تقدم البحث في تعديل سطح غرسات التيتانيوم بواسطة العناصر النزرة

   تحتل زراعة الأسنان مكانة مهمة في مجال ترميم الأسنان المفقودة. ومع ذلك ، لا تزال زراعة الأسنان بها عوامل خطر مثل عدوى الزرع والاندماج العظمي الناقص من أجل تعزيز الاندماج العظمي والخصائص المضادة للبكتيريا للزرع ، أجرى الباحثون الكثير من الأبحاث حول تعديل مواد الزرع ، ويعد تعديل العناصر النزرة أحد النقاط الساخنة. أظهرت الدراسات أن العناصر النزرة مثل الفضة والزنك والفلور والسترونتيوم والمنغنيز ترتبط ارتباطًا وثيقًا بصحة الفم ولها أداء ممتاز في مضادات الجراثيم وتكوين العظام. تعد غرسات العناصر الدقيقة المعدلة ذات أهمية كبيرة لتحسين معدل نجاح زراعة الأسنان وتحسين تأثير العلاج.

  1. تطبيق تكنولوجيا تعديل سطح غرسات التيتانيوم مع العناصر النزرة

  1.1 طريقة غرس أيونات الغمر بالبلازما

  تتمثل طريقة غرس الأيونات التقليدية في تسريع الأيونات المشحونة في سطح المادة عموديًا لتشكيل طبقة ذات خصائص خاصة. إن غرس أيون الغمر بالبلازما (PIII) هو تحسين لطريقة غرس الأيونات. تقوم هذه الطريقة بغمر المادة في البلازما وتقوم بغرس أيوني من زوايا متعددة ، مما يحل مشكلة أن تقنية غرس الأيونات لها متطلبات قاسية لزاوية الزرع ، ولا تؤثر التقنية على بنية سطح المادة ، وهي مناسبة لـ المواد ذات الهياكل المعقدة مثل الغرسات.

"يمكن أن يكون تكوين الطبقة السطحية بعد الحقن هو المادة البسيطة لعنصر التعديل ، وأكسيد عنصر التعديل ، أو مركب عنصر التعديل وعنصر المصفوفة ، اعتمادًا على التركيب المادي لعنصر التعديل والمصفوفة والظروف أثناء الحقن. على سبيل المثال ، عندما يتم تعديل غرسات التيتانيوم بواسطة عناصر غير معدنية ، يمكن تكوين مركبات مثل TiN و TiF4. عندما يتم تعديل غرسات التيتانيوم بواسطة عناصر معدنية ، يمكن أن يتم تشكيلها.

  1.2 طريقة أكسدة القوس الصغير

   أكسدة القوس الصغير (MAO) هي تشكيل طبقة أكسيد سميكة ومستقرة على سطح المعدن من خلال الاعتماد على درجة الحرارة العالية الفورية الناتجة عن تفريغ القوس في المنحل بالكهرباء. يتأثر تكوين وأداء الفيلم بشكل أساسي بالتركيب الكيميائي للكهارل. كما يسهل التحكم في سمك وحجم المسام وخشونة الأكسيد الناتج عن هذه الطريقة مقارنة بالطرق الأخرى. على غرار طريقة PIII ، لا يزال بإمكان طريقة MAO تشكيل فيلم أكسيد بخصائص موحدة ، والتصاق وثيق ومقاومة التآكل على المواد ذات الهياكل السطحية المعقدة.

  1.3 أخرى

تستخدم طريقة رش المغنطرون الجسيمات للتأثير على سطح الهدف في الفراغ ، مما يؤدي إلى رش الجسيمات على سطح الهدف ، مما يسمح لها بالتبريد والترسب على سطح المادة لتشكيل بنية طلاء نانوي. الطلاء رقيق نسبيًا ، لكن الرابطة أكثر إحكامًا. الخصائص التقنية لرذاذ المغنطرون هي أن درجة حرارة الركيزة منخفضة ، ومن السهل نسبيًا التحكم في معلمات عملية الغشاء الرقيق ، وهي مناسبة لطلاء مساحة كبيرة ؛ تتمثل طريقة الترسيب الكهروكيميائية في وضع المادة في محلول عنصر التتبع المقابل أو الملح المصهور ، وجعل سطح مادة الكاثود مطليًا بفيلم معدني. الجمع بين هذه الطريقة مع طريقة PIII يسمى غرس وترسيب أيونات غمر البلازما (PIII & D) ، التي تستخدم على نطاق واسع في مجال الطب الحيوي. لاختيار طرق التعديل ، من الضروري مراعاة طبيعة المادة ، وطبيعة العنصر المعدل ، والكفاءة ، واستهلاك الطاقة ، وما إلى ذلك ، وللعنصر نفسه ، ما إذا كانت طرق التعديل المختلفة ستنتج تأثيرات بيولوجية مختلفة يمكن أن يكون مقارنة الدراسة.

