On Ca²+ incorporation and nanoporosity of titanium surfaces and the effect on implant performance

• Dentala implantat är en väletablerad behandling för att ersätta förlorade tänder med långsiktigt goda resultat. Det finns en uppsjö av implantat med olika ytor på marknaden och bakom dessa ligger stora forskningssatsningar. Aktuell forskning syftar till att leda fram till nya ytor med fördelaktiga egenskaper jämfört med dagens ytor avseende inläkningen i benet och kontakten med den orala slemhinnan, för att även kunna behandla patienter med sämre läkförmåga samt för att förkorta behandlingstiden för samtliga patienter. Forskning syftar dessutom till att kartlägga mekanismerna för osseointegration och till att förstå inläkningen av implantat på en molekylär och cellulär nivå. En moderat rå yta är vanligen förekommande på kommersiella implantat då djurstudier har visat att en råare yta stimulerar benceller i större utsträckning, har mer ben i kontakt samt retineras hårdare av benet vid urvridningsförsök i större utsträckning än en slät yta. Ytorna är även i flertalet fall kemiskt modifierade och framförallt en modifierad kemi har föreslagits ge en yta egenskaper av en bioaktiv natur. Bioaktivitet är ett frekvent använt uttryck vilket kan spegla en kemisk bindning mellan exempelvis en implantatyta och omgivande vävnader (vilket idag ej har kunnat påvisas) eller en effekt på omgivande vävnader (exempelvis attraktion av specifika proteiner eller benceller). Ytegenskaperna syftar, sammanfattningsvis, till att påskynda läkningsprocessen och eventuellt förbättra inläkningen av implantaten. Något att alltid ha i åtanke vid patientrelaterad forskning eller behandling är eventuella konsekvenser med en negativ influens på patienten. I fallet med dentala implantat är en konsekvens bennedbrytning kring implantaten och därmed en större blottlagd implantatyta exponerad för munhålans bakterierika miljö. Biofilmer etableras i stort sett direkt på ytor om möjligt, då det finns flera fördelar för majoriteten av bakterier att leva i en biofilm. Friska tillstånd är starkt kopplade till en mikrobiologisk balans, det vill säga att det inte är en dominans av bakterier med sjukdomsorsakande egenskaper. Då balansen av någon anledning rubbas, förslagsvis på grund av en okontrollerbart stor mängd bakterier, stimulering av bakterier att utveckla sjukdomsframkallande egenskaper eller ett nedsatt försvar hos värden, kan biofilmer orsaka sjukdomstillstånd. Att en implantatyta inte ökar risken för att biofilmer med sjukdomsframkallande karaktär etableras på ytan är viktigt och bör utredas. Det är idag inte säkerställt vilka eller överhuvudtaget om det finns ytegenskaper med positiva eller negativa effekter på biofilmsetableringen. Ökad ytenergi och framförallt ökad ytråhet har dock kopplats till en ökad bakterievidhäftning. Den aktuella avhandlingen har syftat till att utreda hur kalciumjoner i ett förtjockat titanoxidlager påverkar inläkningen i ben genom att installera implantat i kaninben och sedan utvärdera dessa genom histologiska snitt samt genom biomekanisk urvridning. Resultaten blev att kalciummodifieringar ledde till mer benkontakt med ytan samt en starkare retention vid urvridning. Det var heller ingen skillnad i retention mellan släta kalciummodifierade implantat och moderat råa implantat. Inom avhandlingen har även effekten av nanoporositet för inläkning i munslemhinna studerats genom en experimentell studie i människa. En klinisk uppskattning framhöll fördelar för den nanoporösa ytan jämfört med den ickemodifierade kontrollytan och histologiskt hade den nanoporösa ytan mer vävnad i kontakt. För att utvärdera olika ytor avseende bakterievidhäftning och biofilmbildning sattes bakterielösningar till ytorna och sedan fick dessa fästa till ytan under två eller 14 timmar. Även filtersteriliserad saliv och helsaliv från en frisk individ användes i studierna. Resultatet blev att en ökad ytråhet tenderade till att öka bakterievidhäftningen och biofilmbildningen på ytan samt att en större mängd bakterier fanns kvar på moderat råa ytor jämför med släta efter rengöring. Sammanfattningsvis kan möjligen en specifik ytkemi kompensera för en minimal ytråhet, vilket eventuellt minskar risken för etablering av sjukdomsframkallande biofilmer på ytorna om dessa exponeras i munhålan. Nanoporösa ytor har möjligen en positiv influens på anslutningen av mjukvävnad mot implantatytan, vilket är av betydelse för en god estetik samt för skydd mot utbredningen av biofilmer.

• Introduction: Titanium implants are commonly used as replacements for missing teeth with successful long-term performance. The aim of the research performed in the field is to enable successful osseointegrated implant treatments for compromised as well as healthy bone beds, and to establish a rapid osseointegration to shorten the treatment period for the patients. In some cases bone resorption occurs around oral implants and the surrounding conditions may alter when surfaces aimed at being integrated in the bone are exposed to the extensive oral microbiota. Biofilms are most probably constantly present on exposed intraoral sur-faces but may during certain conditions be associated with pathological conditions in the surrounding tissues. Implant treatments depend on a stability through the osseointegration, as well as a sealing of oral mu-cosa for the defence against extensive biofilm accumulation. Aims: The present thesis has aimed at investigating the impact on os-seointegration of Ca2+ incorporation to anodized titanium surfaces for osseointegration, and whether Ca2+ incorporation would compensate for potential shortcomings of a minimal surface roughness. We have further aimed at investigating the adhesion of oral mucosa to nanoporous TiO2 surfaces clinically as well as histologically, and at evaluating the bacte-rial adhesion and biofilm formation on the test surfaces in vitro. Methods: The osseointegration of smooth (average height deviation

Ämnesord

MEDICIN OCH HÄLSOVETENSKAP  -- Klinisk medicin -- Odontologi (hsv//swe)

MEDICAL AND HEALTH SCIENCES  -- Clinical Medicine -- Dentistry (hsv//eng)

Nyckelord

dental implants

osseointegration

biofilms

oral mucosa

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)