1991 Cytotoxic Effects of Resin Components on Cultured Mammalian Fibroblasts

8/7/2019 1991 Cytotoxic Effects of Resin Components on Cultured Mammalian Fibroblasts

1/7

http://jdr.sagepub.com/Journal of Dental Research

http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450The online version of this article can be found at:

DOI: 10.1177/00220345910700111201

1991 70: 1450J DENT RESC.T. Hanks, S.E. Strawn, J.C. Watahai and R.G. Craig

Cytotoxic Effects of Resin Components on Cultured Mammalian Fibroblasts

Published by:

http://www.sagepublications.com

On behalf of:

International and American Associations for Dental Research

can be found at:Journal of Dental ResearchAdditional services and information for

http://jdr.sagepub.com/cgi/alertsEmail Alerts:

http://jdr.sagepub.com/subscriptionsSubscriptions:

http://www.sagepub.com/journalsReprints.navReprints:

http://www.sagepub.com/journalsPermissions.navPermissions:

http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450.refs.htmlCitations:

by guest on March 23, 2011 For personal use only. No other uses without permission.jdr.sagepub.comDownloaded from
http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450http://www.sagepublications.com/http://www.dentalresearch.org/i4a/pages/index.cfm?pageid=3533http://www.dentalresearch.org/i4a/pages/index.cfm?pageid=3533http://jdr.sagepub.com/cgi/alertshttp://jdr.sagepub.com/cgi/alertshttp://jdr.sagepub.com/subscriptionshttp://jdr.sagepub.com/subscriptionshttp://jdr.sagepub.com/subscriptionshttp://www.sagepub.com/journalsReprints.navhttp://www.sagepub.com/journalsReprints.navhttp://www.sagepub.com/journalsPermissions.navhttp://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450.refs.htmlhttp://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450.refs.htmlhttp://www.sagepub.com/journalsPermissions.navhttp://www.sagepub.com/journalsReprints.navhttp://jdr.sagepub.com/subscriptionshttp://jdr.sagepub.com/cgi/alertshttp://www.dentalresearch.org/i4a/pages/index.cfm?pageid=3533http://www.sagepublications.com/http://jdr.sagepub.com/content/70/11/1450http://jdr.sagepub.com/


2/7

C y t o t o x i c E f f e c t s o f R e s i n C o m p o n e n t s o n C u l t u r e d Mammalian F i b r o b l a s t sC . T . HANKS, S . E . STRAWN, J . C . WATAHA', a n d R . G . C R A I G 1D e p a r t m e n t s o f O r a l M e d i c i n e , P a t h o l o g y a n d S u r g e r y , a n d ' B i o l o g i c a l a n d M a t e r i a l s S c i e n c e s , S c h o o l o f D e n t i s t r y , U n i v e r s i t yo f M i c h i g a n , Ann A r b o r , M i c h i g a n 4 8 1 0 9 - 1 0 7 8T h e o b j e c t i v e s o f t h i s s t u d y w e r e t o d e t e r m i n e t h e c y t o t o x i c c o n c e n -t r a t i o n s o f 1 1 c o m p o n e n t s o f r e s i n c o m p o s i t e s o n m o n o l a y e r s o fc u l t u r e d B a l b / c 3 T 3 f i b r o b l a s t s , t o s t u d y t h e i n h i b i t o r y e f f e c t s o ft h e s e c o m p o n e n t s o n DN A s y n t h e s i s , t o t a l p r o t e i n c o n t e n t , a n dp r o t e i n s y n t h e s i s , a n d t o d e t e r m i n e w h e t h e r e f f e c t s w e r e r e v e r s i b l ew h e n t h e c o m p o n e n t s w e r e w i t h d r a w n f r o m t h e m e d i u m . T h e s ed a t a w e r e r e p o r t e d a s c o n c e n t r a t i o n s w h i c h i n h i b i t e d 1 0 % ( I D , 0 )a n d 5 0 % ( I D 5 0 ) o f a p a r t i c u l a r m e t a b o l i c p r o c e s s a s w e l l a s t h e r a n g eo f c o n c e n t r a t i o n s o v e r w h i c h c e l l m e t a b o l i s m w a s i r r e v e r s i b l y i n h i b -i t e d . F o r a n y i n d i v i d u a l c o m p o n e n t , t h e I D 6 0 v a l u e s f o r a l l t h r e em e t a b o l i c p a r a m e t e r s w e r e o f t h e s a m e m a g n i t u d e . T h e s a m e w a st r u e f o r t h e r a n g e s o f i r r e v e r s i b i l i t y . E t h o x y l a t e d B i s - p h e n o l Ad i m e t h a c r y l a t e ( E - B P A ) w a s t h e m o s t t o x i c m o l e c u l e o f t h e g r o u p( I D , , b e i n g b e t w e e n 1 a n d 1 0 p m o l / L ) . T h e I D , 0 c o n c e n t r a t i o n s f o rt h r e e o f t h e c o m p o n e n t s , i n c l u d i n g B i s - G M A , U D M A , T E G D M A ,a n d B i s - p h e n o l A , r a n g e d b e t w e e n 1 0 a n d 1 0 0 p m o l V L , w h i l e t h e I D 5 0v a l u e s o f t h r e e c o m p o n e n t s ( N , N d i h y d r o x y e t h y l - p - t o l u i d i n e ,c a m p h o r o q u i n o n e , a n d N , N d i m e t h y l a m i n o e t h y l m e t h a c r y l a t e ) w e r ea b o v e 1 0 0 i m o l / L . T h e c o n c e n t r a t i o n s t o w h i c h t h e c e l l s a n d t i s s u e sa r e e x p o s e d i n v i v o a r e n o t k n o w n . T h i s s t u d y s h o u l d h e l p t o i d e n t i f yt h e c o n c e n t r a t i o n s o f o r g a n i c c o m p o s i t e c o m p o n e n t s w h i c h p o s ec l i n i c a l c y t o t o x i c h a z a r d s .J D e n t R e s 7 0 ( 1 1 ) : 1 4 5 0 - 1 4 5 5 , N o v e m b e r , 1 9 9 1I n t r o d u c t i o n .A l t h o u g h p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f r e s i n c o m p o s i t e s a r e c o n s t a n t l yb e i n g i m p r o v e d , i n v i v o s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e u s e o f t h e s er e s i n s a s r e s t o r a t i v e m a t e r i a l s i s o c c a s i o n a l l y a s s o c i a t e d w i t h n e -c r o s i s a n d i r r i t a t i o n o f t h e p u l p ( S t a n l e y e t a l . , 1 9 6 7 ; B a u m e a n dF i o r e - D o n n o , 1 9 6 8 ; T o b i a s e t a l . , 1 9 7 3 ; S t a n l e y e t a l . , 1 9 7 5 ; B l o c k e ta l . , 1 9 7 7 ) a s w e l l a s t h e p e r i o d o n t i u m ( N a s j l e t i e t a l . , 1 9 8 3 ) . O t h e rs t u d i e s s u p p o r t t h e c o n c e p t t h a t m i c r o l e a k a g e o f b a c t e r i a a r o u n dt h e s e c o m p o s i t e r e s t o r a t i o n s , r a t h e r t h a n t h e c o m p o s i t e s t h e m -s e l v e s , i s r e s p o n s i b l e f o r p u l p a l i n f l a m m a t i o n ( B r a n n s t r o m a n dN y b o r g , 1 9 7 2 ; B e r g e n h o l t z e t a l . , 1 9 8 2 ; C o x e t a l . , 1 9 8 7 ) .S t a n l e y e t a l . ( 1 9 7 9 ) r e p o r t e d t h a t m o s t o f e i g h t i n d i v i d u a lc o m p o n e n t s o f r e s i n c o m p o s i t e s f a i l e d t o c a u s e s i g n i f i c a n t n e c r o s i sa n d i n f l a m m a t i o n w h e n p l a c e d f o r 2 1 d a y s o n p u l p a l d e n t i n w a l l s o fa b o u t 1-mm t h i c k n e s s i n c l a s s V c a v i t y p r e p a r a t i o n s i n m o n k e yt e e t h . O t h e r i n v e s t i g a t o r s h a v e s h o w n t h a t r e s i n c o m p o s i t e s a r ec a p a b l e o f r e l e a s i n g c o m p o n e n t s w h i c h c a u s e t o x i c r e a c t i o n s i nv i t r o . I n a s t u d y o f f o u r r e s i n c o m p o s i t e s ( H a n k s e t a l . , 1 9 8 8 ) ,a q u e o u s - m e d i u m - e x t r a c t e d c o m p o n e n t s d i f f u s e d t h r o u g h d e n t i n t oc a u s e a c y t o t o x i c r e s p o n s e w i t h i n t h e f i r s t 2 4 h i n a 7 2 - h o u r s t u d y .F e r r a c a n e a n d C o n d o n ( 1 9 9 0 ) f o u n d t h a t 5 0 % o f t h e l e a c h a b l es p e c i e s f r o m t h e c o m p o s i t e S i l u x w a s e l u t e d w i t h i n t h r e e h o f i t sb e i n g s o a k e d i n w a t e r , a n d f r o m 8 5 t o 1 0 0 % w a s e l u t e d w i t h i n 2 4 h .A m i x t u r e o f e t h a n o l a n d w a t e r w a s e v e n m o r e e f f e c t i v e . M o r ec o m p o n e n t s w e r e r e m o v e d t h a n b y w a t e r a l o n e , a n d 7 5 % o f t h e mw e r e r e m o v e d w i t h i n t h r e e h . R a t h b u n e t a l . ( 1 9 9 1 ) t e s t e d t h ec y t o t o x i c i t y ( d e p r e s s i o n o f p r o t e i n s y n t h e s i s ) o f a B i s - G M A c o m p o s -i t e ( S i l a r ) b e f o r e a n d a f t e r e x t r a c t i o n w i t h e t h a n o l , c h l o r o f o r m , o r

