اتصال ایمپلنت

تاریخ انتشار - ۵ دی ۱۳۹۷

ایمپلنت 
بیشتر ایمپلنت های درون- بدنی در حال حاضر یا از تیتانیوم (پیچ استفاده شونده به عنوان ریشه ایمپلنت) یا (polyetheretherketone ،PEEK) تولید می شوند. PEEK ماده غالب برای ایمپلنت های درون-بدنی نخاعی است: به علت رادیولولسنسی پلیمری و سازگاری زیستی و از آن جهت که PEEK دارای یک ضریب کشسانی 4. 4 GPa است که به میزان قابل توجهی کمتر از تیتانیوم (105 GPa) است و بیشتر شبیه به استخوان کورتیکال (4.89 GPa) است. اگر چه PEEK دارای خواصی مفید است، اما ماهیت خنثای پلیمر، تماس نزدیک بین انتهای مهره و سطح ایمپلنت را محدود می کند، که می تواند منجر به شبه آرتروز شود.  

مشاوره تخصصی و رایگان کاشت ایمپلنت دندان


قفس های درون - بدنی که از آلیاژ تیتانیوم تولید می شوند، واکنش بیولوژیکی بیشتری دارند که باعث تحریک ایجاد استخوان در محیط آزمایشگاهی می شود، دارای قدرت بیومکانیکی لازم هستند. با این حال، به علت شفافیت این ماده به اشعه ایکس و سفتی آن برای استفاده به عنوان ایمپلنت ستون فقرات چندان مناسب نیست. پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر منجر به تولید مواد کامپوزیتی (Ti-PEEK)  پوشش داده شده با تیتانیوم شده است که مزایای مکانیکی PEEK را با ویژگی های زیست سازگار تیتانیوم ترکیب می کند. برای ایجاد یک ماده کامپوزیتی با شفافیت در برابر  اشعه ایکس و یک ضریب کشسانی که اثر محافظت در برابر استرس کمتری داشته باشد، تیتانیوم زبر و متخلخل با استفاده از فرایند اسپری پلاسما به سطح ماده PEEK متصل می شود. این فرآیند باعث ایجاد پوشش سطحی زبر می شود که به طور بالقوه می تواند جابجایی ایمپلنت را مهار کند و به ایجاد یک بافت متخلخل که برای osseointegration مطلوب است کمک کند.  
نشان داده شده است که ترکیب و توپوگرافی سطح ایمپلنت در مقیاس ماکرو، میکرو و نانو، اثر مستقیم بر فعالیت استئوژنیک، استئواینداکتیو و استئوکنداکتیو  سلول های استئوبلاست دارد. 8 - 11 به اثبات رسیده است شیمی و بافت سطح، بر osseointegration در سطح ایمپلنت و تثبیت ایمپلنت با همجوشی آن با بافت مجاور، اثر می گذارد.برای ایجاد osseointegration، سلولهای تشکیل دهنده استخوان باید قادر به اتصال، و رشد در سطح ایمپلنت باشند. این تعاملات سلولی وابسته به پوشش و اتصال پروتئین های چسبنده سلول های خون و بافت به سطح ایمپلنت است که پس از آن به عنوان بستری برای مشارکت و سیگنالینگ گیرنده های خاص سلولی به کار می رود. سیگنالینگ باعث بیان فضایی و زمانی فاکتورهای رشد، از جمله پروتئین های مورفوژنیک استخوان (BMP)، پروتئین های TGF-β می شود. بیان BMP منجر به یک آبشار بیولوژیکی از رویدادهای سلولی، از جمله گرایش شیمیایی، تکثیر، و تمایز می شود که به تشکیل استخوان جدید منجر می شود.  
در مطالعه حاضر، اثر متقابل سطوح سلول-ایمپلنت که منجر به ایجاد osteointegration می شود، بر روی سطح ایمپلنت متشکل از تیتانیوم اسپری پلاسما شده بر روی یک PEEK یا Ti-PEEK مورد ارزیابی قرار می گیرد. تأثیر این تغییرات سطحی بر خواص بیوشیمیایی، بیومکانیکی و بافت شناختی در رابط استخوان - ایمپلنت نشان داده شده است و با PEEK در آزمایشگاه و در محیط زنده مقایسه شده است.

