Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. (Czech Dental Journal) 2025; 125(1): 5-11 | DOI: 10.51479/cspzl.2025.001

ENDOGENNĚ PRODUKOVANÁ CHEMILUMINISCENCE VNITŘNÍCH A POVRCHOVÝCH STRUKTUR ZUBU: PILOTNÍ STUDIE

Beneš P.1, 2, Poplová M.3, Jirásek P1, 2, Havelka D.3, Cifra M.3, Vacek J.4
1 Klinika zubního lékařství, Lékařská fakulta Univerzity Palackého v Olomouci
2 Klinika zubního lékařství, Fakultní nemocnice Olomouc
3 Výzkumný tým Bioelektrodynamika, Ústav fotoniky a elektroniky, Akademie věd ČR, v. v. i., Praha
4 Ústav lékařské chemie a biochemie, Lékařská fakulta Univerzity Palackého v Olomouci

Úvod: V důsledku metabolických dějů dochází v živých strukturách k endogenní produkci chemiluminiscence, kterou také označujeme jako biologickou autochemiluminiscenci (BAL). Generování BAL je úzce spojeno s oxidačními procesy, tvorbou volných radikálů a obecně oxidačně-redukční homeostázou zkoumaného biologického materiálu. BAL byla již dříve studována v savčích buněčných modelech a tkáních. Doposud ovšem nebyl tento jev popsán v případě struktur zubní tkáně. Kromě endogenně generované BAL lze BAL indukovat i exogenně, a to jak fyzikálními (UV záření, mechanické poškození, teplo), tak i chemickými (oxidační činidla, např. H2O2) a biotickými (patogeny) faktory.

Metodika: V předložené práci byla zkoumána endogenně produkovaná i exogenně indukovaná BAL v povrchových a vnitřních strukturách semiretinovaných a retinovaných třetích molárů, které byly indikovány k extrakci zubním lékařem pro jejich nevhodné uložení v čelisti u dvou pacientů (žena, 21 let, muž, 22 let). Detekce BAL byla provedena po mechanickém odstranění zubního plaku rotačním kartáčkem. Pomocí piezoelektrické pily byly připraveny podélné řezy vedené tak, aby došlo k odhalení všech vnitřních částí zubu. Takto připravené vzorky – celého vnitřního řezu a vnější části celého zubu – byly podrobeny detekci BAL ve světlotěsné komoře za použití fotonásobičového modulu. Následně byly vzorky ošetřeny roztokem oxidačního činidla 3% H2O2 a redukčního činidla 10 mM TCEP (tris(karboxyethyl)fosfin).

Výsledky: U obou vzorků zubu bylo prokázáno, že produkují BAL. Produkce endogenní chemiluminiscence byla pozorována ve vnitřních strukturách zubu (18 600 pulzů/600 s), která byla přibližně 2,7krát vyšší než BAL detekovaná na povrchových strukturách zubu (6 900 pulzů/600 s). Po ošetření H2O2 došlo k významnému (až 14násobnému) nárůstu BAL pro vnitřní struktury zubu ve srovnání s bazální intenzitou endogenně produkované BAL. Aplikace TCEP (negativní kontrola) vedla k mírnému potlačení produkce BAL.

Závěr: Výsledky této pilotní studie ukazují, že BAL může být produkována nejenom měkkými tkáněmi, ale i tvrdou zubní tkání. Získané výsledky by mohly být využity k výzkumu metabolické aktivity a reaktivity vnitřních i vnějších částí zubu, a to především v kontextu výzkumu oxidačně-redukční homeostázy. Detekce BAL by také mohla být aplikována pro vývoj nových zobrazovacích technik.

Klíčová slova: biologická autochemiluminescence, struktury zubu, oxidační stres

ENDOGENOUSLY PRODUCED CHEMILUMINESCENCE OF INNER AND OUTER TOOTH STRUCTURES: A PILOT STUDY

Introduction: As a result of metabolic processes, the endogenous production of chemiluminescence occurs in living biological structures, which we also refer to as biological autochemiluminescence (BAL). The generation of BAL is closely connected with oxidation processes, the formation of free radicals, and in general the redox homeostasis of the investigated biological material. BAL has previously been studied in mammalian cells and tissues. So far, however, this phenomenon has not been described in dental tissue structures. In addition to endogenously generated BAL, BAL can be exogenously induced by physical (UV radiation, mechanical damage, heat), chemical (oxidizing agents, e.g. H2O2) or biotic (pathogens) factors.

