progrès de la recherche sur la modification de surface d'implants en titane par des oligo-éléments

   Les implants dentaires occupent une place importante dans le domaine de la restauration dentaire. Cependant, les implants dentaires présentent toujours des facteurs de risque tels qu'une infection implantaire et une ostéointégration imparfaite. Afin d'améliorer l'ostéointégration et les propriétés antibactériennes des implants, les chercheurs ont effectué de nombreuses recherches sur la modification des matériaux d'implants, et la modification des oligo-éléments est l'un des points chauds. Des études ont montré que les oligo-éléments tels que l'argent, le zinc, le fluor, le strontium et le manganèse sont étroitement liés à la santé bucco-dentaire et présentent d'excellentes performances en antibactérien et en ostéogenèse. Les implants modifiés par micro-éléments sont d'une grande importance pour améliorer le taux de réussite des implants dentaires et améliorer l'effet du traitement.

  1. Technologie d'application de la modification de surface d'implants en titane avec des oligo-éléments

  1.1 Méthode d'implantation ionique par immersion plasma

  La méthode traditionnelle d'implantation ionique consiste à accélérer les ions chargés à la surface du matériau verticalement pour former un revêtement aux propriétés spéciales. L'implantation ionique par immersion plasma (PIII) est une amélioration de la méthode d'implantation ionique. Cette méthode plonge le matériau dans le plasma et effectue une implantation ionique sous plusieurs angles, ce qui résout le problème que la technologie d'implantation ionique a des exigences sévères pour l'angle d'implantation, et la technologie n'affecte pas la structure de surface du matériau, et convient pour matériaux avec des structures complexes telles que les implants.

"La composition du film de surface après injection peut être la substance simple de l'élément de modification, l'oxyde de l'élément de modification ou le composé de l'élément de modification et de l'élément de matrice, selon la composition du matériau de l'élément de modification et de la matrice et les conditions lors de l'injection. Par exemple, lorsque les implants en titane sont modifiés par des éléments non métalliques, des composés tels que TiN et TiF4 peuvent se former. Lorsque les implants en titane sont modifiés par des éléments métalliques, des dépôts de ZnO, MgO ou de zinc métallique pur ou de magnésium peuvent se former. être formé.

  1.2 Méthode d'oxydation par micro-arc

   L'oxydation par micro-arc (MAO) consiste à former un film d'oxyde épais et stable sur la surface métallique en s'appuyant sur la température élevée instantanée générée par la décharge d'arc dans l'électrolyte. La composition et les performances du film sont principalement affectées par la composition chimique de l'électrolyte. L'épaisseur, la taille des pores et la rugosité de l'oxyde produit par ce procédé sont également plus faciles à contrôler que d'autres procédés. Semblable à la méthode PIII, la méthode MAO peut encore former un film d'oxyde avec des propriétés uniformes, une adhérence étroite et une résistance à l'usure sur des matériaux à structures de surface complexes.

  1.3 Autre

Le procédé de pulvérisation magnétron utilise des particules pour impacter la surface d'une cible sous vide, pulvérisant des particules sur la surface de la cible, leur permettant de refroidir et de se déposer sur la surface du matériau pour former une structure de nano-revêtement. Le revêtement est relativement fin, mais la liaison est plus serrée. Les caractéristiques techniques de la pulvérisation magnétron sont que la température du substrat est basse, les paramètres de traitement du film mince sont relativement faciles à contrôler et il convient à un revêtement de grande surface; le procédé de dépôt électrochimique consiste à placer le matériau dans la solution d'oligo-éléments correspondante ou le sel fondu, et à faire en sorte que la surface du matériau de cathode soit plaquée avec un film métallique. La combinaison de cette méthode avec la méthode PIII est appelée implantation et dépôt d'ions par immersion plasma (PIII & D), qui est largement utilisé dans le domaine de la biomédecine. Pour la sélection des méthodes de modification, il est nécessaire de considérer la nature du matériau, la nature de l'élément modifié, l'efficacité, la consommation d'énergie, etc., et pour le même élément, si différentes méthodes de modification produiront des effets biologiques différents peuvent être comparé l'étude.

  2. Oligo-éléments utilisés pour la modification de la surface des implants en titane

  Le titane est un matériau biologiquement inerte et ne possède pas d'activités biologiques telles que des propriétés ostéoinductives et antibactériennes, et les implants métalliques sont sujets à une corrosion électrochimique dans la cavité buccale. Une simple modification de la topographie de surface a un effet limité sur les performances biologiques des implants en titane, tandis que la modification des oligo-éléments peut donner des performances que les implants en titane traditionnels ne possèdent pas.

