合物(46]也增强海马HT22细胞凋亡的伯灵顿upregulation。差别和bcl - 2对这些此外,在活的有机体内研究评估纳米尺度的限制进行了细胞凋亡的影响只与HA和TCP,但是没有具体的数据对大脑组织。Nano-HA粒子诱导形态验证细胞凋亡在大鼠肝脏和肾脏27),这proapoptotic nano-HA伴随着增加伯灵顿的表达式(50]。Nano -βtcp诱导细胞凋亡的肿瘤细胞凋亡信号,导致过度的伯灵顿,caspase-3, caspase-9 [13]。像氧化损伤、抗氧化补充剂的有利影响的纳米尺度的CaP-induced脑组织细胞凋亡没有评估,但被证实与药用植物菊苣(Cichorium intybus)[50)和纯化合物姜黄素和壳聚糖(17)大鼠肾脏。
相对mRNA表达PFC的分析显示脑源性神经营养因子和GABA-AR显著下降,亚基表达的5,HA和ACP,长期摄入后没有显著改变观察TCP集团(数字6和7分别)。此外,我们的研究结果显示,同时补充抗氧化剂与傅提取减毒BDNF和GABA-AR5S表达下降,尽管ACP + FU组中的值仍然明显低于对照组。观察到的值由于没有文献数据的影响,纳米尺度的限制粒子BDNF和gaba ergic系统在大脑组织,我们只能把我们的结果与银纳米粒子的影响。因此,结果表明,银纳米粒子产生显著减少各种单胺神经递质,包括GABA水平老鼠大脑匀浆(43)和抑制脑源性神经营养因子信号在人类神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y [51]。值得注意的是,芸香苷的抗氧化补充剂预防单胺神经递质水平的下降(43]。
考虑之前评论的结果,也就不足为奇了抑郁状态水平和认知功能估计在这项研究中明显受到慢性帽纳米颗粒摄入(数据的影响2和3)。有趣的是,prodepressant行动的观察HA和ACP组,而重要的认知障碍是注意到只有在机场核心计划。然而,基础很重要,调查行为模式都成功地阻止了由同步与傅提取物抗氧化补充。已经宣布,由于缺少数据nano-CaP粒子的影响在这些特定的行为模式,我们只能拿在这项研究中观察到的行为的改变和一些其他的行为影响纳米尺度的金属化合物。因此,研究了金属化合物,最频繁nano-TiO2对啮齿动物行为,产生了不良影响通过prodepressant行动(52,53)和认知障碍(52,54]。纳米尺度的金属化合物的prodepressant行动也观察到与氧化锌纳米颗粒(55),而学习和记忆的干扰也报道后措纳米颗粒的应用程序(56]。然而,没有一个提到的调查采用抗氧化剂补充估计潜在的氧化应激作用的中介金属nanoparticle-induced行为障碍。
最后,观察到的差异个人帽应用于本研究可能向不同的Ca / P比值(57]和复合structure-crystallization [58),还有在我们未来的调查评估。然而,似乎补充抗氧化剂(FU提取)在这项研究可能有助于预防的行为表现nano-CaP-induced神经毒性。
5。结论
总之,广泛使用nano-CaPs伴随着证实毒性,因此需要进一步说明的一般机制,可能会影响工作效率和安全性。根据这一研究获得的结果,看来补充抗氧化剂可以防止nano-CaPs过程潜在的副作用,包括神经毒性表现通过特定的行为改变。
数据可用性
数据是可用的。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
Natalija Arsenijevic和Dragica Selakovic贡献同样这项工作。
确认
这项工作得到了医学科学学院,大学Kragujevac,塞尔维亚(JP 01/19),教育部、科学和技术发展的塞尔维亚共和国451 - 03 - 68/2020 14/200107 (Kragujevac大学工学院),451 - 03 - 68/2020 14/200378(信息技术研究所Kragujevac, Kragujevac大学),和451 - 03 - 68/2020 14/200122(理学院)。
补充材料
补充文件1:氧化应激的化学物质列表的决心。补充文件2:引物用于rt - pcr分析列表。(补充材料)