مواد و روش های ایمپلنت در تهران

دیسک PEEK (PEEK-Optima™; Invibio, Lancashire, UK) ، و Ti-PEEK (PlasmaporeXP®; Aesculap AG, Tuttlingen, Germany)  با قطر 15 میلی متر برای بخش های آزمایشگاهی در این مطالعه استفاده شد. پلاستیک کشت بافت (TCP) به عنوان سطح کنترل رشد به کار رفته است. Ti-PEEK در نتیجه یک فرایند پوشش دو مرحله ای روی سطح PEEK شکل می گیرد. این شامل فعال سازی سطح و سپس پوشش یک لایه متوسط تیتانیوم خالص روی PEEK است.  فعال سازی سطحی PEEK و پوشش اسپری پلاسما در خلاء (VPS) روی لایه تیتانیوم خالص، ترکیبی چسبنده روی PEEK ایجاد می کند. پوشش حاصل دارای کشش استاتیک، برش استاتیک و مقاومت خستگی -برشی و همچنین مقاومت سایشی بسیار بالایی است که با توجه به استاندارد انجمن تست مواد آمریکا 1147-05، 1044-05، 1160-05 و 1978-00 آزمایش شده است. و الزامات سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) را برآورده می کند (داده ها نشان داده نشده است).
دیسکها ماشینکاری شده و سطوح صیقل و یا لایه نشانی داده شد و در صورت لزوم (Ti-PEEK) در حمام اسیدی شستشو می شود تا آلاینده های معدنی حذف شود. تمام دیسک ها به روش التراسونیک تمیز شده، و در آب فوق العاده خالص و با استفاده از اشعه گاما استریلیزه شدند. برای تجزیه و تحلیل رونویسی (رونویسی معکوس PCR ، RT-qPCR) و ترجمه (ELISA)، دیسک ها به روش التراسونیک تمیز، با آب خالص سانتریفیوژ و با اتوکلاو (121 ° C، 20 دقیقه) استریلیزه شدند.
مورفولوژی سطح مواد Ti-PEEK برا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) با یک میکروسکوپ الکترونی زایس 1550 (Leo) (Carl Zeiss Meditec AG، Jena، Germany) در مد الکترونی ثانویه مشخص شد. نمونه ها قبل و بعد از عایق سازی با یک لایه نازک از فلز ایریدیوم به منظور ترسیم اثر بار گیری اکسید تیتانیوم روی سطح مورد ارزیابی قرار گرفتند.
برای اندازه گیری ضخامت پوشش، از شش نمونه Ti-PEEK استفاده شد. نمونه ها با استفاده از روش های استاندارد ماتریالوگرافی (نشاندن، سایش، و پرداخت در خلاء) تهیه شد. پنج تصویر برای هر نمونه (Leica DMRX با بزرگنمایی 50: 1) گرفته شد و تصویر با استفاده از یک شبکه متخلخل با 20 خط عبور تقسیم شد تا 20 اندازه گیری از ضخامت پوشش بتواند در نقاط تصادفی انجام شود. تصاویر مشابهی نیز برای تعیین تخلخل پوشش استفاده شده است. روش اندازه گیری مورد استفاده یک تکنیک پردازش داده بود که درصد سطوح مختلف خاکستری در تصویر را شناسایی می کرد (نرم افزار: Dieterman & Heuser Solution، Greifenstein-Beilstein، version 13، Masterstand 5). ارزیابی تخلخل پوشش در زمینه ضخامت پوشش متوسط تعیین شده در هر تصویر انجام شد.
علاوه بر این، Ti-PEEK توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) با استفاده از سیستم NT-MDT Solver (NT-MDT Spectrum Instruments, Moscow, Russia) مورد بررسی قرار گرفت. پروب های سیلیکونی از NT-MDT ،( (NSG10) با شعاع نوک 10 نانومتر است. تجزیه و تحلیل AFM با استفاده از حالت نیمه تماس (ضربه زدن) انجام شد و تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار Gwyddion انجام شد. اسکن مناطق مربع شکل با طول های جانبی از 0.1 تا 10.0 میکرون انجام شد و میزان اسکن بین 0.5 تا 1.0 هرتز و 256 × 256 پیکسل بود.
زبری پوشش Ti-PEEK با EN ISO 3274، EN ISO 4287 و EN ISO 4288 مورد ارزیابی قرار گرفت و مساحت سطح Ti-PEEK با استفاده از میکروسکوپی اسکن لیزری 3D VK-X200 تعیین شد.
سطح ماشینکاری شده PEEK توسط میکروسکوپ کانونی و با استفاده از μsurf ( Nanofocus، Oberhausen، Germany) مورد بررسی قرار گرفت و زبری بر اساس DIN ISO 4287 و 4218 اندازه گیری شد.

کشت سلولی مواد ایمپلنت در تهران

سلول های بنیادی MG-63 انسانی (CRL-1427; American Type Culture Collection [ATCC],
Manassas, VA, USA)  و سلول های استئوبلاست- مانند روی سطوح دیسک در ظروف TCP ، (BD Falcon, Tewksbury, MA, USA) کشت داده شدند. سلول ها در 10،000 سلول / سانتی متر مربع   در هر سطح در Minimal Essential Medium  Eagle، (EMEM)همراه با 10٪ FBS غیر فعال شده با گرما (Lonza، Walkersville، MD، ایالات متحده آمریکا) کشت داده شدند. سلول ها تا زمان رسیدن به تلاقی TCP کشت داده شدند و تعویض کامل محیط 24 ساعت پس از کاشت انجام شد و سپس هر 48 ساعت تا زمان رسیدن به تلاقی TCP انجام شد. هنگامی که سلول ها به تلاقی TCP رسیدند، تعویض محیط نهایی انجام شد. سلول ها 24 ساعت بعد با استفاده از تریپسین-ورزن 0.25٪ در دو مبادله برای اطمینان از حداکثر بهبودی، برداشت شدند. سلول ها بر روی شمارنده سلول CASY-TTC، (Omni Life Science، Bremen، Germany) شمارش شدند. تعداد کل سلول و زنده ماندن در هر سطح برای فعالیت تکثیر سلولی مقایسه شد. نمونه های سلولی از صفحات PCR جمع شده، و محیط کشت نیز جمع آوری شدند و در دمای -80 درجه سانتی گراد برای آزمایش منجمد شد.

