Quins tractaments superficials diferents estan disponibles per als implants dentals?

La restauració d'implants s'ha convertit en el mètode òptim actual per restaurar l'estètica i la funció masticatòria dels pacients amb dents faltes. La capacitat d'un implant per formar una osteointegració estable és crucial, fent del tractament superficial un focus clau en la investigació actual dins del camp de la implantologia oral. Després de patir modificacions físiques, químiques i biològiques, la morfologia de la superfície, la composició química i l'activitat biològica dels implants de titani s'alteren, donant lloc a una formació reeixida i estable de l'osteointegració.

A continuació es fa una revisió exhaustiva dels mètodes de modificació de superfícies per a implants des de tres aspectes: físic, químic i biològic.

Què és la modificació física?

La modificació física consisteix a alterar la morfologia superficial i la rugositat dels implants mitjançant mètodes físics com la polvorització de plasma, el sorra, el tractament amb làser, etc., per proporcionar una millor base per a l'osteointegració.

1. Tractament amb plasma

La tecnologia de polvorització de plasma utilitza un arc de plasma impulsat per corrent continu com a font de calor per escalfar materials com ara ceràmiques, aliatges, metalls, etc., fins a un estat fos o semi-fos. A continuació, aquests materials es ruixen ràpidament sobre la superfície pretractada de l'implant, formant una capa superficial fermament adherida. Actualment, els recobriments d'hidroxiapatita s'utilitzen habitualment en aplicacions clíniques. Les partícules d'hidroxiapatita es ruixen a la superfície de l'implant a altes temperatures i, després d'un refredament ràpid, es forma una capa recoberta d'esquerdes. La investigació indica que els recobriments de titani porós amb plasma atmosfèric poden millorar la capacitat d'osteointegració dels implants de titani pur.

2. Implantació iònica

El principi fonamental de la tecnologia d'implantació iònica consisteix a dirigir un feix d'ions a l'implant, on els ions experimenten una sèrie d'interaccions físiques i químiques amb els àtoms o molècules de l'implant. Els ions incidents perden energia gradualment i, finalment, queden en repòs a l'implant, provocant canvis en la composició de la superfície, l'estructura i les propietats de l'implant. Utilitzant la tecnologia d'implantació iònica, es poden implantar elements com ara magnesi, zinc, calci i plata a la superfície de l'implant per optimitzar-ne les propietats superficials. La implantació d'ions de plata en implants de titani gravats amb àcid pot reduir la mobilitat de les nanopartícules de plata, donant lloc a una excel·lent activitat antibacteriana i una bona compatibilitat amb cèl·lules de mamífers.

La injecció d'ions de magnesi a la superfície dels implants pot millorar l'adhesió cel·lular a la superfície, beneficiós per millorar la capacitat d'osteointegració de l'implant. L'ús de la tecnologia d'implantació i deposició d'ions immersos en plasma per injectar ions de zinc a la superfície llisa del titani pur pot augmentar la seva biocompatibilitat. La tecnologia d'implantació iònica és versàtil, robusta i presenta una bona controlabilitat i repetibilitat. Tanmateix, la capa implantada és prima, els ions només poden viatjar en línies rectes i el cost de l'equip és elevat. Tot i que les perspectives d'aplicació són àmplies, l'adopció generalitzada planteja reptes.

3. Tractament de sorra

El sorreig utilitza aire comprimit com a potència per generar un raig d'alta velocitat per polvoritzar abrasius a la superfície dels implants, proporcionant-los un cert grau de neteja i rugositat. El sorra augmenta la superfície, millora l'adhesió i la proliferació cel·lular, millorant així l'osteointegració.

