In het kader van het Interreg Healthy Teeth-initiatief evalueren onderzoekers van de Universiteit Gent nieuwe regeneratieve hydrogelen aan de hand van erkende ISO-veiligheidsnormen voor dentale weefselmanipulatie (tissue engineering). Regeneratieve tandheelkunde streeft ernaar conventionele synthetische vulmaterialen te vervangen door biologische alternatieven die in staat zijn om natuurlijk pulpa, dentine en tandvlees te herstellen. Voor elk biomateriaal dat bestemd is voor klinische toepassingen, is het aantonen van biologische veiligheid de primaire vereiste. Volgens de internationale norm ISO 10993, en in het bijzonder ISO 10993-5, die de criteria voor in-vitro cytotoxiciteit definieert, moeten implanteerbare materialen aantonen dat ze levende cellen niet beschadigen of belemmeren.
Stamcellen uit tandpulpa werden ingekapseld in een hydrogel-precursoroplossing en vernet tot een stabiel 3D-netwerk via lichtgeïnduceerde polymerisatie. Hoewel blootstelling aan licht en de inkapseling op dag 1 een voorbijgaande initiële stressreactie veroorzaakten, vertoonde het biomateriaal een uitstekende cytocompatibiliteit op lange termijn. Vanaf dag 14 stabiliseerde de celoverleving (viabiliteit) zich rond ongeveer 80%. Volgens de richtlijnen van ISO 10993-5 is het handhaven van een viabiliteit boven de drempel van 70% het belangrijkste ijkpunt om te bevestigen dat een materiaal niet-cytotoxisch is. Dit herstel werd gevisualiseerd met behulp van een calceïne-AM/propidiumjodide levend-doodkleuring, wat een overweldigende meerderheid van levensvatbare (groene) cellen ten opzichte van niet-levensvatbare (rode) cellen bevestigde. Microscopische analyse toonde tevens aan dat de cellen overgingen van ronde naar een langwerpige, uitgespreide morfologie, wat wijst op een succesvolle celaanhechting binnen de 3D-draagstructuur.
Figuur: Calceïne-AM/propidiumjodide levend-dood fluorescentie-opnames van tandpulpastamcellen ingekapseld in de hydrogel. De overhand van groene (levensvatbare) cellen ten opzichte van rode (dode) cellen illustreert het celherstel, de celuitspreiding en de niet-cytotoxische conformiteit met de ISO 10993-normen (schaal = 100µm).
Naast loutere celoverleving ondersteunde het materiaal een robuuste celproliferatie, zoals gekwantificeerd via een MTS-assay. Na een initiële adaptatiefase van 7 dagen na de inkapseling vertoonden de ingekapselde tandstamcellen een 5-voudige toename in metabolische activiteit gedurende een kweekperiode van 21 dagen.
Door te voldoen aan strikte benchmarks voor in-vitro cytotoxiciteit en duurzame celexpansie te stimuleren, voldoet de hydrogel van de Universiteit Gent aan de fundamentele veiligheidseisen van ISO 10993. Dit werk brengt het Healthy Teeth-project een stap dichter bij veilige, klinisch conforme regeneratieve behandelingen voor tandheelkundige patiënten in heel Europa.
