TS SOI: Вплив нанесеного буферного агента рН на сумісність імплантату на ранні етапи остеоінтеграції
¹Кафедра парадонтології, дослідницький інститут регенерації тканин парадонту, стоматологічний факультет університету Йонсе (Сеул, Південна Корея) /
²Імплантологічний дослідницький центр, Osstem Implant (Пусан, Південна Корея) /
Ціль
Теоретично, нанесення буферного агента для підтримання рівня кислотності (рН) на поверхні імплантату повинно забезпечувати більш ефективну та швидку остеоінтеграцію імплантату. Метою цього дослідження є вимірювання зворотнього торку при видаленні імплантату з таким типом поверхні TS SOI і проведення гістологічного аналізу прилеглої кісткової тканини.
Матеріали та методи
У ході дослідження використовували імплантати з наступними типами поверхонь: поверхня, що пройшла піскоструйну обробку та травлення кислотою (SA; контрольна група 1), поверхня SA у розчині хлорида кальція (СА; контрольна група 2), поверхня SA з нанесеним буферним агентом рН (рН, тестова група). Зворотній торк при видаленні імплантату вимірювали через 2 тижні, а показник контакту імплантату з кісткою - через 2 та 4 тижні.
Результати
Через 2 тижні значення зворотнього торка було значно вище в групі рН (107,5 +/- 6,2 Нсм, р < 0,05). Середні показники контакта імплантату з кісткою через 2 та 4 тижні були також вищими в групі рН у порівнянні з групами SA і CA. Різниця між групами була статистично достовірною (р < 0,05).
В групі рН зареєстрували значно більшу площу поверхні імплантату з кісткою (39,5% + 11,3% через 2 тижні; 71,9% + 10,9% через 4 тижні; р < 0,05).
Висновки
Отримані дані свідчать про те, що нанесення буферного агента рН (SOI) на поверхню імплантату прискорює
ранні етапи остеоінтеграції, покращуючи біомеханічні характеристики імплантату.
Введення
Виробники імплантатів доклали багато зусиль для прискорення остеоінтеграції імплантатів та покращення її якості. Зміна дизайну імплантатів, характеристик їх поверхонь і матеріалу, з якого вони виготовляються, сприяли прискоренню остеоінтеграції, скороченню термінів протезування та досягненню благочинних віддалених результатів імплантологічного лікування.
За данними досліджень, поверхнева енергія імплантату, зумовлена гідрофільними властивостями поверхні, справляє суттєвий вплив на біологічну відповідь організму. Якщо поверхня має позитивний заряд, вона має гідрофільні властивості. Гідрофільність сприяє прикріпленню протеїнів плазми, які грають ключову роль в ранньому остеогенезі, до поверхні.
Результати цілого ряду досліджень говорять про те, що на відміну від гідрофобних поверхонь, гідрофільні поверхні прискорюють адгезію клітин, їх поліферацію та диференціацію, а також мінералізацію кістки. Schwarz та співавтори порівняли ефективність гідрофільних та негідрофільних поверхонь, що пройшли грубозернисту піскоструйну обробку та травлення кислотою (поверхня SLA), в експерименті на собаках. Результати клінічних досліджень також підтверджують позитивний вплив гідрофільних властивостей поверхні на остеоінтеграцію імплантату за рахунок помітного збільшення BIC.
Компанія Osstem Implant випустила на ринок нові імплантати з гідрофільною поверхнею (SOI), що пройшла піскоструйну обробку, травлення кислотою та покриту буферним агентом рН (поверхня TS SOI).
Згідно з гіпотезою автора цього дослідження, новий тип поверхні прискорює остеоінтеграцію імплантату та формування нової кісткової тканини на ранніх етапах загоєння у порівнянні з традиційними поверхнями. Модифікація поверхні прискорює тромбогенну відповідь, прискорюючи загоєння кісткової тканини, сприяючи більш високому контакту імплантату з кісткою (BIC).