R e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n M a r c h 1 2 , 1 9 9 1A c c e p t e d f o r p u b l i c a t i o n J u n e 2 6 , 1 9 9 1T h i s i n v e s t i g a t i o n w a s s u p p o r t e d i n p a r t b y USPHS R e se a r c h G r a nt sD E - 0 9 2 9 6 a n d D E - 0 7 9 8 7 .

t o l u e n e . T h e e x t r a c t i o n o f u n r e a c t e d c o m p o n e n t s w i t h t h e s e s o l -v e n t s r e d u c e d t h e c y t o t o x i c e f f e c t o f t h e c o m p o s i t e b y a b o u t 9 0 % .T h e m a j o r u n r e a c t e d c o m p o n e n t w a s i d e n t i f i e d a s B i s - G M A o l i -g o m e r , a l t h o u g h 2 - h y d r o x y - 4 - m e t h o x y b e n z o p h e n o n e a n d t h e p h e -n y l e s t e r o f b e n z o i c a c i d c o u l d b e d e t e c t e d .B e c a u s e t h e r e h a v e b e e n n o r e a l i s t i c e s t i m a t e s o f t h e c o n c e n t r a -t i o n s o f c o m p o s i t e c o m p o n e n t s a c h i e v e d i n e i t h e r d e n t i n a l t u b u l ef l u i d , s a l i v a , o r c o n n e c t i v e t i s s u e , i t w a s d e c i d e d t o s t u d y t h ep o s s i b l e c y t o t o x i c e f f e c t s o f a n u m b e r o f c o m p o n e n t s t o d e t e r m i n et h e c o n c e n t r a t i o n s w h i c h c o u l d p o s e a c e l l u l a r r i s k . T h e r e f o r e , t h eo b j e c t i v e s o f t h e p r e s e n t s t u d y w e r e ( a ) t o d e t e r m i n e f o r 1 1 c o m p o -n e n t s t h e c o n c e n t r a t i o n s w h i c h c o u l d b e d e s c r i b e d a s c y t o t o x i c ; ( b )t o s t u d y t h e c y t o t o x i c e f f e c t s o f t h e s e c o m p o n e n t s o n t w o m a j o rm a c r o m o l e c u l a r s y n t h e t i c p r o c e s s e s , D N A , a n d p r o t e i n s y n t h e s i s ;a n d ( c ) t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e s e e f f e c t s w e r e r e v e r s i b l e w h e n t h em a t e r i a l w a s r e m o v e d f r o m t h e e n v i r o n m e n t .M a t e r i a l s a n d m e t h o d s .

T h e 1 1 c o m p o n e n t s o f r e s t o r a t i v e r e s i n s u s e d i n t h i s s t u d y a r es h o w n i n t h e T a b l e . 1 0 0 % DMSO ( F i s h e r S c i e n t i f i c , c e r t i f i e d g r a d e )w a s u s e d t o d i s s o l v e t h e s t o c k c o m p o n e n t s . E a c h s t o c k c o n c e n t r a -t i o n w a s t h e n d i l u t e d 1 0 0 0 t i m e s w i t h m e d i u m s o t h a t t h e f i n a lc o n c e n t r a t i o n o f DMSO w a s 0 . 1 % , a c o n c e n t r a t i o n w h i c h g a v e n os t a t i s t i c a l v a r i a t i o n f r o m c o n t r o l w e l l s w i t h a n y m e t a b o l i c p a r a m -e t e r t e s t e d .When t h e m a t e r i a l s b e i n g t e s t e d w e r e i n s o l u t i o n , v i s i b l e a n d UVs p e c t r a ( B e c k m a n D U - 6 4 s p e c t r o p h o t o m e t e r ; B e c k m a n I n s t r u m e n t s ,I n c . , F u l l e r t o n , C A ) w e r e d e t e r m i n e d o n v a r i o u s s t o c k c o n c e n t r a -t i o n s o f t h e c o m p o n e n t s i n DMSO a n d o f d i l u t i o n s o f 1 : 1 0 0 0 i n w a t e r .A l l c o m p o n e n t s , e x c e p t f o r e t h o x y l a t e d B i s - p h e n o l A d i m e t h a c r y l a t e( E - B P A ) , s h o w e d n o s p e c t r a l t u r b i d i t y . T h e s t o c k s o l u t i o n o f 0 . 3m o l / L E - B P A i n DMSO s h o w e d m i n o r t u r b i d i t y , i n d i c a t i n g t h a t n o ta l l o f i t w a s d i s s o l v e d . T h e s t o c k s o l u t i o n w a s u s e d t o m a k e s e r i a ln o n - t u r b i d d i l u t i o n s , w h i c h w e r e a d d e d t o t h e c e l l s ( 1 p I l l m L / w e l l ) .W e l l s o f 2 4 - w e l l d i s h e s ( C o s t a r , C a m b r i d g e , M A ) w e r e p l a t e d w i t hB a l b / c 3 T 3 c e l l s d e r i v e d f r o m c l o n e A 3 1 ( A T C C CCL 1 6 3 ; R o c k v i l l e ,MD) a t 1 5 , 0 0 0 c e l l s / c m 2 . T h e m e d i u m u s e d f o r c u l t u r e w a s D u l b e c c o ' sminimum e s s e n t i a l medium (DMEM) w i t h 4 5 0 0 m g / Lg l u c o s e ( F l o w L a b o r a t o r i e s , M c L e a n , V A ) , 3 % N u - S e r u m ( C o l l a b o -r a t i v e R e s e a r c h , B e d f o r d , M A ) , a n d s u p p l e m e n t s ( 2 m m o l / L g l u -t a m i n e , 1 2 5 u n i t s / m L p e n i c i l l i n , 1 2 5 p g / m L s t r e p t o m y c i n ; G i b c o ,G r a n d I s l a n d , N Y ) . T h e r e s i n c o m p o n e n t s w e r e a d d e d 2 4 h a f t e r t h ec e l l s w e r e p l a t e d ( t = 0 ) , a n d w e r e a s s e s s e d a t e i g h t a n d 2 4 h .R e v e r s i b i l i t y w a s d e t e r m i n e d b y r e m o v a l o f t h e m e d i u m f r o ms e l e c t e d w e l l s a n d i t s r e p l a c e m e n t w i t h f r e s h m e d i u m f o r a n a d d i -t i o n a l 2 4 h . B a s e l i n e m e t a b o l i c v a l u e s w e r e e v a l u a t e d a t a l l t i m ei n t e r v a l s . S i x r e p l i c a t e w e l l s w e r e u s e d f o r e a c h c o n c e n t r a t i o n .A n a l y s i s o f v a r i a n c e , w i t h T u k e y p a i r - w i s e c o m p a r i s o n s , w a s u s e dt o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e e f f e c t s o f t h e r e s i n c o m p o n e n t s w e r es i g n i f i c a n t a t t h e 95% c o n f i d e n c e l e v e l .M e t a b o l i c a c t i v i t y o f t h e c e l l s w a s a s s e s s e d b y u s e o f t r i t i a t e dt h y m i d i n e ( ' H - T d R ) i n c o r p o r a t i o n , t r i t i a t e d l e u c i n e ( ' H - l e u ) i n c o r -p o r a t i o n , a n d t h e t o t a l p r o t e i n c o n t e n t o f e a c h w e l l . S i m p l e m e d i u mc o n t a i n i n g e i t h e r ' H - T d R o r 3 H - l e u w a s a d d e d a s 2 0 - p L a l i q u o t s t o" p u l s e " - l a b e l t h e c u l t u r e s . T h e c o n c e n t r a t i o n o f e a c h i s o t o p e w a s 5p i C i / m L i n e a c h w e l l . T h e s t o c k 3 H - l e u w a s 5 m C i i n 5 m L o f 0 . 0 1 m o l /L H C l ( s p e c i f i c a c t i v i t y = 6 4 C i / m m o l ; I C N R a d i o c h e m i c a l s , I r v i n e ,C A ) . T h e s t o c k 3 H - T d R w a s 5 m C i i n 5 m L s t e r i l e w a t e r ( s p e c i f i c