آزمایش چسبندگی سلولی کاشت ایمپلنت در تهران

چسبندگی سلولی در هر سطح با استفاده از آزمون Wst1 ، (Omni Life Science) اندازه گیری شد. ایمپلنت ها با تراکم اولیه سلول های 4E + 04 کاشت و سپس به مدت 3 ساعت (37 ° / 5٪ 2 CO) انکوباتور شدند. ایمپلنت ها دو بار در 1 × PBS شستشو داده شدند تا سلول های غیر چسبنده را حذف کنند. با توجه به توصیه سازنده، محیط های کشت تازه حاوی واکنشگر Wst1 اضافه شدند و سلول ها برای یک ساعت دیگر (37 ° C / 5٪ CO 2 ) انکوباتور شدند . محیط های کشت حاوی واکنشگر به یک صفحه 96 اینچ منتقل شدند. میزان جذب در OD 450 nm خوانده شد، و میزان جذب بستر از آن کسر شد.

آزمون ALP در فرآیند کاشت ایمپلنت در تهران

مجموع بازده سلول ها از هر نمونه در حضور 0.2٪ Triton X-100 لیز (کافت) شد. غلظت کل پروتئین با استفاده از تحلیل پروتئین اسید bicinchoninic (BCA)، (اندازه گیری جذب در 562 نانومتر (Pierce Biotechnology، Rockford، IL، USA) تعیین شد. نمونه ها بر اساس یک غلظت استاندارد و شناخته شده BSA مشخص شدند. سطوح ALP در هر نمونه با استفاده از AnaSpec SensoLyte pNPP ALP Test Kit ، (AnaSpec, Inc., Fremont, CA,USA)  تعیین شد. لیزات سلول از باقیمانده سلول با سانتریفوژ 2,500× g برای 10 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد خارج شدو برای تجزیه و تحلیل نقطه پایان پس از انکوباسیون به مدت 30 دقیقه در دمای اتاق اندازه گیری شد. جذب در 405 نانومتر در انتهای دوره انکوباسیون اندازه گیری شد و نمونه ها بر اساس استاندارد ALP مشخص شدند.
ELISA های BMP
محیط هایی که در جمع آوری سلول ها از سه نمونه سطح (5/0 میلی لیتر هر کدام)، بدست آمده و در دمای -80 درجه سانتیگراد ذخیره شده اند ، برای تحلیل BMP-2 ترشح شده با استفاده از آنتی بادی های DuoSet (R & D Systems، Inc.، Minneapolis، MN، USA ) در ELISA مانند توصیه های سازنده استفاده شدند. نتایج لومینسانس در 425 نانومتر خوانده شد. داده ها بر روی یک منحنی استاندارد از پروتئین های BMP-2، BMP-4 و BMP-7 درون یابی شده و بر اساس تعداد سلول ها نرمالیزه شده اند. نرخ رقیق بودن 1:10،  برای نمونه مورد استفاده قرار گرفت.

روش جراحی ایمپلنت در تهران

در قسمت آزمایشگاهی این مطالعه، ایمپلنت  استوانه ای(mm8 میلی متر × 30 میلی متر) PEEK یا Ti-PEEK استفاده شد.
کلیه جراحی ها در اداره کشاورزی ایالات متحده (USDA) اجام شده اند. پس از ارزیابی سلامت عمومی ده گوسفند بالغ (2-4 ساله) به طور تصادفی به یک گروه بقای هفته 12 یا 24 اختصاص داده شدند. هر گوسفند سه ایمپلنت استوانه ای دریافت کرد که در الگوی مثلثی در ناحیه اپیکوندیل جانبی دست عقب قرار داده شد. سطح لیگامان جانبی به منظور تعیین محل کاشت ایمپلنت دیستال مورد استفاده قرار گرفت و دو ایمپلنت دیگر بعد از آن با حداقل فاصله 12 میلیمتر قرار گرفتند. برای اطمینان از تماس خوب با استخوان در اطراف ایمپلنت، مته های مورد استفاده برای آماده سازی استخوان ران نسبت به قطر ایمپلنت های استوانه ای PEEK یا Ti-PEEK  0.05-0.15 میلی متر کمتر است. سوراخ ها به عمق بیش از 30 میلی متری حفاری می شود، به این ترتیب هر استوانه در استخوان اسفنجى ، موازی با یکدیگر و عمود بر سطح کادندیل کاشته می شود. سالین برای شستن محل های حفر ایمپلنت مورد استفاده قرار گرفت. استوانه های متخلخل Ti-PEEK به پای عقبو چپ هر حیوان وارد می شوند، در حالی که سیلندرهای PEEK بدون پوشش به پای عقب و راست حیوان وارد می شوند. تمام حیوانات به محل نگهداری بازگردانده شدند و غذا و آب داده شدند.  برای هر نقطه زمانی (12 و 24 هفته)، استخوان با سه ایمپلنت استوانه ای از اندام جدا شد. و پیچ های های کاشته شده از هم جدا شدند. نمونه ها با پوشش گاز پانسمان خیس شده در سالین حفظ شدند و سپس در کیسه های برچسب دار قرار گرفتند و در دمای -20 درجه سانتی گراد ذخیره شدند. (11 سوال مهم درباره ایمپلنت دندان)

آزمایش بیومکانیکی کاشت ایمپلنت 

سیستم MTS Mini Bionix II (،MTS، Eden Prairie، MN، USA) برای تعیین استحکام برون کشی برای دو مورد از هر سه نمونه از هر پا استفاده شد.  10 قطعه ایمپلنت استوانه ای بدون پوشش و 10 قطعه ایمپلنت استوانه ای دارای پوشش و از هر نقطه زمانی (12 و 24 هفته)، مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای ارزیابی حداکثر نیروی برون کشی، آزمون با سرعت 1 میلیمتر در دقیقه انجام شد. هنگامی که حداکثر بار به دست می آمد، سرعت آزمون به سرعت 10 میلی متر در دقیقه افزایش یافت. در طول آزمایش، اطلاعات بار و جابه جایی با نرخ 20 Hz جمع آوری شد.

