Osteoblast cytocompatibility and antibacterial effect of ginger main compounds

Regina Guadalupe Arbizú-Trigueros; Young-Seon Baek; Seo-Young Kim; Yu-Kyoung Kim; Yong-Seok Jang; Tae-Hwan Kim; Tae-Sung Bae; Min-Ho Lee

doi:10.14815/kjdm.2021.48.3.159

주제분류

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저널정보

대한치과재료학회
대한치과재료학회지 학술저널
대한치과재료학회지 제48권 제3호(통권 제131호)
2021.9 159 - 174 (16page)
DOI : 10.14815/kjdm.2021.48.3.159

저자정보

Regina Guadalupe Arbizú-Trigueros (Jeonbuk National University)
Young-Seon Baek (Jeonbuk National University)
Seo-Young Kim (Jeonbuk National University)
Yu-Kyoung Kim (Jeonbuk National University)
Yong-Seok Jang (Jeonbuk National University)

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생강은 전 세계적으로 매운 음식과 전통 의학에서 사용되어지고 있다. 생강 내 페놀 화합물인 진저롤과 쇼가올은 세포 활성과 항균 효과를 가지고 있다고 알려져 있다. 본 연구의 목적은 6-, 8-, 10-gingerol과 6-, 8-, 10-shogaol이 조골세포에 대한 세포적합성과 대표적인 구강미생물들에 대한 항균효과를 조사하는 것이다. 진저롤과 쇼가올의 화학 구조는 FT-IR으로 분석하였으며, 온도와 pH에 따른 안정성은 UPLC로 분석하였다. Streptococcus mutans와 Porphyromonas gingivalis에 대한 생강 화합물의 항균특성을 확인하였고, MC3T3-E1 세포 적합성을 평가하였다. 세포 생존율 및 박테리아 성장은 WST-8 분석을 통해 평가하였다. 세포 형태학적 분석은 크리스탈 바이올렛 염색 후 광학현미경으로 관찰하였다. 조골세포의 분화와 산화 스트레스는 Alkaline phosphatase (ALP)와 H₂O₂ assay를 이용하여 평가하였다. 모든 생강 화합물 군에서 수산기, 카르보닐기 및 방향족 고리와 관련된 화학적 결합이 확인되었다. 진저롤과 쇼가올 군 모두 상온의 산성 및 중성 pH에서 우수한 안정성을 보였다. 또한 모든 생강 화합물은 Streptococcus mutans에 비해 Porphyromonas gingivalis에서 보다 우수한 항균효과를 보였다. 10^-6 M 미만의 10-진지롤 및 모든 쇼가올 군들은 조골세포에 대해 세포독성을 보이지 않았다. 산화 스트레스는 모든 군에서 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으며, ALP 활성은 10^-6 M 농도 이하의 모든 군에서 정상 세포군과 유의한 차이를 보이지 않았다. 종합해보면 진저롤보다 쇼가올에서 더욱 우수한 항균특성 및 세포적합성이 확인되었다.

Ginger has been used worldwide in traditional medicine. It has been reported that phenolic compounds such as gingerol and shogaol in ginger have beneficial cellular effect and antibacterial effect. The purpose of this study was to investigate the effect of gingerol and shogaol on the cytocompatibility for the osteoblastic cells and antibacterial activity against oral microorganisms. Chemical structures of gingerol and shogaol were determined by Fourier transform infrared (FT-IR). Thermal and pH stability was analyzed by UPLC assay. Streptococcus mutans, and Porphyromonas gingivalis were used to confirm the antibacterial effect of the ginger compounds and MC3T3-E1 cells were used to identify biocompatibility test. Cell viability and bacterial growth was determined by water-soluble tetrazolium salt (WST-8) colorimetric assay. Cellular morphology was identified with optical microscope after crystal violet staining. Cell differentiation and oxidative stress were evaluated by Alkaline phosphatase (ALP) assay and hydrogen peroxide colorimetric assay. The chemical bonding related with hydroxyl groups, carbonyl groups and aromatic ring was identified in all ginger compounds. Gingerol and shogaol presented good stability at acid and neutral pH at room temperature. All compounds showed better antibacterial effect against Porphyromonas gingivalis than Streptococcus mutans. 10-gingerol and all shogaol groups below 10^-6 M presented suitable cytocompatibility for osteoblastic cells compared to control group. All groups showed similar Oxidative stress to control group, and ALP activity in all groups below 10^-6 M was not statistically significant compared to control. Hence, this study concludes that shogaol groups presented better antibacterial effect and suitable cytocompatibility than gingerol groups.