  2.1 Fluor

  Le fluor a une large gamme d'applications dans la cavité buccale. Lee et coll. utilisé de l'acide fluorhydrique (HF) pour graver le disque de titane après le sablage. Le fluorure à la surface du disque de titane est apparu principalement sous forme de TiOF2. Il a été trouvé grâce à l'expérience de culture de cellules de type ostéoblaste MG-63 à la surface du disque de titane. Par rapport au groupe témoin, plus de cellules et plus d'expression du gène ostéogénique Cbfα1 (Runx2) peuvent être observés sur le disque de titane gravé par HF. La mouillabilité de surface du disque de titane est également améliorée, ce qui améliore l'activité de différenciation des cellules.

Wang et coll. a utilisé la méthode PIII pour injecter du fluor dans la surface de l'implant en titane. La surface modifiée de l'implant a ajouté une nouvelle couche de surface principalement composée de TiF4. L'implant modifié au fluor (F-Ti) était efficace contre Porphyromonas gingivalis. (Porphyromonas gingivalis, Pg) a un effet lytique, qui affaiblit la prolifération des cellules de type ostéoblaste MG-63 et l'effet négatif sur l'activité de la phosphatase alcaline (ALP). L'interférence de l'OPG / RANKL, une voie importante dans les ostéoclastes, est liée dans une certaine mesure; des expériences in vivo montrent que les implants F-Ti ont une plus grande capacité à chélater les ions calcium, ce qui entraîne plus de dépôts osseux, par rapport aux implants en titane pur dans le groupe témoin. Le corps a un degré élevé d'ostéointégration de l'implant.

Collaert et coll. implanté 125 implants en titane modifiés au fluorure dans les mandibules de 25 patients mandibulaires édentés. Après deux ans de suivi, ils ont constaté que la perte osseuse moyenne autour de 125 implants modifiés au fluorure n'était que de 0,11 mm et qu'il n'y avait pas d'implant. Une inflammation périphérique se produit et le taux de réussite peut être considéré à 100%. Avant cette expérience (2011), la perte osseuse moyenne de l'implant TiOblast utilisé dans l'expérience clinique avec la même opération chirurgicale atteignait 1,29 mm après deux ans, et le taux de réussite à 1 an était de 78%.

  2.2 Strontium

  Le strontium est une sorte d'oligo-élément ostéogénique, et le ranélate de strontium, médicament associé, est utilisé pour favoriser l'ostéointégration autour des implants. Le strontium peut stimuler la prolifération des ostéoblastes, inhiber la différenciation des ostéoclastes et peut inhiber la différenciation adipogène et chondrogénique des cellules souches mésenchymateuses. Le strontium peut également inhiber la réponse des cellules inflammatoires immunitaires autour de l'implant. Okuzu et coll. utilisé du strontium pour modifier la surface des implants par une méthode de chauffage alcalin. Des expériences cellulaires ont montré que par rapport au groupe témoin, les implants en titane modifiés au strontium augmentaient efficacement l'expression de la β-aténine ostéoblastique et des gènes de différenciation ostéogénique (Runx2, The expression of ALP, OCN, OPN) a également été significativement améliorée; des expériences in vivo montrent que par rapport au groupe témoin,

Les performances d'ostéointégration rapide de l'implant modifié au strontium obtenu par Zhang et al. par la méthode MAO dans les 6 semaines est équivalente à celle de l'implant Straumann disponible dans le commerce, et est différente de la nouvelle direction de formation osseuse de l'implant Straumann "croissance à partir de la surface de l'implant". La direction de l'ostéogenèse des implants modifiés au strontium s'étend le long de la surface de l'implant, indiquant que le degré d'ostéointégration augmentera davantage. Offermanns et coll. a obtenu un revêtement titane-strontium-oxygène (Ti-Sr-O) à l'échelle nanométrique par un procédé de pulvérisation magnétron et l'a appliqué à la surface de l'implant en titane, créant un environnement de libération d'ions strontium continu et contrôlable. Dans le modèle de souris pour l'ostéoporose, la formation osseuse et l'ostéointégration autour de l'implant étaient significativement plus élevées que celles du groupe témoin. La quantité de formation osseuse nouvelle était positivement corrélée à la quantité d'ions strontium libérés. Le revêtement peut également rendre l'implant ostéointégré Atteindre le maximum à l'avance. Des études ultérieures ont montré que dans les organismes normaux, les revêtements Ti-Sr-O sont plus capables de favoriser l'ostéoinduction et l'ostéointégration précoce des implants que les implants en titane SLActive et les implants modifiés au fluor qui sont largement utilisés en clinique.