1 4 5 0 by guest on March 23, 2011 For personal use only. No other uses without permission.jdr.sagepub.comDownloaded from
http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/http://jdr.sagepub.com/


3/7

CYTOTOXIC EFFECTS OF RESIN COMPONENTS

2 0 0 0

5 0 0 04000

E 0 0 0

1000

1 0 - 3 10 - 2 l o - l 1 0 10 10 2CONC ( 5 i m o l / L )

-'--0Amol / L* DMSO

-0--- 0 . 51 m o l / L* 5 4 m o W Lb i I O A m o l / l -*25 1 i m o t / L

E

I 0 2 0 3 0 4 0 3 0

TIME ( h )F i g . 1 - T h e e f f e c t s o f f o u r c o n c e n t r a t i o n s o f B i s - G M A ( 0 . 5 - 2 5 p m o l / L ) a sw e l l a s 0 . 1 % D M S O , i n c o m p a r i s o n w i t h t h o s e o f u n t r e a t e d c o n t r o l s ( 0 p m o l !L ) , o n DNA s y n t h e s i s ( 3 H - T d R i n c o r p o r a t i o n i n t o DNA) i n m o n o l a y e rc u l t u r e s o f B a l b / c 3 T 3 c e l l s . T h e c e l l s w e r e p l a t e d i n c o m p l e t e m e d i u m p l u s3 H - T d R 2 4 h p r i o r t o t h e 0 t i m e p o i n t . A t t i m e 0 , e i t h e r B i s - G M A o r DMSO

w a s a d d e d t o e a c h w e l l . E a c h p o i n t r e p r e s e n t s t h e m e a n c o n c e n t r a t i o n a n ds t a n d a r d e r r o r o f t h e mean ( v e r t i c a l b a r s ) o f s i x w e l l s . T h e p o i n t s r e p r e s e n t -i n g 0 p m o l / L B i s - G M A a r e n o t v i s i b l e b e c a u s e o f t h e o v e r l a y o f g r a p h s . A t 2 4h , f r e s h m e d i u m w i t h o u t t h e a b o v e a d d i t i v e s w a s p l a c e d i n t o t h e r e s p e c t i v es e t s o f w e l l s f o r t h e n e x t 2 4 h t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e e f f e c t s w e r er e v e r s i b l e . T h e i n s e t s h o w s t h e c o n c e n t r a t i o n s r e p r e s e n t i n g I D 1 0 ( l o w e rc o n c e n t r a t i o n ) a n d I D 5 0 ( h i g h e r c o n c e n t r a t i o n ) d o s e s o f B i s - G M A f o r DN As y n t h e s i s a t 2 4 h .a c i t i v i t y = 6 . 7 C i / m m o l ; I C N R a d i o c h e m i c a l s ) . I n o r d e r t h a t t h e l a c ko f t h y m i d i n e d i d n o t l i m i t t h e r a t e o f DN A s y n t h e s i s , t h e t o t a lt h y m i d i n e - i n c l u d i n g r a d i o i s o t o p e - l a b e l e d t h y m i d i n e - w a s b r o u g h tt o 5 , u m o l / L w i t h c o l d t h y m i d i n e f o r a 4 5 - m i n u t e p u l s e .F o r t h e p r o t e i n s y n t h e t i c a s s a y , 3 H - l e u w a s a d d e d t o e a c h w e l l f o r9 0 m i n b e f o r e h a r v e s t . D u r i n g h a r v e s t i n g , t h e m e d i u m was s u c t i o n e do f f , a n d t h e w e l l s w e r e w a s h e d t w i c e w i t h p h o s p h a t e - b u f f e r e d s a l i n e( P B S ) . T h e n , a s o l u t i o n o f 0 . 2 5 % T r i t o n X - 1 0 0 i n 0 . 1 m o l / L NaOHw a s u s e d t o l y s e t h e c e l l s , a n d a l i q u o t s w e r e t a k e n f r o m e a c h w e l la n d p l a c e d o n c e l l u l o s e n i t r a t e f i l t e r s ( 2 . 5 - c m c i r c l e s ; W h a t m a n3MM) f o r l i q u i d s c i n t i l l a t i o n . O t h e r a l i q u o t s f r o m e a c h w e l l w e r ep l a c e d i n g l a s s t e s t t u b e s , f r o m w h i c h t o t a l p r o t e i n p e r w e l l w a sd e t e r m i n e d . T h e t u b e s f o r p r o t e i n a s s a y ( B C A a s s a y ; P i e r c e ,R o c k f o r d , I L ) w e r e r e a d o n a s p e c t r o p h o t o m e t e r a t 5 6 2 n m . F o rl i q u i d s c i n t i l l a t i o n , t h e f i l t e r s w e r e w a s h e d s e q u e n t i a l l y w i t h 1 0 %t r i c h l o r o a c e t i c a c i d ( T C A ; 4 V C ) , 5 % TC A ( 6 0 0 C ) , 5 % TC A ( 4 0 C ) , a n dd r y a c e t o n e b e f o r e b e i n g d r i e d . A n o n - a q u e o u s s c i n t i l l a t i o n f l u i d( B i o s a f e N A , R e s e a r c h P r o d u c t s I n t e r n a t i o n a l C o r p . , M t . P r o s p e c t ,I L ) w a s p l a c e d i n t o t h e v i a l s f o r c o u n t i n g .F o r t h e a s s a y o f DN A s y n t h e s i s , 3 H - T d R w a s a d d e d f o r a 4 5 -m i n u t e p u l s e . T h e m e d i u m w a s r e m o v e d a n d t h e w e l l s w e r ew a s h e d , f i r s t w i t h i c e - c o l d PBS a n d t h e n w i t h 1 0 % TC A ( 4 0 C ) .F i n a l l y , 6 . 7 m o l / L p e r c h l o r i c a c i d ( P C A ; 6 0 0 C ) w a s a d d e d t o e a c hw e l l f o r 3 0 m i n , a n d t h e w e l l c o n t e n t s w e r e m i x e d b e f o r e a l i q u o t sf r o m e a c h w e l l w e r e p l a c e d i n L S C v i a l s w i t h B i o s a f e I I ( R e s e a r c hP r o d u c t s I n t e r n a t i o n a l C o r p . ) f o r s c i n t i l l a t i o n c o u n t i n g .R e s u l t s .

T h e e f f e c t s o f a r e p r e s e n t a t i v e c o m p o n e n t , B i s - G M A o l i g o m e r ,a r e s h o w n i n F i g s . 1 - 3 , w h e r e i n t h e r e s u l t i n g DN A s y n t h e s i s ,p r o t e i n s y n t h e s i s , a n d t o t a l p r o t e i n , r e s p e c t i v e l y , a r e g i v e n f o r c e l lm o n o l a y e r s e x p o s e d t o f i v e c o n c e n t r a t i o n s o f t h e c o m p o n e n t f o rt h r e e d i f f e r e n t t i m e i n t e r v a l s ( t h r o u g h 2 4 h ) a n d t h e n , a f t e r r e m o v a l

1 0 2 0 3 0 4 0 50TIME ( h )

