CC BY
1УДК 616.314.1
Авдюшкина Юлия Геннадьевна
специалист, Российская медицинская академия непрерывного
профессионального образования Россия, Москва
КЛИНИЧЕСКИЕ ИСХОДЫ И ОСЛОЖНЕНИЯ ДОЛГОСРОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ АНТИМИКРОБНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ИМПЛАНТАТЫ
Аннотация: Антимикробные покрытия стоматологических имплантатов обеспечивают снижение риска инфекционных осложнений, таких как периимплантит, который встречается у значительной доли пациентов. Данная статья анализирует эффективность различных типов покрытий, включая металлические, полимерные и покрытия с антимикробными пептидами, в предотвращении бактериальной колонизации и образовании биопленок (БП). Исследования демонстрируют положительное влияние различных типов покрытий на остеоинтеграцию и снижение риска воспалений, хотя клиническое применение требует внимательного подхода из-за возможной цитотоксичности и резистентности бактерий. Успешное внедрение многофункциональных покрытий может существенно повысить долговечность имплантатов и снизить риск их отторжения. Остается актуальной задача разработки оптимального состава покрытий, способных предотвращать образование БП без значительного влияния на окружающие ткани.
Ключевые слова: Антимикробные покрытия, дентальные имплантаты, периимплантит, остеоинтеграция, биопленки, цитотоксичность, серебро, полимерные покрытия.
Avdiushkina IUliia
specialist degree, Russian Medical Academy of Continuous
Professional Education Russian Federation, Moscow
CLINICAL OUTCOMES AND COMPLICATIONS OF THE LONG-TERM EFFECTS OF ANTIMICROBIAL COATINGS ON DENTAL IMPLANTS
Abstract: Antimicrobial coatings for dental implants help reduce the risk of infectious complications, such as peri-implantitis, which occurs in a significant proportion of patients. This article analyzes the effectiveness of various types of coatings, including metallic, polymeric, and antimicrobial peptide coatings, in preventing bacterial colonization and biofilm formation. Studies demonstrate the positive impact of different types of coatings on osseointegration and reduced risk of inflammation, although clinical application requires careful consideration due to
potential cytotoxicity and bacterial resistance. The article also explores promising directions for future research aimed at improving the biocompatibility and durability of the coatings. The successful implementation of multifunctional coatings could significantly enhance implant longevity and reduce the risk of rejection. The development of an optimal coating composition that can prevent biofilm formation without negatively affecting surrounding tissues remains a key challenge.
Keywords: Antimicrobial coatings, dental implants, peri-implantitis, osseointegration, biofilms, cytotoxicity, silver, polymeric coatings.
ВВЕДЕНИЕ
Стоматологические имплантаты широко применяются в современной медицине как эффективное решение для восстановления зубов. Несмотря на их преимущества, такие как долговечность и биосовместимость, они подвержены риску инфекционных осложнений [1]. Наиболее распространенной проблемой является периимплантит - воспалительное заболевание, связанное с бактериальной инфекцией вокруг имплантата, которое приводит к потере костной ткани и к возможной неудаче имплантации. По данным исследования Mia Rakic1 et al., от 10% до 28% пациентов с имплантатами сталкиваются с периимплантитом на различных этапах лечения, что подчеркивает серьезность проблемы инфекций в данной области.
Для снижения риска инфекционных осложнений активно разрабатываются и исследуются различные антимикробные покрытия для имплантатов. Подобные покрытия предотвращают колонизацию бактерий на поверхности имплантата и уменьшают вероятность образования биопленок (БП), которые представляют собой протективную структуру для инфекционного микроорганизма (рис. 1) [3].
Рисунок 1. Сравнение здоровой области импланта с антимикробным покрытием
(слева) и без покрытия (справа) [3] В клинических исследованиях было показано, что антимикробные покрытия снижают частоту периимплантита на 90% по сравнению с традиционными имплантатами [3].
Целью данной статьи является анализ существующих исследований по применению различных вариантов антимикробных покрытий на стоматологических имплантатах. Особое внимание будет уделено оценке возможности покрытий в предотвращении инфекционных осложнений и улучшении долгосрочных результатов лечения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для проведения данного исследования был выполнен обзор существующей литературы с использованием научных баз данных, таких как PubMed, Scopus и Web of Science. Поиск проводился по ключевым словам: «антимикробные покрытия», «периимплантит», «стоматологические имплантаты», «инфекционные осложнения» и «клинические исходы». Для обеспечения актуальности анализа в работу были включены статьи, опубликованные с 2018 года по 2024 год.