بافت شناسی ایمپلنت دندان

برای ارزیابی تشکیل و رسوب استخوان ، نمونه های بافتی از دو نمونه PEEK پوشش داده شده و بدون پوشش در هفته 12 و 24 بدست آمد. نمونه ها در ظروف مناسب برچسب دار گذاشته شده و با ده درصد از فرمالین بافر پر شده و به آزمایشگاه بیرونی برای پردازش و تجزیه و تحلیل منتقل شدند. پنج نمونه از هر گروه با H & E رنگ آمیزی شدند و سپس با استفاده از هیستومورفومتری برای بررسی التهاب، ایجاد استخوان جدید، بافت آدیپوز مغز استخوان و فیبروز، تحلیل شدند. رسوب استخوان، ( به صورت <0.1 میلیمتر از سطح ایمپلنت تعریف می شود)، به صورت درصدی از محیط ایمپلنت اندازه گیری شد.

تجزیه و تحلیل آماری ایمپلنت

مقادیر SD برای اندازه گیری زبری سطح با استفاده از Minitab تعیین شد. برای آزمایش های آزمایشگاهی، شش کشت مستقل برای هر سطح برای تعیین چسبندگی، بازده، زنده ماندن و فعالیت آنزیم ALP انجام شد. این کشت ها دوبار در مجموع 12 کشت مستقل، تکرار شدند. برای تست RT-qPCR و آزمایش BMP ELISA، هر سطح در سه نسخه کشت شد و چهار بار تکرار شد،. محیط های مورد استفاده هر آزمایش و همچنین چهار نقطه داده برای BMP ELISA جمع آوری شدند. داده های مربوط به چسبندگی سلولی، تکثیر، فعالیت آنزیم ALPL و آزمایش های BMP ELISA  برای تعیین واریانس و نرمال بودن تحلیل شد، برای تعیین تفاوت های معنی دار از آزمون t استفاده شد.  P <0.05 معنی دار در نظر گرفته شد.
اثر پوشش سطح بر روی استخوان، تشکیل استخوان جدید و استحکام برون کشی مکانیکی با استفاده از آزمون ANOVA دوطرفه با آزمون های تصحیح Bonferroni برای مقایسه دو به دو مورد بررسی قرار گرفت. SPSS (شرکت IBM، Armonk، نیویورک، ایالات متحده آمریکا) برای همه تحلیل های آماری استفاده شده است.

