Fluoride as a proteolytic enzyme inhibitor in dentin

Abstract

Proteolytic degradation of demineralized dentin occurs due to the catalytic activity of dentin matrix-bound matrix metalloproteinases (MMPs) and cysteine cathepsins (CCs). This degradation process takes role in the progression of caries and erosive lesions, as well as the failure of resin-dentin adhesive interfaces. NaF has been previously shown as an effective inhibitor of salivary MMP-2 and -9. Therefore, in this thesis, NaF, KF and CaF2 were systematically screened to investigate the efficacy of fluoride on the inhibition of dentin matrix-bound MMPs and CCs in order to prevent the collagenolytic breakdown of demineralized dentin matrices, and to improve the stability of adhesive interfaces. Degradation of demineralized dentin subjected to NaF, KF and CaF2 with a wide range of concentrations has been systematically screened using total MMP activity assay, gelatin zymography, dry mass loss and the quantitative measurements of collagen degradation products involving ICTP, CTX and hydroxyproline, and scanning electron microscopy analysis. Bonding stability to phosphoric acid-etched and NaF, KF and CaF2 treated dentin surface was examined by a microtensile strength test set-up.

According to the results, NaF, KF, or CaF2 did not prevent the MMP-dependent degradation of demineralized dentin. High levels of NaF and KF was effective in the long-term inhibition of dentin matrix-bound CCs. However, since MMPs are the major enzyme groups responsible from the collagen degradation in dentin, only CCinhibition was not sufficient for the prevention of demineralized dentin degradation. NaF and KF treatment of acid-etched dentin surface might be beneficial for the durability of resin-dentin adhesive interfaces by slowing down the breakdown of insufficiently resin infiltrated collagen fibrils, probably via silencing MMPs and CCs.

Fluoridi proteolyyttisten entsyymien inhibiittorina dentiinissä

Demineralisoituneen dentiinin proteolyyttinen hajoaminen tapahtuu dentiinin orgaaniseen matriksiin sitoutuneiden entsyymien, matriksin metalloproteinaasien (MMP) ja kysteiini katepsiinien (CC) toimesta. Tämä hajoaminen vaikuttaa kariesleesion ja eroosion etenemiseen, kuten myös hampaan ja paikka-aineen sidosaineen liitospinnan heikkenemiseen. NaF:n on aikaisemmin osoitettu estävän tehokkaasti syljen MMP-2:n ja MMP-9:n aktiivisuutta. Tässä väitöskirjatyössä kartoitettiin systemaattisesti NaF:n, KF:n ja CaF2:n dentiinimatriksin MMP- ja CCestovaikutusta, tavoitteina demineralisoituneen matriksin hajoamisen estäminen ja paikka-hammasliitoksen stabiloiminen. Lukuisilla eri NaF-, KF- ja CaF2-pitoisuuksilla käsitellyn demineralisoidun dentiinin hajoamista tarkasteltiin monipuolisesti käyttäen totaali-MMP-aktiivisuusanalyysiä, gelatiinizymografiaa, kuivamassakatoa, kollageenin hajoamistuotteiden ICTP-, CTX- ja hydroksiproliinimittauksia sekä elektronimikroskopiaa. Happoetsatun ja NaF-, KF- ja CaF2-käsitellyn dentiinin sidoslujuuden stabiilisuutta tutkittiin mikrovetolujuusmenetelmällä.

Tulokset osoittivat, että NaF, KF tai CaF2 eivät estäneet MMP:ien aiheuttamaa demineralisoituneen dentiinin hajoamista. Korkeat NaF- ja KF-pitoisuudet estivät pitkäaikaisesti dentiinimatriksiin sitoutuneita CC:ja. Koska MMP:t ovat kuitenkin pääasiassa vastuussa dentiinimatriksin hajoamisesta, pelkkä CC-esto ei riittänyt estämään matriksin hajoamista. NaF- ja KF-käsittely voisi kuitenkin parantaa hampaan ja paikkamateriaalin liitosaluetta hidastamalla epätäydellisesti resiiniinfiltroituneen kollageenin hajoamista, mahdollisesti MMP- ja CC-eston kautta.