Physicochemical and biological characterization of nanostructured systems containing natural compounds as strategies for endodontic treatment of young permanent teeth

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dc.contributor.advisorDuque, Cristiane [UNESP]
dc.contributor.authorPereira, Jesse Augusto [UNESP]
dc.contributor.coadvisorGuiotti, Aimee Maria [UNESP]
dc.date.accessioned2024-06-27T15:06:15Z
dc.date.available2024-06-27T15:06:15Z
dc.date.issued2024-05-24
dc.description.abstractNovas abordagens para o tratamento de dentes permanentes imaturos com periodontite apical têm estudado medicamentos intracanais biocompatíveis que possam promover a desinfecção do sistema de canais radiculares e preservar as células remanescentes, bem como estimular a reparação do tecido ósseo na região periapical. Compostos naturais, como a morina, têm sido destaque pela sua ação como agentes antimicrobianos e por sua capacidade de induzir o metabolismo celular e a mineralização óssea. Porém, para sua aplicação clínica, a morina deve ser empregada em carreadores biocompatíveis e biodegradáveis, como nanoemulsões e hidrogéis. Esta tese foi dividida em dois capítulos. O capítulo 1 teve como objetivo sintetizar dois derivados de morina e testar seus efeitos antimicrobianos e citotóxicos e desenvolver e caracterizar nanoemulsões contendo morina e seus derivados e avaliar sua citotoxicidade e efeito em biofilmes multiespécies. Os objetivos do estudo 2 foram sintetizar e caracterizar as propriedades físico-químicas do hidrogel de quitosana-poloxâmero carregado com morina (CPH), bem como avaliar seu potencial osteogênico em células-tronco da medula óssea humana (HBMSC). Para o capítulo 1, a atividade antimicrobiana da morina (Mo), morina penta-acetilada (Ac-Mo) e morina complexada com estrôncio (Sr-Mo) foi determinada pela concentração inibitória e bactericida mínima (CIM/CBM) contra bactérias orais. Nanoemulsões (NE) contendo morina e seus derivados foram avaliadas contra biofilmes multiespécies formados em microplacas e no interior de espécimes de dentina radicular humana por contagem bacteriana e microscopia eletrônica de varredura e por microscopia confocal, respectivamente. A citotoxicidade de compostos e nanoemulsões também foi determinada em cultura de fibroblastos utilizando ensaios de resazurina. No capítulo 2, Mo foi incorporada em CPH (MCPH) e ambos CPH/MCPH foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura e perfil de liberação. Ensaios biológicos avaliaram a atividade metabólica, a morfologia celular e a atividade da fosfatase alcalina (ALP) de HBMSC após exposição à morina dissolvida, lixiviados de hidrogel e géis montados por contato indireto. O efeito de CPH e MCPH na formação de tecidos colágenos e mineralizados também foi avaliado dentro do modelo organotípico de fêmures de pintinho embrionário. Os resultados do estudo 1 mostraram que Mo, Ac-Mo e Sr-Mo apresentaram ação bactericida contra todas as bactérias testadas, com valores de CIM/CBM variando de 0,125 a 1 mg/mL e os menores valores de CIM/CBM foram observados para Ac-Mo. A atividade metabólica dos fibroblastos foi superior a 70% após tratamento com compostos a 0,25 mg/mL ou menos. A maior redução de células bacterianas em biofilmes multiespécies, formados em microplacas ou no interior dos túbulos dentinários, foi observada nas amostras tratadas com NE+Ac-Mo. Todas as NE diluídas a 12,5% não afetaram o metabolismo dos fibroblastos após 24h de tratamento. O estudo 2 mostrou que Mo a 50 µg/mL foi citocompatível e aumentou a atividade da ALP. Culturas tratadas com lixiviados de MCPH de 30 min apresentaram percentuais de atividade metabólica significativamente maiores em comparação ao controle. Por contato indireto, o CPH aumentou a atividade metabólica em relação ao controle, enquanto os valores de MCPH foram equivalentes ao controle. De modo contrário, MCPH induziu uma regulação positiva da atividade da ALP em comparação com o controlo. A quantidade de colágeno e área mineralizada nos fêmures fraturados foi maior no grupo MCPH em comparação ao CPH. Conclui-se que a morina e seus derivados, isoladamente ou carregados em nanoemulsões, foram eficazes contra bactérias orais e citocompatíveis em concentrações mais baixas. A acetilação química da morina aumentou significativamente suas propriedades antimicrobianas/antibiofilme. Os hidrogéis de quitosana-poloxâmero são adequados para fornecer morina, aumentando a proliferação celular e a mineralização óssea e podem ser úteis como medicação para fins endodônticos. Dessa maneira, tanto as nanoemulsões quanto os hidrogéis, podem ser utilizadas como alternativa no tratamento endodôntico.pt