نتایج تحقیقات ایمپلنت دندان

خصوصیات سطح ایمپلنت دندانی

ضخامت پوشش Ti-PEEK معمولا از 60 تا 150 میکرومتر و دارای یک ساختار بسیار میکرومتخلخل با تخلخل باز بین 35٪ و 60٪ و قطر منافذ 25-150 میکرومتر است ( شکل 1A و B ). این پوشش بسیار زبر با میانگین Ra برابر 22.94 ( (SD 0.98μm) و میانگین Rz ، 136.49 μm (SD 6.25μm) است. این ساختار ایزوالاستیک است که مانع از بین رفتن پوشش می شود و پوشش اسفنجی تیتانیوم خالص تصادفی است با هندسه بافتی تصادفی قابل مشاهده در مقیاس ماکرو، میکرو و نانو در دو بعد تحت SEM ( شکل 2 ) و در سه بعد تحت AFM (شکل 3 ). به طور خاص، ذرات بسیار کوچک (<100 نانومتر) یا قطرات جامد، تحت بزرگنمایی بالا (60،000 ×؛   شکل 2   و    3 ) قابل مشاهده اند. این ویژگی های نانومقیاس در مناطق با و بدون پوشش ایریدیوم تحت SEM و همچنین AFM قابل مشاهده است که نشان می دهد که آنها محصولات استفاده شده در آماده سازی نمونه را نشان نمی دهند. پوشش Ti-PEEK دارای مساحت سطح متوسط 5.5 برابر بزرگتر (SD 0.1، 95٪ CI 0.1) نسبت به سطح پوشش داده نشده است. سطح PEEK ماشین کاری شده بسیار صاف است، با مقدار Ra برابر 1.4 μm  (SD = 0.07μm) و مقدار Rz ، 5.4 μm  (SD = 0.42μm).
شکل 1
بخش های نمونه با پوشش Ti-PEEK.
یادداشت: اندازه گیری ضخامت پوشش در نقاط انتخاب شده ( A ) نشان داده شده است. اندازه گیری تخلخل در ناحیه سبز در ضخامت پوشش متوسط ( B ) است. بزرگنمایی 50 ×.
.
شکل 2
ماکرو، میکرو و نانو ساختار Ti-PEEK.
یادداشت:   تجزیه و تحلیل SEM از سطح Ti-PEEK. بزرگنمایی: × 150 ( A )، × 1000 ( B )، و × 60،000 ( C ).
شکل 3
نمایش سه بعدی AFM 100 × 100 نانومترمربع     از سطح Plasmapore XP    ( A )، نمایش تخت داده های AFM ( B )، پروفایل عمودی در امتداد خطوط ( B )،   ( C )
اختصار:   AFM، میکروسکوپ نیروی اتمی.
چسبندگی سلولی و تکثیر آن
فعالیت چسبندگی سلولی سلولهای استئوبلاست-مانند انسانی MG-63 پس از 3 ساعت کشت، در سطح Ti-PEEK   در مقایسه با سطح PEEK ، 28٪ بالاتر است ( P ≤ 0.05). سطوح Ti-PEEK و PEEK در مقایسه با کنترل TCP در حمایت از چسبندگی سلولی کارایی کمتری دارند ( شکل 4A ). به طور مشابه، در عملکرد سلولی متوسط پس از 7-10 روز کشت روی سطوح Ti-PEEK و PEEK ، اختلاف هایی مشاهده می شود. رشد و عملکرد سلولی در هر دو Ti-PEEK و PEEK در مقایسه با سطح TCP کمتر است (به ترتیب 71٪ و 35٪  ) (P <0.05) و Ti-PEEK تفاوت معنیداری نسبت به سطح PEEK نشان داد ( شکل 4B ). مطابق با رشد و عملکرد سلولی پایینی، افزایش قابل توجهی در تمایز سلول های استخوانی با اندازه گیری میزان ALP (نشانگر تمایز سلول های اولیه استخوان) در Ti-PEEK در مقایسه با سطوح PEEK یا TCP مشاهده می شود (افزایش 46٪   P <0.05). تفاوتی بین سطوح آنزیم بین PEEK و کنترل TCP وجود ندارد ( شکل 4C ). در تمام شرایط کشت و شرایط زمانی، قابلیت زنده ماندن برای تمام سطوح بالاتر از 80٪ است (داده ها نشان داده نشده).
شکل 4
چسبندگی سلول استئوبلاست-مانند ( A )، تکثیر ( B ) و تمایز ( C ) در Ti-PEEK در مقایسه با سطوح PEEK و TCP. غلظت ALP (ng / mg پروتئین) در لیزات سلولی.
یادداشت:   * P <0.05 در مقابل PEEK؛   # P <0.05 در مقابل TCP
بیان ژن و سطح BMP
تجزیه و تحلیل رونویسی نشانگرهای استئوژنیک بیان شده توسط سلول های استئوبلاست - مانند انسان MG-63 کشت شده بر روی سطوح TCP، PEEK و Ti-PEEK نشان دهنده افزایش بیان ژن های نشانگر استخوان (ALP، BMP-2) در مقایسه با سطوح بیان شده در سطح TCP است. سطوح بیان ژن دیگر پروتئین های BMP، BMP-4 و BMP-7 و BGLAP بین سطوح Ti-PEEK و PEEK متفاوت نیست ( شکل 5 ).
شکل 5
تغییر در بیان ژن نشانگرهای استخوانی (به GAPDH) بر روی TCP (کالیبراسیون = 1) در سلولهای استئوبلاست - مانند کشت روی سطوح Ti-PEEK و PEEK.
یادداشت:   * 95٪ CIs میانگین تغییر Ti-PEEK و PEEK با یکدیگر همپوشانی ندارند.
تجزیه و تحلیل رونویسی سطوح پروتئین BMP بیان شده توسط سلول های استئوبلاستی انسان MG-63 کشت شده بر روی سطوح TCP، PEEK و Ti-PEEK نشان دهنده افزایش قابل توجهی در بیان پروتئین BMP-2 در مقایسه با سطح بیان در سطح TCP است. سطوح پروتئین BMP-2 ترشح شده از سلول ها روی Ti-PEEK نیز به طور قابل توجهی بالاتر از میزان مشاهده شده برای  PEEK است ( P ≤0.05؛   شکل 6 ).
شکل 6
سطح پروتئین BMP-2 ترشح شده توسط سلول های استئوبلاست - مانند کشت شده روی سطوح Ti-PEEK، PEEK و TCP.
یادداشت:   * P <0.05 در مقابل PEEK؛   # P <0.05 در مقابل TCP
تجزیه و تحلیل در محیط زنده
در دوره جراحی و بعد از عمل جراحی و بیهوشی هیچ نشانه ای از لنگی، عفونت های عمیق یا سطحی و یا ناراحتی های دیگر در گوسفند مشاهده نشد. همه حیوانات پس از بهبودی از جراحی، غذای طبیعی و آب مصرف می کردند. تمام ایمپلنت ها را می توان با روش مورد نظر در جای خود قرار داد.  هیچ لایه لایه شدگی در پوشش ایمپلنت در طول عمل جراحی مشاهده نشد. پرس سبک ایمپلنتها موجب پایداری اولیه ایمپلنتها شد و مانع از جابجایی آن شد.

استحکام برون کشی بیومکانیک ایمپلنت

در هفته0 ، بین PEEK یا Ti-PEEK تفاوت معنی داری ( 0.661 = P )، در نیروی برون کشی مشاهده نشد ( شکل 7 ). اما در طول زمان برای گروه Ti-PEEK تأثیر معنی داری بر قدرت انکوریج ( لنگری) ایمپلنت وجود داشت، در حالیکه برای گروه PEEK این اختلاف ها معنی دار نبود. با نگاهی به Ti-PEEK در نقاط مختلف زمانی، اختلاف معنی داری در نیروی برون کشی در هفته 12 نسبت به 0 هفته ( P <0.001) و در هفته 24 در مقایسه با هفته 12 ( 007/0 = P ) وجود داشت. در هفته  12 و 24 تفاوت در نیروی برون کشی در گروه Ti-PEEK به طور معنی داری ( P <0.001) بیشتر از گروه PEEK بود.
شکل 7 میانگین فشار نیروی برون کشی Ti-PEEK و PEEK در طی زمان.
یادداشت:   * تفاوت معنی دار در نمونه PEEK.   § تفاوت معنی دار از نمونه ها در هفته 0.