Матеріали та методи
Під час дослідження оцінювали три різних типи поверхонь, що пройшли піскоструйну обробку та травлення кислотою (стандартна поверхня SA; 1-а контрольна група), поверхня SA у розчині хлорида кальція (СА; 2-а контрольна група), поверхня ІФ з нанесеним буферним агентом рН (рН, тестова група).
2. Матеріали
Використовували два типи розмірів імплантатів. Під час двотижневого дослідження встановлювали імплантати 8,5 х 3,5 мм (Osstem Implant; Сеул, Південна Корея), а під час чотирьохтижневого дослідження - 8,5 х 4 мм.
Для проведення тесту на вигвинчування використовували 30 імплантатів: по 10 імплантатів з групи SA, CA та рН (SOI).
Гістологічний аналіз прилеглої до поверхні імплантата кісткової тканини проводили через 2 (12 імплантатів) та 4 тижні (12 імплантатів), використовуючи по 4 імплантата з кожної групи.
3. Піддослідні тварини
Протокол досліджень був схвалений Комітетом з дослідів над тваринами компанії Cronex (Хвасон, Південна Корея, номер дозволу: CRONEX IAACUC 201710001). Відбір тварин, їх підготовку та хірургічне втручання проводили у відповідності з рекомендаціями Cronex.
У дослідження включили дев'ять дорослих самців карликових свиней (Сonex) у віці від 1 до 2 років вагою від 45 до 55 кг. Трьох свиней використовували для проведення тесту на вигвинчування імплантату, шість свиней - для гістологічного аналізу.
4. Хірургічний протокол
Перед операцією тваринам назначали атропін (0,05 мг/кг). Для використання анестезії внутрішньом'язово вводили золозепам/тілетамін (10 мг/кг маси тіла, Zoletil; Virbac Laboratories, Карро, Франція) і гідрохлорид медетомідіна (10 мкг/кг маси тіла, Domitor; Zoetis, Сеул, Корея). Після початкового наркозу встановлювали ендотрахеальну трубку.
Наркоз підтримували не менше однієї години за допомогою 1,8% ізофлурана (Isotroy 100; Troikaa Pharmaceuticals Ltd., Гуджарат Індія) у суміші з киснем при швидкості потоку 100 мл/кг/хв. Для знеболення області втручання виконували інфільтраціную анетезію (2% розчина лідокаїна з епінефрином у співвідношенні 1:100000; Huons, Соннам, Південна Корея). Антибіотик (цефазолін; Yuhan, Ltd. Сеул, Південна Корея) перед операцією також вводили внутрішньовенно.
Для попередження зневоднення під час дії наркозу всім тваринам проводили інфузіонну терапію розчином Рінгера лактату з постійною швидкістю.
В межах дослідження проводили два хірургічні втручання. Під час першої операції після відшарування слизисто-окістного клаптя видаляли другі, треті та четверті премоляри, та перші моляри з обох сторін нижньої щелепи з мінімальною травмою прилеглих тканин. Краї рани вшивали матрацним швом, після чого тканини заживали протягом 3 місяців. В день операції і в наступні 7 днів тваринам профілактично вводили кліндаміцин (11 мг/кг маи тіла, Клеороб; Pharmacia Tiergesundheit, Ерланген, Німеччина).
Під час другої операції проводили розрізи по середині альвеолярного гребеня, після чого відшаровували повнослойні клапті для препарування ложа імплантата на нижній щелепі.
Остеотомічні отвори формували з обох боків нижньої щелепи на відстані 10 мм один від одного з сильним охолодженням 0,9% фізрозчином, використовуючи малоінвазівний хірургічний протокол. Початкове препарування ложа імплантату в області медіального краю нижньої щелепи виконували пілотною фрезою (2 мм) із швидкістю 800 об/хв. Остеотомічний отвір розширювали у відповідності до інструкції виробника імлантатів. Після установки імплантатів на них зафіксували гвинти-заглушки. Імплантати перекрили м'якими тканинами, після чого краї рани вшили резорбуючим шовним матеріалом (Vicryl 5-0). Через 2 та 4 тижні тварин присипляли.