  2,3 argent

   L'implant modifié aux ions d'argent a une excellente capacité antibactérienne et anti-inflammatoire. Des expériences montrent que les nanoparticules d'argent (Ag-NP) ont des effets inhibiteurs sur une variété d'agents pathogènes oraux. Qiao et coll. a utilisé la méthode PIII pour incorporer des AgNPs sur un implant en titane avec une surface rugueuse. L'implant modifié a non seulement obtenu une bonne activité antibactérienne, mais a également favorisé la prolifération de cellules de type ostéoblaste MG-63. Et la méthode PIII libère moins d'argent libre, réduisant les effets toxiques des AgNPs. La co-injection d'argent et d'autres éléments dans la surface de l'implant est également la direction actuelle de la recherche.

Zhao et coll. a utilisé la méthode PIII pour co-injecter du magnésium et de l'argent dans la surface des implants en titane et a constaté que les effets antibactériens et ostéoinductifs des implants de co-injection de magnésium et d'argent sont plus forts que ceux modifiés par le magnésium ou l'argent seul, ce qui montre une ostéogenèse Les cellules ont une ALP plus forte activité et des niveaux d'expression plus élevés de gènes ostéogéniques apparentés. Des expériences in vivo montrent que la quantité d'implants co-injectés est plus importante et que l'ostéointégration de l'implant est plus forte. L'effet d'ostéoinduction des implants co-injectés peut être lié à la formation d'une micro-batterie au magnésium-argent. Le magnésium agit comme une anode dans la micro-batterie. Cette structure peut favoriser la libération d'ions magnésium. Dans le même temps, l'argent agit comme une cathode, réduisant la libération d'argent et réduisant davantage la quantité d'argent libre.

  2,4 zinc

  Dans le domaine des implants dentaires, il existe plus d'études sur le zinc dans la promotion de l'ostéointégration. Le zinc injecté par Zhu et al. grâce à la méthode PIII est présent sous forme de ZnO à la surface de l'implant en titane, et sous forme de zinc élémentaire dans la partie profonde, et l'effet biologique de l'implant en titane modifié au zinc est lié à la tension lors de l'injection de zinc. Lorsque la tension d'injection est de 15kV Lorsqu'elle monte à 30kV, la capacité de l'implant à favoriser la prolifération cellulaire et antibactérienne est améliorée. Le zinc peut être injecté non seulement seul, mais également en combinaison avec d'autres éléments.

   Yu et coll. injecté des ions zinc et des ions magnésium dans la surface d'implants en titane par la méthode PIII, et observé que la croissance de divers anaérobies oraux était inhibée. Par rapport aux ions zinc ou magnésium injectés seuls, les implants co-injectés avec des ions zinc et magnésium ont également pour activité de favoriser l'angiogenèse et peuvent améliorer l'expression des gènes ostéogéniques des cellules souches mésenchymateuses osseuses (BMMSC), améliorer l'adhésion cellulaire et l'activité de croissance, promouvoir ostéogenèse rapide, maintenir l'ostéogenèse à long terme et améliorer la force de l'ostéointégration. Cela peut être lié à l'effet synergique des ions zinc et magnésium dans le processus d'ostéogenèse.

  2.5 Tantale

   Le tantale peut favoriser la formation osseuse de l'implant et inhiber la prolifération bactérienne. Shi et coll. ont constaté que la promotion de l'ostéogenèse par le tantale peut être liée à l'activation des voies de signalisation Wnt / β-aténine et TGF-β / Smad, et le tantale a également un effet inhibiteur sur les ostéoclastes. La performance des implants modifiés au tantale est étroitement liée à la taille des particules du tantale. Le nano-tantale a de meilleures propriétés ostéoinductives que le tantale microporeux. Les études in vivo de Lee et al. ont montré que les implants en tantale poreux en titane modifié à l'os trabéculaire (métal trabéculaire? Implants dentaires, TM) ont de meilleures performances et performances de promotion des os que TSV (Tapered Screw-Vent? Parce que la quantité de nouvelle formation osseuse est plus grande, la microstructure de l'os trabéculaire est meilleur. Par rapport aux implants en titane traditionnels,

Zhu et coll. a utilisé une méthode de pulvérisation magnétron pour recouvrir la surface d'implants en titane avec un micro / nano revêtement contenant du tantale, et a observé qu'il a un certain effet inhibiteur sur l'adhésion des principales bactéries pathogènes dans la cavité buccale. Le mécanisme peut être dû à l'effet des BMMSC sur le tantale. L'effet d'adhérence élevé est spécifique, c'est-à-dire qu'il n'est pas affecté par les bactéries, et la surface de cet implant à forte adhérence cellulaire réduit le risque d'adhésion bactérienne, montrant ainsi un effet bactériostatique.

