Production of bioactive peptides through sequencial action of Yarrowia lipolytica proteases and chemical glycation

This PhD thesis is aimed at studying the suitability of proteases realised by Yarrowia lipolytica to hydrolyse proteins of different origins available as industrial food by-products. Several strains of Y. lipolytica have been screened for the production of extracellular proteases by zymography. On the basis of the results some strains released only a protease having a MW of 37 kDa, which corresponds to the already reported acidic protease, while other produced prevalently or only a protease with a MW higher than 200 kDa. The proteases have been screened for their "cold attitude" on gelatin, gluten and skim milk. This property can be relevant from a biotechnological point of view in order to save energy consumption during industrial processes. Most of the strains used were endowed with proteolytic activity at 6 °C on all the three proteins. The proteolytic breakdown profiles of the proteins, detected at 27 °C, were different related to the specific strains of Y. lipolytica. The time course of the hydrolysis, tested on gelatin, affected the final bioactivities of the peptide mixtures produced. In particular, an increase in both the antioxidant and antimicrobial activities was detected when the protease of the strain Y. lipolytica 1IIYL4A was used. The final part of this work was focused on the improvement of the peptides bioactivities through a novel process based on the production of glycopeptides. Firstly, the main reaction parameters were optimized in a model system, secondly a more complex system, based on gluten hydrolysates, was taken into consideration to produce glycopeptides. The presence of the sugar moiety reduced the hydrophobicity of the glycopeptides, thus affecting the final antimicrobial activity which was significantly improved. The use of this procedure could be highly effective to modify peptides and can be employed to create innovative functional peptides using a mild temperature process.

Coarse-grained peptide models: conformational sampling, peptide association and dynamical properties for peptides

In dieser Arbeit wird ein vergröbertes (engl. coarse-grained, CG) Simulationsmodell für Peptide in wässriger Lösung entwickelt. In einem CG Verfahren reduziert man die Anzahl der Freiheitsgrade des Systems, so dass manrngrössere Systeme auf längeren Zeitskalen untersuchen kann. Die Wechselwirkungspotentiale des CG Modells sind so aufgebaut, dass die Peptid Konformationen eines höher aufgelösten (atomistischen) Modells reproduziert werden.rnIn dieser Arbeit wird der Einfluss unterschiedlicher bindender Wechsel-rnwirkungspotentiale in der CG Simulation untersucht, insbesondere daraufhin,rnin wie weit das Konformationsgleichgewicht der atomistischen Simulation reproduziert werden kann. Im CG Verfahren verliert man per Konstruktionrnmikroskopische strukturelle Details des Peptids, zum Beispiel, Korrelationen zwischen Freiheitsgraden entlang der Peptidkette. In der Dissertationrnwird gezeigt, dass diese “verlorenen” Eigenschaften in einem Rückabbildungsverfahren wiederhergestellt werden können, in dem die atomistischen Freiheitsgrade wieder in die CG-Strukturen eingefügt werden. Dies gelingt, solange die Konformationen des CG Modells grundsätzlich gut mit der atomistischen Ebene übereinstimmen. Die erwähnten Korrelationen spielen einerngrosse Rolle bei der Bildung von Sekundärstrukturen und sind somit vonrnentscheidender Bedeutung für ein realistisches Ensemble von Peptidkonformationen. Es wird gezeigt, dass für eine gute Übereinstimmung zwischen CG und atomistischen Kettenkonformationen spezielle bindende Wechselwirkungen wie zum Beispiel 1-5 Bindungs- und 1,3,5-Winkelpotentiale erforderlich sind. Die intramolekularen Parameter (d.h. Bindungen, Winkel, Torsionen), die für kurze Oligopeptide parametrisiert wurden, sind übertragbarrnauf längere Peptidsequenzen. Allerdings können diese gebundenen Wechselwirkungen nur in Kombination mit solchen nichtbindenden Wechselwirkungspotentialen kombiniert werden, die bei der Parametrisierung verwendet werden, sind also zum Beispiel nicht ohne weiteres mit einem andere Wasser-Modell kombinierbar. Da die Energielandschaft in CG-Simulationen glatter ist als im atomistischen Modell, gibt es eine Beschleunigung in der Dynamik. Diese Beschleunigung ist unterschiedlich für verschiedene dynamische Prozesse, zum Beispiel für verschiedene Arten von Bewegungen (Rotation und Translation). Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Untersuchung der Kinetik von Strukturbildungsprozessen, zum Beispiel Peptid Aggregation.rn

