CC BY
16
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ
ОС1: 10.21045/1811-0185-2023-9-18-22 УДК: 614.2
К ВОПРОСУ О БИОСОВМЕСТИМОСТИ
КЕРАМИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ
ПРИ ОКАЗАНИИ ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ
Ю.А. Ульянов a, Э.М. Зарипова b, Э.Н. Мингазова c:
а ФГБНУ «Национальный НИИ общественного здоровья имени Н.А. Семашко», г. Москва, Россия;
b ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», г. Казань, Россия; c ФГБНУ «Национальный НИИ общественного здоровья имени Н.А. Семашко», г. Москва, Россия; ФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет», г. Казань, Россия; Медико-биологический университет инноваций и непрерывного образования ФГБУ «Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА России, г. Москва, Россия.
а https://orcid.org/0000-0001-8471-6724; b https://orcid.org/0000-0002-1901-1434; c https://orcid.org/0000-0002-8558-8928.
И Автор для корреспонденции: Мингазова Э.Н.
АННОТАЦИЯ
При организации ортопедической помощи специалисты должны быть в курсе научных данных относительно способности используемой системы имплантатов из диоксида циркония к остеоинтеграции. Биологическая совместимость имплантатов зависит от различных параметров, таких как природа материала, химический состав, топография поверхности, химический состав и нагрузка, обработка поверхности, физико-механические свойства. Цирконий имеет высокую биосовместимость с мягкими тканями, сопротивляемость к бактериальным биопленкам. Имплантаты из диоксида циркония являются многообещающей альтернативой титану, особенно для пациентов с аллергией на титан.
Ключевые слова: керамические имплантаты, диоксид циркония, ортопедическая помощь, дентальная имплантология.
Для цитирования: Ульянов Ю.А, Зарипова Э.М, Мингазова Э.Н. К вопросу о биосовместимости керамических имплантатов при оказании ортопедической помощи. Менеджер здравоохранения. 2023; 9:18-22. DOI: 10.21045/1811-0185-2023-9-18-22
Согласно исследованиям, последнее поколение имплантатов из диоксида циркония с микрошероховатой поверхностью демонстрирует идентичную интеграцию с твердыми тканями по сравнению с титановыми имплантата-ми. В настоящее время не каждая компания предлагает данные, основанные на доказательствах, или предоставляет информацию о поверхности имплантата и характеристиках остеоинтеграции соответствующего продукта. При организации ортопедической помощи специалисты должны быть в курсе научных данных относительно способности используемой системы имплантатов из диоксида циркония к остеоинтеграции.
Целью исследования явилось проведение обзора научной зарубежной литературы по вопросу
биосовместимости керамических имплантатов при оказании ортопедической помощи.
Доклинические данные об имплантатах из диоксида циркония и титановых имплантатах на различных животных моделях за 30 лет свидетельствуют о наличии гистологических доказательств сопоставимой или лучшей остеоинтеграции имплантатов из диоксида циркония по сравнению с имплантатами из титана. В целом, эти доклинические результаты подтверждают возможность использования керамики на основе диоксида циркония в дентальной имплантологии [1—4].
Клинические исследования керамических им-плантатов изучают потери маргинальной кости, показатели выживаемости, биосовместимость с тканью, частоту осложнений и др. Краткосрочные
© Ульянов Ю.А, Зарипова Э.М, Мингазова Э.Н, 2023 г.
Менеджер
здравоохранения /
Manager №3
ZdrevoochreneniB 2023
результаты клинических исследований большей частью подтверждают сопоставимость циркониевых имплантатов с титановыми и их пригодность в качестве альтернативного варианта лечения для замены отсутствующих зубов [5-8].
Биологическая совместимость имплантатов зависит от различных параметров, таких как природа материала, химический состав, топография поверхности, химический состав и нагрузка, обработка поверхности, физико-механические свойства. Цирконий имеет высокую биосовместимость с мягкими тканями, сопротивляемость к бактериальным биопленкам. Имплантаты из диоксида циркония являются многообещающей альтернативой титану, особенно для пациентов с аллергией на титан. Нано- и микрочастицы в настоящее время обсуждаются как потенциальные факторы риска периимплантатных заболеваний [1,9-14].