  2. العناصر النزرة المستخدمة لتعديل سطح يزرع التيتانيوم

  التيتانيوم مادة خاملة بيولوجيًا ولا تمتلك أنشطة بيولوجية مثل الخصائص المحفزة للعظام ومضادة للبكتيريا ، كما أن الغرسات المعدنية تخضع للتآكل الكهروكيميائي في تجويف الفم. تعديل طبوغرافيا السطح البسيط له تأثير محدود على الأداء البيولوجي لغرسات التيتانيوم ، في حين أن تعديل العناصر النزرة يمكن أن يعطي أداءً لا تمتلكه غرسات التيتانيوم التقليدية.

  2.1 الفلور

  يحتوي الفلورايد على مجموعة واسعة من التطبيقات في تجويف الفم. لي وآخرون. يستخدم حمض الهيدروفلوريك (HF) لحفر قرص التيتانيوم بعد السفع الرملي. ظهر الفلوريد الموجود على سطح قرص التيتانيوم بشكل رئيسي في شكل TiOF2. تم العثور عليه من خلال تجربة استنبات الخلايا الشبيهة بخلايا بانيات العظم MG-63 على سطح قرص التيتانيوم. مقارنة بمجموعة التحكم ، يمكن ملاحظة المزيد من الخلايا والمزيد من تعبير الجين المرتبط بالعظم Cbfα1 (Runx2) على قرص التيتانيوم المحفور بواسطة HF. تم أيضًا تحسين قابلية البلل السطحي لقرص التيتانيوم ، مما يعزز نشاط التمايز للخلايا.

وانغ وآخرون. استخدم طريقة PIII لحقن الفلور في سطح غرسة التيتانيوم. أضاف السطح المعدل للغرسة طبقة سطحية جديدة تتكون أساسًا من TiF4. كانت الغرسة المعدلة بالفلور (F-Ti) فعالة ضد البورفيروموناس اللثوية. (Porphyromonas gingivalis، Pg) له تأثير حللي ، مما يضعف تكاثر الخلايا الشبيهة ببرومة العظم MG-63 والتأثير السلبي على نشاط الفوسفاتيز القلوي (ALP). يرتبط تداخل OPG / RANKL ، وهو مسار مهم في ناقضات العظم ، إلى حد ما ؛ تُظهر التجارب في الجسم الحي أن غرسات F-Ti لديها قدرة أقوى على تخليب أيونات الكالسيوم ، مما ينتج عنه المزيد من ترسبات العظام ، مقارنة بغرسات التيتانيوم النقي في المجموعة الضابطة. يتمتع الجسم بدرجة عالية من الاندماج العظمي المزروع.

Collaert et al. زرع 125 غرسة تيتانيوم معدلة بالفلورايد في الفك السفلي لـ 25 مريضاً من مرضى الفك السفلي. بعد عامين من المتابعة ، وجدوا أن متوسط ​​فقدان العظام حوالي 125 غرسة معدلة بالفلورايد كان 0.11 ملم فقط ، ولم يكن هناك غرسة. يحدث الالتهاب المحيطي ويمكن اعتبار نسبة النجاح 100٪. قبل هذه التجربة (2011) ، بلغ متوسط ​​فقدان العظام لزرعة TiOblast المستخدمة في التجربة السريرية مع نفس العملية الجراحية 1.29 ملم بعد عامين ، وكان معدل النجاح لمدة عام 78٪.