Biofunktionalisierung oxidischer Titanoberflächen über eine spezifische Anbindung von biotinyliertem Fibronektin für die medizinische Anwendung

In der hier vorliegenden Dissertation wird die Entwicklung und Charakterisierung einer biomimetischen Beschichtung für Titanimplantatoberflächen, insbesondere Dentalimplantate, beschrieben. Ziel war es, die Adhäsion und Aktivität von Osteoblasten auf Titanoberflächen zu steigern und so eine Beschleunigung der Implantatintegration in das Knochengewebe zu erreichen. Hierfür wurde eine spezielle Art der biomimetischen Beschichtung entwickelt, bei der biotinyliertes Fibronektin (bFn) über Streptavidin auf eine biotinylierte TiOX-Modelloberfläche immobilisiert wurde. Die Biotinmodifizierung der TiOX-Oberfläche erfolgte hierbei über einen „Self-Assembly-Prozess“ durch sequenzielle Chemiesorption von N-(6-aminohexyl)aminopropyltrimethoxysilan sowie verschiedenen Sulfo-NHS-Biotin-Derivaten, welche den Aufbau einer Streptavidin-Monolage ermöglichten. Als ein wichtiges Resultat zeigte sich, dass die Streptavidin-Monolage effektiv die unspezifische Adsorption von Proteinen an die TiOX-Oberfläche unterbindet und hierdurch die Adhäsion von Osteoblasten auf dieser unterdrückt. Dies hat den Vorteil, dass auf eine antiadhäsive Basisbeschichtung, welche für eine spezifische Zellreaktion wichtig ist, verzichtet werden kann. Dieses osteoblastere Adhäsionsverhalten änderte sich signifikant nach Anbindung von bFn an die Streptavidin-Monolage, mit dem Ergebnis, einer drastischen Steigerung der Osteoblastenadhäsion. Weiterhin besaßen Osteoblasten auf diesen Oberflächen ein Proteinexpressionsmuster, das auf eine erhöhte Osteoinduktion schließen lässt. Es zeigte sich darüber hinaus eine verstärkte Zelladhäsion sowie eine Steigerung des osteoinduktiven Effekts auf Substraten, bei denen bFn über eine Streptavidin-Monolage immobilisiert wurde, gegenüber mit nativem Fibronektin (Fn) modifizierten TiOX-Oberflächen. Ein wesentlicher Schwerpunkt bestand daher in der Analyse der Zusammensetzung und Struktur der biomimetischen Beschichtung über „Surface Plasmon Spectroscopy“ und „Atomic Force Microscopy“. Diese ergab, dass bFn und natives Fn auf den jeweiligen Oberflächen eine unterschiedliche Konformation einnimmt. Im Gegensatz zu nativem Fn, das bei der Adsorption unter physiologischen Bedingungen auf TiOX-Oberflächen eine kompakte Konformation besitzt, nimmt bFn auf einer Streptavidin-Monolage eine entfaltete Konformation ein. Bei letzterer handelt es sich um dieselbe, welche Fn in vivo innerhalb der extrazellulären Matrix besitzt. Sie unterscheidet sich von der kompakten Fn-Konformation dahingehend, dass entlang der Fn-Achse weitere Proteinbindestellen zugänglich werden und hierdurch die Zellaffinität von Fn gesteigert wird. Die nachgewiesene Konformationsänderung kann somit als Grund für die gesteigerte Osteoblasten-Adhäsion und Aktivität auf Oberflächen mit bFn angenommen werden. Diese Kenntnisse konnten weiterhin für die Optimierung des biomimetischen Schichtsystems genutzt werden. So war es möglich, durch alternierendes Inkubieren der Biotin-aktivierten Oberfläche mit Streptavidin und bFn, ein Multilayersystem gezielt aufzubauen. Der Vorteil dieses Multilayersystems gegenüber einer einfachen Monolage aus bFn besteht in einer erhöhten Stabilität der biomimetischen Beschichtung, wodurch eine Anwendung in der Praxis erleichtert würde.

