Cyto- i genotoksyczność wybranych składników materiałów kompozycyjnych i ich systemów wiążących


Cytotoksyczność monomerów metakrylanowych



Pobieranie 102.63 Kb.
Strona2/4
Data07.05.2016
Rozmiar102.63 Kb.
1   2   3   4

Cytotoksyczność monomerów metakrylanowych


Monomery metakrylanowe zostały zidentyfikowane jako cytotoksyczne dzięki zastosowaniu różnorodnych metod. Wskazywały one na zmiany w strukturze komórki, takie jak zmiana integralności błony komórkowej oraz zmiany w funkcjonowaniu komórki, w tym zakłócona synteza makromolekuł czy zmieniona aktywność enzymów (34, 108, 117).

Liczne związki o właściwościach przeciwutleniaczy, takie jak N-acetylcysteina były wykorzystywane do eksperymentów mających na celu zbadanie mechanizmów odpowiedzialnych za cyto- i genotoksyczne działanie monomerów. Wyniki tych eksperymentów sugerują, że z cytotoksycznością tych związków związane jest generowanie stresu oksydacyjnego, który jest wynikiem zakłóconej równowagi wewnątrzkomórkowej pomiędzy oksydantami, a antyoksydantami (90).

TEGDMA może zmniejszać wewnątrzkomórkowy poziom glutationu (GSH)
w ludzkich fibroblastach dziąsła (Ryc.1) (16, 102). Ponieważ GSH pełni istotną rolę
w ochronie struktur komórki i procesach detoksyfikacji, zmniejszenie wewnątrzkomórkowych zasobów glutationu może znacząco zwiększać cytotoksyczność tego monomeru (31). Spadek stężenia GSH w fibroblastach nie jest związany ze wzrostem ilości utlenionego GSH (GSSG) (49). Jako ester α,β–nienasyconego kwasu karboksylowego, TEGDMA może reagować z wewnątrzkomórkowymi nukleofilami, takimi jak wolne grupy sulfhydrylowe enzymów. Prowadzi to do redukcji glutationu poprzez wytworzenie adduktów glutation-TEGDMA (57, 69). Zmniejszenie poziomu glutationu jest połączone z dużym zużyciem komórkowych rezerw energii, które nie są odbudowywane. Wskazuje na to wzrost wartości stosunku difosforanów nukleozydu do wysokoenergetycznych trifosforanów nukleozydu (15). Wyniki te sugerują, że małe ilości TEGDMA, które nie powodują wyraźnego zahamowania proliferacji, mogą zaburzać zdolność komórek do detoksyfikacji. W ten sposób, subletalne stężenia innych ksenobiotyków, takich jak UDMA (dimetakrylan uretanowy) czy Bis-GMA (Bis-glicydylmetakrylan), które najczęściej nie powodują poważnych zaburzeń komórkowych, mogą wywoływać szkodliwe zmiany (17).

Lefeuvre i wsp. w swoich badaniach zaobserwowali zdolność TEGDMA do hamowania aktywności transferazy glutationowej P1 (GSTP1) w niskich i wysokich stężeniach poprzez współzawodniczenie z glutationem, który jest substratem dla GSTP1. Warto zauważyć, że toksyczność TEGDMA może być związana z obecnością polimorfizmu GSTP1 Ile105Val występującym w centrum aktywnym enzymu (49, 120). Izoformy GSTP1 zostały zidentyfikowane w fibroblastach dziąsła i w zależności od fenotypu reakcja GSTP1 na TEGDMA jest inna. Komórki z wariantem Ile/Ile
i Ile/Val GSTP1 wykazują słabą podatność na inhibicję TEGDMA. Wariant Val/Val jest mniej efektywny w detoksyfikacji TEGDMA (50).

Lipidy są ważnym elementem strukturalnym błon biologicznych, takich jak błona plazmatyczna. Pełnią również istotne funkcje w przekazywaniu sygnałów ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórki (67). Sugeruje to, że zaburzenia struktury czy funkcji tych lipidów spowodowane przez ksenobiotyki takie jak monomery metakrylanowe mogą być szkodliwe dla żywotności komórek i transdukcji sygnalnej. Badania z użyciem spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) wykazały, że TEGDMA jest obecny w różnych przedziałach komórkowych, włączając cytozol i frakcję lipidów błony (15). Syntetyczne fosfolipidowe liposomy są często wykorzystywanym modelem dla badania oddziaływania pomiędzy TEGDMA