Вимірювали зворотній торк при вигвинчуванні імплантатів та проводили гістоморфометричний аналіз гістологічних зрізів, включаючи імплантат та прилеглу кістку.
5. Методи аналізу
- Вимірювання торку імплантату при виґвинчуванні
Трьом карликовим свиням встановили 30 імплантатів по п'ять імплантатів з кожної сторони нижньої щелепи. Всього було встановлено по 10 імплантатів з кожним типом поверхні. Розподіл імплантатів в межах щелепи у відповідності з типом було унікальним для кожної тварини. Тварин приспали, після чого відшарували м'якотканинний клапоть та видалили гвинти-заглушки, аби виміряти зусилля, необхідне для викручування імплантату, за допомогою цифрового динамометричного ключа (Kanon DTDK-N5EXL; Nakamura Mfg., Токіо, Японія). Оцінювали максимальну напругу здвигу, що викликає порушення остеоінтеграції імплантату. Максимальний крутящий момент між імплантатом та ключем складає 500 Нсм. Якщо зусилля, необхідне для видалення імплантату, перевищувало указане порогове значення, ключ зіскакував та імплантат неможливо було вилучити з щелепної кістки.
- Підготовка зразків та гістологічний аналіз
Був проведений аналіз гістологічних зразків, отриманих у 6 карликових свиней. Свиням встановили по 4 імплантати кожного типу на 1 мм апікальніше краю кістки. Розподіл імплантатів в межах щелепи у відповідності з типом було унікальним для кожної тварини. Тварин присипляли через 2 та 4 тижні.
Гістологічні зразки представляли собою імплантат з прилеглою кістковою тканиною. Кожен зразок фіксували у 10% буферному розчині формальдегіду, зневоднювали спиртом та занурювали в полімерну смолу (Technovit 7200 VLC; Heraeus Kulzer GmbH, Верхайм, Німеччина). Отримані блоки розсікали у вестибулярно-язиковому напрямку алмазною пилкою (Exakt CP; Exakt Apparatebau, Нордерштедт, Німеччина). та зішлифовували до отримання зрізу товщиною 30-40 мкм за допомогою мікрошліфувального станку (Exakt 400CS; Exakt Apparatebau).
Зрізи зафарбовували гематоксиліном та трихромом по Массону для проведення гістологічного та гістоморфометричного аналізу. Гістологічний та гітоморфометричний аналіз проводили при збільшенні у двісті разів за допомогою оптичного мікроскопа (BX51; Olympus, Токіо, Японія), цифрового фотоапарату (DP72; Olympus) та програмного забезпечення для аналізу зображень (Image-Pro Plus; Media Cybernetics Inc., Сільвер-Спрінг, США).
- Гістоморфометричний аналіз
ВІС визначали як площу безпосереднього контакту поверхні імплантату з мінералізованою кісткою. Площа кістки (bone area - BA) визначали як долю мінералізованої кістки. При проведенні гістоморфометричного аналізу досліджували кісткову тканину між другим, третім та четвертим витком різьби імплантату.
- Статистичний аналіз
Дані представлені у вигляді середнього значення ± стндартне відхилення. Для оцінки зворотнього торку при видаленні імплантату, показників BIC та ВА використовували односторонній дисперсійний аналіз (ANOVA). Р-значення < 0,05 вважали статистично значимим. Для проведення статистичного аналізу використовували програмне забезпечення SPSS Statistics 23.0 (IBM, Армонк США) і Microsoft Excel 2010 (Microsoft, Редмонд, США).
Результати
Ускладнення під час хірургічного втручання та в післяопераційний період відсутні. Загоєння тканин проходило без особливостей у всіх карликових свиней.