Designing an antimicrobial and cell-adhesive multilayer via plasma polymerization

In dieser Arbeit wurden Oberflächenmodifizierungen entwickelt, die sowohl rnzelladhäsive als auch antimikrobielle Eigenschaften tragen. Rasche Zelladhäsion rnund Wundheilung ist gewünscht für Biomaterialien, da sonst das Material als rnFremdkörper erkannt werden würde und Infektionskeime in die Kavität zwischen rnMaterial und Gewebe eindringen könnten. Plasmapolymerisation dient hierbei als rnBeschichtungsverfahren, da es ein breites Spektrum an Materialien beschichten rnkann unabhängig von dessen Beschaffenheit. Als zelladhäsive Schicht wurde rnplasmapolymerisiertes Allylamin gewählt, da es zellfreundlich ist und dabei rnweitere nasschemische Modifikationen, wie die Anbindung von Fibronektin, rnzulässt. Dabei dient es zugleich als Barriereschicht für darunterliegende zink- und silberhaltige Filme, die der Beschichtung durch Freisetzung von Silber und Zink antimikrobielle Eigenschaften verleihen. Die Schichtsysteme wurden rnspektroskopisch und mikroskopisch untersucht sowie zelladhäsive und rnantimikrobielle Wirkung mit verschiedenen Zell- und Bakterientypen getestet.

Simulations of amphiphilic peptides at the air-water interface

Amphiphile Peptide, Pro-Glu-(Phe-Glu)n-Pro, Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, und Phe-Glu-(Phe-Glu)n-Phe, können so aus n alternierenden Sequenzen von hydrophoben und hydrophilen Aminosäuren konstruiert werden, dass sie sich in Monolagen an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen. In biologischen Systemen können Strukturen an der organisch-wässrigen Grenzfläche als Matrix für die Kristallisation von Hydroxyapatit dienen, ein Vorgang der für die Behandlung von Osteoporose verwendet werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurden Computersimulationenrneingesetzt, um die Strukturen und die zugrunde liegenden Wechselwirkungen welche die Aggregation der Peptide auf mikroskopischer Ebene steuern, zu untersuchen. Atomistische Molekulardynamik-Simulationen von einzelnen Peptidsträngen zeigen, dass sie sich leicht an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen und die Fähigkeit haben, sich in β-Schleifen zu falten, selbst für relativ kurze Peptidlängen (n = 2). Seltene Ereignisse wie diese (i.e. Konformationsänderungen) erfordern den Einsatz fortgeschrittener Sampling-Techniken. Hier wurde “Replica Exchange” Molekulardynamik verwendet um den Einfluss der Peptidsequenzen zu untersuchen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass Peptide mit kürzeren azidischen Seitenketten (Asp vs. Glu) gestrecktere Konformationen aufwiesen als die mit längeren Seitenketten, die in der Lage waren die Prolin-Termini zu erreichen. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Prolin-Termini (Pro vs. Phe) notwendig sind, um eine 2D-Ordnung innerhalb derrnAggregate zu erhalten. Das Peptid Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, das beide dieser Eigenschaften enthält, zeigt das geordnetste Verhalten, eine geringe Verdrehung der Hauptkette, und ist in der Lage die gebildeten Aggregate durch Wasserstoffbrücken zwischen den sauren Seitenketten zu stabilisieren. Somit ist dieses Peptid am besten zur Aggregation geeignet. Dies wurde auch durch die Beurteilung der Stabilität von experimentnah-aufgesetzten Peptidaggregaten, sowie der Neigung einzelner Peptide zur Selbstorganisation von anfänglich ungeordneten Konfigurationen unterstützt. Da atomistische Simulationen nur auf kleine Systemgrößen und relativ kurze Zeitskalen begrenzt sind, wird ein vergröbertes Modell entwickelt damit die Selbstorganisation auf einem größeren Maßstab studiert werden kann. Da die Selbstorganisation an der Grenzfläche vonrnInteresse ist, wurden existierenden Vergröberungsmethoden erweitert, um nicht-gebundene Potentiale für inhomogene Systeme zu bestimmen. Die entwickelte Methode ist analog zur iterativen Boltzmann Inversion, bildet aber das Update für das Interaktionspotential basierend auf der radialen Verteilungsfunktion in einer Slab-Geometrie und den Breiten des Slabs und der Grenzfläche. Somit kann ein Kompromiss zwischen der lokalen Flüssigketsstruktur und den thermodynamischen Eigenschaften der Grenzfläche erreicht werden. Die neue Methode wurde für einen Wasser- und einen Methanol-Slab im Vakuum demonstriert, sowie für ein einzelnes Benzolmolekül an der Vakuum-Wasser Grenzfläche, eine Anwendung die von besonderer Bedeutung in der Biologie ist, in der oft das thermodynamische/Grenzflächenpolymerisations-Verhalten zusätzlich der strukturellen Eigenschaften des Systems erhalten werden müssen. Daraufrnbasierend wurde ein vergröbertes Modell über einen Fragment-Ansatz parametrisiert und die Affinität des Peptids zur Vakuum-Wasser Grenzfläche getestet. Obwohl die einzelnen Fragmente sowohl die Struktur als auch die Wahrscheinlichkeitsverteilungen an der Grenzfläche reproduzierten, diffundierte das Peptid als Ganzes von der Grenzfläche weg. Jedoch führte eine Reparametrisierung der nicht-gebundenen Wechselwirkungen für eines der Fragmente der Hauptkette in einem Trimer dazu, dass das Peptid an der Grenzfläche blieb. Dies deutet darauf hin, dass die Kettenkonnektivität eine wichtige Rolle im Verhalten des Petpids an der Grenzfläche spielt.