  2.6 Cobalt

   Le cobalt peut inactiver la prolyl hydroxylase spécifique du facteur inductible de l'hypoxie (facteur inductible de l'hypoxie, HIF), stabilisant ainsi HIF-1, activant les gènes en aval et obtenant l'effet d'activation de l'ostéogenèse. Zhou et coll. a utilisé la méthode MAO pour couvrir la surface des implants en titane avec des revêtements de dioxyde de titane / phosphate de calcium dopés au cobalt, et a constaté que l'incorporation de cobalt poussait les cellules autour des implants à exprimer des niveaux plus élevés de cytokines liées aux vaisseaux sanguins et à la formation osseuse, et au sang vaisseaux et L'effet de formation osseuse est positivement lié à la quantité de cobalt incorporée.

L'étude a également révélé que lorsque le strontium, le cobalt et le fluor étaient co-injectés sur la surface de l'implant via la méthode MAO, des expériences antibactériennes in vitro ont montré que le taux antibactérien des implants co-injectés pouvait atteindre 95%; et en termes de promotion de l'angiogenèse et de l'ostéogenèse, les implants de co-injection Le corps est meilleur que les trois éléments strontium, cobalt et fluor injectés séparément ou par paires. Cependant, un excès d'élément de cobalt peut facilement conduire à une cytotoxicité, et des expériences répétées sont nécessaires pour déterminer sa concentration optimale et sa toxicité biologique à long terme.

  2.7 manganèse

  Il a été prouvé que le manganèse joue un rôle important dans le processus d'ostéogenèse. Le manque de manganèse peut entraîner des problèmes tels qu'une formation osseuse lente et une déformation osseuse. Yu et coll. ont utilisé les méthodes PIII & D et MAO pour recouvrir la surface d'implants en titane avec un revêtement contenant du manganèse pour construire un environnement qui peut libérer des ions manganèse pendant une longue période. L'enrobage de manganèse a un certain effet inhibiteur sur E. coli et Pseudomonas aeruginosa. En termes d'ostéogenèse, le manganèse peut améliorer la différenciation des ostéoblastes et augmenter la formation osseuse globale. La raison peut être que le manganèse affecte la voie de signalisation de l'hormone parathyroïdienne, régulant ainsi la densité minérale osseuse. Cependant, un excès de manganèse a un effet toxique sur les ostéoblastes. L'enrobage contenant du manganèse préparé par le PIII &

  2.8 Autre

Heo et coll. implanté des nanoparticules d'or dans la surface d'implants en titane silanisé. Les implants modifiés à l'or peuvent améliorer la différenciation des ostéoblastes et augmenter l'expression de gènes spécifiques de la différenciation ostéogénique (COL1, Runx2, OCN, BSP, etc.) dans les cellules souches adipeuses humaines, améliorer l'activité de l'ALP, augmenter le dépôt de sel de calcium, et favoriser la formation de l'interface d'ostéointégration de l'implant. Des études ont montré que les nanoparticules d'or peuvent participer à des voies de signal telles que p38 / MAPK et ERK / MAPK pour favoriser l'ostéogenèse. Li et coll. utilisé du cérium (Ce) pour modifier la surface d'implants en titane et obtenu des revêtements d'oxyde de nano-cérium avec différents rapports Ce3 + / Ce4 + sur la surface d'implants en titane par pulvérisation magnétron. Avec l'augmentation du contenu Ce4 +,

  3. Résumé

`` En résumé, différents oligo-éléments ont leurs propres avantages. Par exemple, le strontium, le tantale et d'autres éléments ont un effet promoteur évident sur la formation osseuse, et des éléments tels que l'argent et le zinc ont de meilleurs effets antibactériens. L'utilisation conjointe de deux éléments ou plus permettra d'obtenir de meilleurs résultats que l'utilisation d'un seul élément. À l'heure actuelle, certains implants modifiés par éléments ont été utilisés dans les cliniques (fluor, tantale, etc.), et certains implants ont même de meilleurs effets antibactériens et ostéogéniques que les implants disponibles dans le commerce. L'un des principaux problèmes auxquels sont confrontés les implants modifiés d'oligo-éléments est de savoir comment trouver une valeur appropriée dans la plage de faible concentration où les oligo-éléments jouent un rôle.