بافت شناسی ایمپلنت دندانی

در گروه های Ti-PEEK و PEEK، افزایش قابل توجهی در تشکیل استخوان های جدید ( P <0.001) و رسوب استخوانی ( P = 0.003) از هفته 12 تا 24 ( شکل 8   و   and9). 9 ) دیده می شود.  شکل 8   میانگین و SD  تشکیل استخوان جدید را نشان می دهد.   شکل 9   میانگین و انحراف معیار رسوب استخوان را نشان می دهد. در طول هفته 12 هفته 24 ، تشکیل استخوان جدید و رسوب استخوان در گروه Ti-PEEK در مقایسه با گروه PEEK بزرگتر است ( 0.004 = P و   P = 0.002). در هفته12 ، میزان رسوب استخوان در گروه Ti-PEEK به طور معنی داری بیشتر بود (002/0 = P ). شکل گیری استخوان جدید در این لحظه به لحاظ عددی در گروه Ti-PEEK بیشتر بود، اما به لحاظ آماری معنی دار نبود ( 055/0 = P ). برعکس، تشکیل استخوان جدید در گروه Ti-PEEK در زمان هفته 24 ( P = 0.015) به طور معنی داری بیشتر بود ( 015/0 = P )، در حالیکه تفاوت در رسوب استخوان در بین گروههای Ti-PEEK و PEEK در هفته 24 ( P= 0.141) معنی دار نبود .
تشکیل استخوان جدید (٪) بر حسب گروه و نقطه زمانی (* اختلاف معنی داری نسبت به گروه PEEK در  هفته24).
شکل 9: رسوب استخوان (٪)بر حسب گروه و نقطه زمانی (* اختلاف معنی داری نسبت به گروه PEEK در  هفته 12).
در هر دو گروه Ti-PEEK و PEEK، اختلاف معنی داری در تشکیل بافت آدیپوز مغز استخوان در طول زمان وجود ندارد. با این حال، التهاب و فیبروز گروه PEEK بدون در نظر گرفتن زمان در مقایسه با گروه Ti-PEEK به طور قابل ملاحظه ای بیشتر نبود ( P = 0.022).  هنگام ارزیابی التهاب و فیبروز درمورد هفته 12 و 24 ، تفاوت معناداری بین دو گروه وجود نداشت ( P = 0.123 و   P = 0.066).
بررسی بافت شناسی گروه Ti-PEEK نشان دهنده رسوب استخوان مجاور سطح Ti-PEEK در 12 هفته و 24 ( شکل 10   و   11).  است. از طرف دیگر،  ، رسوب استخوان در PEEK مشابه Ti-PEEK نیست. در مقایسه با گروه PEEK، تشکیل استخوان و رسوب استخوان  در گروه Ti-PEEK بیشتر بود و میزان بافت همبند فیبر کمتر بود. 
شکل 10: بافت شناسی  در هفته 12 برای یک ایمپلنت  Ti-PEEK ( A ،   B ) در مقایسه با ایمپلنت PEEK ( C ،   D )
یادداشت:   بافت همبند فیبر (فلش های سیاه).  نوار = 1 میلیمتر ( A ،   C )، 0.1 میلی متر ( B ،   د )
شکل 11
نتایج بافت شناسی در هفته 24 برای ایمپلنت Ti-PEEK ( A ،   B ) در مقایسه با ایمپلنت PEEK بدون پوشش ( C ،   D )
یادداشت:   بافت همبند فیبر (فلش های سیاه).  نوار = 1 میلیمتر ( A ،   C )، 0.1 میلی متر ( B ،   D )
به طور کلی، برای ایمپلنت Ti-PEEK در هفته12 ، شواهد خوبی از رشد استخوان و شواهد کمی در مورد بافت همبند فیبر وجود دارد. بافت همبند فیبر تنها در نمونه بافتی گرفته شده از گروه PEEK مشهود است. همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است    ، نتایج بافت شناسی در هفته 24 ، تفاوت معنیداری در میزان رسوب استخوانی بین گروه های Ti-PEEK و PEEK نشان نمی دهد.

بحث درباره کاشت ایمپلنت 

صرفنظر از طراحی ایمپلنت، هدف اولیه یک روش جوش دادن مهره ها، حذف درد ناشی از حرکات غیر طبیعی ناحیه ستون فقرات با بازسازی ارتفاع و پایداری دیسک است. ثبات کوتاه مدت به اندازه ثبات طولانی مدت مهم است، و هر دو می تواند به طور مثبت یا منفی تحت تاثیر خواص مکانیکی و بیولوژیکی ایمپلنت انتخاب شده قرار بگیرد. سطح زبر ایمپلنت Ti-PEEK در مقایسه با ایمپلنت های نرمتر پایداری اولیه ایمپلنت را افزایش می دهد. نتایج آزمایشگاهی osseointegration را تایید می کند و نتایج در محیط زنده، افزایش استحکام استخوان را نشان می دهد و بیان می کند که ایمپلنت Ti-PEEK ثبات ثانویه بلند مدت را نیز افزایش می دهد.