Design of cell adhesive and angiogenic titanium surfaces for cellular stimulation

Die Förderung der Zelladhäsion durch sogenannte biomimetische Oberflächen wird in der Medizin als vielversprechender Ansatz gesehen, um Komplikationen wie z. B. Fremdkörperreaktionen nach der Implantation entgegenzuwirken. Neben der Immobilisierung einzelner Biomoleküle wie z. B. dem RGD-Peptid, Proteinen und Wachstumsfaktoren auf verschiedenen Materialien, konzentriert man sich derzeit in der Forschung auf die Co-Immobilisierung zweier Moleküle gleichzeitig. Hierbei werden die funktionellen Gruppen z. B. von Kollagen unter Verwendung von nur einer Kopplungschemie verwendet, wodurch die Kopplungseffizienz der einzelnen Komponenten nur begrenzt kontrollierbar ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Immobilisierungsverfahrens, welches die unabhängige Kopplung zweier Faktoren kontrolliert ermöglicht. Dabei sollten exemplarisch das adhäsionsfördernde RGD-Peptid (Arginin-Glycin-Asparaginsäure) zusammen mit dem Wachstumsfaktor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) auf Titan gebunden werden. In weiteren Experimenten sollten dann die pro-adhäsiven Faktoren Fibronektin, Kollagen, Laminin und Osteopontin immobilisiert und untersucht werden. rnDie Aminofunktionalisierung von Titan durch plasma polymerisierte Allylaminschichten wurde als Grundlage für die Entwicklung des nasschemischen Co-immobilisierungsverfahren verwendet. Für eine unabhängige und getrennte Anbindung der verschiedenen Biomoleküle stand in diesem Zusammenhang die Entwicklung eines geeigneten Crosslinker Systems im Vordergrund. Die Oberflächencharakterisierung der entwickelten Oberflächen erfolgte mittels Infrarot Spektroskopie, Surface Plasmon Resonance Spektroskopie (SPR), Kontaktwinkelmessungen, Step Profiling und X-Ray Photoelectron Spektroskopie (XPS). Zur Analyse der Anbindungsprozesse in Echtzeit wurden SPR-Kinetik Messungen durchgeführt. Die biologische Funktionalität der modifizierten Oberflächen wurde in vitro an Endothelzellen (HUVECs) und Osteoblasten (HOBs) und in vivo in einem Tiermodell-System an der Tibia von Kaninchen untersucht.rnDie Ergebnisse zeigen, dass alle genannten Biomoleküle sowohl einzeln auf Titan kovalent gekoppelt als auch am Bespiel von RGD und VEGF in einem getrennten Zwei-Schritt-Verfahren co-immobilisiert werden können. Des Weiteren wurde die biologische Funktionalität der gebundenen Faktoren nachgewiesen. Im Falle der RGD modifizierten Oberflächen wurde nach 7 Tagen eine geförderte Zelladhäsion von HUVECs mit einer signifikant erhöhten Zellbesiedlungsdichte von 28,5 % (p<0,05) gezeigt, wohingegen auf reinem Titan Werte von nur 13 % beobachtet wurden. Sowohl VEGF als auch RGD/VEGF modifizierte Proben wiesen im Vergleich zu Titan schon nach 24 Stunden eine geförderte Zelladhäsion und eine signifikant erhöhte Zellbesiedlungsdichte auf. Bei einer Besiedlung von 7,4 % auf Titan, zeigten VEGF modifizierte