F i g . 2 - T h e e f f e c t s o f B i s - G M A c o n c e n t r a t i o n s o r 0 . 1 % DMSO, i nc o m p a r i s o n w i t h t h o s e o f u n t r e a t e d c o n t r o l s , o n p r o t e i n s y n t h e s i s ( 3 H - l e ui n c o r p o r a t i o n i n t o p r o t e i n ) i n B a l b / c 3 T 3 c e l l c u l t u r e s u n d e r c o n d i t i o n ss i m i l a r t o t h o s e f o r F i g . 1 . T h e i n s e t s h o w s t h e I D I O a n d I D 5 0 d o s e s a t 2 4 h .o f t h e c o m p o n e n t f r o m t h e m e d i a , f o r t h e n e x t 2 4 h . I n t h e s t u d y o ft h e i n f l u e n c e o f B i s - G M A o n DN A s y n t h e s i s i n B a l b / c 3 T 3 c e l l s ( F i g .1 ) , t h e r e w a s n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e b e t w e e n c e l l st r e a t e d w i t h 0 . 5 p m o l / L B i s - G M A d u r i n g t h e 2 4 h o f t r e a t m e n t a n dt h e u n t r e a t e d c o n t r o l c e l l s o r c e l l s t r e a t e d w i t h o n l y 0 . 1 % DMSO.H o w e v e r , 5 i m o l / L B i s - G M A d e p r e s s e d DN A s y n t h e s i s s i g n i f i -c a n t l y ( p = 0 . 0 5 ) m o r e t h a n d i d l o w e r c o n c e n t r a t i o n s a t t h e 2 4 - h o u rt i m e p e r i o d . T h e t o x i c e f f e c t s o f B i s - G M A o n DN A s y n t h e s i s w e r ei r r e v e r s i b l e a t s o m e c o n c e n t r a t i o n b e t w e e n 1 0 a n d 2 5 n m o l J L - i . e . ,a t 2 5 p u m o l / L , t h e l i n e b e t w e e n 2 4 a n d 4 8 h h a d a n e g a t i v e s l o p e . F i g .1 ( i n s e t ) s h o w s t h e s e d a t a a s CPM/mL o f r a d i o i s o t o p e i n c o r p o r a t e di n t o DN A v s . c o n c e n t r a t i o n o f B i s - G M A o n a l o g s c a l e . T h e c o n c e n -t r a t i o n o f B i s - G M A w h i c h c a u s e d i n h i b i t i o n o f 1 0 % o f DN A s y n t h e -s i s a s c o m p a r e d w i t h u n t r e a t e d c o n t r o l s ( I D I O ) w a s 2 . 2 p m o l / L , a n dt h e I D 5 0 w a s 1 3 . 0 p m o l / L .T h e r e w a s n o s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i n e f f e c t o n

0 10 2 ( 3 0 4 0 9 ( )T I M E ( h )

F i g . 3 - T h e e f f e c t s o f B i s - G M A c o n c e n t r a t i o n s o r 0 . 1 % D M S O , i nc o m p a r i s o n w i t h t h o s e o f u n t r e a t e d c o n t r o l s , o n t o t a l p r o t e i n c o n t e n t o f e a c hw e l l i n B a l b / c 3 T 3 c e l l c u l t u r e s u n d e r c o n d i t i o n s s i m i l a r t o t h o s e f o r F i g . 1 .T h e i n s e t s h o w s I D 1 0 a n d I D 5 0 d o s e s a t 2 4 h .

V o l . 7 0 N o . 1 1 1 4 5 1



4/7

J D e n t R e s N o v e m b e r 1 9 9 1

HDDM

DMAEM

CAMP

DHEpTE-BPA

B GE - B P A

B P AGMA

3 P R O TTEGDMA L E U

UDMA

BIS-GMA012341 0 1 0 1 0 10 10

CO NC. ( g l m o l / L )F i g . 4 - C o m p a r i s o n o f I D 5 0 v a l u e s f o r e a c h o f 1 1 r e s i n c o m p o n e n t s f o rDNA s y n t h e s i s ( T D R ) , p r o t e i n s y n t h e s i s ( L E U ) , a n d t o t a l p r o t e i n pe r w e l l( P R O T ) . E r r o r b a r s w e r e d e t e r m i n e d g r a p h i c a l l y f r o m c e l l - a c t i v i t y v s .c o n c e n t r a t i o n curves a n d r e p r e s e n t on e s t a n d a r d error o f t h e mean, n = 6 .

p r o t e i n s y n t h e s i s ( F i g . 2 ) u p t o 2 4 h o f t r e a t m e n t a m o n g t h eu n t r e a t e d c o n t r o l s a n d c e l l s t r e a t e d w i t h 0 . 1 % DMSO o r c o n c e n t r a -t i o n s o f 5 . 0 p m o l J L B i s - G M A a n d b e l o w i n 0 . 1 % D M S O . T h e f i r s ts t a t i s t i c a l d i f f e r e n c e ( p = 0 . 0 5 ) w a s o b s e r v e d b e t w e e n 5 a n d 1 0 g m o l /L B i s - G M A a t 2 4 h . T h e t o x i c e f f e c t s o f B i s - G M A b e c a m e i r r e v e r s -i b l e b e t w e e n 1 0 a n d 2 5 m n o l / L . F i g . 2 ( i n s e t ) s h o w s t h a t t h e I D 1 . a n dI D 5 0 o f B i s - G M A w e r e 3 . 0 p m o l / L a n d 1 6 p m o l / L , r e s p e c t i v e l y .F o r t o t a l p r o t e i n r e m a i n i n g i n e a c h w e l l ( p r o p o r t i o n a l t o t h en u m b e r o f c e l l s p r e s e n t ) , t h e e f f e c t o f 0 . 1 % DMSO w a s n o d i f f e r e n tf r o m t h a t o f c o m p l e t e t i s s u e c u l t u r e m e d i u m a t a n y t i m e i n t e r v a l( F i g . 3 ) . T h e r e w a s a s i g n i f i c a n t d e c r e a s e ( p = 0 . 0 5 ) f r o m u n t r e a t e dc o n t r o l s i n t o t a l p r o t e i n p e r w e l l w h e n 0 . 5 p m o l ] L B i s - G M A w a sp l a c e d i n t h e w e l l f o r 2 4 - h o u r i n c u b a t i o n , b u t t h i s e f f e c t w a sr e v e r s i b l e . T h e e f f e c t o f B i s - G M A b e c a m e i r r e v e r s i b l e b e t w e e n 1 0a n d 2 5 p m o l / L . F i g . 3 ( i n s e t ) a l s o s h o w s t h e 2 4 - h o u r d a t a f o r t h ee f f e c t o f B i s - G M A o n t o t a l p r o t e i n i n t h e w e l l a s p g p r o t e i n / m L v s .c o n c e n t r a t i o n o f B i s - G M A . T h e I D 1 0 w a s 0 . 1 2 p m o l J L , w h i l e t h e I D 5 0w a s 1 6 p m o l I L .T h e I D 5 0 v a l u e s , t h e r a n g e o f c o n c e n t r a t i o n s b e t w e e n w h i c h t h ee f f e c t s o f B i s - G M A a n d t h e o t h e r c o m p o n e n t s b e c a m e i r r e v e r s i b l ef o r t h e t h r e e m e t a b o l i c p a r a m e t e r s , a n d t h e I D 1 0 v a l u e s a r e s h o w ni n F i g s . 4 - 6 , r e s p e c t i v e l y . F o r e a c h c o m p o u n d t e s t e d , t h e I D 0 v a l u e sf o r DN A s y n t h e s i s w e r e i n t h e s a m e o r d e r o f m a g n i t u d e a s f o rp r o t e i n s y n t h e s i s ( F i g . 4 ) . T h e I D 5 0 f o r e i t h e r DN A o r p r o t e i ns y n t h e s i s f o r o n l y o n e c o m p o n e n t ( E - B P A) r a n g e d b e t w e e n 1 a n d 1 0p m o l V L . T h e I D 5 0 f o r DN A a n d p r o t e i n s y n t h e s i s i n t h e p r e s e n c e o fs e v e n c o m p o n e n t s ( B i s - G M A , UDMA, TEGDMA, GMA, B P A , B G E -B P A , a n d HDDM) r a n g e d b e t w e e n 1 0 a n d 1 0 0 p m o l / L , a n d b e t w e e n1 0 0 a n d 1 0 0 0 g m o l J L f o r t h r e e c o m p o n e n t s ( D H E p T , C A M P , a n d

HDDM L ITDM A E M LP

TC A M P LP

TE-BPA L TPBGE-BPA L T

p

B PA Lp

T 7GM A L_T

TEGDMA LP

UDMA L _PBIS-GMA L T

P I1I l l l J i l l I r l l l s l1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0

CONC. ( , u m o l / L )F i g . 5 - I r r e v e r s i b l e e f f e c t s on c e l l m e t a b o l i s m o c c u r r e d i n t h e range o fc o n c e n t r a t i o n s b e t w e e n t h e d a r k l y s h a d e d b a r s ( h i g h e s t c o n c e n t r a t i o n w i t hr e v e r s i b l e e f f e c t s ) a n d l i g h t l y s h a d e d b a r s ( l o w e s t c o n c e n t r a t i o n w h i c hc a u s e d i r r e v e r s i b l e e f f e c t s ) . T h e s e ranges w e r e d e t e r m i ne d f r o m c e l l -a c t i v i t y v s . t i m e c u r v e s , w i t h n = 6 f o r e a c h c o n c e n t r a t i o n t e s t e d . L i g h t l ys h a d e d b a r s are n o t s h o w n f o r H D D M , C A M P , a n d D H E p T , b e c a u s e