4. Tractament amb Mitjans Abrasius Absorbibles

El tractament superficial amb medis abrasius absorbibles consisteix a ruixar ceràmica de fosfat de calci a la superfície de l'implant. L'implant de titani tractat amb medis abrasius absorbibles pot millorar l'efecte d'absorció després de la desinfecció amb clor, mostrant una major activitat antibacteriana. Els estudis han descobert que els implants tractats amb mitjans abrasius absorbibles presenten una taxa d'èxit global més alta en la implantació, sense pèrdua significativa d'os alveolar. Mitjançant aquest mètode per aconseguir una certa rugositat superficial, les partícules de fosfat de calci residuals a la superfície es poden eliminar amb un àcid feble, reduint la retenció de substàncies estranyes. Això es considera avantatjós.

5. Deposició física de vapor

La deposició física de vapor (PVD) és una tecnologia que funciona en condicions de buit, transformant la font de material, sòlid o líquid, en àtoms gasosos, molècules o ions parcialment ionitzats. Això s'aconsegueix mitjançant gas a baixa pressió, permetent la deposició a la superfície de l'implant per crear pel·lícules primes funcionals. En els darrers anys, s'ha desenvolupat un recobriment de magnetrons a gran escala. Presenta una alta taxa de deposició, una bona repetibilitat del procés i s'automatitza fàcilment. Aplicat en la modificació de superfícies d'implants, millora el contacte ossos-implant, mostrant un important potencial de desenvolupament.

6. Mecanitzat de descàrrega elèctrica

El mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM) és un mètode de processament especialitzat que utilitza l'efecte erosiu de la descàrrega polsada entre dos elèctrodes immersos en un fluid de treball per eliminar materials conductors. La superfície tractada de l'implant desenvolupa una capa microrugosa i biològicament activa de diòxid de titani, millorant la força de la interfície os-implant i reduint la sensibilitat de l'os circumdant a la protecció contra l'estrès. Els experiments han demostrat que la col·locació de cargols d'implants tractats amb EDM als fèmurs de grans conills blancs provoca un augment significatiu del volum d'os nou després d'una setmana. Per tant, el mecanitzat de descàrrega elèctrica és probablement un mètode de modificació de superfícies que admet una osteointegració millorada.

7. Tractament tèrmic

El tractament tèrmic és un procés integral en què l'implant s'escalfa, es manté a una determinada temperatura i després es refreda en un medi específic per controlar el seu rendiment alterant l'estructura de la superfície o interior. A mesura que augmenta la temperatura, també augmenten les característiques superficials i la biocompatibilitat de l'implant. L'escalfament de titani a l'atmosfera o peròxid pot formar una pel·lícula d'òxid densa a la seva superfície, millorant la biocompatibilitat. Els experiments han demostrat que la preparació d'un recobriment de nitrur de titani a la superfície de l'implant amb gas nitrogenat, seguit d'un tractament tèrmic amb una solució de clorur de calci, determina 120 graus com a temperatura crítica per al tractament hidrotermal. El tractament tèrmic per sota dels 120 graus pot unir el calci a la superfície del nitrur de titani, mantenint la seva morfologia i duresa i millorant la humectabilitat.

Després del tractament tèrmic, l'adhesió i la proliferació de cèl·lules de fibroblast a la superfície milloren significativament, cosa que suggereix que el tractament hidrotermal té el potencial de proporcionar recobriments de titani amb bona resistència al desgast i biocompatibilitat dels teixits tous. A més, mitjançant el tractament hidrotermal, el magnesi es pot fixar a la superfície de titani, augmentant l'absorció de proteïnes superficials, millorant l'adhesió cel·lular i la propagació, cosa que indica que l'ús d'una solució de clorur de magnesi per al tractament tèrmic és un mètode eficaç per augmentar la biocompatibilitat de les superfícies dels implants de titani.