Proben mit 32,3 % (p<0,001) eine deutlichere Wirkung auf HUVECs als RGD/VEGF modifizierte Proben mit 13,2 % (p<0,01). Die pro-adhäsiven Faktoren zeigten eine deutliche Stimulation der Zelladhäsion von HUVECs und HOBs im Vergleich zu reinem Titan. Die deutlich höchsten Besiedlungsdichten von HUVECs konnten auf Fibronektin mit 44,6 % (p<0,001) und Kollagen mit 39,9 % (p<0,001) nach 24 Stunden beobachtet werden. Laminin zeigte keine und Osteopontin nur eine sehr geringe Wirkung auf HUVECs. Bei Osteoblasten konnten signifikant erhöhte Besiedlungsdichten im Falle aller pro-adhäsiven Faktoren beobachtet werden, jedoch wurden die höchsten Werte nach 7 Tagen auf Kollagen mit 90,6 % (p<0,001) und Laminin mit 86,5 % (p<0,001) im Vergleich zu Titan mit 32,3 % beobachtet. Die Auswertung der Tierexperimente ergab, dass die VEGF modifizierten Osteosyntheseplatten, im Vergleich zu den reinen Titankontrollen, eine gesteigerte Knochenneubildung auslösten. Eine solche Wirkung konnte für RGD/VEGF modifizierte Implantate nicht beobachtet werden. rnInsgesamt konnte gezeigt werden, dass mittels plasmapolymerisierten Allylamin Schichten die genannten Biomoleküle sowohl einzeln gebunden als auch getrennt und kontrolliert co-immobilisiert werden können. Des Weiteren konnte eine biologische Funktionalität für alle Faktoren nach erfolgter Kopplung in vitro gezeigt werden. Wider Erwarten konnte jedoch kein zusätzlicher biologischer Effekt durch die Co-immobilisierung von RGD und VEGF im Vergleich zu den einzeln immobilisierten Faktoren gezeigt werden. Um zu einer klinischen Anwendung zu gelangen, ist es nun notwendig, das entwickelte Verfahren in Bezug auf die immobilisierten Mengen der verschiedenen Faktoren hin zu optimieren. rn

Influence of adhesive thickness on adhesively bonded joints under fatigue loading

Research on adhesive joints is arousing increasing interest in aerospace industry. Incomplete knowledge of fatigue in adhesively bonded joints is a major obstacle to their application. The prediction of the disbonding growth is yet an open question. This thesis researches the influence of the adhesive thickness on fatigue disbond growth. Experimental testing on specimens with different thickness has been performed. Both a conventional approach based on the strain energy release rate and an approach based on cyclic strain energy are provided. The inadequacy of the former approach is discussed. Outcomes from tests support the idea of correlating the crack growth rate to the cyclic strain energy. In order to push further the study, a 2D finite element model for the prediction of disbond growth under quasi-static loading has been developed and implemented in Abaqus. Numerical simulations have been conducted with different values of the adhesive thickness. The results from tests and simulations are in accordance with each other. According to them, no dependence of disbonding on the adhesive thickness has been evidenced.

