Regenerative endodontic procedures with minced pulp tissue graft in mature permanent teeth: An exploratory clinical study with a focused in vitro study

Abstract

Regenerative endodontic procedures (REPs) using cell-based approaches have emerged as novel treatment modalities. The minced pulp tissue graft was proposed as a simplified, cell-based REP that can bypass challenges associated with cell culture processes, demonstrating promising results in a laboratory study. However, there remains a significant gap in clinical applications, and foundational research on this procedure is still limited. This study is divided into two parts. Part I aims to present the treatment procedure and outcomes through an exploratory clinical study on REPs using minced pulp tissue grafts, focusing on identifying the tentative factors influencing pulpal tissue regeneration within this protocol. In Part II, using a reverse translational approach, the study investigates these identified tentative factors, specifically those that can be further validated at the in vitro level. Part I - Healthy patients requiring non-surgical root canal treatment were enrolled. MP tissue obtained from the third molar was grafted into the instrumented, disinfected, and blood-filled root canal. Patients were evaluated clinically and radiographically. Follow-ups for the six enrolled cases ranged from 19 to 42 months. Radiographically, all the teeth showed favorable outcomes. In two teeth, intracanal calcification was observed in the apical third; however, there was no recovery in the sensibility tests. One tooth exhibited intracanal calcification in the apical third and showed recovery in the sensibility tests. Considering these outcomes and clinical variables, the size of the apical foramen and the composition of the transplanted pulp tissue were identified as tentative influencing factors. Since it is evident that a larger apical foramen creates a more favorable environment for regeneration, reverse translational research was planned to validate the impact of the composition of the transplanted pulp tissue. Therefore, the objective of Part II was specified to investigate the differences in VEGF and NGF secretion between the coronal and radicular minced pulp of mature permanent teeth at the tissue level, as these cytokines are crucial for promoting angiogenesis and neurogenesis, which are key processes in REPs. Part II - Human dental pulp tissues were obtained from healthy adult mature permanent third molars with closed apices. The tissues were separated into coronal and radicular portions, minced, and incubated for 3 days. VEGF and NGF levels in the supernatants were then measured using ELISA. Pulp tissues were obtained from five patients, with ages ranging from 21 to 37 years. The total weight of the pulp tissue ranged between 6 and 20 mg. The weight ratio of coronal pulp to radicular pulp varied, with an average ratio of approximately 3.5:1. There was no difference in VEGF expression per unit weight between coronal and radicular pulp. NGF production was either confirmed to be present in trace amounts or not detected at all in both the coronal and radicular regions. When performing simplified cell-based regenerative endodontic procedures using minced pulp tissue grafts, a larger apical size results in more favorable outcomes, and the overall quantity of pulp tissue is likely more important than the ratio of coronal to radicular pulp. To promote more efficient pulp-dentin complex regeneration, it may be worth considering the addition of growth factors and/or scaffolds to the minced pulp tissue.