  2.2 السترونتيوم

  السترونتيوم هو نوع من العناصر النزرة العظمية ، ويستخدم دواء السترونتيوم المرتبط به لتعزيز الاندماج العظمي حول الغرسات. يمكن أن يحفز السترونتيوم تكاثر بانيات العظم ، ويمنع تمايز ناقضات العظم ، ويمكن أن يمنع التمايز الشحمي والغضروفي للخلايا الجذعية الوسيطة. يمكن أن يثبط السترونتيوم أيضًا استجابة الخلايا الالتهابية المناعية حول الزرع. أوكوزو وآخرون يستخدم السترونشيوم لتعديل سطح الغرسات بطريقة التسخين القلوية. أظهرت التجارب الخلوية أنه بالمقارنة مع المجموعة الضابطة ، فإن غرسات التيتانيوم المعدلة بالسترونتيوم زادت بشكل فعال من التعبير عن جينات بانيات العظم β-atenin وجينات التمايز العظمي (Runx2 ، التعبير عن ALP ، OCN ، OPN) كما تم تحسينها بشكل ملحوظ ؛ أظهرت التجارب في الجسم الحي أنه بالمقارنة مع المجموعة الضابطة ،

أداء الاندماج العظمي السريع للغرسة المعدلة السترونشيوم التي حصل عليها Zhang et al. من خلال طريقة MAO في غضون 6 أسابيع تعادل تلك الموجودة في غرسة Straumann المتاحة تجاريًا ، وهي تختلف عن اتجاه تكوين العظام الجديد لنمو غرسة Straumann "من سطح الغرسة". يمتد اتجاه تكوين العظم للغرسات المعدلة بالسترونتيوم على طول سطح الغرسة ، مما يشير إلى أن درجة الاندماج العظمي ستزداد أكثر. أوفرمانز وآخرون. حصلوا على طلاء نانو من التيتانيوم والسترونتيوم والأكسجين (Ti-Sr-O) من خلال عملية رش المغنطرون وطبقه على سطح غرسة التيتانيوم ، مما خلق بيئة إطلاق أيونات السترونتيوم مستمرة ويمكن التحكم فيها. في نموذج فأر هشاشة العظام ، كان تكوين العظام والاندماج العظمي حول الزرع أعلى بكثير من تلك الموجودة في المجموعة الضابطة. كان مقدار تكوين العظام الجديد مرتبطًا بشكل إيجابي بكمية أيونات السترونتيوم التي تم إطلاقها. يمكن للطلاء أيضًا أن يجعل الدمج العظمي للغرسة يصل إلى الحد الأقصى مقدمًا. أظهرت الدراسات اللاحقة أنه في الكائنات الحية الطبيعية ، تكون طلاء Ti-Sr-O أكثر قدرة على تعزيز الاندماج العظمي المحفز والعظمي المبكر للغرسات من غرسات التيتانيوم SLActive والفلور المعدلة التي تستخدم سريريًا على نطاق واسع.

  2.3 الفضة

   الغرسة المعدلة بأيون الفضة لديها قدرة ممتازة على مقاومة الجراثيم والالتهابات. تظهر التجارب أن جزيئات الفضة النانوية (Ag-NPs) لها تأثيرات مثبطة على مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض الفموية. كياو وآخرون. استخدم طريقة PIII لتضمين AgNPs على غرسة من التيتانيوم مع سطح خشن. لم تحصل الغرسة المعدلة على نشاط جيد مضاد للجراثيم فحسب ، بل عززت أيضًا تكاثر الخلايا الشبيهة بخلايا بانيات العظم MG-63. وتطلق طريقة PIII كمية أقل من الفضة الحرة ، مما يقلل من التأثيرات السامة لـ AgNPs. يمثل الحقن المشترك للفضة والعناصر الأخرى في سطح الزرع أيضًا اتجاه البحث الحالي.

تشاو وآخرون. استخدم طريقة PIII للحقن المشترك للمغنيسيوم والفضة في سطح غرسات التيتانيوم ووجدوا أن التأثيرات المضادة للبكتيريا والعظام لحقن المغنيسيوم والفضة أقوى من تلك المعدلة بواسطة المغنيسيوم أو الفضة فقط ، مما يدل على أن تكون الخلايا لديها ALP أقوى النشاط ومستويات التعبير الأعلى للجينات ذات الصلة بالعظم. تظهر التجارب في الجسم الحي أن كمية الغرسات المحقونة أكبر وأن الاندماج العظمي للزرع أقوى. قد يكون تأثير الحث العظمي للغرسات التي يتم حقنها بشكل مشترك مرتبطًا بتكوين بطارية صغيرة من المغنيسيوم والفضة. يعمل المغنيسيوم كأنود في البطارية الدقيقة. يمكن أن يعزز هذا الهيكل إطلاق أيونات المغنيسيوم. في الوقت نفسه ، تعمل الفضة ككاثود ، مما يقلل من إطلاق الفضة ويزيد من تقليل كمية الفضة المجانية.