Исследование частиц титана в тканях вокруг имплантата при периимплантите, а также иммунологических реакций на эти частицы выявило кровотечение при зондировании, глубину зондирования >6 мм и рентгенографическую потерю кости вокруг зубного имплантата >3 мм. Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (СЭМ-ЭДС) выявил частицы износа титана в 90% образцов тканей в связи со смешанным хроническим воспалительным инфильтратом. Наблюдалась значительная гиперэкспрессия цитокина RANKL с тенденцией к гиперэкспрессии IL-33 и TGF-B1 в областях с титаном [10].
Сравнительный анализ реакции мезенхимальных стромальных клеток десны человека (от англ. human gingival mesenchymal stromal cells (hG-MSC)) нано-частицы титана и циркония (<100 нм) в отсутствие и в присутствии липополисахарида Porphyromonas gingivalis (LPS) показал влияние наночастиц на выработку медиаторов воспаления hG-MSC в зависимости от материала наночастиц и наличия воспалительных стимулов. Пролиферация и жизнеспособность клеток ингибировались титаном (>1000 мкг/мл), но не наночастицами диоксида циркония, что сопровождалось усиленным апоптозом. Оба типа наночастиц (>25 мкг/мл) индуцировали значительную экспрессию IL-8 в МСК десны, и несколько более высокий эффект наблюдался для наночастиц титана. Обе наночастицы существенно усиливали продукцию интерлейкина IL-8, индуцированную LPS, более высокий эффект наблюдался для наночастиц диоксида циркония [11].
В экспериментах in vitro на формирование биопленки показано влияние различий в материалах и шероховатости поверхности имплантатов из диоксида циркония. На формирование биопленки in situ в основном влияла шероховатость поверхности образцов. Для уменьшения образования биопленки рекомендуется полировка диоксида циркония, при этом термообработка не имеет существенного эффекта [15].
Оценка биосовместимости шероховатых и гладких поверхностей дисков из иттрия-циркония (Y-TZP) по сравнению с дисками из чистого циркония (ZrO2) показала сходные скорости пролиферации клеток, плотное матирование клеток на поверхности обоих материалов. Показатели поглощения минералов и иммунного ответа были характерны для Y-TZP, что говорит о более высокой биосовместимости материала [16].
При оценке пародонтальной интеграции было описано, что фибробласты лучше прилипают к диоксиду циркония, что приводит к более сильному формированию «манжеты» вокруг этих имплантатов. Это приводит к уменьшению глубины кармана с преимущественно невоспалительной средой. Показано, что диоксид циркония накапливал меньше параметров (шероховатость поверхности, контактный угол, количество бактерий, адгезия бактерий, толщина биопленки, распределение бактерий, специфические иммунологические параметры) биопленки полости рта [17, 18].
Анализ реакции фибробластов десны и остеобластов человека на текстурированные лазером микробороздки различных размеров на поверхности имплантатов из диоксида циркония показал клеточную адгезию через 24 часа с сопоставимой морфологией во всех образцах для обоих типов клеток. Жизнеспособность клеток увеличивалась с течением времени, однако различий между ними обнаружено не было. Пролиферация, активность ALP (щелочной фосфатазы), уровни коллагена I типа, остеопонтина и интерлейкина существенно не различались для любого из типов клеток. Полученные результаты показали сходное поведение клеток, основанное на жизнеспособности клеток и дифференциации по микротопографии зубных имплантатов из диоксида циркония [19].
На поверхности диоксида циркония увеличение шероховатости зафиксировано на микро- и нано-уровне, что приводит к усилению смачиваемости и биологической реакции. Кроме того, адгезия, распространение, пролиферация и дифференцировка
с
#хс
->
№3 Manager
2023 Zdravoochranania
/Менеджер
здравоохранения
остеогенных клеток усиливаются после лазерного облучения, главным образом, при использовании фемтосекундного лазера с энергией 10 нДж и частотой 80 МГц. Лазерный подход выявил несколько параметров, которые можно использовать для модификации поверхности диоксида циркония, таких как интенсивность облучения, время и частота. Параметры лазерного излучения можно оптимизировать и хорошо контролировать для достижения желаемых морфологических аспектов поверхности и биологической реакции, связанной с процессом остеоинтеграции [20].