dc.description.abstractNew approaches for the treatment of immature permanent teeth with apical periodontitis have searched for biocompatible intracanal medicaments that can promote root canal system disinfection and preserve remaining cells that guide root formation as well as stimulate bone tissue repair in the periapical region. Natural compounds, such as morin, have been highlighted as antimicrobial agents and for its ability in inducing cell metabolism and bone mineralization. However, for its clinical application, morin should be available in biocompatible and biodegradable delivery carriers, such as nano emulsions and hydrogels. This thesis was divided in two studies. The study 1 aimed to synthetize two morin-derivatives and tested their antimicrobial and cytotoxic effects and to develop and characterize nano emulsions containing morin and its derivatives and evaluated their cytotoxicity and effect on multispecies biofilms. The objectives of the study 2 were to synthesize and characterize the physicochemical properties of morin-loaded chitosan-poloxamer hydrogel (CPH) as well as to evaluate its osteogenic potential on human bone marrow stem cells (HBMSC). For study 1, the antimicrobial activity of morin (Mo), penta-acetylated morin (Ac-Mo) and morin complexed with strontium (Sr-Mo) was determined by minimum inhibitory and bactericidal concentration (MIC/MBC) against some oral bacteria. Nano emulsions (NE) containing morin and its derivatives were evaluated against multispecies biofilms formed in microplates and inside human root dentin specimens by bacterial counts and scanning electron microscopy and by confocal microscopy, respectively. Cytotoxicity of compounds and nano emulsions were also determined in culture of fibroblasts using resazurin assays. In the study 2, Mo was loaded in CPH (MCPH) and both CPH/MCPH were characterized by rheological analysis, mechanical properties, scanning electron microscopy and release prolife. Biological assays evaluated the metabolic activity, cell morphology and alkaline phosphatase (ALP) activity of HBMSC after being exposed to dissolved morin, hydrogel’s leachates and assembled gels by indirect contact. The effect of CPH and MCPH on the formation of collagenous and mineralized tissues was also assessed within the embryonic chick femora organotypic model. Data were statistically analyzed. The results of the study 1 showed that Mo, Ac-Mo and Sr-Mo presented bactericidal action against all bacteria tested, with MIC/MBC values ranging from 0.125 to 1 mg/mL and the lowest MIC/MBC values were observed for Ac-Mo. Metabolic activity of fibroblasts was higher than 70% after treatment with compounds at 0.25mg/mL or lower. The highest reduction of bacterial cells in multispecies biofilms, formed on microplates or inside dentin tubules, was observed for specimens treated with NE+Ac-Mo. All NE diluted at 12.5% did not affect fibroblast metabolism after 24h of treatment. The study 2 showed that Mo at 50 µg/mL was cytocompatibility and increases ALP activity. Cultures treated with 30-min MCPH leachates presented significantly higher metabolic activity percentages in comparison to control. By indirect contact, CPH increased metabolic activity in relation to control, while MCPH values were equivalent to control. Oppositely, MCPH induced an upregulation of ALP activity in comparison to control. The amount of collagenous tissue and mineralized area on the fractured femora was greater in MCPH compared to CPH group. In conclusion, morin and its derivatives, alone or loaded in nano emulsions, were effective against oral bacteria and cytocompatibility at lower concentrations. Chemical acetylation of morin significantly increased its antimicrobial/antibiofilm properties. Chitosan-poloxamer hydrogels are suitable to delivery morin enhancing cell proliferation and bone mineralization and could be useful as medication for endodontic purposes. In this way, both nanoemulsions and hydrogels can be used as an alternative in endodontic treatment.en
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipIdCAPES: 001
dc.identifier.citationPEREIRA, J.A. Caracterização físico-química e biológica de sistemas nanoestruturados contendo compostos naturais como estratégias para o tratamento endodôntico de dentes permanentes jovens. 2024. Tese (Doutorado) - Faculdade de Odontologia, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Araçatuba, 2024.
dc.identifier.lattes4935892530180230
dc.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1586-4912
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11449/256138
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.rights.accessRightsAcesso restrito
dc.subjectDentes decíduospt
dc.subjectEndodontiapt
dc.subjectAnti-infecciosospt
dc.subjectBiofilmespt
dc.subjectCitotoxicidadept
dc.subjectEstrônciopt
dc.subjectQuitosanapt
dc.subjectEndodonticsen
dc.titlePhysicochemical and biological characterization of nanostructured systems containing natural compounds as strategies for endodontic treatment of young permanent teeth
dc.title.alternativeCaracterização físico-química e biológica de sistemas nanoestruturados contendo compostos naturais como estratégias para o tratamento endodôntico de dentes permanentes jovenspt
dc.typeTese de doutoradopt
unesp.campusUniversidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Odontologia, Araçatubapt
unesp.embargo24 meses após a data da defesa
unesp.examinationboard.typeBanca restrita
unesp.graduateProgramCiências - FOA 33004021073P5
unesp.knowledgeAreaEndodontia
unesp.researchAreaBioprodutos, biomateriais e nanobiomateriais: propriedades físicas, químicas, biológicas e antimicrobianas

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