  2.4 زنك

  في مجال زراعة الأسنان ، هناك المزيد من الدراسات حول الزنك في تعزيز الاندماج العظمي. الزنك المحقون بواسطة Zhu et al. من خلال طريقة PIII يوجد ZnO على سطح غرسة التيتانيوم ، وفي شكل عنصر الزنك في الجزء العميق ، ويرتبط التأثير البيولوجي لزرع التيتانيوم المعدل بالزنك بالجهد أثناء حقن الزنك. عندما يكون جهد الحقن 15 كيلو فولت عندما يرتفع إلى 30 كيلو فولت ، يتم تحسين قدرة الزرع على تعزيز تكاثر الخلايا ومضاد البكتيريا. يمكن حقن الزنك ليس فقط بمفرده ، ولكن أيضًا مع عناصر أخرى.

   يو وآخرون. حقن أيونات الزنك وأيونات المغنيسيوم في سطح غرسات التيتانيوم بطريقة PIII ، ولاحظوا أن نمو مجموعة متنوعة من اللاهوائية الفموية قد تم تثبيطه. بالمقارنة مع أيونات الزنك أو المغنيسيوم التي يتم حقنها بمفردها ، فإن الغرسات التي يتم حقنها بشكل مشترك مع أيونات الزنك والمغنيسيوم لها أيضًا نشاط يعزز تكوين الأوعية ، ويمكن أن يحسن التعبير عن الخلايا الجذعية الوسيطة العظمية (BMMSCs) ، ويحسن التصاق الخلايا ونشاط النمو ، ويعزز تكوين العظم السريع ، والحفاظ على تكوّن العظم على المدى الطويل ، وتحسين قوة الاندماج العظمي. قد يكون هذا مرتبطًا بالتأثير التآزري لأيونات الزنك والمغنيسيوم في عملية تكوين العظم.

  2.5 التنتالوم

   يمكن أن يعزز التنتالوم تكوين عظام الزرع ويمنع تكاثر البكتيريا. شي وآخرون. وجد أن تعزيز تكون العظم عن طريق التنتالوم قد يكون مرتبطًا بتنشيط مسارات إشارات Wnt / β-atenin و TGF-β / Smad ، كما أن للتنتالوم تأثير مثبط على ناقضات العظم. يرتبط أداء غرسات التنتالوم المعدلة ارتباطًا وثيقًا بحجم جزيئات التنتالوم. يتميز التنتالوم النانوي بخصائص تحفيز عظمي أفضل من التنتالوم الصغير الذي يسهل اختراقه. في الدراسات المجراة بواسطة Lee et al. أظهروا أن غرسات التيتانيوم المعدلة بالعظام التربيقية المسامية (المعدن التربيقي ، غرسات الأسنان ، TM) تتمتع بأداء وأداء أفضل لتعزيز العظام من TSV (فتحة لولبية مدببة؟ لأن كمية تكوين العظام الجديدة أكبر ، فإن البنية المجهرية للعظام التربيقية أفضل. بالمقارنة مع غرسات التيتانيوم التقليدية ،

Zhu et al. استخدم طريقة رش المغنطرون لتغطية سطح غرسات التيتانيوم بطبقة دقيقة / نانو تحتوي على التنتالوم ، ولاحظوا أن لها تأثيرًا مثبطًا معينًا على التصاق البكتيريا المسببة للأمراض الرئيسية في تجويف الفم. قد تكون الآلية بسبب تأثير BMMSCs على التنتالوم. إن تأثير الالتصاق العالي محدد ، أي أنه لا يتأثر بالبكتيريا ، كما أن سطح الزرع عالي التصاق الخلايا يقلل من فرصة الالتصاق البكتيري ، وبالتالي يظهر تأثير جراثيم.

  2.6 كوبالت

   يمكن للكوبالت أن يعطل العامل المحفز لنقص الأكسجة (العامل المحرض لنقص الأكسجة ، HIF) محدد البروليل هيدروكسيلاز ، وبالتالي تثبيت HIF-1 ، وتنشيط الجينات النهائية ، وتحقيق تأثير تنشيط تكون العظم. تشو وآخرون. استخدم طريقة MAO لتغطية سطح غرسات التيتانيوم بطبقات ثاني أكسيد التيتانيوم / فوسفات الكالسيوم المشبعة بالكوبالت ، ووجدت أن دمج الكوبالت تسبب في قيام الخلايا الموجودة حول الزرعات بالتعبير عن مستويات أعلى من السيتوكينات المتعلقة بالأوعية الدموية وتكوين العظام والدم ويرتبط تأثير تكوين العظام بشكل إيجابي بكمية الكوبالت المدمجة.