Оценка имплантатов из диоксида циркония с применением методом сканирующей электронной микроскопии и элементного анализа продемонстрировала техническую возможность производства имплантатов из диоксида циркония, практически не содержащих химических остатков. Поверхности некоторых марок имплантатов были относительно чистыми, на поверхностях других имплантатов были обнаружены органические загрязнения. Вызывает опасения то, что загрязнение может привести к нежелательным биологическим эффектам, особенно с учетом умеренной шероховатости поверхности некоторых имплантатов [9].
По сравнению с титаном, который дает серую тень и затемнение, цирконий имеет более высокую эстетическую ценность в имплантационной стоматологии. Большинство имплантатов из диоксида циркония доступны в цвете А2, что дает им значительное эстетическое преимущество [18].
Согласно исследованиям, последнее поколение имплантатов из диоксида циркония с микрошероховатой поверхностью демонстрирует идентичную интеграцию с твердыми тканями по сравнению с титановыми имплантатами. В настоящее время не каждая компания предлагает данные, основанные на доказательствах, или предоставляет информацию о поверхности имплантата и характеристиках остеоинтеграции соответствующего продукта. При организации ортопедической помощи специалисты должны быть в курсе научных данных относительно
способности используемой системы имплантатов из диоксида циркония к остеоинтеграции. При этом имплантаты из диоксида циркония могут быть единственной альтернативой титановым имплантатам, для пациентов с абсолютными противопоказаниями к использованию титана. Исследователи отмечают необходимость расширения размера выборки, более крупных многоцентровых, лонгитюдных и рандомизированных клинических испытаний, расширенных данных о возможных осложнениях, оценки их долгосрочной выживаемости, степени успеха и показателей потери маргинальной кости, роли титана в инициировании потери костной массы, а также критического анализа чистоты и топографии поверхности имплантата и пр. [1, 8, 9, 21-24].
Таким образом, проведенный обзор научной литературы позволяет сделать вывод о том, что в последнее время керамические имплантаты представляются многообещающей альтернативой титановым имплантатам в плане механической прочности, биологической функциональности, химической стабильности, сочетания оптических свойств и остеоинтеграции. Биокерамика является оптимальным материалом для решения широкого круга биомедицинских проблем, включая дентальную ортопедию. В качестве материала для изготовления супраконструкций и фиксаторов зубных имплантатов при безметалловой реставрации наиболее успешно используется диоксид циркония ^Ю2). Доклинические результаты подтверждают возможность использования керамики на основе диоксида циркония в дентальной имплантологии. Результаты клинических исследований большей частью подтверждают сопоставимость циркониевых имплантатов с титановыми и их пригодность в качестве альтернативного варианта лечения для замены отсутствующих зубов. Цирконий имеет высокую биосовместимость с мягкими тканями, сопротивляемость к бактериальным биопленкам. Имплантаты из диоксида циркония являются многообещающей альтернативой титану, особенно для пациентов с аллергией на титан.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ / REFERENCES:
1. Duncan W.J., Ma S., Siddiqi A., Osman R.B. Zirconia versus Titanium Implants: 8-Year Follow-Up in a Patient Cohort Contrasted with Histological Evidence from a Preclinical Animal Model. Materials (Basel). 2022; 15(15). DOI: 10.3390/ma15155322