تشکیل  استخوان در سطح ایمپلنت (در آزمایشگاه)

خواص سطحی و مکانیکی ایمپلنتها یک عامل مهم در موفقیت دستگاه ایمپلنت در زمینه ایمپلنت دندانی و ارتوپدی و اخیرا در ایمپلنتهای ستون فقرات است.  توانایی یک سطح ایمپلنت برای تسریع و یکنواختی استخوان سازی را می توان از طریق تجزیه و تحلیل اتصال ، جابجایی و خواص رشد سلولی و همچنین به صورت مولکولی از طریق تجزیه و تحلیل مسیر تشکیل استخوان ارزیابی نمود. مطالعات آزمایشگاهی ارائه شده در این تحقیق نشان می دهد که سلول های استئوبلاست – مانند، فنوتیپ های متفاوتی بر روی سطح Ti-PEEK در مقایسه با PEEK همراه با افزایش اتصال سلولی، کاهش رشد سلول ها و افزایش بیان رونویسی و ترجمه ای ژن پروتئین و ژن osteogenic نشن می دهند.
سطح بالای اتصال سلولها در Ti-PEEK در مقایسه با PEEK ( شکل 4A ) نشان دهنده سطح 3بعدی در دسترس بالاتر بر روی سطح زبر و میکرو متخلخل Ti-PEEK است ( شکل 1 1 - 3 ). اتصال سلولی یک پیش نیاز برای osseo integration است؛ زیرا یک اتصال مناسب، باعث می شود سلولهای تشکیل دهنده استخوان از بافت های اطراف به اتصال، تکثیر و ایجاد ماتریکس خارج - سلولی مورد نیاز برای تشکیل استخوان بپردازند. 24 ، 25   فعالیت تمایز سلولی به طور کلی با کاهش و پایان یافتن تکثیر سلولی همراه است، که با عملکرد سلولی پایین تر و سطح ALP به طور قابل توجهی بالاتر مشاهده شده پس از 7-10 روز کشت بر روی سطح Ti-PEEK سازگار است ( شکل 4B و C ). فعالیت ALP، یکی از اولین نشانگرهای فنوتیپ استئوبلاست، غلظت بالایی از فسفات معدنی را با هیدرولیز کردن پیرو فسفات فراهم می کند. ALP یکی از اولین آنزیم های فعال شده در فرایند کلسیفیکاسیون است و این فعالیت بلافاصله بعد از مرحله تکیر استئوبلاست بوجود می آید و نشان داده شده است که  پس از اینکه تکثیر، فروکاهی (downregulation) شد، بیش از ده برابر افزایش می یابد.  
تجزیه و تحلیل رونویسی نشانگرهای مسیر osteogenic اضافی نشان دهنده افزایش مشابه در نشانگرهای تشخیص تمایز استخوان انتخاب شده براساس پروفایل های بیان زمانی است. در حالی که تمام نشانگرها در هر دو سطح Ti-PEEK و PEEK در سطوح مختلف نسبت به TCP بیان شده بودند، بیان ژنهای ALP و BMP-2، سطح فعالیت و پروتئین در Ti-PEEK بالاتر بود ( شکل 5   و   6 ) همانطور که در تحقیق قبلی نشان داده شده است، الگوهای بیان ژن، یک توالی رشد بافت استخوانی تعریف می کنند که دارای سه جزء متمایز و مهم از جمله تکثیر، بلوغ ماتریس خارج سلولی و معدنی شدن است.  هر یک از این مراحل باید بر اساس الگوهای بیان ژن، برای بازسازی کامل بافت ها صورت گیرد. مطالعات قبلی نشان داده است که اولین نشانگرهای استئوبلاست درگیر در تمایز سلولی و بلوغ شامل BMP-2 و ALP هستند.     در مطالعه شکستگی موش صحرایی، گزارش شده است که BMP-2 در روز اول پس از جراحی حداکثر است و تا 21 روز بعد از عمل جراحی حفظ می شود. بیان BMP-2 در این زمان موجب ایجاد و تنظیم بیان برخی پروتئین ها ، از جمله BMP-4 و BMP-7 می شود، که کمک قابل توجهی به بهبود استخوان در نقطه بازجذب غضروف کلسفید می کند.  نتایج مشابهی در مطالعات دیگر ثبت شده است. 30 - 32    نتایج آزمایشگاهی ارائه شده در این تحقیق نشان می دهد که Ti-PEEK با بیان قوی تنظیم گر القایی BMP-2 و تنظیم گر بیوسنتز ALP، القاء مسیر اولیه osteogenesis  را توسعه می دهد. این خواص آزمایشگاهی به معنی افزایش فعالیت osseointegration در یک مدل گوسفندی (محیط زنده) است.