Methods: Endogenously and exogenously induced BAL were investigated on the surface and internal structures of semi-impacted and impacted third molars, which were indicated for extraction by a dentist due to their inappropriate placement in the jaw in two patients (a 21-year-old woman and a 22-year-old man). BAL detection was performed with samples after dental plaque was mechanically removed with a rotating brush. Using a piezosurgery unit with a saw headpiece, longitudinal sections were made to reveal all internal parts of the tooth. The samples prepared in this way – the entire internal section and the external part of the entire tooth – were subjected to BAL detection in a dark chamber using H7360-01 PMT photomultiplier. Subsequently, the samples were treated with a solution of the oxidizing agent 3% H2O2 or the reducing agent 10 mM TCEP (tris(carboxyethyl)phosphine).

Results: Both tooth samples were shown to produce BAL. Endogenous chemiluminescence production was observed in the internal structures of the tooth (18,600 counts/600 s), which was 2.7-fold higher than the BAL detected on the tooth outer surfaces (6,900 counts/600 s). After H2O2 treatment, there was a significant (up to 14-fold) increase in BAL for internal tooth structures compared to the basal intensity of endogenously produced BAL. The application of TCEP (negative control) resulted in a residual suppression of BAL production.

Conclusion: The results of this pilot study show that BAL can be produced not only by soft tissues but also by hard dental tissue. The obtained results could be used for further research of the metabolic activity and reactivity of the inner and outer parts of the tooth, especially in the context of redox biology research. BAL detection could also be applied in the development of new imaging techniques.

Keywords: biological autochemiluminescence, tooth structures, oxidative stress

Vloženo: 24. říjen 2024; Revidováno: 6. leden 2025; Přijato: 9. leden 2025; Zveřejněno online: 27. únor 2025; Zveřejněno: 10. březen 2025  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Beneš P, Poplová M, Jirásek P, Havelka D, Cifra M, Vacek J. ENDOGENNĚ PRODUKOVANÁ CHEMILUMINISCENCE VNITŘNÍCH A POVRCHOVÝCH STRUKTUR ZUBU: PILOTNÍ STUDIE. Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. 2025;125(1):5-11. doi: 10.51479/cspzl.2025.001.
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek

    Reference

    1. Vahalová P, Cifra M. Biological autoluminescence as a perturbance-free method for monitoring oxidation in biosystems. Prog Biophys Mol Biol. 2023; 177: 80-108. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2022.10.009 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    2. Cifra M, Pospíšil P. Ultra-weak photon emission from biological samples: Definition, mechanisms, properties, detection and applications. J Photochem Photobiol B. 2014; 139: 2-10. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.02.009 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    3. Pospíšil P, Prasad A, Rác M. Mechanism of the formation of electronically excited species by oxidative metabolic processes: role of reactive oxygen species. Biomolecules. 2019; 9(7): 258. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/biom9070258 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    4. Volodyaev I, van Wijk E, Cifra M, Vladimirov YA. Ultra-weak photon emission from biological systems: endogenous biophotonics and intrinsic bioluminescence. Springer International Publishing. 2023: 1-521. Dostupné z: https://doi.org/10.1007/978-3-031-39078-4 Přejít k původnímu zdroji...
    5. Tzani MA, Gioftsidou DK, Kallitsakis MG, Pliatsios NV, Kalogiouri NP, Angaridis PA, et al. Direct and indirect chemiluminescence: reactions, mechanisms and challenges. Molecules. 2021; 26(24): 7664. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/molecules26247664 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    6. Poplová M, Prasad A, Van Wijk E, Pospíšil P, Cifra M. biological auto(chemi)luminescence imaging of oxidative processes in human skin. Anal Chem. 2023; 95(40): 14853-14860. Dostupné z: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01566 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    7. Vacek J, Beneš P, Jusku A, Dostál Z, Zatloukalová M, Jirásek P. Elektrofilicita ve vztahu k homeostáze dutiny ústní a teorii hormeze: biochemický pohled. Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. 2024; 124(3): 69-74. Dostupné z: https://doi.org/10.51479/cspzl.2024.002 Přejít k původnímu zdroji...
    8. Meyerstein D. What are the oxidizing intermediates in the fenton and fenton-like reactions? A perspective. Antioxidants. 2022; 11(7): 1368. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/antiox11071368 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    9. Xu G, Chance MR. Hydroxyl radical-mediated modification of proteins as probes for structural proteomics. Chem Rev. 2007; 107(8): 3514-3543. Dostupné z: https://doi.org/10.1021/cr0682047 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    10. Buettner GR, Jurkiewicz BA. Catalytic metals, ascorbate and free radicals: combinations to avoid. Radiat Res. 1996; 145(5): 532-541. Dostupné z: https://doi.org/10.2307/3579271 Přejít k původnímu zdroji...
    11. Calcerrada M, Garcia-Ruiz C. Human ultraweak photon emission: key analytical aspects, results and future trends - A review. Crit Rev Anal Chem. 2019; 49(4): 368-381. Dostupné z: https://doi.org/10.1080/10408347.2018.1534199 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    12. Nakamura K, Hiramatsu M. Ultra-weak photon emission from human hand: influence of temperature and oxygen concentration on emission. J Photochem Photobiol B. 2005; 80(2): 156-160. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2005.02.005 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    13. Wijk EP, Wijk RV. Multi-site recording and spectral analysis of spontaneous photon emission from human body. Forsch Komplementarmed Klass Naturheilkd. 2005; 12(2): 96-106. Dostupné z: https://doi.org/10.1159/000083935 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    14. Van Wijk R, Kobayashi M, Van Wijk EP. Anatomic characterization of human ultra-weak photon emission with a moveable photomultiplier and CCD imaging. J Photochem Photobiol B. 2006; 83(1): 69-76. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2005.12.005 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    15. Cifra M, Van Wijk E, Koch H, Bosman S, Van Wijk R. Spontaneous ultra-weak photon emission from human hands is time dependent. Radioengineering. 2007; 16(2): 15-19. Přejít k původnímu zdroji...
    16. Kobayashi M, Kikuchi D, Okamura H. Imaging of ultraweak spontaneous photon emission from human body displaying diurnal rhythm. PLoS One. 2009; 4(7): e6256. Dostupné z: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0006256 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    17. Jung HH, Yang JM, Woo WM, Choi C, Yang JS, Soh KS. Year-long biophoton measurements: normalized frequency count analysis and seasonal dependency. J Photochem Photobiol B. 2005; 78(2): 149-154. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2004.08.002 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    18. Zhao X, van Wijk E, Yan Y, van Wijk R, Yang H, Zhang Y, et al. Ultra-weak photon emission of hands in aging prediction. J Photochem Photobiol B. 2016; 162: 529-534. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2016.07.030 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    19. Laager F, Park SH, Yang JM, Song W, Soh KS. Effects of exercises on biophoton emission of the wrist. Eur J Appl Physiol. 2008; 102(4): 463-469. Dostupné z: https://doi.org/10.1007/s00421-007-0607-4 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    20. Jung HH, Woo WM, Yang JM, Choi C, Lee J, Yoon G, et al. Left-right asymmetry of biophoton emission from hemiparesis patients. Indian J Exp Biol. 2003; 41(5): 452-456.
    21. Yang M, Pang J, Liu J, Liu Y, Fan H, Han J. Spectral discrimination between healthy people and cold patients using spontaneous photon emission. Biomed Opt Express. 2015; 6(4): 1331-1339. Dostupné z: https://doi.org/10.1364/boe.6.001331 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    22. Sun M, Van Wijk E, Koval S, Van Wijk R, He M, Wang M, et al. Measuring ultra-weak photon emission as a non-invasive diagnostic tool for detecting early-stage type 2 diabetes: A step toward personalized medicine. J Photochem Photobiol B. 2017; 166: 86-93. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2016.11.013 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    23. Vacek J, Zatloukalova M, Kabelac M. Redox biology and electrochemistry. Towards evaluation of bioactive electron donors and acceptors. Curr Opin Electrochem. 2022; 36: 101142. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.coelec.2022.101142 Přejít k původnímu zdroji...
    24. Burns JA, Butler JC, Moran J, Whitesides GM. Selective reduction of disulfides by tris(2-carboxyethyl)phosphine. J Org Chem. 1991; 56(8): 2648-2650. Dostupné z: https://doi.org/10.1021/jo00008a014 Přejít k původnímu zdroji...
    25. Kizek R, Vacek J, Trnková L, Jelen F. Cyclic voltammetric study of the redox system of glutathione using the disulfide bond reductant tris(2-carboxyethyl)phosphine. Bioelectrochemistry. 2004; 63: 19-24. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2003.12.001 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    26. Dolinská S, Tomečková V. Biochemické zloženie zubov a vplyv rôznych chemických prvkov na ich štruktúru. Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. 2017; 117 :13-23. Přejít k původnímu zdroji...
    27. Kwack KH, Lee HW. Clinical potential of dental pulp stem cells in pulp regeneration: Current endodontic progress and future perspectives. Front Cell Dev Biol. 2022; 10: 857066. Dostupné z: https://doi.org/10.3389/fcell.2022.857066 Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...

    Tento článek je publikován v režimu tzv. otevřeného přístupu k vědeckým informacím (Open Access), který je distribuován pod licencí Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0), která umožňuje nekomerční distribuci, reprodukci a změny, pokud je původní dílo řádně ocitováno. Není povolena distribuce, reprodukce nebo změna, která není v souladu s podmínkami této licence.


    Zpět na obsah