Specific processing of tenascin-C by the metalloprotease meprinbeta neutralizes its inhibition of cell spreading

The metalloprotease meprin has been implicated in tissue remodelling due to its capability to degrade extracellular matrix components. Here, we investigated the susceptibility of tenascin-C to cleavage by meprinbeta and the functional properties of its proteolytic fragments. A set of monoclonal antibodies against chicken and human tenascin-C allowed the mapping of proteolytic fragments generated by meprinbeta. In chicken tenascin-C, meprinbeta processed all three major splicing variants by removal of 10kDa N-terminal and 38kDa C-terminal peptides, leaving a large central part of subunits intact. A similar cleavage pattern was found for large human tenascin-C variant where two N-terminal peptides (10 or 15kDa) and two C-terminal fragments (40 and 55kDa) were removed from the intact subunit. N-terminal sequencing revealed the exact amino acid positions of cleavage sites. In both chicken and human tenascin-C N-terminal cleavages occurred just before and/or after the heptad repeats involved in subunit oligomerization. In the human protein, an additional cleavage site was identified in the alternative fibronectin type III repeat D. Whereas all these sites are known to be attacked by several other proteases, a unique cleavage by meprinbeta was located to the 7th constant fibronectin type III repeat in both chicken and human tenascin-C, thereby removing the C-terminal domain involved in its anti-adhesive activity. In cell adhesion assays meprinbeta-digested human tenascin-C was not able to interfere with fibronectin-mediated cell spreading, confirming cleavage in the anti-adhesive domain. Whereas the expression of meprinbeta and tenascin-C does not overlap in normal colon tissue, inflamed lesions of the mucosa from patients with Crohn's disease exhibited many meprinbeta-positive leukocytes in regions where tenascin-C was strongly induced. Our data indicate that, at least under pathological conditions, meprinbeta might attack specific functional sites in tenascin-C that are important for its oligomerization and anti-adhesive activity.

Push-out bond strength of CAD/CAM-ceramic luted to dentin with self-adhesive resin cements

OBJECTIVES: This study evaluated the initial and the artificially aged push-out bond strength between ceramic and dentin produced by one of five resin cements. METHODS: Two-hundred direct ceramic restorations (IPS Empress CAD) were luted to standardized Class I cavities in extracted human molars using one of four self-adhesive cements (SpeedCEM, RelyX Unicem Aplicap, SmartCem2 and iCEM) or a reference etch-and-rinse resin cement (Syntac/Variolink II) (n=40/cement). Push-out bond strength (PBS) was measured (1) after 24h water storage (non-aged group; n=20/cement) or (2) after artificial ageing with 5000 thermal cycles followed by 6 months humid storage (aged group; n=20/cement). Nonparametrical ANOVA and pairwise Wilcoxon rank-sum tests with Bonferroni-Holm adjustment were applied for statistical analysis. The significance level was set at alpha=0.05. In addition, failure mode and fracture pattern were analyzed by stereomicroscope and scanning electron microscopy. RESULTS: Whereas no statistically significant effect of storage condition was found (p=0.441), there was a significant effect of resin cement (p<0.0001): RelyX Unicem showed significantly higher PBS than the other cements. Syntac/Variolink II showed significantly higher PBS than SmartCEM2 (p<0.001). No significant differences were found between SpeedCEM, SmartCem2, and iCEM. The predominant failure mode was adhesive failure of cements at the dentin interface except for RelyX Unicem which in most cases showed cohesive failure in ceramic. SIGNIFICANCE: The resin cements showed marked differences in push-out bond strength when used for luting ceramic restorations to dentin. Variolink II with the etch-and-rinse adhesive Syntac did not perform better than three of the four self-adhesive resin cements tested.