فعالیت osseointegra در سطح ایمپلنت (محیط زنده)

نتایج بخش بافت شناسی مطالعه در محیط زنده نشان می دهد که ایمپلنت های Ti-PEEK ، رشد استخوان قابل توجهی را در هفته 12 نسبت به ایمپلنت های PEEK بدون پوشش نشان می دهد (شکل 9 ). علاوه بر این، در هفته24 ، رسوب استخوان قابل توجهی در اطراف ایمپلنت قابل مشاهده است. هر دو مشاهدات نشان دهنده بهبود فرآیند بهبودی بیماران است (شکل 8). محدوده اطراف ایمپلنت های Ti-PEEK به سرعت با استخوان جدید پر می شود که ایمپلنت را تثبیت می کند و تا هفته 24 ادامه می یابد. این با افزایش قابل توجه در نیروی برون کشی بیومکانیک در هفته  12 و 24 مشخص است ( شکل 7 ) کاهش در بافت همبند فیبر اطراف Ti-PEEK در مقایسه با PEEK سازگار با کارهای قبلی است که نشان دهنده پرای ایمپلنت التهابی اطراف ایمپلنت های PEEK در مقایسه با محیط استخوانی اطراف ایمپلنت های Ti-PEEK است (شکل 10   و   11 ).  
مطالعات قبلی انجام شده در آزمایشگاه از مدل های حیوانی برای بررسی و مقایسه میزان رشد استخوان در نمونه های ایمپلنت استفاده کرده اند. بارهای بارگذاری شده روی شاخه های ایمپلنت پس از چند هفته نشان دهنده میزان رشد استخوان است. علاوه بر این، آزمایش بافتی نشان دهنده رسوب استخوان بر روی سطح ایمپلنت و نزدیکی هر بافت فیبری است. یکی از این مطالعات توسط Aebli و همکاران انجام شده است. 8   در این مطالعه، از یک مدل گوسفندی برای مقایسه غلظت osseointegration ایمپلنت های پوشش داده شده با VPS تیتانیوم و هیدروکسی آپاتیت (HA) با زبری مشابه استفاده شد. هر یک از پوشش ها بعد از 2 یا 4 هفته افزایش قابل توجهی در قدرت برون کشی نشان داد، اما بین پوشش ها تفاوت معنی داری وجود نداشت. تجزیه و تحلیل کمی با استفاده از هیستومورفومتری استخوان، اتصال  ایمپلنت / استخوان بیشتری بعد از مدت زمان 2 هفته ای برای ایمپلنتهای پوشش داده شده با HA، نشان داد ( در مقایسه با 2 هفته و 4 هفته، در ایمپلنت های تحت پوشش تیتانیوم ). یکی دیگر از مطالعات توسط Schwarz و همکاران انجام شده ، و چهار نوع پرداخت سطحی مختلف روی ایمپلنت استوانه ای تیتانیوم مفایسه کردند، 1) شیشه -بلاست، 2) سند - بلاست، 3) اسپری پلاسمای تیتانیوم، و 4) اسپری پلاسمای تیتانیوم با پوشش فسفات کلسیم. نتایج نشان داد که افزایش زبری سطح باعث افزایش نیروی برون کشی استخوان در هفته 12 شد. اضافه شدن یک پوشش فسفات کلسیم به طور آماری باعث افزایش نیروی برون کشی استخوانی نشد. تماس استخوان - ایمپلنت با افزایش زبری و همچنین پوشش فسفات کلسیم بهبود یافته است.
در حالیکه تمام این مطالعات ، خواص بیومکانیک و یا بافت شناسی مواد ایمپلنت را ارزیابی کرده اند، این مطالعه به بررسی اثرات بیومکانیکی و بافت شناسی یک Ti-PEEK در محیط زنده و تحلیلی مولکولی آزمایشگاهی محیط میکروسکوپی مسئول پاسخ های مشاهده شده در بافت زنده می پردازد. این ارتباط بین تجزیه و تحلیل بیومکانیکی، مشاهدات بافت شناختی و داده های مولکولی به منظور ارائه مکانیسم تفاوت بین PEEK و Ti-PEEK است.
محدودیت های مطالعه شامل استفاده از یک سلول استئوسارکوم برای مطالعه آزمایشگاهی و عدم وجود بارگذاری پیچیده بیومکانیکی در مدل ایمپلنت گوسفندی است. سلول های استئوسارکوم انسانی MG-63 به عنوان جایگزینی برای استئوبلاست های طبیعی انسان شناخته شده اند، به ویژه برای مطالعه پاسخ به سطوح تیتانیوم. مدل گوسفند بالغ یک مدل معتبر برای مقایسه مستقیم خواص رشد استخوان  در شرایط ایده آل است، اما این محیط، خواص بیومکانیکی و بیولوژیکی پیچیده مهره های گردن و کمر را نشان نمی دهد.   

نتیجه کاشت ایمپلنت

سطح Ti-PEEK به طور قابل توجهی تشکیل اولیه استخوان را افزایش می دهد، که با افزایش رونویس های ژنی برای نشانگرهای تشکیل اولیه استخوان مانند ALP و BMP-2 و همچنین تولید پروتئین سیتوکین BMP-2 و ELP و آنزیم ALP مشخص می شود. افزایش بیان ژن، فعالیت آنزیم و تولید پروتئین برای این نشانگرها محیطی مناسب برای افزایش میزان تشکیل استخوان در اطراف ایمپلنت Ti-PEEK ایجاد می کند. این افزایش در تشکیل استخوان، به جوش خوردن پایدارتر مهره ها کمک می کند. کارآیی بالینی ایمپلنت ستون فقرات مانند قفس های درون - بدنی به طور مستقیم با توانایی ایمپلنت برای ارائه ثبات اولیه مرتبط است که می تواند ثبات ثانویه و طولانی مدت را از طریق جوش خوردن پیوسته و کامل، حفظ کند. سطح Ti-PEEK با این نتایج مطابقت دارد، به ویژه در مقایسه با PEEK بدون پوشش. 

ویزیت و مشاوره رایگان دندان پزشکی