2. Chacun D, Lafon A., Courtois N. et al. Histologic and histomorphometric evaluation of new zirconia-based ceramic dental implants: A preclinical study in dogs // Dent Mater. 2021; 37(9): 1377-1389. DOI: 10.1016/j. dental.2021.06.010
Менеджер
здравоохранения /
Manager № 3
ZdrevoochreneniB 2023
3. Migliorini F., Schenker H, Betsch M. et al. Silica coated high performance oxide ceramics promote greater ossification than titanium implants: an in vivo study // J Orthop Surg Res. 2023; 18(1): 31. DOI: 10.1186/s13018-022-03494-7
4. Pieralli S, Kohal R.J, Lopez Hernandez E, Doerken S, Spies B.C. Osseointegration of zirconia dental implants in animal investigations: A systematic review and meta-analysis // Dent Mater. 2018; 34(2): 171-182. DOI: 10.1016/j.dental.2017.10.008
5. Haro Adänez M, Nishihara H, Att W. A systematic review and meta-analysis on the clinical outcome of zirconia implant-restoration complex // J Prosthodont Res. 2018; 62(4): 397-406. DOI: 10.1016/j. jpor.2018.04.007
6. Koller M, Steyer E, Theisen K, Stagnell S, Jakse N, Payer M. Two-piece zirconia versus titanium implants after 80 months: Clinical outcomes from a prospective randomized pilot trial // Clin Oral Implants Res. 2020; 31(4): 388-396. DOI: 10.1111/clr.13576;
7. Borges H, Correia A.R.M., Castilho R.M., de Oliveira Fernandes G.V. Zirconia Implants and Marginal Bone Loss: A Systematic Review and Meta-Analysis of Clinical Studies // Int J Oral Maxillofac Implants. 2020; 35(4): 707-720. DOI: 10.11607/jomi.8097
8. Thiem D.G.E, Stephan D, Kniha K. et al. German S3 guideline on the use of dental ceramic implants // Int J Implant Dent. 2022; 8(1): 43. DOI: 10.1186/s40729-022-00445-z
9. Duddeck D.U., Albrektsson T, Wennerberg A. et al. Quality Assessment of Five Randomly Chosen Ceramic Oral Implant Systems: Cleanliness, Surface Topography, and Clinical Documentation // Int J Oral ol.Maxillofac Implants. 2021; 36(5): 863-874. DOI: 10.11607/jomi.8837
10. Berryman Z, Bridger L, Hussaini H.M., Rich A.M., Atieh M, Tawse-Smith A. Titanium particles: An emerging risk factor for peri-implant bone loss // Saudi Dent J. 2020; 32(6): 283-292. DOI: 10.1016/j. sdentj.2019.09.008
11. Nemec M, Behm C, Maierhofer V. et al. Effect of Titanium and Zirconia Nanoparticles on Human Gingival Mesenchymal Stromal Cells // Int J Mol Sci. 2022; 23(17): 10022. DOI: 10.3390/ ijms231710022
12. Sivaraman K, Chopra A, Narayan A.¡., Balakrishnan D. Is zirconia a viable alternative to titanium for oral implant? A critical review // J Prosthodont Res. 2018; 62(2): 121-133. DOI: 10.1016/j. jpor.2017.07.003
13. Thome G, Sandgren R, Bernardes S. et al. Osseointegration of a novel injection molded 2-piece ceramic dental implant: a study in minipigs // Clin Oral Invest. 2021; 25: 603-615. DOI: 10.1007/ s00784-020-03513-z
14. Aragoneses J, Valverde N.L., Fernandez-Dominguez M. et al. Relevant Aspects of Titanium and Zirconia Dental Implants for Their Fatigue and Osseointegration Behaviors // Materials (Basel). 2022; 15(11): 4036. DOI: 10.3390/ma15114036
15. Jaeggi M, Gyr S, Astasov-Frauenhoffer M. et al. Influence of different zirconia surface treatments on biofilm formation in vitro and in situ // Clin Oral Implants Res. 2022; 33(4): 424-432. DOI: 10.1111/ clr.13902
16. Tchinda A., Chezeau L, Pierson G. et al. Biocompatibility of ZrO2 vs. Y-TZP Alloys: Influence of Their Composition and Surface Topography // Materials (Basel). 2022; 15(13): 4655. DOI: 10.3390/ ma15134655.