i r r e v e r s i b l e e f f e c t s w e r e n o t o b s e r v e d w i t h t h e s e c o m p o n e n t s . I n t h e s e c a s e s ,t h e d a r k l y s h a d e d b a r r e p r e s e n t s t h e h i g h e s t c o n c e n t r a t i o n t e s t e d . H i g h e rc o n c e n t r a t i o n s w e r e n o t s o l u b l e .D M A E M ) . T h e p a t t e r n f o r I D 5 0 f o r t o t a l p r o t e i n c o n t e n t i n e a c h w e l lw a s s i m i l a r t o t h a t o f DNA o r p r o t e i n s y n t h e s i s , e x c e p t t h a t t h e I D 1 0f o r GM A a n d DHEpT w a s a l m o s t o n e o r d e r o f m a g n i t u d e g r e a t e rt h a n t h a t f o r t h e s y n t h e t i c p r o c e s s e s .T h e r a n g e o f i r r e v e r s i b i l i t y f o r a n y o n e c o m p o n e n t d i d n o t v a r yi n o r d e r o f m a g n i t u d e a m o n g DN A s y n t h e s i s , p r o t e i n s y n t h e s i s , a n dt o t a l p r o t e i n ( F i g . 5 ) . T h e r a n g e o f i r r e v e r s i b i l i t y o f f o u r c o m p o n e n t s( B i s - G M A , UDMA, B G E - B P A , a n d HDDM) r a n g e d b e t w e e n 1 0 a n d1 0 0 p m o l / L f o r a l l t h r e e m e t a b o l i c m e a s u r e m e n t s . F o r s i x c o m p o -n e n t s ( T E G D M A , G M A , B P A , E - B P A , C A M P , a n d D M A E M ) , t h er a n g e o f i r r e v e r s i b i l i t y w a s b e t w e e n 1 0 0 a n d 1 0 0 0 p m o l / L . O n l y f o rDHEpT w a s t h e r a n g e o f i r r e v e r s i b i l i t y e n t i r e l y a b o v e 1 0 0 0 p m o l l L .F o r D H E p T , C A M P , a n d HDDM, n o u p p e r l i m i t o f t h e i r r e v e r s i b i l i t yr a n g e w a s o b s e r v e d i n t h i s s t u d y . T h u s , t h e e f f e c t s o f t h e s em a t e r i a l s w e r e r e v e r s i b l e a t a l l t e s t e d c o n c e n t r a t i o n s .T h e e a r l i e s t m e a s u r e o f c y t o t o x i c e f f e c t s , t h e I D 1 5 , w a s t h e m o s tv a r i a b l e p a r a m e t e r ( F i g . 6 ) . T h e I D 1 0 v a l u e s w e r e n e a r l y t h e s a m ef o r DN A a n d p r o t e i n s y n t h e s i s f o r f i v e c o m p o n e n t s ( B i s - G M A ,T E G D M A , B G - B P A , E - B P A , a n d C A M P ) . I n o n l y o n e c a s e , UDMA,w a s t h e I D 1 0 f o r DN A s y n t h e s i s o n e o r d e r o f m a g n i t u d e l e s s t h a nt h a t f o r p r o t e i n s y n t h e s i s . C o n v e r s e l y , f o r t h e f i v e o t h e r c o m p o n e n t s( G M A , B P A , D H E p T , DMAEM, a n d H D D M ) , t h e I D 1 f o r p r o t e i ns y n t h e s i s w a s u p t o o n e o r d e r o f m a g n i t u d e l e s s t h a n t h a t f o r DN As y n t h e s i s . F i n a l l y , t h e I D 1 0 f o r t o t a l p r o t e i n w a s i n t h e s a m e o r d e r

1 4 5 2 H A N K S e t a l .



5/7

CYTOTOXIC E FF EC T S O F RESIN C O M PO N E N T S

HDDM

DMAEM

CAMP

DHEpTE - B P A

B G E - B P A

BPA

GMAPROT

TEGDMA L EUTD R

UDMA

B I S - G MA1 0 - 2 1 0 - 1 10 100 1 02 1 0 3

CO NC. ( g m o l L )F i g . 6 - C o m p a r i s o n o f I D 1 O v a l u e s f o r e a c h o f 1 1 r e s i n c o m p o n e n t s f o rDN A s y n t h e s i s ( T D R ) , p r o t e i n s y n t h e s i s ( L E U ) , a n d t o t a l p r o t e i n pe r w e l l( P R O T ) . E r r o r b a r s w e r e d e t e r m i n e d g r a p h i c a l l y f r o m c e l l - a c t i v i t y v s .

c o n c e n t r a t i o n curves a n d r e p r e s e n t on e s t a n d a r d error o f t h e m e a n , n = 6 .

a s , o r o n e o r d e r o f m a g n i t u d e g r e a t e r t h a n , t h a t f o r DN A s y n t h e s i sf o r a l l b ut t w o c o m p o n e n t s ( B i s - G M A a n d D H E p T ) .D i s c u s s i o n .

T h e v a l u e o f t h i s t y p e o f s t u d y i s t h a t t h e c y t o t o x i c i t i e s o f s o l u b l em a t e r i a l s c a n b e o b s e r v e d u n d e r i d e n t i c a l c o n d i t i o n s . T h e u s e o f ad i r e c t - c o n t a c t a s s a y g i v e s a b s o l u t e c e l l u l a r r e s p o n s e s t o a b s o l u t ec o n c e n t r a t i o n s , u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f t h e t e s t , r a t h e r t h a n r a n k -o r d e r d a t a ( H e n s t e n - P e t t e r s e n a n d H e l g e l a n d , 1 9 8 1 ) . T h i s i sc o n t r a r y t o d a t a d e r i v e d f r o m t e s t s s u c h a s a g a r o v e r l a y ( G u e s s e ta l . , 1 9 6 5 ) a n d M i l l i p o r e f i l t e r ( W e n n b e r g e t a l . , 1 9 7 9 ) a s s a y s , w h e r ea r b i t r a r y m a t e r i a l s w e r e u s e d t o p r o t e c t t h e t e s t c e l l s y s t e m f r o ma r t i f a c t s d u e t o c r u s h i n g b y t h e s a m p l e , b u t w h i c h a d d i t i o n a l l yf i l t e r e d t h e t e s t s a m p l e a n d d i l u t e d i t t o a n u n k n o w n c o n c e n t r a t i o n .T h e m e t h o d s u s e d i n t h e p r e s e n t s t u d y w e r e s i m i l a r t o t h e 5 1 C r -r e l e a s e a s s a y i n t h e d i r e c t m e a s u r e m e n t o f t h e e f f e c t s o f t h e s o l u b l ec o m p o n e n t s o f t h e t e s t s a m p l e . T h e d i f f e r e n c e i s t h a t t h e p r e s e n tm e t h o d s m e a s u r e d t h e e f f e c t s o n i n t r a c e l l u l a r m a c r o m o l e c u l a rs y n t h e t i c p r o c e s s e s , w h i c h a r e c y c l i n g e v e n t s i n l i v i n g c e l l s , w h i l e5 1 C r - r e l e a s e m e a s u r e s p e r m e a b i l i t y o f c e l l m e m b r a n e s , w h i c h i n -c r e a s e s a s t h e c e l l l o s e s i t s a b i l i t y t o m a i n t a i n a s e m i - p e r m e a b l eb a r r i e r , w h i c h i s o f t e n a t e r m i n a l e v e n t .T h e s e s t o c k c h e m i c a l c o m p o n e n t s a r e t h o s e u s e d b y c o m p a n i e sw h i c h f a b r i c a t e r e s i n c o m p o s i t e s f o r s a l e t o t h e d e n t a l i n d u s t r y . F o rt e s t p u r p o s e s , t h e s e c h e m i c a l s w e r e d i l u t e d a t l e a s t 1 : 1 0 0 0 , w h i c hf u r t h e r d i l u t e d a n y c o n t a m i n a n t s t o t r i v i a l l e v e l s . T h e r e i s n o d o u b tt h a t t h e r e d u c t i o n s i n DN A a n d p r o t e i n s y n t h e s i s o b s e r v e d w i t h

