陶瓷种植体与牙龈结合研究进展

2020-08-21 08:52:38 中国现代医生 2020年18期

于肖洋 华单婷

[摘要] 许多实验证明,纯钛种植体可以获得有效的牙龈封闭即生物学宽度,牙龈与纯钛种植体以半桥粒的方式连接,这为植体抵御口腔细菌侵袭提供了初期保护屏障。但陶瓷种植体应用于临床之后,除了需要致力于植体与骨结合和植体本身强度韧度等性能外,植体与牙龈的结合关乎着植体的远期使用寿命,同样应被更多学者所关注。希望找出一种既能与牙槽骨结合,又能与牙龈组织结合的植体表面处理方法。本文旨在总结世界范围内对于陶瓷植体与软组织结合的研究情况,从而理清陶瓷种植体表面处理技术未来的研究方向。

[关键词] 陶瓷;牙龈;结合;表面处理

[中图分类号] R783.1          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701(2020)18-0185-04

Research progress of the combination of ceramic implant and gingiva

YU Xiaoyang1   HUA Danting2

1.Department of Dentistry, Zhejiang University School of Medicine Sir Run Run Shaw Hospital, Hangzhou   310006, China; 2.Department of Rehabilitation, Zhejiang University School of Medicine Sir Run Run Shaw Hospital, Hangzhou   310006, China

[Abstract] Many experiments have proved that pure titanium implants can obtain effective gingival sealing, namely biological width. The gingiva and pure titanium implants are connected by semi-desmosomes, which provides an initial protective barrier for the implants to withstand the invasion of oral bacteria. However, after the ceramic implant is used in clinic, in addition to the need to commit to the combination of implant and bone and the strength and toughness of the implant itself, the combination of implant and gingiva is related to the long-term service life of the implant, and should also draw more attention from the scholars. It is a prospect to find a method for surface treatment of implants that can be combined with both alveolar bone and gingival tissue. This article aims to summarize the worldwide research on the combination of ceramic implants and soft tissues, so as to clarify the future research direction of ceramic implant surface treatment technology.

[Key words] Ceramics; Gingiva; Combination; Surface treatment

牙科种植修复是口腔牙列部分缺失修复的常见治疗方式。只要有足够的初期稳定性,无论是即刻修复还是延期修复都可以得到良好的骨结合。

随着临床应用增多,钛种植体的问题也逐渐显现:由于钛金属固有颜色,种植区牙龈过薄或者牙龈退缩导致的美学问题;钛及合金的耐腐蚀性受到口内复杂的环境影响,仍会有金属离子从植入物缓慢释放,可能会诱导骨吸收,造成种植失败,金属离子还会在周围软组织、淋巴结或体内其他位置堆积,可能是潜在致敏原[1-4];进行头颈部MRI检查时,种植体会形成伪影,对局部软组织成像有一定影响[5]。因此,学者们对新型的非金属植入材料开展了进一步研究。

1陶瓷植体的种类

早在90年代初,华西医科大学已经开始探索非金属种植体的骨结合,主要有可切削生物活性玻璃陶瓷种植体、陶瓷涂层种植体,在李彦等[6]的动物实验中可以看到实验用的活性玻璃陶瓷种植体的周围骨增量和骨皮质形成都优于纯钛种植体,但此類研究未见更深入的相关文献。

陶瓷材料与牙龈组织结合被更多学者认为更有利于修复的美学效果。当在外力、炎症等外部因素和牙龈自然退缩因素的影响下,种植体穿龈部分陶瓷基台会体现更有优势的美学效果。另外,多数研究表明陶瓷材料比其他金属合金基台的细胞毒性更小,更有利于软组织的增殖。

2颜色影响

基台材料不同,牙龈的粘附和颜色也会不同。人类牙龈纤维母细胞(HGF-1)在不同材料基台表面附着和增殖则会呈现出不同的外观颜色。氧化锆基台是前牙区最好的选择,氮化钛合金基台或阳极氧化钛合金基台也是强调美学要求或在高咬合负荷下的良好选择[7]。

