Effect of Collagen Crosslinkers on Dentin Protease Activity

Abstract

The enzymatic degradation of demineralized dentin matrices (DDM) is a challenge in the longevity of adhesive restorations. The activity of matrix metalloproteinases (MMPs) and cysteine cathepsins (CCs) was shown to be responsible for progressive degradation. The inhibition or inactivation of these enzymes is a strategy for increasing the durability of adhesive restorations. The aim of these studies was to evaluate the effect of various collagen crosslinkers on dentin protease activity and to provide detailed knowledge of the functional mode of collagen crosslinkers in the prevention of dentin degradation.

Several plant-derived and synthetic collagen crosslinkers were selected, and their effect on MMP- and CC-mediated degradation was evaluated after short- and long-term incubation using direct or indirect methods. Gelatin zymography, in situ zymography, generic MMP activity assays, protein analysis and multiplex analysis were used to identify and quantify the activity in dentin.

After short-term incubation, all collagen crosslinkers showed a significant reduction in MMP- and CC-mediated degradation. UVA-induced crosslinking with or without photosensitizers was found to be more effective in the inactivation of cathepsin K compared with the inactivation of MMPs. Total MMP activity, in situ zymography and protein analysis confirmed the reduction in MMP activity after crosslinker pretreatment of DDMs. After six-month incubation, only some collagen crosslinkers maintained their MMP and CC inactivation, confirming that the effect is collagen crosslinker specific.

The series of studies provided insight about the effect and inactivation mechanisms of collagen crosslinker pretreatment on prevention of proteolytic degradation of dentin matrices. The use of plant-derived collagen crosslinker agents could offer a good solution to increasing the longevity of tooth-adhesive bonding.

Ristisilloittajien vaikutus dentiinin proteaasien aktiivisuuteen

Hampaan väriset resiinipaikat ovat yleisimmin käytettyjä paikka-aineita korjaavassa hammashoidossa. Kliininen vaste riippuu pääasiassa paikka-aineen ja hammaskudoksen välisen rajapinnan laadusta. Monet tutkimukset osoittavat, että rajapinta ei ole niin stabiili kuin sen pitäisi olla. Suurin ongelma on dentiinin kollageenin hajoaminen ajan myötä. Hajoaminen johtuu dentiinin proteaasien, matriksin metalloproteinaasien (MMP) ja kysteiini-katepsiinien (CC), toiminnasta. Tutkimuksen tavoitteena on arvioida ristisilloittajien soveltuvuutta dentiinin proteaasien inaktivointiin ja tuottaa tietoa ristisilloittajien toiminnasta dentiinin hajoamisen estämisessä. Tämän saavuttamiseksi valitut ristisilloittajat tutkittiin ja niiden vaikutusta dentiinistä löytyvien MMP:n ja CC:n inaktivointiin arvioitiin. Dentiinin proteaasien inaktivointia ristisilloittajilla tutkittiin sarjassa kokeita. Ensimmäisessä tutkimuksessa arvioitiin dentiinin kollageenimatriksin hajoamista ristisilloittajilla tehdyn esikäsittelyn jälkeen. Toinen tutkimus osoitti UVA-valon indusoiman uusien sidosten syntymisen inaktivoivan vaikutuksen proteaaseihin demineralisoidussa dentiinissä. Kolmannessa tutkimuksessa arvioitiin ristisillloittajien vaikutusta dentiinin MMP:n suoraan inaktivaatioon sekä ristisilloittajien kykyä muodostaa uusia sidoksia demineralisoidun dentiinin kollageeniosassa ja ei-kollageeniosassa. Dentiinin proteaasien inaktivaation käänteisyys testattiin pitkän inkubaation jälkeen.

Tutkimukset antavat tietoa ristisilloittajien kyvystä estää dentiinin kollageenimatriksin proteolyyttistä hajoamista. Tämä auttaa parantamaan sidostusten kestävyyttä ja kehittämään uusia sidostustekniikoita, mikä on tärkeää kliinisen lopputuloksen kannalta.