세포 기반 접근법을 이용한 재생 근관 치료는 새로운 치료 방법으로 떠오르고 있다. 한 실험실 연구에서 미세 절단 치수 조직의 특성에 대한 유망한 결과를 바탕으로, 미세 절단 치수 조직 이식을 통한 간소화된 세포 기반의 재생 근관 치료 프로토콜이 제안되었다. 이 치료 프로토콜은 세포 배양 과정과 관련되어 발생하는 어려움들을 우회할 수 있는 방법으로 보이나, 해당 실험실 연구와 임상적 적용까지는 큰 간격이 존재하며, 이와 관련한 기초 연구 또한 제한적이다. 본 연구는 두 부분으로 구성되어 있다. 제1부는 성숙 영구치에서 미세 절단 치수 조직을 이용한 재생 근관 치료의 치료 과정과 결과를 탐색적 임상 연구를 통해 제시하며, 본 치료 프로토콜을 통한 치수 조직 재생에 영향을 미치는 잠정적 요인들을 식별하는 데 초점을 맞춘다. 제2부에서는 역전이 연구(reverse translational research) 접근법을 이용하여 이러한 잠정적 요인들에 대해 시험관 내 연구 수준에서 검증이 가능한 요인에 대해 탐구하는 것을 목표로 하였다. 제 1부 – 비외과적 근관 치료를 필요로 하는 건강한 환자들을 대상으로 하였다. 제3대구치에서 얻은 미세 절단 치수 조직을 근관 성형, 세척, 소독이 완료된 후 혈액으로 채워진 근관내에 이식하였다. 환자들은 임상 및 방사선학적으로 평가되었다. 등록된 6명의 환자에 대한 추적 관찰은 19개월에서 42개월까지 이루어졌다. 방사선학적으로, 모든 치아에서 양호한 결과가 확인되었다. 6개의 치아 중 2개는 근관 내 석회화 및 치수생활력 검사에 대한 반응 회복이 나타나지 않았고, 1개 치아는 근관 석회화는 확인되지 않았으며 치수생활력 검사가 불가능하였다. 2개의 치아는 근관 내 석회화가 근관의 근단부 3분의 1에서 관찰되었지만, 치수생활력 검사에서 검사에서 회복이 나타나지 않았다. 1개의 치아는 근관의 근단부 3분의 1에서 석회화가 나타났으며, 치수생활력 검사에서 양성반응 회복이 확인되었다. 이러한 결과와 임상 변수들을 고려했을 때, 근단공의 크기와 이식된 치수 조직의 구성(근관부 치수, 근단부 치수)을 잠재적으로 결과에 영향을 미치는 요인으로 판단하였다. 근단공의 크기가 클수록 치수-상아질 복합체 재생에 유리한 환경을 조성할 수 있다는 것은 명백하였기 때문에, 이식된 분쇄 치수 조직의 기원에 따른 구성 차이(치관부 치수, 치근부 치수)의 영향을 검증하기 위해 역전이 연구를 계획하였다. 따라서 본 연구의 제 2부의 목표는 성숙 영구치 미세 절단 치수조직의 치관부와 치근부 기원에 따른 혈관 내피 성장 인자(VEGF)와 신경 성장 인자(NGF)의 - 재생 근관 치료 과정에서 중요한 혈관형성과 신경형성 촉진에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 - 분비 차이를 조사하는 것으로 구체화하였다. 제 2부 - 건강한 성인의 성숙한 영구 제3대구치에서 치수 조직을 얻었다. 얻어진 조직을 치관부와 치근부로 나누고 잘게 조각낸 후, 3일 동안 배양하여 배양 상등액을 얻었다. 상등액에서 혈관 내피 성장 인자와 신경 성장 인자의 수준을 효소면역측정법(ELISA)를 사용하여 측정하였다. 치수 조직은 21세에서 37세 사이의 5명의 환자에게서 얻었다. 각 발치된 치아에서 얻은 치수 조직의 총 무게는 6mg에서 20mg 사이였다. 치관부 치수와 치근부 치수의 무게 비율은 평균 약 3.5:1이었다. 단위 무게당 혈관 내피 성장 인자의 발현은 치관부와 치근부 치수 사이에 차이가 없었다. 얻어진 치수 조직에서 신경 성장 인자의 발현은 극미량으로 확인되었거나 치관부와 치근부 모두에서 검출되지 않았다. 미세 절단 치수 조직 이식을 이용한 간소화된 세포기반 접근의 재생 근관 치료를 수행할 때, 더 큰 근단공의 크기는 보다 양호한 결과를 나타냈다. 또한, 이식하는 치수 조직의 치관부와 치근부 기원에 따른 비율보다는 치수 조직의 양이 더 중요한 것으로 보인다. 보다 효율적인 치수-상아질 복합체 재생을 촉진하기 위해, 미세 절단 치수 조직에 성장 인자 및/또는 스캐폴드를 추가하는 것을 고려해 볼 만하다.