Clinical results with two different methods of root-end preparation and filling in apical surgery: mineral trioxide aggregate and adhesive resin composite

INTRODUCTION: The aim of apical surgery is to hermetically seal the root canal system after root-end resection, thereby enabling periradicular healing. The objective of this nonrandomized prospective clinical study was to report results of 2 different root-end preparation and filling methods, ie, mineral trioxide aggregate (MTA) and an adhesive resin composite (Retroplast). METHODS: The study included 353 consecutive cases with endodontic lesions limited to the periapical area. Root-end cavities were prepared with sonic microtips and filled with MTA (n = 178), or alternatively, a shallow concavity was prepared in the cut root face, with subsequent placement of an adhesive resin composite (Retroplast) (n = 175). Patients were recalled after 1 year. Cases were defined as healed when no clinical signs or symptoms were present and radiographs demonstrated complete or incomplete (scar tissue) healing of previous radiolucencies. RESULTS: The overall rate of healed cases was 85.5%. MTA-treated teeth demonstrated a significantly (P = .003) higher rate of healed cases (91.3%) compared with Retroplast-treated teeth (79.5%). Within the MTA group, 89.5%-100% of cases were classified as healed, depending on the type of treated tooth. In contrast, more variable rates ranging from 66.7%-100% were found in the Retroplast group. In particular, mandibular premolars and molars demonstrated considerably lower rates of healed cases when treated with Retroplast. CONCLUSIONS: MTA can be recommended for root-end filling in apical surgery, irrespective of the type of treated tooth. Retroplast should be used with caution for root-end sealing in apical surgery of mandibular premolars and molars.

Delayed osteoblast differentiation and altered inflammatory response around implants placed in incisor sockets of type 2 diabetic rats

Objective: Central to the process of osseointegration is the recruitment of mesenchymal progenitor cells to the healing site, their proliferation and differentiation to bone synthesising osteoblasts. The process is under the control of pro-inflammatory cytokines and growth factors. The aim of this study was to monitor these key stages of osseointegration and the signalling milieu during bone healing around implants placed in healthy and diabetic bone. Methods: Implants were placed into the sockets of incisors extracted from the mandibles of normal Wistar and diabetic Goto-Kakizaki rats. Mandibles 1-12 weeks post-insertion of the implant were examined by histochemistry and immunocytochemistry to localise the presence of Stro-1- positive mesenchymal progenitor cells, proliferating cellular nuclear antigen proliferative cells, osteopontin and osteocalcin, macrophages, pro-inflammatory cytokines interleukin (IL)-1 , IL-6, tumour necrosis factor (TNF)- and tumour growth factor (TGF)- 1. Image analysis provided a semi-quantification of positively expressing cells. Results: Histological staining identified a delay in the formation of mineralised bone around implants placed in diabetic animals. Within the diabetic bone, the migration of Stro-1 mesenchymal cells in the healing tissue appeared to be unaffected. However, in the diabetic healing bone, the onset of cell proliferation and osteoblast differentiation were delayed and subsequently prolonged compared with normal bone. Similar patterns of change were observed in diabetic bone for the presence of IL-1 , TNF- , macrophages and TGF- 1. Conclusion: The observed alterations in the extracellular presence of pro-inflammatory cytokines, macrophages and growth factors within diabetic tissues that correlate to changes in the signalling milieu, may affect the proliferation and differentiation of mesenchymal progenitor cells in the osseointegration process. To cite this article: Colombo JS, Balani D, Sloan AJ, St Crean J, Okazaki J, Waddington RJ. Delayed osteoblast differentiation and altered inflammatory response around implants placed in incisor sockets of type 2 diabetic rats Clin. Oral Impl. Res22, 2011; 578-586 doi: 10.1111/j.1600-0501.2010.01992.x.

Ctenidins: antimicrobial glycine-rich peptides from the hemocytes of the spider Cupiennius salei

Three novel glycine-rich peptides, named ctenidin 1-3, with activity against the Gram-negative bacterium E. coli, were isolated and characterized from hemocytes of the spider Cupiennius salei. Ctenidins have a high glycine content (>70%), similarly to other glycine-rich peptides, the acanthoscurrins, from another spider, Acanthoscurria gomesiana. A combination of mass spectrometry, Edman degradation, and cDNA cloning revealed the presence of three isoforms of ctenidin, at least two of them originating from simple, intronless genes. The full-length sequences of the ctenidins consist of a 19 amino acid residues signal peptide followed by the mature peptides of 109, 119, or 120 amino acid residues. The mature peptides are post-translationally modified by the cleavage of one or two C-terminal cationic amino acid residue(s) and amidation of the newly created mature C-terminus. Tissue expression analysis revealed that ctenidins are constitutively expressed in hemocytes and to a small extent also in the subesophageal nerve mass.