i błonami biologicznymi, w tym błonami odontoblastów (23). Po dodaniu TEGDMA zaobserwowano in vitro peroksydację lipidów mikrosomów (105). Ekstrakty związków wypełniających zawierające TEGDMA i inne substancje powodują redukcję syntezy cholesterolu i polarnych lipidów w komórkach nabłonkowych jamy ustnej. Jednakże TEGDMA nie może być jednoznacznie związana z zaburzeniami metabolizmu lipidów, ponieważ eluat zawiera również inne związki organiczne (48, 84). W późniejszych badaniach nie zaobserwowano zmian w fosfolipidowym wzorze błon fibroblastów po inkubacji z TEGDMA (15). Zmiany w temperaturze i entalpii przemiany fazowej były wykorzystywane jako parametry do określenia występowania interakcji pomiędzy TEGDMA i innymi monomerami, a fosfolipidami. TEGDMA należy do grupy substancji, które w znacznym stopniu zmieniają temperaturę i entalpię przemiany fazowej. Sugerowano, że dimetakrylaty z krótkołańcuchowymi podstawnikami, takie jak TEGDMA, reagują szybciej z lipidami błon niż duże, hydrofobowe metakrylaty (23). Spekulowano również, że substancje łączące się z białkami bądź lipidami są znacznie mniej biologicznie aktywne niż swobodnie dyfundujące ksenobiotyki. Badano więc w kolejnych eksperymentach ilość TEGDMA połączonego z błoną w stosunku do wolnego monomeru. Zaskakujące było to, że około 40% użytego w doświadczeniu TEGDMA było połączone z błoną syntetycznych fosfolipidowych liposomów, większość TEGDMA pozostała jednak niezwiązana. Fuijsawa i wsp. wywnioskowali
z tych wyników, że grupy etylenoglikolowe TEGDMA muszą mieć działanie podobne do surfaktantów i dzięki temu mogą rozpuszczać warstwę lipidową. Ponadto sugerowano, że metakrylaty najpierw są włączane we frakcję lipidową biomembran,
a następnie mogą rozpuszczać i uszkadzać błony poprzez aktywność podobną do detergentów. W konsekwencji TEGDMA i inne mniejsze metakrylaty mogą łatwo przenikać przez zębinę powodując uszkodzenia miazgi (24). Faktycznie, jak wykazały późniejsze badania, TEGDMA może dyfundować szybko i w dużej ilości poprzez kanaliki zębiny, nawet w obecności dodatniego ciśnienia miazgi (28). Wyniki te świadczą o dużym potencjale cytotoksycznym tego monomeru.

Monomery metakrylanowe mogą również oddziaływać z macierzą zewnątrzkomórkową (ECM). ECM uczestniczy głównie w morfologii tkanek i wzroście komórek, jak również w syntezie komórkowych makromolekuł. Ponadto ECM stabilizuje tkanki i pełni funkcję substratu dla adhezji i migracji komórek. W ten sposób, ECM odgrywa istotną rolę w reakcjach zapalnych tkanek i jest niezwykle istotna dla gojenia się ran. Ważnym składnikiem ECM jest tenascyna, której poziom wyraźnie wzrasta w uszkodzonych tkankach, wskazując na istotny związek tej glikoproteiny z gojeniem się ran (54). Nieliczne eksperymenty zostały przeprowadzone w celu zbadania wpływu TEGDMA lub innych monomerów na ECM. Uzyskane wyniki wskazują na niewielki wpływ TEGDMA na migrację komórek czy ekspresję tenascyny przy zastosowaniu subtoksycznych stężeń związku (106). Sugeruje się, że hydrofilne monomery żywiczne (takie jak TEGDMA), które szybko i z łatwością przenikają przez błony komórkowe, przede wszystkim działają wewnątrzkomórkowo, a ich działanie zewnątrzkomórkowe jest ograniczone (15).

Polimery związków wypełniających mogą podlegać hydrolizie enzymatycznej, co prawdopodobnie prowadzi do powstawania różnorodnych produktów metabolizmu (20). Przykładem takich produktów są glikol trietylenu (TEG), kwas metakrylanowy (MA), kwas 2,3-epoksymetakrylanowy (2,3-EMA) i formaldehyd (74, 118). Monomery mogą być degradowane poprzez dwa różne szlaki kataboliczne, z których jeden prowadzi do powstania toksycznych epoksydów z kwasu metakrylanowego, który jest produktem pośrednim. Powstanie 2,3-EMA jako produktu metabolizmu związków dentystycznych zostało potwierdzone w badaniach przeprowadzonych
z wykorzystaniem ludzkich mikrosomów wątroby (93).

Potencjał cytotoksyczny produktów metabolizmu TEGDMA był badany poprzez określenie aktywności metabolicznej komórek płuc po ekspozycji na ten monomer


i produkty jego degradacji. W badaniach Emmler i wsp. zaobserwowano, że żaden
z produktów metabolizmu TEGDMA, z wyjątkiem 2,3-EMA, nie powodował redukcji aktywności metabolicznej komórek płuc. Po inkubacji komórek z TEG + MA zaobserwowano, że efekt cytotoksyczny jest powodowany głównie przez MA, ponieważ po potraktowaniu komórek za pomocą TEG nie wykazano żadnej znaczącej redukcji w komórkowej aktywności metabolicznej (14). Niska toksyczność MA
w stosunku do TEGDMA odpowiada wynikom uzyskanym we wcześniejszych badaniach prowadzonych na różnych liniach komórkowych (25, 117). Ze względu na uzyskany wynik wnioskuje się, że z MA powstają bardziej toksyczne produkty metabolizmu, takie jak 2,3-EMA (73). Wyniki uzyskane przez Emmler i wsp. potwierdzają hipotezę, że po przeniknięciu lipofilnego TEGDMA przez błonę mogą być generowane toksyczne produkty pośrednie jak 2,3-EMA, które mają wpływ na cytotoksyczność tego monomeru in vitro. Sugeruje się również, że produkty metabolizmu TEGDMA, takie jak epoksyd 2,3-EMA są wysoce reaktywne i niestabilne i dlatego wykazują toksyczność in situ, a nie w tkankach odległych (14, 93). Dlatego też istotne jest badanie wpływu produktów metabolizmu monomerów na strukturę
i funkcjonowanie komórki i ich udziału w ogólnej cytotoksyczności związku.




1   2   3   4


©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna