The Effect of Calcium Phosphate Sealers on MG 63 Osteoblast–like Cell Behavior

Abstract

In regard to biological properties of endodontic sealers, there are many characteristics that should be considered. The issue of tissue irritation and biocompatibility has long been raised for all types of sealers. The calcium phosphate based root canal sealers, which is currently under new development (new CPS group; CAPSEAL I, CAPSEAL II) already showed good canal sealing ability, physical properties and low inductivity of inflammatory mediators in human periodontal ligament cells. The aim of this study was to compare the biocompatibility of CAPSEAL group with other sealers in the periapical bony tissue and to investigate the biological effects of the calcium phosphate sealers on the periapical osseous healing process of endodontic lesion. The biocompatibility of sealers was examined using cell viability assay (MTT) and the osteogenic potential of CAPSEAL group was analyzed by comparing the effects on the osteoblast differentiation of precursor cells. The MG63 human osteoblast-like cells were treated with sealers and the mRNA levels of the differentiation marker genes (alkaline phosphatase, osteonectin, osteopontin, osteocalcin) were detected by reverse transcription PCR (RT-PCR). CAPSEAL I, CAPSEAL II, another types of commercially available calcium phosphate sealers (Apatite Root Sealer type I [ARS I]and Apatite Root Sealer III [ARS III]; Sankin Kogyo, Tokyo, Japan) and a zinc oxide eugenol based sealers (Pulp Canal Sealer EWT [PCS EWT]; Kerr, Detroit, MI) were examined. The results showed the cytotoxicity of CAPSEAL group was very low, and the mild cytotoxic effect of ARS I and III was observed in MG63 cells at 14days. RT-PCR analysis showed the early stage markers (alkaline phosphatase and osteopontin) were upregulated at 1, 3, and 7 days in CAPSEAL I, II, and ARS III and the effects were prominent at 7 days. The another early marker osteonectin was also upregulated at 1 day. The expression of the late stage marker osteocalcin was detected at 14 days when exposed to ARS I and CAPSEAL I. In this study, CAPSEAL group showed more biocompatible results than ZOE-based sealer (EWT) and another types of available calcium phosphate sealers (ARS I and III) in MG63 osteoblast-like cells. Moreover, beyond the bioinert and biocompatible properties, CAPSEAL group were observed to facilitate the periapical osseous healing process of endodontic lesion. These findings suggest that the CAPSEAL I and II are promising useful root canal sealers.

근관충전은 근관치료의 마지막 단계로서 근관충전 재료나 충전 술식에 관계없이 근관충전용 selaer가 치밀한 밀폐를 획득하기 위하여 반드시 필요하다. 충전 후 미세누출 실험을 통하여 sealer가 치근단조직과 접촉한다는 것이 알려졌으며 sealer의 생체적합성과 조직자극성은 중요하게 연구되어 왔다. 최근 새롭게 개발된 인산칼슘계 근관충전용 sealer (CAPSEAL I, CAPSEAL II)는 기존의 연구를 통하여 sealer로서의 적절한 물성과 우수한 근관밀폐능력이 확인되었으며 치주인대세포주에서 염증물질을 낮은 수준으로 유도하는 것이 보고되었다. 본 연구에서는 치근단 골성조직과 접촉한 CAPSEAL group을 포함한 sealer들의 조직 독성을 비교 분석하고, CAPSEAL group을 포함한 인산칼슘계 근관충전용 sealer가 치근단 병소의 골성 치유 과정에 기여할 수 있는가를 알아보고자 하였다. 먼저 골아세포의 전구세포로서 MG63 유사골아세포주를 대상으로 MTT assay를 시행하여 sealer의 세포독성을 비교하였다. 또한 치근단 병소의 골성치유과정에 대한 CAPSEAL group의 효과를 규명하고자 골아세포 분화과정에 sealer가 미치는 영향을 살펴보았다. 배양된 MG63 유사골아세포에 sealer를 처리한 후 각각 1, 3, 7, 14일 후 골아세포 분화의 지표들 (alkaline phosphatase, osteonectin, osteopontin, osteocalcin)의 발현 수준을 역전사 PCR를 실시하여 확인하였다. 모든 실험은 CAPSEAL I, II 및 기존의 인산칼슘계 근관충전용 sealer(ARS I, III)와 ZOE계열 sealer(EWT)에서 이루어졌으며 비교분석을 통하여 새로운 인산칼슘계 근관충전용 sealer의 생물학적 효과를 규명하였다. MTT 분석 결과, CAPSEAL group은 MG63 유사골아세포에서 가장 낮은 세포독성을 보였다. ZOE계열 EWT selaer는 높은 세포 독성을 보여 18시간 후부터 급격한 세포 독성이 관찰되었으며 ARS I, III의 경우 약한 수준의 독성을 보여 14일 경과 후에 그 효과가 관찰되었다. 역전사 PCR 결과, CAPSEAL I, II 및 ARS III group에서 골아세포의 분화에 관련된 유전자들의 mRNA 발현 수준이 높게 측정되었다. 골아세포 분화의 초기 지표로 알려진 alkaline phosphatase가 1, 3, 7일 후에 높은 수준으로 나타났으며 또 다른 초기 지표인 osteonectin의 수준도 위의 세 group에서 1일 후 증가되었고, osteopontin mRNA의 수준도 1, 3, 7일 후에 높은 수준을 보였다. Alkaline phosphatase와 osteopontin의 두드러진 발현 증가는 7일 후의 결과에서 뚜렷하게 관찰되었다. 후기 지표로 알려진 osteocalcin는 CAPSEAL I, ARS I sealer 처리군에서 14일 후 높은 수준으로 확인되었다. 이러한 결과로부터 새롭게 개발된 인산칼슘계 근관충전용 sealer인 CAPSEAL group이 MG63 유사골아세포에서 우수한 생체적합성을 가질 뿐만 아니라, 치근단공을 통하여 유출된 sealer가 골아세포 전구세포의 분화과정에 기여함으로써 치근단 병소의 골성 치유에 작용할 수 있는 가능성을 확인하였다.