t h e s e c h e m i c a l s l e d t o c e l l d e a t h w h e n t h e c o n c e n t r a t i o n s w e r e h i g he n o u g h , b e c a u s e t h e c e l l s r o u n d e d u p , c a m e o f f t h e s u b s t r a t e , a n dh a d n o m e a s u r a b l e r e s p i r a t o r y a c t i v i t y . I n b a s i c t o x i c o l o g y , t h er e l a t i v e t o x i c i t i e s o f c h e m i c a l s a r e c o m p a r e d b y t h e r e l a t i v e a m o u n t so f t h e c h e m i c a l s p e r k g h u m a n o r a n i m a l b o d y w e i g h t w h i c h w i l l k i l lh a l f ( L D 5 0 ) t h e a n i m a l s t o w h i c h t h e y a r e a d m i n i s t e r e d ( G o s s e l i n e ta l . , 1 9 8 4 ; L u , 1 9 8 5 ) . T h u s , i f t h e L D 5 0 f o r a c h e m i c a l i s l e s s t h a n 5m g / k g , t h e n i t i s c o n s i d e r e d " s u p e r t o x i c " , a n d i f t h e L D 5 0 i s b e t w e e n5 a n d 1 5 g / k g , t h e n i t i s o n l y " s l i g h t l y t o x i c " . B e c a u s e w e h a v e n oc l i n i c a l d a t a a s t o h o w m u c h o f t h e s e c o m p o n e n t s a r e e x t r a c t e d p e rv o l u m e o f a q u e o u s s o l u t i o n s a n d t h e s u b s e q u e n t t o x i c i t y o f t h e s es o l u t i o n s , w e h a v e c h o s en a c o n c e p t s i m i l a r t o " d e g r e e s o f t o x i c i t y "b y n o t i n g t h e o r d e r s o f m a g n i t u d e o f c y t o t o x i c i t y f o r t h e s e 1 1c h e m i c a l s . We b e l i e v e t h a t t h i s s t r a t e g y w i l l i m p r o v e i n t e r - l a b o r a -t o r y r e p e a t a b i l i t y .T h e I D 5 0 v a l u e s ( F i g . 4 ) a r e d e r i v e d f r o m a c t i v i t y - c o n c e n t r a t i o ng r a p h s ( F i g s . 1 - 3 , i n s e t s ) , a n d a r e p r o b a b l y t h e m o s t u s e f u l o f t h ei n d i c a t o r s o f c y t o t o x i c i t y . T h e I D 5 0 v a l u e i s s o m e w h e r e i n t h e m i d -r a n g e b e t w e e n t h e e a r l i e s t s i g n o f c y t o t o x i c i t y ( I D 1 0 ) a n d t h e d o s e a tw h i c h t h e r e i s n o m e t a b o l i c a c t i v i t y ( c e l l d e a t h ) . I n t h e p r e s e n ts t u d y , f o r e a c h c o m p o n e n t , t h e I D 5 0 v a l u e s f o r DN A a n d p r o t e i ns y n t h e s i s a t 2 4 h w e r e s i m i l a r i n m a g n i t u d e , i n d i c a t i n g t h a t n e i t h e ro f t h e s e t w o p a r a m e t e r s w a s m o r e i n d i c a t i v e t h a n t h e o t h e r f o r t h ec y t o t o x i c e f f e c t s , u n d e r t h e p r e s e n t e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s . O n ec o m p o n e n t , e t h o x y l a t e d B i s - p h e n o l A d i m e t h a c r y l a t e , w a s c y t o t o x i ci n t h e 1 - 1 0 p m o l / L c o n c e n t r a t i o n r a n g e . M o s t f e l l w i t h i n t h e 1 0 - 1 0 0p m o l / L r a n g e , i n d i c a t i n g t h a t t h e y w e r e s l i g h t l y l e s s c y t o t o x i c .T h e s e i n c l u d e d t h e o l i g o m e r s a n d m o n o m e r s l i s t e d i n t h e T a b l e ,e x c e p t E - B P A . T h e s i m i l a r i t i e s i n I D 5 0 v a l u e s may b e r e l a t e d t o t h es t r u c t u r a l s i m i l a r i t y o f t h e s e c o m p o u n d s . T h e t w o a c c e l e r a t o r s( D H E p T a n d DMAEM) a n d t h e p h o t o - i n i t i a t o r , c a m p h o r o q u i n o n e ,w e r e e v e n l e s s c y t o t o x i c , i . e . , a b o v e 1 0 0 p m o l J L . N o s p e c i a l e f f o r t w a sm a d e t o i n t r o d u c e V l i g h t t o c u l t u r e s c o n t a i n i n g c a m p h o r o q u i n o n e .T h e I D 1 0 d o s e a t 2 4 h w a s e s t i m a t e d s i m i l a r l y t o t h a t o f t h e I D 5 0d o s e . T h i s d o s e w a s u s e d t o q u a n t i f y t h e l o w e s t c o n c e n t r a t i o n a tw h i c h c y t o t o x i c i t y w a s m a n i f e s t e d . A g a i n , t h e r e w a s a g r e a t d e a l o fs i m i l a r i t y b e t w e e n t h e I D l o v a l u e s o f e a c h c o m p o n e n t f o r DN A a n dp r o t e i n s y n t h e s i s . T h e I D 1 0 f o r DN A s y n t h e s i s , p r o t e i n s y n t h e s i s ,a n d t o t a l p r o t e i n v a r i e d n o m o r e t h a n o n e o r d e r o f m a g n i t u d e f o r a l lc o m p o n e n t s e x c e p t DMAEM. T h e I D 1 0 v a l u e s f o r UDMA, TEGDMA,a n d E - B P A w e r e m u c h l e s s t h a n t h e I D 5 0 v a l u e s . F o r t h e s e c o m p o -n e n t s , t h e c y t o t o x i c e f f e c t s w o u l d b e e x p e c t e d t o b e m u c h m o r eg r a d e d t h a n i f t h e t w o v a l u e s w e r e c l o s e r t o g e t h e r . T h i s may i m p l yt h e p o s s i b i l i t y o f c h r o n i c t o x i c i t y , w h i c h w o u l d r e d u c e m e t a b o l i cf u n c t i o n a n d m a k e t h e c e l l s o r t i s s u e m o r e v u l n e r a b l e t o i n s u l t s f r o mo t h e r s o u r c e s .J u s t a s i t w a s i m p o s s i b l e t o d e t e r m i n e t h e e x a c t c o n c e n t r a t i o n a tw h i c h c y t o t o x i c e f f e c t s w e r e i n i t i a t e d , t h e c o n c e n t r a t i o n w h i c h w a sa s s o c i a t e d w i t h c e l l d e a t h w a s a l s o e l u s i v e . C e l l d e a t h i s b o t hc o n c e n t r a t i o n - a n d t i m e - d e p e n d e n t f o r a n y c h e m i c a l . T h e r e f o r e , w ec h o s e t o i n d i c a t e t h e r a n g e o f c o n c e n t r a t i o n s b e t w e e n w h i c h c e l l s d i dn o t r e c o v e r t h e i r DN A o r p r o t e i n s y n t h e t i c a c t i v i t y w h e n n e wc o m p l e t e m e d i u m w a s i n t r o d u c e d f r o m 2 4 t o 4 8 h o f i n c u b a t i o n , a n dc a l l e d i t t h e " r a n g e o f i r r e v e r s i b i l i t y " . A g a i n , t h e r e w a s n o d i f f e r e n c ei n t h e d e g r e e s o f m a g n i t u d e f o r DN A s y n t h e s i s , p r o t e i n s y n t h e s i s ,o r t o t a l p r o t e i n p e r w e l l f o r a n y o n e c o m p o n e n t . A l l b u t t h r e ec o m p o n e n t s h a d d e f i n a b l e r a n g e s . F o r D H E p T , C A M P , a n d HDDM,t h e l o w e r l i m i t o f t h e r a n g e c o u l d b e m e a s u r e d , b u t t h e u p p e r l i m i tw a s n o t d e t e c t e d ( F i g . 5 ) .Two r e c e n t s t u d i e s i n d i c a t e t h a t c o m p o n e n t s o f r e s i n c o m p o s i t e sh a v e e f f e c t s o n b i o l o g i c a l m e m b r a n e s . T e r a k a d o e t a l . ( 1 9 8 4 ) h a v es h o w n t h a t b e n z o y l p e r o x i d e , a c a t a l y s t f o r r e s i n c o m p o s i t e s , wasc a p a b l e o f c o n v e r t i n g p o l y u n s a t u r a t e d f a t t y a c i d s a n d p h o s p h o l i p -i d s t o p e r o x i d e s , e s p e c i a l l y i n t h e p r e s e n c e o f l o w c o n c e n t r a t i o n s o fC u 2 + , F e 2 + , a n d F e 3 + . T h i s s u g g e s t e d a m e c h a n i s m o f a c t i o n b y an u m b e r o f c o m p o s i t e c o m p o n e n t s o n l i p i d l a y e r s o f c e l l m e m b r a n e s .T h o s e c o m p o n e n t s c a p a b l e o f c a u s i n g p e r o x i d e f o r m a t i o n o f l i p i d s

V o l . 7 0 N o . 1 1 1 4 5 3



6/7

J D e n t R e s N o v e m b e r 1 9 9 1

T A B L ECOMPONENTS OF R E S I N S , THEIR A B B R E V I A T I O N S , MO L EC U L A R W E I G H T S , A N D L OT N U M B E R S