Premature Osteoblast Clustering by Enamel Matrix Proteins Induces Osteoblast Differentiation through Up-Regulation of Connexin 43 and N-Cadherin

In recent years, enamel matrix derivative (EMD) has garnered much interest in the dental field for its apparent bioactivity that stimulates regeneration of periodontal tissues including periodontal ligament, cementum and alveolar bone. Despite its widespread use, the underlying cellular mechanisms remain unclear and an understanding of its biological interactions could identify new strategies for tissue engineering. Previous in vitro research has demonstrated that EMD promotes premature osteoblast clustering at early time points. The aim of the present study was to evaluate the influence of cell clustering on vital osteoblast cell-cell communication and adhesion molecules, connexin 43 (cx43) and N-cadherin (N-cad) as assessed by immunofluorescence imaging, real-time PCR and Western blot analysis. In addition, differentiation markers of osteoblasts were quantified using alkaline phosphatase, osteocalcin and von Kossa staining. EMD significantly increased the expression of connexin 43 and N-cadherin at early time points ranging from 2 to 5 days. Protein expression was localized to cell membranes when compared to control groups. Alkaline phosphatase activity was also significantly increased on EMD-coated samples at 3, 5 and 7 days post seeding. Interestingly, higher activity was localized to cell cluster regions. There was a 3 fold increase in osteocalcin and bone sialoprotein mRNA levels for osteoblasts cultured on EMD-coated culture dishes. Moreover, EMD significantly increased extracellular mineral deposition in cell clusters as assessed through von Kossa staining at 5, 7, 10 and 14 days post seeding. We conclude that EMD up-regulates the expression of vital osteoblast cell-cell communication and adhesion molecules, which enhances the differentiation and mineralization activity of osteoblasts. These findings provide further support for the clinical evidence that EMD increases the speed and quality of new bone formation in vivo.

Relevance of In-vitro Tests of Adhesive and Composite Dental Materials. A Review in 3 Parts. Part 2: Non-standardized tests of composite materials

Summary The first part of this review examined ISO approval requirements and in vitro testing. In the second part, non-standardized test methods for composite materials are presented and discussed. Physical tests are primarily described. Analyses of surface gloss and alterations, as well as aging simulations of dental materials are presented. Again, the importance of laboratory tests in determining clinical outcomes is evaluated. Differences in the measurement protocols of the various testing institutes and how these differences can in?uence the results are also discussed. Because there is no standardization of test protocols, the values determined by different institutes cannot be directly compared. However, the ranking of the tested materials should be the same if a valid protocol is applied by different institutes. The modulus of elasticity, the expansion after water sorption, and the polishability of the material are all clinically relevant, whereas factors measured by other test protocols may have no clinical correlation. The handling properties of the materials are highly dependent on operators' preferences. Therefore, no standard values can be given.

Relevance of in vitro tests of adhesive and composite dental materials, a review in 3 parts. Part 1: Approval requirements and standardized testing of composite materials according to ISO specifications

The first part of this three-part review on the relevance of laboratory testing of composites and adhesives deals with approval requirements for composite materials. We compare the in vivo and in vitro literature data and discuss the relevance of in vitro analyses. The standardized ISO protocols are presented, with a focus on the evaluation of physical parameters. These tests all have a standardized protocol that describes the entire test set-up. The tests analyse flexural strength, depth of cure, susceptibility to ambient light, color stability, water sorption and solubility, and radiopacity. Some tests have a clinical correlation. A high flexural strength, for instance, decreases the risk of fractures of the marginal ridge in posterior restorations and incisal edge build-ups of restored anterior teeth. Other tests do not have a clinical correlation or the threshold values are too low, which results in an approval of materials that show inferior clinical properties (e.g., radiopacity). It is advantageous to know the test set-ups and the ideal threshold values to correctly interpret the material data. Overall, however, laboratory assessment alone cannot ensure the clinical success of a product.