Tubular Dentin Regeneration Using a CPNE7-Derived Functional Peptide

Abstract

Regenerative dental medicine has rapidly progressed since the advancement of stem cell biology and material science. However, more emphasis has been placed on the success of regeneration than on how well the newly generated tissue retains the original organ structure and function. Especially in tooth regeneration research, the compositional similarity of bone and dentin has undermined their distinction. Here, I developed a CPNE7 derivative synthetic oligopeptide (Cpne7-DP), which promotes odontoblast-like differentiation in vitro and tubular dentin formation in vivo. Moreover, I first show that CPNE7 and Cpne7-DP promote dentin regeneration in dentinal defects of various degrees and that the regenerated hard tissue demonstrates the characteristics of true dentin. Human dental pulp cells (HDPCs) and a mouse pre-odontoblast cell line, MDPC-23, were chosen for in vitro studies to characterize lineage-specific cell responses after Cpne7-DP treatment. Whether Cpne7-DP reproduces the dentin regenerative potential of CPNE7 was tested using a beagle dog model by generating dentinal defects of various degrees in vivo. Peritubular space occlusion was further examined by scanning electron microscopy and microleakage test, while overall mineralization capacity of Cpne7-DP was tested ex vivo. Comprehensive evaluation further validated its potential as a bioactive therapeutic agent. The results suggest that the dual functions of Cpne7-DP in tubular dentin formation and peritubular space occlusion are promising for oral disease-targeted application, especially those involving dentinal loss and sensitivity.

재료과학 및 줄기세포 생물학 연구의 점진적인 발전으로 재생 치의학 분야에서 역시 큰 학문적 도약이 이루어지고 있다. 하지만 아직까지는 재생된 조직이 본래의 구조와 기능을 얼마나 유지하는지에 대한 질적인 평가보다는 경조직 재생 성공 여부 자체가 치아 재생 연구에서의 주된 관심사이다. 특히 치아 상아질과 골은 구조와 기능이 분명 다르지만 그 구성 성분이 매우 유사하여 상아질 재생 연구에 있어 골조직과의 구분은 크게 고려되지 않아왔다. 본 논문에서는 Copine 7 (CPNE7) 단백질에서 합성한 기능성 펩타이드 Cpne7-DP를 소개하고, 그 기능을 in vitro, ex vivo, 그리고 in vivo 실험을 통해 분석하였다. 사람치수세포와 생쥐의 조상아세포주가 생체 외 Cpne7-DP 처리 실험에 이용되었으며, 비글견 치아 손상 모델이 생체내 상아질 재생 확인에 이용되었다. 관주공간의 폐쇄 여부는 주사전자현미경과 미세누출 실험을 통해 분석되었다. Cpne7-DP는 상아모세포로의 분화를 촉진시키고 세관 상아질의 재생을 도모한다. 또한 CPNE7 단백질과 Cpne7-DP가 다양한 깊이의 상아질 손상 모델에서 상아질의 생리적인 세관 구조를 유지하는 새로운 경조직 재생을 유도하는 것을 관찰하였다. Cpne7-DP의 기능에 대한 종합적인 분석을 통해 생체활성 치료 물질로서의 Cpne7-DP의 가능성을 확인한 본 논문의 결과는 Cpne7-DP가 생리적인 세관 상아질의 재생과 관주공간의 폐쇄를 촉진하며, 이는 상아질 손상 및 과민증을 유발하는 구강 질환의 치료에 적용될 수 있음을 시사한다.