Критерии включения охватывали клинические исследования и систематические обзоры, посвященные применению антимикробных покрытий на стоматологических имплантатах, с акцентом на долгосрочные клинические
исходы, такие как снижение риска периимплантита и других осложнений. Включались исследования, оценивающие антимикробную активность различных типов покрытий, таких как металлические, полимерные и комбинированные. Из анализа исключались публикации, не содержащие данных о клинических исходах или осложнениях, нерецензируемые статьи, а также работы, выполненные до 2018 года, чтобы избежать использования устаревших данных.
ВИДЫ АНТИМИКРОБНЫХ ПОКРЫТИЙ
Существуют различные виды антимикробных покрытий, используемых для покрытия стоматологических имплантатов, каждое из которых обладает своими преимуществами и ограничениями. Наиболее распространёнными типами покрытий являются металлические, полимерные, биологически активные, а также покрытия с антимикробными пептидами (таблица 1).
Таблица 1. Виды антимикробных покрытий
Тип покрытия Пример покрытия Антимикробна я активность Преимущества Особенности
Покрытия с серебром Серебряные наночастицы. Высокая активность против БП. Долгосрочная защита от бактерий. Возможна цитотоксичнос ть при высоких концентрациях.
Покрытия с полилактидо м (PLA) РЬА- полимерные матрицы. Контролируемое высвобождение антибиотиков. Продолжительное высвобождение антимикробных агентов. Возможность развития антибиотикоре зистентности.
Полигликол ид (PGA) РОА-матрицы с антибиотиками. Продолжительно е высвобождение антимикробных агентов. Длительный эффект, высокая биосовместимость. Риск развития резистентности микроорганизм ов.
Покрытия с хитозаном Хитозановые покрытия. Антибактериаль ная защита, ускорение заживления. Естественный антимикробный эффект, высокая биосовместимость. Ограниченные данные о долгосрочной устойчивости.
Покрытия с фосфорным и соединениям и Фосфорилирова нные покрытия. Антимикробная активность против микробных колоний. Устойчивость к БП, высокая адгезия к имплантатам. Сложность в производстве и применении.
Полимерные гидрогели Гидрогелевые покрытия с антибиотиками. Барьер для бактерий, медленное высвобождение Высокие защитные свойства, возможность контролируемого Ограниченный срок службы в условиях высокой
антимикробных агентов. высвобождения антибактериальног о препарата. механической нагрузки.
Гидроксиапа тит Гидроксиапатит с добавлением стронция и серебра. Противогрибков ая и антибактериальн ая активность. Улучшает остеоинтеграцию, активное антибактериальное действие. Высокая стоимость, сложность производства.
Антимикроб ные пептиды RRP9W4N пептиды, GL13K пептиды. Широкий спектр действия, разрушение мембран бактерий. Широкий спектр действия, низкая резистентность бактерий. Требуются дополнительны е исследования биосовместимо сти.
Примечание: R RRP9W4N - Proline-Arginine-Rich Ene Leucine-Rich Repeat Protein; GL13K -
Glycine-Leucine-Cathelicidin.
Выбор подходящего материала для антимикробного покрытия дентальных имплантатов должен учитывать баланс между антимикробной активностью, биосовместимостью, механической прочностью и производственными возможностями. Клиническое применение данных покрытий требует дальнейших исследований для подтверждения долгосрочной устойчивости и безопасности.
КЛИНИЧЕСКИЕ ИСХОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АНТИМИКРОБНЫХ
ПОКРЫТИЙ
Исследования по применению антимикробных покрытий показывают, что их использование способствует снижению риска инфекций. В обзоре Nansi López-Valverde et al. оценивалась активность антибактериальных поверхностей при остеоинтеграции титановых дентальных имплантатов [4]. Авторами был проведен анализ исследований in vivo, опубликованных до декабря 2020 года. В их обзор было включено шесть исследований, в которых изучались 212 имплантатов с антибактериальными покрытиями. Все включённые исследования показали положительное влияние антибактериальных поверхностей на остеоинтеграцию. Металлические покрытия, такие как тантал, стронций и серебро, продемонстрировали значительную антимикробную активность в борьбе с бактериальными инфекциями, особенно с образованием БП, что является основной причиной периимплантитов и отторжения имплантатов.
ХОЛОДНАЯ НАУКА №9/2024
Работа Innocent J. Macha et al. по изучению гидроксиапатитовых покрытий для дентальных имплантатов демонстрирует, что данный тип покрытия значительно улучшает остеоинтеграцию благодаря биосовместимости и остеокондуктивным свойствам [5]. Гидроксиапатит (ГА) способствует быстрому формированию костной ткани вокруг имплантатов, что сокращает время заживления и улучшает стабильность имплантата. Также в данной работе было отмечено, что покрытия с модифицированным ГА (например, с добавлением серебра или меди) обладают более высокой степенью антимикробной активности, что помогает предотвратить инфекции и периимплантит.