3成分影响

值得注意的是,很多实验正在探讨氧化锆中不同的化学成分对成骨细胞和牙龈成纤维细胞转录分析的影响。Altmann等[8]学者通过在新型锆基牙种植体生物材料上培养人成骨细胞和牙龈成纤维细胞,并对其进行转录分析,来观测活细胞最直接的反应。实验团队用于成骨细胞增殖的实验载体是一种新型铈稳定氧化锆(Ce-TZP)复合材料制作而成,二氧化锆(ZrO2)和氧化钇稳定氧化锆(Y-TZP)作为实验对照组。对于成纤维细胞,则采用光滑的铈稳定氧化锆和钇稳定的氧化锆表面。通过实时聚合酶链反应芯片技术检测90个相关问题基因在生长1、7 d后mRNA转录水平的表达情况。实验中Ce-TZP的表面有三种不同形态用于成骨细胞增殖,即致密的Ce-TZP表面、多孔的Ce-TZP表面和亲水的ZrO2包覆层表面。

除观察成骨细胞和牙龈成纤维细胞增殖密度以外,作者还对成骨细胞和牙龈成纤维细胞的转录变化进行了测试,得出结果基质金属蛋白酶基因MMP2、MMP7、MMP9和MMP13的mRNA水平分别增加了1.5倍、1.7倍、2.3倍和1.5倍,而其他蛋白酶编码基因如ADAMTS1和MMP15的mRNA水平则适度下调(2.0倍和1.7倍)。作为直接细胞生物应答仪的转录变化检测仪的筛选表明,这种新型的种植体表面有可能提供临床上需要的牙周组织整合,即骨组织整合和软组织整合。而通过实验观察,表面形貌在早期细胞生物应答检测Ce-TZP基表面的过程中起着相当小的作用。对于上皮细胞,光滑的表面被认为更有利于附着和增殖[9-11]。该实验得出结论:生物反应器对新型细胞活性氧化锆基植入体生物材料的作用机制主要是通过调节与组织再生相关的生物过程,包括在骨折和软组织损伤期间和(或)之后的免疫调节和组织重塑。基因调节本身的详细分析表明,转录变化的依赖性,首先是时间,其次是生物材料,而生物材料引发的变化主要是由生物材料的化学性质而不是表面形貌引起的[14]。在欧洲的一个项目中开发了一种新的铈稳定锆基复合材料(Ce-TZP),名为长寿命[12],以克服钇稳定锆陶瓷(Y-TZP)的低温降解(LTD)[13,14],同时保持高韧性和强度。此外,“长寿命”项目旨在通过修饰来创造锆基表面,这不仅可以改善骨组织,还可以改善软组织的整合。

4表面形态

很多实验已经证实植体的表面形态对软组织细胞行为无明显影响。Klinge等[15]建议Sa的最大值为0.5 m,Sa是一个表面的算术平均高度,即该表面的平均平面高度的绝对值的算术平均值。在研究中,Sa与细胞行为之间没有相关性。实际上,所有材料的Sa均小于0.5 m,其中Zi的Sa值依次为0.32 m;聚四氟乙烯(PTFE)为0.18 m;聚合物渗透陶瓷PICN为0.09 m,Ti为0.08 m;eM是0.04 m[16]。文章同时指出表面粗糙度、表面能、表面电荷和化学成分似乎与细菌表面粘附有关。尚未查到更多对陶瓷植体表面的形态对牙龈附着和增殖的研究。在今后的研究中可着重观察。

5氧化锆表面处理

除了改变陶瓷植体和基台本身的化学成分外,还有学者通过植体不同表面处理技术,来探索如何提高植体与牙龈结合能力。Nakajima等[17]學者研究发现,氧化锆基台表面在CAD/CAM制作过程中会被有机物质污染,用洗涤试剂与真空等离子体联合使用的去污效果优于单独使用等离子体。去污后的氧化锆表面增强人类牙龈纤维细胞(HGF)的附着,降低炎性细胞因子的水平,促进HGF细胞的增殖胶原蛋白的基因表达。这充分说明在种植体表面处理的方式不同,会影响牙龈细胞与氧化锆基台的结合能力。

