A hidrofil nanofelület és a homokfúvott, savmaratott felület osszeointegrációra kifejtett hatásának összehasonlítása
Nyúl-tibián végzett tanulmány

Bevezetés

Az osszeointegrációs folyamatot segítő, megfelelő implantátumfelület kialakítása továbbra is kihívást jelent számos fogászati és ortopédiai indikáció esetén, ilyenek a csípő- vagy térdprotézis, csigolyaimplantátumok, rögzítő szegecsek, fogászati implantátumok.

A fogászati implantátum az orális rehabilitáció sikeres eszköze. Vannak azonban különböző klinikai esetek, amikor az eljárás komplexitása – a nem megfelelő csontminőség és -mennyiség, csontritkulás, a szisztémás gyógyszeres kezelés miatt nem megfelelő sebgyógyulás, valamint az azonnali terhelés vagy rövidebb gyógyulási időszak igénye – nagyobb kihívást jelent.

A felhasznált anyagok fejlesztése (különösen a titánimplantátumok esetén) abba az irányba mutat, hogy olyan felszíneket alakítsanak ki, amelyek hasonlítanak a csont szerkezetéhez, így javítva az oszteogenikus differenciálódást és a csont megtapadását.

Az implantológiával kapcsolatos kutatások bizonyították, hogy a titánfelszín különböző módosításai, a felületi érdesség, különböző kémiai összetevők használata fokozza az oszteoblasztok proliferációját, differenciálódását, génexpresszióját, növekedési faktorok termelődését, ezzel segítve a csont képződését.

Az implantátum felületének szubmikron méretű érdessége, a homokfúvott, savmaratott felület, a sejt átmérőjénél kisebb egyenletlenséggel rendelkezik. A biológiai logika az, hogy az oszteoblasztok mechanikusan kölcsönhatásba lépnek egy olyan felülettel, amely hasonlít az oszteoklasztok által a reszorpciós csontfelszínen kialakított lacunához.

A felületi érdesség következő szintje nano mérettartományú, ez határozza meg a sejt-implantátum határfelületet és segíti a sejt-fehérje kölcsönhatást. Így mechanikai, kémiai és biológiai szinten is befolyásolja a nanotopográfia a csontosodás folyamatát.

A kutatás célja annak vizsgálata, hogy milyen mértékben befolyásolja a csont-implantátum kapcsolatot (BIC) a hidrofil, nanoméretű felület, a homokfúvott, savmaratott felülettel összehasonlítva. A kutatáshoz nyúl-tibiát használtunk.

Anyagok és módszerek

Ezt a vizsgálatot az Institutional Animal Care and Use Committee at the Tel Aviv University jóváhagyásával végezték. Minden kísérletet az ARRIVE irányelvei szerint jóváhagyott eljárásnak megfelelően végeztünk.

Hét darab, 6 hónapos, nőstény, 3,5-4,2 kg súlyú, új-zélandi fehér nyulat használtunk ehhez a vizsgálathoz. A nyulakat azonos környezetben tartottuk. A tibiát feltártuk, és két oszteotómiát készítettünk 3,75 mm átmérőjű és 8 mm hosszúságú implantátumokhoz, az implantátum gyártójának fúrási protokollja szerint. Két, kereskedelemben kapható implantátum (Alpha-Bio Tec.) került behelyezésre: az egyik nanoméretű felületi egyenletlenséggel (MultiNeO NH), a másik pedig mikroszerkezetű felületi egyenletlenséggel (MultiNeO CS) rendelkező implantátum volt. A két oszteotómia 8 mm távolságra volt egymástól.

3 héttel később ugyanazt a műtéti beavatkozást végeztük el mind a hét nyúl másik végtagján is.

Az állatokat 3 héttel az utolsó műtét után (6 héttel az első műtétet követően) elaltattuk, 14 tibiát feldolgoztunk nem-dekalcinált szövettani vizsgálat céljából, és megfestettük Alizarin vörössel, kettőt minden implantátumból.

Szövettan és hisztomorfometria

A nyulak feláldozása után a tibiát és a környező szöveteket előkészítettük a szövettani vizsgálathoz.

A metszeteket Image-J szoftverrel elemeztük, és leképeztük fénymikroszkóp alatt.

Minden tárgylemezen csont-implantátum kapcsolat (BIC) mérést végeztünk. A BIC-t összegeztük és elosztottuk az implantátum teljes kerületével.

Eredmények (1-4. ábrák)

Megbeszélés

A magas csontintegrációs képességhez számos feltétel együttes megléte szükséges. Ez az oka annak, hogy ebben a preklinikai, in-vivo vizsgálatban többfunkciós felületet (hidrofil és nanoméretű érdességű felület) teszteltünk (nyúl-tibia).

A gyors gyógyulás és az új csontképződés több tényező kooperatív hatásának a következménye: a felszín bioaktivitása és a rajta lévő apatit kiválása (mineralizáció), gyors sejtadhézió és az oszteoblasztok proliferációja, a makrofágok nagyfokú sejtdifferenciálódása és polarizációja, ami a BMP2 termeléséhez és kiválasztásához vezet, ami fokozott BIC-t eredményez.

A felület topográfiája, kémiája és nedvesíthetősége döntő szerepet játszik a csontnak a titánfelülettel (BIC) létrejövő reakciójának meghatározásában, ez az implantátum beültetését követő korai stádiumban megmutatkozik, amint azt ebben a tanulmányban bemutattuk.

Következtetés

Egyértelműen kimutatható, hogy a korai csontgyógyulási folyamatok sokkal hatékonyabbnak bizonyultak a nanoméretű felületi érdesség és a csont közötti kölcsönhatás esetén a nyúl tibiájában, mint a homokfúvott és a savmaratott felületű implantátumoknál. A hidrofil, nanoméretű felszíni érdességgel rendelkező implantátumok előnye domináns volt a 3. héten, ami 30%-os BIC-növekedést mutatott (55% BIC, szemben a 42%-kal). 6 héttel később ez az előny megmaradt. Feltételezhető, hogy ez a hatékonyabb gyógyulási fázis támogathatja a korai implantátum-terhelést a magasabb BIC arány miatt, amelyet a nanoméretű érdesség és a csontsebgyógyulási kaszkád közötti kölcsönhatás ér el vagy befolyásol, mind a sejtes, mind a molekuláris mechanizmusok által.

Forrás: Alpha-Bio Tec. K+F részleg, Izrael | 2021