В работе Vinita Vishwakarma et al., проводится обзор металлических, полимерных и керамических покрытий, включая такие материалы, как гидроксиапатит (ГА), диоксид титана и оксид цинка, а также композитные покрытия с добавлением серебра и меди [6]. Исследование выполнено на основе систематического анализа научной литературы и данных клинических испытаний. Дизайн исследования включает использование методов физического и химического осаждения для модификации поверхностей имплантатов и оценки их долговечности, устойчивости к коррозии и способности предотвращать бактериальные инфекции. Статистические данные показывают, что применение покрытий на основе ГА увеличивает скорость остеоинтеграции на 45%, а добавление серебра позволяет снизить количество бактериальных колоний на поверхности имплантата на 60%. Выводы статьи подтверждают, что многофункциональные покрытия способны значительно улучшить механические и биологические характеристики имплантатов, увеличивая их срок службы и снижая риск осложнений, таких как периимплантит и воспалительные реакции, в более чем 70% случаев.
Хитозановые покрытия обладают выраженными антибактериальными свойствами, предотвращают образование БП и способствуют ускоренной остеоинтеграции. Они снижают количество бактериальных колоний на поверхности имплантатов, особенно в условиях бактериальной инфекции полости рта. Наночастицы серебра и другие металлы, включенные в полимерные
покрытия, обеспечивают долговременное высвобождение антимикробных агентов, что предотвращает бактериальную колонизацию.
Полимеры с контролируемым высвобождением антибиотиков, такие как Гентамицин, показали свою способность в предотвращении инфекций после имплантации. В работе Abhishek Tiwari et al. проводился анализ эффективности покрытия медицинских имплантатов Гентамицином и другими антибиотиками для предотвращения инфекций, связанных с образованием БП на поверхности имплантатов [7]. В рамках исследования использованы данные по различным методам покрытия и обработки поверхностей для улучшения антибактериальной активности. Были приведены данные по способности к антимикробному эффекту гентамициновых покрытий с использованием различных методов нанесения, таких как погружение и спрей-техника, а также показано, что биодеградируемые покрытия на основе полимеров могут обеспечивать пролонгированное высвобождение Гентамицина до 42 дней. В исследовании получены данные, подтверждающие снижение бактериальной активности на 50-85% в течение первых 24 часов после применения покрытия. Авторы работы пришли к выводу, что применение гентамициновых покрытий способствует значительному снижению рисков инфекций, связанных с имплантатами.
Антимикробные пептиды, используемые в покрытиях для имплантатов, также предотвращают колонизацию бактериями на ранних стадиях после операции. Стоит отметить, что антимикробные пептиды обладают широким спектром действия против различных патогенов, что делает их перспективным решением для защиты имплантатов в первые критические недели после установки. В исследовании Isha Mutreja et al. была разработана методология создания антимикробного покрытия для титановых дентальных имплантатов на основе пептидов GL13K с использованием хемоселективной реакции малеимид-тиола [8]. Основной целью было предотвратить бактериальную колонизацию и усилить антимикробные свойства имплантатов. В ходе экспериментов покрытия были протестированы на бактериях Streptococcus gordonii и Streptococcus mutans,
демонстрируя снижение их жизнеспособности более чем на 50% по сравнению с контрольными поверхностями (рис. 2).
Примечание: eTi, Maleimide-Ti, Cys-GL13K-Ti, Chitosan-Ti - различные типы покрытий. Значимые различия между группами отмечены * (p - значение < 0,05) и ** (p - значение < 0,01), ОСЕ-относительно световые единицы.
Рисунок 2. Сравнение уровней жизнеспособности бактерий [8]
Механические испытания, включая ультразвуковую обработку, показали, что покрытие сохраняло свою прочность и стабильность, оставаясь устойчивым даже после воздействий ультразвуком на протяжении 30 минут. Цитосовместимость с клетками пульпы зуба человека также была подтверждена: клетки успешно пролиферировали на покрытых поверхностях в течение 6 дней. Данные по биолюминесценции аденозинтрифосфата и количеству колониеобразующих единиц показали значительное снижение метаболической активности бактерий. Авторы отмечают, что пептидное покрытие Cys-GL13K обладает биосовместимостью и высокой антимикробной активностью, показав значительное снижение жизнеспособности S. gordonii и S. mutans. Количество колониеобразующих единиц на поверхностях с покрытием Cys-GL13K было значительно ниже по сравнению с контрольными группами (необработанными и покрытыми только малеимидом), что подтверждено статистической значимостью (p < 0,05).
ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ современных исследований антимикробных покрытий для стоматологических имплантатов демонстрирует устойчивую тенденцию снижения риска инфекций и улучшения клинических исходов. Покрытия на основе металлических элементов, таких как серебро и тантал, демонстрируют эффективность в предотвращении бактериальной колонизации и образовании БП. Однако необходимо учитывать, что при высоких концентрациях такие покрытия могут быть цитотоксичными, что ограничивает их применение в определенных клинических случаях. Полимерные покрытия, такие как хитозан и полимеры с вкраплениями наночастиц металлов, демонстрируют антимикробные свойства, но различаются по степени биосовместимости и механической прочности. Покрытия с ГА отличаются высокой биосовместимостью и способствуют ускоренной остеоинтеграции, но их антимикробная активность ограничена без модификации металлами.
Интерес представляет исследование применения антимикробных пептидов, таких как GL13K и RRP9W4N, которые обладают широким спектром действия и низкой вероятностью развития резистентности у бактерий. Данные покрытия показали перспективные результаты в исследованиях in vivo, что подтверждает их потенциал для применения в клинической практике. Однако, как показали исследования, пептидные покрытия могут иметь ограничения в плане срока службы и биосовместимости, что требует дальнейшей доработки и тестирования
Одним из механизмов возникновения осложнений при использовании антимикробных покрытий является цитотоксичность, вызванная накоплением высоких концентраций антимикробных агентов, таких как серебро или медь, на поверхности имплантатов, что может привести к воспалительным реакциям и даже к отторжению имплантатов. Кроме того, длительное высвобождение антибиотиков из полимерных покрытий может способствовать развитию резистентности бактерий, что требует тщательного контроля дозирования и времени высвобождения. Механическое несоответствие между покрытием и
ХОЛОДНАЯ НАУКА №9/2024
окружающей костью также может вызывать сложности, такие как разрушение покрытия и нарушение остеоинтеграции.
ВЫВОДЫ
В результате проведённого анализа можно сделать вывод о высокой перспективности использования антимикробных покрытий для дентальных имплантатов, как в плане снижения риска инфекций, так и в улучшении остеоинтеграции. Металлические покрытия на основе серебра и стронция показали значительное уменьшение колонизации бактерий и предотвращение образования БП, что способствует снижению частоты периимплантитов. Однако их клиническое применение требует осторожности из-за риска цитотоксичности при высоких концентрациях антимикробных агентов. Полимерные покрытия демонстрируют антимикробную активность и долгосрочное высвобождение антибиотиков, но требуют контроля, чтобы предотвратить развитие антибиотикорезистентности. Покрытия на основе гидроксиапатита значительно улучшают остеоинтеграцию, однако их антибактериальная активность нуждается в усилении, например, за счет добавления серебра или других металлов. Необходимы дальнейшие исследования для оценки долгосрочной биосовместимости и механической стабильности данных покрытий в условиях клинической эксплуатации, а также разработки многофункциональных покрытий с улучшенными свойствами для минимизации риска осложнений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ozkan A., Qakir D.A., Tezel H., Sanajou S., Yirun A., Baydar T., Erkekoglu P. Dental Implants and Implant Coatings: A Focus on Their Toxicity and Safety // J Environ Pathol Toxicol Oncol. 2023. Vol. 42. № 2. P. 31-48.
2. Rakic M., Galindo-Moreno P., Monje A., Radovanovic S., Wang H.L., Cochran D., Sculean A., Canullo L. How frequent does peri-implantitis occur? A systematic review and meta-analysis // Clinical Oral Investigations. 2018. № 22. P. 1805-1816.
3. Esteves G.M., Esteves J., Resende M., Mendes L., Azevedo A.S. Antimicrobial and Antibiofilm Coating of Dental Implants. Past and New Perspectives
// Antibiotics. 2022. Vol. 11. P. 235.
4. Lopez-Valverde N., Macedo-de-Sousa B., Lopez-Valverde A., Ramirez J.M. Effectiveness of Antibacterial Surfaces in Osseointegration of Titanium Dental Implants: A Systematic Review // Antibiotics. 2021. Vol. 10. P. 360.
5. Macha I.J., Karacan I., Ben-Nissan B., Cazalbou S., Muller W.H. Development of antimicrobial composite coatings for drug release in dental, orthopaedic and neural prostheses applications // SN Appl. Sci. 2019. Vol. 1. P. 68.
6. Vishwakarma V., Kaliara G.S., Amirtharaj Mosas K.K. Multifunctional Coatings on Implant Materials. A Systematic Review of the Current Scenario // Coatings. 2023. Vol. 13. P. 69.
7. Tiwari A., Sharma P., Vishwamitra B., Singh G. Review on Surface Treatment for Implant Infection via Gentamicin and Antibiotic Releasing Coatings // Coatings. 2021. Vol. 11. P. 1006.
8. Mutreja I., Lan C., Li Q., Aparicio C. Chemoselective Coatings of GL13K Antimicrobial Peptides for Dental Implants // Pharmaceutics. 2023. Vol. 15. P. 2418.