M a t e r i a l A b b r e v i a t i o n M o l e c . W t . U s e L o t N o .B i s G l y c i d y l E t h e r o f B i s P h e n o l A BGE-BPA 3 4 0 . 4 5 P r e c u r s o r 8 2 5B i s G l y c i d y l M e t h a c r y l a t e B i s - G M A 5 1 2 . 6 5 M a j o r o l i g o m e r 3 3 4 - 2 7B i s P h e n o l A B PA 2 2 8 . 3 1 P r e c u r s o r 2 1 5C a m p h o r o q u i n o n e C A M P 1 6 6 . 2 4 P h o t o - a b s o r b e r 3 1 1 1 A JE t h o x y l a t e d B i s P h e n o l A D i m e t h a c r y l a t e E - B P A 4 5 2 . 5 9 P r e c u r s o r P B - 1 7 7 4G l y c i d y l M e t h a c r y l a t e GM A 1 4 2 . 1 7 P r e c u r s o r 2 7 4 - 1 61 , 6 - H e x a n e d i o l D i m e t h a c r y l a t e HDDM 2 8 6 . 3 6 M o n o m e r 8 8 7 - 3 1 5 - 2N , N D i h y d r o x y e t h y l - p - t o l u i d i n e DHEpT 4 2 0 . 5 9 A c c e l e r a t o r 3 5 9 - 1 6 - 9N , N D i m e t h y l a m i n o e t h y l M e t h a c r y l a t e D M A E M 3 5 2 . 1 0 A c c e l e r a t o r * 7 1 9 1 9T r i E t h y l e n e G l y c o l D i m e t h a c r y l a t e TEGDMA 2 8 6 . 3 6 D i l u e n t o l i g o m e r 3 3 4 - 2U r e t h a n e D i m e t h a c r y l a t e U D M A 4 9 8 . 6 9 M a j o r o l i g o m e r 3 2 6 - 2 8* K o c h - L i g h t L a b o r a t o r i e s , C o l n b r o o k B u c k , E n g l a n d .A l l o t h e r c h e m i c a l s w e r e s u p p l i e d b y E s s c h e m, E s s i n g t o n , P A .w e r e : b e n z o y l p e r o x i d e , m e t h y l m e t h a c r y l a t e , e t h y l e n e g l y c o ld i m e t h a c r y l a t e , TEGDMA, B i s - g l y c i d y l m e t h a c r y l a t e , a n d 2 , 2 - b i s -4 - m e t h a c r y l o x y e t h o x y p h e n y l p r o p a n e . A d d i t i o n a l l y , e t h a n o l w a sc a p a b l e o f f o r m i n g p e r o x i d e s o f l i p i d s . T h e s e c o n d s t u d y , b yF u j i s a w a e t a l . ( 1 9 8 8 ) , r e p o r t e d t h a t TEGDMA b i n d s t o l i p o s o m e s .T h e y h y p o t h e s i z e d t h a t o d o n t o b l a s t p r o c e s s e s i n d e n t i n a l t u b u l e sa r e d a m a g e d b y t h i s b i n d i n g t o t h e c e l l l i p i d b i l a y e r . I f t h e a c t i o n so f t h e s e c h e m i c a l s a r e p r i m a r i l y o n t h e c e l l m e m b r a n e , t h i s w o u l dl e a d t o i n c r e a s e d p e r m e a b i l i t y o f t h e c e l l m e m b r a n e a n d e x p o s u r e o fi n t e r n a l p l a s m a m e m b r a n e s t o e v e n m o r e o f t h e s e c h e m i c a l s . T h es u b s e q u e n t s w e l l i n g o f t h e c e l l d u e t o p e r m e a b i l i t y a n d t h e a c t i o n o ff r e e r a d i c a l s , i n c l u d i n g t h e l i p i d h y d r o p e r o x i d e s , o n c e l l u l a r DN Aa n d p r o t e i n , i n c l u d i n g e n z y m e s , w o u l d i n h i b i t t h e s y n t h e t i c p r o -c e s s e s ( C o t r a n e t a l . , 1 9 8 9 ) . I n t h e p r e s e n t s t u d y , t h e g r a d u a li n h i b i t i o n o f e n z y m a t i c p r o c e s s e s s u g g e s t s t h a t DN A a n d p r o t e i ns y n t h e t i c p r o c e s s e s w e r e a f f e c t e d b y a p a r t i c u l a r r e s i n c o m p o n e n t t oa b o u t t h e s a m e e x t e n t .When s p e c t r a o f v i s i b l e l i g h t w e r e r u n t h r o u g h s t o c k s o l u t i o n sa n d d i l u t i o n s o f s t o c k s o l u t i o n s i n w a t e r , i t w a s v e r i f i e d t h a t a l l s t o c kp r e p a r a t i o n s , e x c e p t E - B P A , w e n t i n t o s o l u t i o n . T h i s s t o c k s u s p e n -s i o n , 0 . 3 m o l / L E - B P A i n D M S O , s h o w e d s l i g h t t u r b i d i t y , i n d i c a t i n gt h a t n o t a l l o f i t w a s d i s s o l v e d . H o w e v e r , s u b s e q u e n t d i l u t i o n s o ft h i s s u s p e n s i o n w e r e s o l u b l e . I t i s n o t k n o w n h o w t h e c e l l e x p e r i -e n c e s c o l l o i d a l o r p a r t i c u l a t e m a t e r i a l s , i . e . , i f a f t e r i n t e r n a l i z a t i o nt h e c e l l m u s t s o l u b i l i z e p a r t i c u l a t e s f o r t h e m t o h a v e a n e f f e c t , o r i fi n e n d o c y t o t i c v e s i c l e s t h e m a t e r i a l h a s l e s s o f a n e f f e c t .L e a c h i n g f r o m r e s i n c o m p o s i t e s may o c c u r a t t w o p o i n t s i n t i m e :d u r i n g t h e s e t t i n g p e r i o d o f t h e r e s i n , a n d l a t e r w h e n t h e r e s i n i sd e g r a d e d . L e a c h i n g d u r i n g t h e f i r s t p r o c e s s i s r e l a t e d t o t h e d e g r e eo f c o n v e r s i o n o r t h e c h a i n i n g o f t h e o l i g o m e r i n t o a p o l y m e r ( R u y t e ra n d 0 y s a e d , 1 9 8 7 ; R u e g g e b e r g a n d C r a i g , 1 9 8 8 ; F e r r a c a n e a n dC o n d o n , 1 9 9 0 ) . F u t u r e r e s e a r c h s h o u l d a d d r e s s h o w m u c h o f e a c ho f t h e c o m p o n e n t s l e a c h a n d w h a t t h i s r e p r e s e n t s i n t e r m s o f p g / m Lc o n c e n t r a t i o n i n t h e m i c r o e n v i r o n m e n t o f t h e c e l l . A f t e r p o l y m e r -i z a t i o n , h y d r o l y t i c d e g r a d a t i o n o v e r a l o n g e r p e r i o d o f t i m e i s a l s oc a p a b l e o f r e l e a s i n g r e s i n m a t e r i a l . T i s s u e , b a c t e r i a l , a n d s a l i v a r ye s t e r a s e s a r e c a p a b l e o f h y d r o l y z i n g s i g n i f i c a n t p e r c e n t a g e s f r o mt h e s e p o l y m e r s ( 0 y s a e d a n d R u y t e r , 1 9 8 6 ; F r e u n d a n d M u n k s g a a r d ,1 9 9 0 ) .

REFERENCESBAUME, L . J . a n d F I O R E - D O N N O , G . ( 1 9 6 8 ) : R e s p o n s e o f t h e Human P u l pt o a New R e s t o r a t i v e M a t e r i a l , JA m D e n t A s s o c 7 6 : 1 0 1 6 - 1 0 2 2 .BERGENHOLTZ, G . ; C O X , C . F . ; L O E S C H E , W . J . ; a n d S Y E D , S . A . ( 1 9 8 2 ) :B a c t e r i a l L e a k a g e A r o u n d D e n t a l R e s t o r a t i o n s : I t s E f f e c t o n t h e D e n t a lP u l p , J O r a l P a t h o l 1 1 : 4 3 9 - 4 5 0 .B L O C K , W . W . ; A U S T I N , J . C . ; C L E A T O N - J O N E S , P . E . ; W I L T O N - C O X , H . ;a n d F A T T I , L . P . ( 1 9 7 7 ) : P u l p a l R e s p o n s e t o a New V i s i b l e L i g h t - c u r e dC o m p o s i t e R e s t o r a t i v e M a t e r i a l : F o t o f i l , J O r a l P a t h o l 6 : 2 7 8 - 2 8 7 .BRANNSTROM, M . a n d NYBORG, H . ( 1 9 7 2 ) : P u l p a l R e a c t i o n t o C o m p o s i t e