ووجدت الدراسة أيضًا أنه عند حقن السترونشيوم والكوبالت والفلور معًا على سطح الزرع من خلال طريقة MAO ، أظهرت التجارب المضادة للبكتيريا في المختبر أن معدل مقاومة البكتيريا للحقن المشترك يمكن أن يصل إلى 95٪ ؛ ومن حيث تعزيز تولد الأوعية وتكوين العظام ، فإن الغرسات ذات الحقن المشترك الجسم أفضل من العناصر الثلاثة وهي السترونشيوم والكوبالت والفلور التي يتم حقنها بشكل منفصل أو في أزواج. ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي عنصر الكوبالت المفرط بسهولة إلى تسمم الخلايا ، وهناك حاجة إلى تجارب متكررة لتحديد تركيزه الأمثل وسميته البيولوجية طويلة الأجل.

  2.7 منجنيز

  ثبت أن المنغنيز يلعب دورًا مهمًا في عملية تكون العظم. قد يؤدي نقص المنجنيز إلى مشاكل مثل بطء تكوين العظام وتشوه العظام. يو وآخرون. تستخدم طرق PIII & D و MAO لتغطية سطح غرسات التيتانيوم بطبقة تحتوي على المنغنيز لبناء بيئة يمكنها إطلاق أيونات المنغنيز لفترة طويلة. طلاء المنغنيز له تأثير مثبط معين على E. coli و Pseudomonas aeruginosa. فيما يتعلق بتكوين العظم ، يمكن أن يعزز المنغنيز تمايز بانيات العظم ويزيد من تكوين العظام بشكل عام. قد يكون السبب هو أن المنغنيز يؤثر على مسار إشارات هرمون الغدة الجار درقية ، وبالتالي ينظم كثافة المعادن في العظام. ومع ذلك ، فإن المنغنيز المفرط له تأثير سام على بانيات العظم. الطلاء المحتوي على المنغنيز الذي أعدته مؤسسة PIII &

  2.8 أخرى

هيو وآخرون. غرسات جزيئات الذهب النانوية في سطح غرسات التيتانيوم المصبوبة. يمكن أن تعزز الغرسات المعدلة بالذهب تمايز بانيات العظم وتزيد من التعبير عن الجينات الخاصة بالتمايز العظمي (COL1 ، Runx2 ، OCN ، BSP ، إلخ) في الخلايا الجذعية الدهنية البشرية ، وتحسين نشاط ALP ، وزيادة ترسب ملح الكالسيوم ، وتعزيز تشكيل واجهة الاندماج العظمي للزرع. لقد وجدت الدراسات أن جزيئات الذهب النانوية يمكن أن تشارك في مسارات الإشارات مثل p38 / MAPK و ERK / MAPK لتعزيز تكون العظم. لي وآخرون. استخدم السيريوم (Ce) لتعديل سطح غرسات التيتانيوم ، وحصل على طلاء أكسيد النانو السيريوم بنسب Ce3 + / Ce4 + مختلفة على سطح غرسات التيتانيوم عن طريق رش المغنطرون. مع زيادة محتوى Ce4 + ،

  3. ملخص

باختصار ، العناصر النزرة المختلفة لها مزاياها الخاصة. على سبيل المثال ، السترونتيوم والتنتالوم وعناصر أخرى لها تأثير تعزيز واضح على تكوين العظام ، وعناصر مثل الفضة والزنك لها تأثيرات مضادة للجراثيم أفضل. سيحقق الاستخدام المشترك لعنصرين أو أكثر نتائج أفضل من استخدام عنصر واحد بمفرده. في الوقت الحاضر ، تم استخدام بعض الغرسات المعدلة بالعناصر في العيادات (الفلور ، والتنتالوم ، وما إلى ذلك) ، وبعض الغرسات لها تأثيرات مضادة للجراثيم والعظام أفضل من الغرسات المتاحة تجاريًا. تتمثل إحدى المشكلات الأساسية التي تواجه الغرسات المعدلة للعناصر النزرة في كيفية العثور على قيمة مناسبة في نطاق التركيز المنخفض حيث تلعب العناصر النزرة دورًا.

Chat with us