Жоден імплантат з новою поверхнею SOI не був втрачений протягом всього періоду спостережень. Ознаки запалення прилеглих до імплантату тканин були відсутні. Кожний гістологічний зріз включав імплантат та прилеглу кісткову тканину.
- Вимірювання зворотнього торку при видаленні імплантата
Всі імплантати характеризувались високою стабільністю протягом періоду загоєння. На мал.1 представлені значення зворотнього торку при видаленні імплантатів з різними типами поверхонь через 2 тижні після установки.
Середній зворотній торк в групах SA, CA и pH складає 68,5 ± 6,4 Нсм, 86,3 ± 7,6 Нсм, и 107,5 ± 6,2 Нсм відповідно.
Різниця між групою рН і групами SA і CA була статистично важливою (р < 0,05).
Мал.1 Зворотній торк (Нсм) при видаленні імплантатів через 2 тижні загоєння. Значно відрізняється від зворотнього торку імплантатів із стандартною поверхнею, що пройшла піскоструйну обробку та травлення кислотою (SA) (p < 0,05). †
Також відрізняється й від звичайного торку імплантатів з поверхнею SA у водному розчині хлориду кальцію (CA) (p < 0,05)
- Гістологічні спостереження
Результати гістологічного аналізу свідчать про узгоджене загоєння кістки у області імплантатів всіх трьох типів через 2 і 4 тижні після установки. В жодному випадку не виявляли запальний інфільтрат, резорбцію кістки або реакцію на чужорідне тіло (мал. 2,3).
- Гістоморфометричні спостереження
На мал. 4 і 5 представлені значення показників ВІС та ВА у графічному вигляді. Контакт поверхні імплантату з кісткою (ВІС%) в області другого, третього і четвертого витків різьблення імплантату представлені у вигляді середніх значень. Через 2 тижні середній ВІС% в групі SA складає 49,7%± 9,7%, в групі CA - 73,7% ± 12,4%, а в групі pH - 93,0% ± 6,4%. Найбільше значення ВІС% було зареєстровно в групі рН.
Через 4 тижні були отримані схожі результати: найбільш високий середній ВІС% відзначався в групі рН (88,6% ± 5,5%).
Різниця між групами була статистично достовірною (р < 0,05).
Оцінювали площу кісткової тканини (ВА) між другим, третім і четвертим витками різьблення імплантатів з трьома типами поверхонь. В групі рН показник ВА складає 39,5% ± 11,3% через 2 тижні та 71,9% ± 10,9% через 4 тижні, що суттєво фперевищувало значення цього параметра в групах SA або СА.
Найменше значення ВА спостерігалось в групі SA і складало 18,8% ± 2,6% через 2 тижні та 41,6% ± 7,2% через 4 тижні. Статистичний аналіз виявив суттєву різницю між групою рН і групами SA та СА через 2 і 4 тижні загоєння (р < 0,05), по Массону для проведення гістологічного і гістоморфометричного аналізу.
Обговорення
Метою даного дослідження є вивчення впливу нанесення на поверхню імплантату буферного агенту рН (поверхня SOI) на біомеханічні характеристики імплантату і гістологічні параметри прилеглої кісткової тканини. Під час дослідження вимірювали зворотній торк при видаленні імплантатів і проводили гістоморфометричний аналіз. Отримані результати свідчать про те, що обробка поверхні SOI буферним агентом рН надає їй гідрофільних властивостей та прискорює остеоінтеграцію імплантату на ранніх етапах. Значення всіх параметрів в групі рН були суттєво вищими у порівнянні з контрольними групами.
Механізми, що пояснюють позитивний вплив гідрофільності на остеоінтеграцію імплантатів, ще не до кінця вивчені.