R e s i n R e s t o r a t i o n s , J P r o s t h e t D e n t 2 7 : 1 8 1 - 1 8 9 .C O T R A N , R . S . ; KUMAR, V . ; a n d R O B B I N S , S . L . ( 1 9 8 9 ) : P a t h o l o g i c B a s i so f D i s e a s e , P h i l a d e l p h i a : W . B . S a u n d e r s C o . , p p . 1 - 3 8 .C O X , C . F . ; K E A L L , C . L . ; K E A L L , H . J . ; O S T R O , E . ; a n d B E R G E N H O L T Z ,G . ( 1 9 8 7 ) : B i o c o m p a t i b i l i t y o f S u r f a c e - s e a l e d D e n t a l M a t e r i a l s a g a i n s tE x p o s e d P u l p s , J P r o s t h e t D e n t 5 7 : 1 - 8 .D A R N E L L , J . ; L O D I S H , H . ; a n d B A L T I M O R E , D . ( 1 9 8 6 ) : M o l e c u l a r C e l lB i o l o g y , New Y o r k : W . H . F r e e m a n a n d C o m p a n y , p p . 1 0 5 - 1 2 9 .F E R R A C A N E , J . L . a n d C O N D O N , J . R . ( 1 9 9 0 ) : R a t e o f E l u t i o n o f L e a c h a b l eC o m p o n e n t s f r o m C o m p o s i t e , D e n t M a t e r 6 : 2 8 2 - 2 8 7 .FREUND, M . a n d MUNKSGAARD, E . C . ( 1 9 9 0 ) : E n z y m a t i c D e g r a d a t i o n o fB i s - G M A / T E G D M A P o l y m e r s C a u s i n g D e c r e a s e d M i c r o h a r d n e s s a n dG r e a t e r W e a r i n v i t r o , S c a n d J D e n t R e s 9 8 : 3 5 1 - 3 5 5 .F U J I S A W A , S . ; KADOMA, Y . ; a n d KOMODA, Y . ( 1 9 8 8 ) : ' H a n d 1 3 C N M RS t u d i e s o f t h e I n t e r a c t i o n o f E u g e n o l , P h e n o l a n d T r i e t h y l e n e g l y c o lD i m e t h a c r y l a t e w i t h P h o s p h o l i p i d L i p o s o m e s a s a M o d e l S y s t e m f o rO d o n t o b l a s t M e m b r a n e s , J D e n t R e s 6 7 : 1 4 3 8 - 1 4 4 1 .G O S S E L I N , R . E . ; S M I T H , R . P . ; a n d HODGE, H . C . ( 1 9 8 4 ) : C l i n i c a lT o x i c o l o g y o f C o m m e r c i a l P r o d u c t s , 5 t h e d . , B a l t i m o r e : W i l l i a m sa n d W i l k i n s , p . I - 2 .G U E S S , W . L . ; R O S E N B L U T H , S . A . ; S C H M I D T , B . ; a n d A U T I A N , J .( 1 9 6 5 ) : A g a r D i f f u s i o n M e t h o d f o r T o x i c i t y S c r e e n i n g o f P l a s t i c s o nC u l t u r e d C e l l M o n o l a y e r s , JPharm S c i 5 4 : 1 5 4 5 - 1 5 4 7 .H A N K S , C . T . ; C R A I G , R . G . ; D I E H L , M . L . ; a n d P A S H L E Y , D . H . ( 1 9 8 8 ) :C y t o t o x i c i t y o f D e n t a l C o m p o s i t e s a n d O t h e r M a t e r i a l s i n a New i n v i t r oD e v i c e , J O r a l P a t h o l 1 7 : 3 9 6 - 4 0 3 .H E N S T E N - P E T T E R S E N , A . a n d HELGELAND, K . ( 1 9 8 1 ) : S e n s i t i v i t y o f

1 4 5 4 HANJKS e t a l .



7/7

V o l . 7 0 N o . 1 1 CYTOTOXIC EFFECTS O 1D i f f e r e n t Human C e l l L i n e s i n t h e B i o l o g i c E v a l u a t i o n o f D e n t a l R e s i n -b a s e d R e s t o r a t i v e M a t e r i a l s , S c a n d J D e n t R e s 8 9 : 1 0 2 - 1 0 7 .

L U , F . C . ( 1 9 8 5 ) : B a s i c T o x i c o l o g y : F u n d a m e n t a l s , T a r g e t O r g a n s , a n dR i s k A s s e s s m e n t , Ne w Y o r k : H e m i s p h e r e P u b . , p . 1 0 4 .

N A S J L E T I , C . E . ; C A S T E L L I , W . A . ; a n d C A F F E S S E , R . G . ( 1 9 8 3 ) : E f f e c t s o fC o m p o s i t e R e s t o r a t i o n s on t h e P e r i o d o n t a l M e m b r a n e o f M o n k e y s , JD e n t R e s 6 2 : 7 5 - 7 8 .0 Y S A E D , H . a n d R U Y T E R , I . E . ( 1 9 8 6 ) : W a t e r S o r p t i o n a n d F i l l e r C h a r a c -t e r i s t i c s o f C o m p o s i t e s f o r U s e i n P o s t e r i o r C o m p o s i t e s , J D e n t R e s6 5 : 1 3 1 5 - 1 3 1 8 .RATHBUN, M . A . ; C R A I G , R . G . ; HANKS, C . T . ; a n d F I L I S K O , F . E . ( 1 9 9 1 ) :C y t o t o x i c i t y o f a b i s - G M A D e n t a l C o m p o s i t e b e f o r e a n d a f t e r L e a c h i n gi n O r g a n i c S o l v e n t s , J B i o m e d M a t e r R e s 2 5 : 4 4 3 - 4 5 7 .RUEGGEBERG, F . A . a n d C R A I G , R . G . ( 1 9 8 8 ) : C o r r e l a t i o n o f P a r a m e t e r sU s e d t o E s t i m a t e M o n o m e r C o n v e r s i o n i n a L i g h t C u r e d C o m p o s i t e , JD e n t R e s 6 7 : 9 3 2 - 9 3 7 .R U Y T E R , I . E . a n d 0 Y S A E D , H . ( 1 9 8 7 ) : C o m p o s i t e s f o r U s e i n P o s t e r i o rT e e t h : C o m p o s i t i o n a n d C o n v e r s i o n , J B i o m e d M a t e r R e s 2 1 : 1 1 - 2 3 .S T A N L E Y , H . R . ; BOWEN, R . L . ; a n d F O L I O , J . ( 1 9 7 9 ) : C o m p a t i b i l i t y o f

7 RESIN C O M PO N E N T S 1 4 5 5V a r i o u s M a t e r i a l s w i t h O r a l T i s s u e s . I I . R e s p o n s e s t o C o m p o s i t eI n g r e d i e n t s , J D e n t R e s 5 8 : 1 5 0 7 - 1 5 1 7 .S T A N L E Y , H . R . ; G O I N G , R . E . ; a n d CHAUNCEY, H . H . ( 1 9 7 5 ) : HumanP u l p R e s p o n s e t o A c i d P r e t r e a t m en t o f D e n t i n a n d t o C o m p o s i t e R e s t o -r a t i o n , JA m D e n t A s s o c 9 1 : 8 1 7 - 8 2 5 .S T A N L E Y , H . R . ; SWERDLOW, H . ; a n d BUONOCORE, M . G . ( 1 9 6 7 ) : P u l pR e a c t i o n s t o A n t e r i o r R e s t o r a t i v e M a t e r i a l s , JA m D e n t A s s o c 7 5 : 1 3 2 -1 4 1 .TERAKADO, M . ; YAMAZAKI, M . ; T S U J I M O T O , Y . ; KAWASHIMA, T . ;NAGASHIMA, K . ; OGAWA, J . ; F U J I T A , Y . ; S U G I Y A , H . ; S A K A I , T . ;a n d FURUYAMA, S . ( 1 9 8 4 ) : L i p i d P e r o x i d a t i o n a s a P o s s i b l e C a u s e o fB e n z o y l P e r o x i d e T o x i c i t y i n R a b b i t D e nt a l P u l p - a M i c r o s o m a l L i p i dP e r o x i d a t i o n i n v i t r o , J D e n t R e s 6 3 : 9 0 1 - 9 0 5 .T O B I A S , M . ; C A T A L D O , E . ; S H I E R E , F . R . ; a n d C L A R K , R . E . ( 1 9 7 3 ) : P u l pR e a c t i o n t o a R e s i n - b o n d e d Q u a r t z C o m p o s i t e M a t e r i a l , J D e n t R e s5 2 : 1 2 8 1 - 1 2 8 6 .WENNBERG, A . ; HASSELGREN, G . ; a n d TRONSTAD, L . ( 1 9 7 9 ) : AM e t h o d o f T o x i c i t y S c r e e n i n g o f B i o m a t e r i a l s u s i n g C e l l s C u lt u re d o nM i l l i p o r e F i l t e r s , J B i o m e d M a t e r R e s 1 3 : 1 0 9 - 1 2 0 .


1991 Cytotoxic Effects of Resin Components on Cultured Mammalian Fibroblasts

Documents

Transcript of 1991 Cytotoxic Effects of Resin Components on Cultured Mammalian Fibroblasts