Novel electrospun nanofibers loaded different medicament approaches as drug delivery systems for regenerative endodontics

Abstract

Generally, traumatic tooth injuries with incomplete apical development in addition to dental caries are common causes of pulpal necrosis or infections. Recently, regenerative endodontic therapy has changed the therapeutics of infected teeth to be a viable therapy option. Disinfection of the root canal is an essential step of the most clinically regenerative procedures. Mainly, it is accomplished with calcium hydroxide or antibiotic mixtures either double antibiotics paste (Metronidazole and Ciprofloxacin) or triple antibiotics paste (Metronidazole, Ciprofloxacin, and Minocycline), which have gained increased interest to obtain maximum disinfection. Regrettably, even though the antimicrobial capabilities of these medicaments are renowned, recent findings showed negative effects of these forms such as cell toxicity, difficulties in completely removing of the antibiotics from the root canal system, and tooth discoloration associated with the use of high levels of antibiotics, which may lead to limit regenerative outcomes. Drug release systems have been proven to control infections by the controlled release of a wide variety of antibiotics. In light of this, the ability of nano/microfibers to deliver intracanal, uniform, and controlled amounts of drugs can lead to positive therapy impacts through achieving lower toxicity effects associated with their paste forms and a bacteria-free environment conducive to tissue regeneration. In addition, these systems have a demonstrated significant clinical potential in order to translate fibrous mats coated gutta-percha cones into clinics for regenerative endodontics via their hand-ability, geometry, chemical, and physical prosperities. Here in this study, besides Ca(OH)2, Metronidazole, Ciprofloxacin, and Minocycline were added to Poly(vinylpyrrolidone) polymer solution and spun into fibrous mats with separated, double, and triple forms. Fibers’ morphology, Fibers’ chemical characterization, physical and chemical characterization of the dentin surface were evaluated by Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, Nano-SEM, and Fourier Transform Infrared Spectroscopy, respectively. Characterization of the gutta-percha cones after the air irradiation via plasma and after coating them with fiber mats was achieved by X-Ray Photoelectron Spectroscopy and light microscope, respectively. Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy results confirmed that electrospinning was able to produce antibiotic-containing fibers with diameters ranged between nano- and microscales. Nano-SEM and Fourier Transform Infrared Spectroscopy results presented that fibers mats achieved better affects on the chemical and morphological structures of the dentin tubules. X-Ray Photoelectron Spectroscopy results showed a better hydrophilic form of the gutta-percha surface in order to obtain a better coating process. Apikal gelişimi tamamlanmamış travmatik diş yaralanmaları; genellikle diş çürüklerine ek olarak pulpa nekrozu veya enfeksiyonlara neden olur. Son zamanlarda geliştirilen rejeneratif endodontik tedaviler, enfekte dişlerin tedavisinde terapötik ajanların uygulanmasını mümkün kıldı. Kök kanalının dezenfeksiyonu ise klinik olarak geliştirilen rejeneratif prosedürlerde karşılaşılan kritik noktalardan biridir. Performansı en yüksek dezenfeksiyonu elde etmek için kullanılan yöntemler kalsiyum hidroksit kullanılması, antibiyotik karışımları kullanılması ya da çift antibiyotikle hazırlanan macunların (Metronidazol ve Siprofloksasin) veya üçlü antibiyotik macunu (Metronidazol, Siprofloksasin ve Minosiklin) kullanılması şeklinde belirtilebilir. Her ne kadar bu ilaçların antimikrobiyal yetenekleri biliniyor olsa da son bulgular göstermiştir ki hücre toksisitesi üzerinde, antibiyotiklerin kök kanal sisteminden tamamen çıkarılmasında ve yüksek seviyede antibiyotik kullanılmasına bağlı olarak dişte renk değişikliği gibi olumsuz etkilere sebep olmaktadır. Bu olumsuz etkilere antibiyotiklerin rejeneratif yeteneklerini sınırlandırabilmektedir. İlaç salınım sistemlerinin ise çeşitli antibiyotiklerin kontrollü salınımını sağlayabildiği için enfeksiyon tedavisinde başarılı oldukları kanıtlanmıştır. Bu veriler ışığında nano/mikrofiberlerin ise kanal içi, tek tip ve kontrollü miktarlarda ilaç verme yetenekleri ve macunsu formları sayesinde bakteri içermeyen bir ortamda doku rejenerasyonuna yardımcı olabileceği çıkarımı yapılabilir. Buna ek olarak bu sistemler el becerisi, geometrisi, kimyasal ve fiziksel zenginlikleri aracılığıyla, gutta-perka konileri ile kaplanmış lifli matlar sayesinde rejeneratif endodonti kliniklerinde kullanılmak üzere önemli bir klinik potansiyele sahiptir.Bu çalışmada; Poli(vinilpirolidon) polimer çözeltisine Ca(OH)2'nin yanı sıra Metronidazol, Siprofloksasin ve Minosiklin ilave edilerek ayrılmış, ikili ve üçlü formlarda lifli matlar hazırlanmıştır. Fiberlerin morfolojisi, Fiberler'in kimyasal karakterizasyonu, dentin yüzeyinin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu, sırasıyla Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi, Nano-SEM ve Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopi ile değerlendirilmiştir. Gutta-perka konilerinin karakterizasyonu ise, plazma yoluyla hava ışınlamasından sonra ve fiber matlarla kaplandıktan sonra sırasıyla X-Ray Fotoelektron Spektroskopisi ve ışık mikroskobu ile gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen testlerde, Taramalı Elektron Mikroskobu ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi sonuçları, elektroeğirme'nin, nano- ve mikro-ölçekler arasında değişen çaplarda antibiyotik içeren lifler üretebildiğini doğrulamıştır. Nano-SEM ve Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopi sonuçları, fiber matların dentin tübüllerinin kimyasal ve morfolojik yapıları üzerinde daha iyi etkiler sağladığını göstermiştir. X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi sonuçları ise Gutta-perka yüzeyinin daha iyi kaplama elde etmek için iyi bir hidrofilik forma sahip olduğunu göstermiştir.