17. Kniha K, Heussen N, Modabber A., Hölzle F., Möhlhenrich S.C. The effect of zirconia and titanium surfaces on biofilm formation and on host-derived immunological parameters // Int J Oral Maxillofac Surg. 2021; 50(10): 1361-1374. DOI: 10.1016/j.ijom.2021.01.021
18. Bollen C. Zirconia: the material of choice in implant dentistry? an update // J Dent Health Oral Disord Ther. 2017; 6(6): 172-175. DOI: 10.15406/jdhodt.2017.06.00219
19. da Cruz M.B., Marques J.F., Marques A.F.S. et al. Modification of Zirconia Implant Surfaces by Nd: YAG Laser Grooves: Does It Change Cell Behavior? // Biomimetics (Basel). 2022; 7(2): 49. DOI: 10.3390/biomimetics7020049
20. Cunha W, Carvalho O, Henriques B. et al. Surface modification of zirconia dental implants by laser texturing // Lasers Med Sci. 2022; 37(1): 77-93. DOI: 10.1007/s10103-021-03475-y
21. Sadowsky S.J. Has zirconia made a material difference in implant prosthodontics? // A review. Dent Mater. 2020; 36(1): 1-8. DOI: 10.1016/j.dental.2019.08.100
22. de Beus J.H.W., Schepke U, Raghoebar G.M., Meijer H.J.A., Cune M.S. Keramische implantaten: de stand van zaken [Ceramic implants: the state of art] // Ned Tijdschr Tandheelkd. 2023; 130(4): 166-171. DOI: 10.5177/ntvt.2023.04
23. Vaghela H, Eaton K. Is Zirconia a Viable Alternative to Titanium for Dental Implantology? // Eur J Prosthodont Restor Dent. 2022; 30(1): 1-13. DOI: 10.1922/EJPRD_2166Vaghela14
24. Duan C, Ye L, Zhang M, et al. Clinical performance of zirconium implants compared to titanium implants: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // Peer J. 2023; 11: e15010. DOI: 10.7717/peerj.15010
№ 3 Manager
2023 Zdravoochranenia
/Менеджер
здравоохранения
О
змо зЯо
зио
ORIGINAL PAPER
THE ISSUE OF BIOCOMPATIBILITY OF CERAMIC IMPLANTS IN THE PROVISION OF ORTHOPEDIC CARE
Yu.A. Ulyanov a, E.M. Zaripova b, E.N. Mingazova c ■
a N.A. Semashko National Research Institute of Public Health, Moscow, Russia; b Kazan (Volga region) Federal University, Kazan, Russia;
c N.A. Semashko National Research Institute of Public Health, Moscow, Russia; Kazan State Medical University, Kazan, Russia; Biomedical University of Innovation and Continuing Education of the State Scientific Center of the Russian Federation - A. I . Burnazyan Federal Medical Biophysical Center of the Federal Medical Biological Agency of Russia, Moscow, Russia. a https://orcid.org/0000-0001-8471-6724; b https://orcid.org/0000-0002-1901-1434; c https://orcid.org/0000-0002-8558-8928.
H Corresponding author: Mingazova E.N.
ABSTRACT
When organizing orthopedic care, specialists should be aware of scientific data regarding the ability of the zirconia implant system used to osseointegrate. The biocompatibility of implants depends on various parameters such as the nature of the material, chemical composition, surface topography, chemical composition and loading, surface treatment, physical and mechanical properties. Zirconium has a high biocompatibility with soft tissues, resistance to bacterial biofilms. Zirconia implants are a promising alternative to titanium, especially for titanium allergic patients.
Keywords: ceramic implants, zirconium dioxide, orthopedic care, dental implantology.
For citation: Ulyanov Yu.A., Zaripova E.M, Mingazova E.N. The issue of biocompatibility of ceramic implants in the provision of orthopedic care. Manager Zdravoohranenia. 2023; 918-22. DOI: 10.21045/1811-0185-2023-9-18-22
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / ABOUT THE AUTHORS
Ульянов Юрий Александрович - соискатель-исследователь ФГБНУ «Национальный НИИ общественного здоровья имени Н.А. Семашко», г. Москва, Россия.
Yury A. Ulyanov - Applicant-researcher of N.A. Semashko National Research Institute of Public Health, Moscow, Russia. E-mail: [email protected]
Зарипова Эльвира Мансуровна - канд. мед. наук, доцент кафедры стоматологии и имплантологии Института фундаментальной медицины и биологии ФГАОУ ВО «Казанский (.Приволжский) федеральный университет», г. Казань, Россия.
Elvira M. Zaripova - Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Department of Dentistry and Implantology, Institute of Fundamental Medicine and Biology of Kazan (Volga region) Federal University, Kazan, Russia. E-mail: [email protected]
Мингазова Эльмира Нурисламовна - д-р мед. наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБНУ «Национальный НИИ общественного здоровья имени Н.А. Семашко», г. Москва, Россия.
Elmira N. Mingazova - D.Sc. (Medicine), Professor, Chief Researcher of N.A. Semashko National Research Institute of Public Health, Moscow, Russia.
E-mail: [email protected]
Менеджер
здравоохранения /
Manager № 3
ZdrevoochreneniB 2023