氧化锆样品通过氩等离子处理过显示最高的粘附力量,随后是超声灭菌、高强度紫外线、高温蒸汽、高温高压超声灭菌;而对于纯钛最有效的是超声灭菌,对二硅酸锂来说,所有处理方式均有相似的细胞粘附强度[18]。

众所周知,成纤维细胞的活动和口腔细菌粘附是影响种植体周围软组织密封质量的两个主要因素。有学者研究找到一种氧化锆基台材料的表面改性方法[19]。在研究中,作者制备了聚多巴胺(PDA)涂层氧化锆,并使用扫描电子显微镜、原子力显微镜、接触角度测量装置、X射线光电子能谱和拉曼光谱对其表面特性进行了评估,从而探讨其对成纤维细胞行为及口腔细菌感染的影响。结果表明,聚多巴胺(PDA)涂层[20]可以修饰氧化锆的表面,影响氧化锆的行为,减少细菌的粘附。综上所述,本研究结果表明PDA能够修饰氧化锆的表面,影响HGFs的行为,减少细菌的粘附。氧化锆基台的表面处理实验也同样为氧化锆植体表面处理研究提供了参考[21]。

6不同陶瓷植体的牙龈结合差异

Grenade等[22]学者用一种PICN(polymer-infiltrated-ceramic-network)材料进行与人类牙龈角质细胞结合实验,采用人类牙龈角质细胞分别在PICN、V级钛(Ti)、钇化氧化锆(Zi)、二硅酸锂玻璃陶瓷(eM)、聚四氟乙烯上的附着、增殖和扩散。结果显示Ti和Zi在HGK活力、数量和覆盖方面表现最好。eM的结果较差,而PICN表面的细胞数量与eM和Ti有统计学上的相似,在细胞活力上与Ti和Zi有统计学上的相似。未发现PICN释放单体,也未发现eM的间接细胞毒性。有2项研究表明,钛对人类牙龈角质细胞(HGK)的初始附着更有利,氧化锆对于细胞增殖有利[23]。

虽然也有一项研究报告显示,HGK活性在锂微晶玻璃中比在氧化锆中稍好,但是与钛和氧化锆相比,二硅酸锂微晶玻璃在生物相容性方面可以被认为是较差的材料[24]。

结果证实,在HGF行为(附着、增殖和扩散)方面,钛和氧化锆可以被认为是金标准材料[25],而二硅酸锂微晶玻璃的HGF行为介于金标准和阴性对照之间。在牙龈细胞行为方面,钛和氧化锆可以被认为是金标准材料。

这些结果表明,通过实验处理过的氧化锆表面可以被认为是一个很好的替代钛作为经牙龈植入物的组成部分,结果也与2项体外研究一致,在钛和氧化锆的角质细胞附着和增殖方面提供了比较充分的论证[26,27]。

在與牙龈接触部分,钛合金植体和氧化锆植体均表现出相似的牙龈生长和粘附方式,但经过多种不同的表面处理后,氧化锆则表现出更好的成纤维细胞的结合能力并具有抗菌性[28-30],这说明植体表面处理技术的发展可增强种植体的生物结合性能。另外,使用氧化锆穿龈基台,可以解决金属穿龈基台用于较薄牙龈时的金属颜色透出,可以改善牙龈发黑的美学问题。

随着氧化锆种植体的研究开展,更多学者科室关注氧化锆与牙龈接触后,牙龈的生物学行为。现有实验通过对氧化锆种植体或基台的表面处理(包括粗糙度、镀膜、氧化、蚀刻、蛋白涂层)方式的研究和对比,会得到既能有良好的骨结合能力,又能得到较好的软组织结合能力,为实现人工植体和天然牙之间形成类似于天然牙的结合上皮打下实验基础。

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(收稿日期:2020-02-13)