Згідно з даними цілої низки досліджень, гідрофільні поверхні асоціюються з більш високим ВІС, більш вираженою диференціацією остеобластів, виробкою факторів росту та експресією генів, що відповідають за остеогенез, ніж гідрофобні поверхні. Donos та співавтори продемонстрували, що поверхневий заряд гідрофільної поверхні може вибірково притягувати протеіни, що беруть участь в регуляції генів, ща експресуються клітинами-попередниками. Hong і співавтори порівнювали тромбогенну відповідь при установці імплантатів з гідрофільною гідрофобною поверхнею в умовах in vitro. Було встановлено, що тромбоцити значно активніше пов'язуються з гідрофільною поверхнею (SOI), що суттєво прискорює процес згортання крові. Результати цих досліджень можуть пояснити прискорення остеоінтеграції на ранніх етапах загоєння при використанні імплантатів з гідрофільними властивостями, що зумовлені нанесенням на їх поверхню буферного агента рН (SOI).
Вплив кислого середовища на біологію кісткової тканини добре вивчене. При ацидозі підвищується резорбуюча активність остеокластів та знижується відкладення мінералів у кістковій тканині остеобластами. Але кількість досліджень, що вивчають вплив буферного агента рН (SOI) на властивості поверхні імплантатів, дуже не значне.
Під час дослідження використовували імплантати, що покриті буферним агентом рН для надання поверхні гідрофільних властивостей. Автори сподіваються, що ця стаття може стати рушійною для подальших досліджень, що можуть пролити світло на вплив буферного агента рН (SOI) на остеоінтеграцію імплантатів.
В цьому дослідженні зворотній торк при видаленні імплантату використовували у якості біомеханічного критерію остеоінтеграції: чим більші зусилля для викручування імплантату, тим вище якість його остеоінтеграції.
В експерименті на карликових свинях Buser та співавтори порівнювали торк при видаленні імплантатів з поверхнею, що пройшла піскоструйну обробку та травлення кислотою, через 4 тижні після установки, сила торку знижувалась до 62,5 Нсм. Під час цього дослідження найбільше знаення зворотнього торку було зареєстровано у групі рН - 107,5 Нсм, а найменше -в групі SA - 68,5 Нсм, що співпіставно з даними Buser та співавтори. Але потрібно брати до уваги, що у даному випадку зворотній торк вимірювали через 2 тижні після імплантації, що свідчить про більш високу біомеханічну стабільність імплантатів.
Lang та співавтори порівнювали швидкість та якість остеоінтеграції імплантатів з гідрофільною (SOI) та гідрофобною поверхнями.
Через 2 та 4 тижні після імплантації показник контакту імплантатів з кісткою був вищим у імплантатів з гідрофільною поверхнею (SOI) та сягав 14,85% і 48,3% відповідно. Дані Lang в цілому відповідають результатам цього дослідження, але автори зареєстрували суттєво більш високі показники BIC.
Тест на вигвинчування імплантатів дав схожі результати. Через 2 тижні загоєння значення зворотнього торку в тестовій групі рН було значно вищим, ніж в групах CA і SA (p < 0,05). Найбільше зусилля при видаленні імплантату можна інтерпретувати як свідоцтво більш високого ВІС, але треба враховувати і складну природу біологічного феномену остеоінтеграції. В ході тесту на вигвинчування імплантату вимірюють здвигаюче зусилля на межі між кісткою і поверхнею імплантату, цього недостатньо, аби судити про якість остеоінтеграції імплантату.
Проте, в багатьох дослідженнях для оцінки остеоінтеграції імплантату використовують саме зворотній торк.
Конфлікт інтересів
Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів при проведенні цього дослідження та публікації його результатів.
Висновки
Нанесення буферного агента рН на поверхню імплантату забезпечує більш швидку остеоінтеграцію імплантату на ранніх етапах загоєння у порівнянні з традиційними поверхнями. Для оцінки ефективності буферного агенту рН з точки зору остеоінтеграції імплантату потрібні подальші дослідження.