8. Tractament làser

El tractament amb làser consisteix a escalfar ràpidament l'implant mitjançant un raig làser en entorns com l'atmosfera o el buit. Aquest procés aconsegueix un escalfament o refredament ràpid localitzat, induint canvis en l'estructura del teixit o introduint altres materials per millorar el rendiment de la superfície. La investigació ha demostrat que els implants amb superfícies tractades per fusió de superfícies làser poden promoure l'adhesió i la proliferació cel·lular. Els experiments indiquen que els recobriments d'hidroxiapatita es poden dipositar a les superfícies de titani mitjançant la deposició làser de pols, donant lloc a forces d'adhesió mecànica més altes. Tanmateix, es produeixen canvis significatius en la morfologia i la rugositat de la superfície després del tractament d'ablació amb làser, amb una adhesió i proliferació menys notables de cèl·lules semblants als osteoblasts a la superfície tractada.

9. Tractament ultraviolat

La irradiació ultraviolada d'ona curta (UV) pot millorar la capacitat d'osteointegració dels implants de titani. Els implants de titani pur en forma d'espiral, gravats a l'àcid, es van implantar als eixos femorals dels conills després d'haver estat exposats a la llum UV durant 48 hores i en comparació amb els implants no sotmesos a tractament UV. Els resultats indiquen que el tractament UV pot augmentar el volum ossi cortical de la posició coronal dels implants de titani sense reduir la densitat òssia. A més, les superfícies d'implants tractades amb UV presenten efectes positius sobre el comportament dels fibroblasts gingivals humans, inclosa l'adhesió, la proliferació i l'alliberament de col·lagen, 24 hores després del tractament.

10. Tractament de rugositat superficial a nanoescala

Mitjançant la nanotecnologia, els implants poden aconseguir una microestructura superficial millorada, afavorint l'osteointegració i reduint el temps de curació. La rugositat a micro/submicroescala, juntament amb les característiques a nanoescala, augmenta la diferenciació de cèl·lules osteogèniques i la producció de factors locals, cosa que suggereix un potencial millorat per a l'osteointegració de l'implant al cos. Les diverses dimensions i distribució de la superfície de l'implant modificada determinen estructures úniques a nanoescala, que permeten la modulació de les respostes òssies rellevants dins del cos. La incertesa associada als desenvolupaments tecnològics actuals el converteix en un punt focal per a més investigacions.

Què és la modificació química?

La modificació química superficial es refereix a l'alteració de l'estructura i l'estat de la superfície mitjançant l'adsorció química o la reacció entre la superfície de l'implant i els modificadors de la superfície. Actualment és el mètode de modificació de superfícies més utilitzat, incloent anodització, tractament àcid-base, tècnica sol-gel, etc.

1. Anodització

L'anodització és el procés de formació d'una pel·lícula d'òxid a la superfície de l'ànode metàl·lic en presència d'un electròlit i condicions específiques de procés sota l'acció d'un corrent elèctric aplicat. La superfície porosa creada per l'anodització dels implants de titani millora les respostes de les cèl·lules osteogèniques, enforteix l'expressió gènica osteogènica i millora les propietats nanomecàniques del teixit mineralitzat. Els estudis han demostrat que l'anodització de titani i aliatge de titani-zirconi en un electròlit que conté DL- -glicerofosfat i acetat de calci augmenta el contingut d'oxigen, calci i fòsfor a la superfície de l'implant. La rugositat mitjana augmenta, l'angle de contacte disminueix significativament i la proliferació cel·lular, l'activitat de la fosfatasa alcalina i la deposició de calci al voltant de l'implant augmenten significativament, contribuint a millorar l'osteointegració. El desenvolupament d'aliatges de titani-zirconi també ha proporcionat noves oportunitats per a l'anodització.

2. Oxidació de microarc

L'oxidació de microarc es basa en els efectes transitoris d'alta temperatura i alta pressió generats per la descàrrega d'arc a la superfície del titani i els seus aliatges en combinació amb electròlits i paràmetres elèctrics específics per formar una capa de pel·lícula ceràmica basada en òxids metàl·lics. L'oxidació de microarc pot crear capes d'òxid de titani nano-bioactive, millorar l'adhesió de l'implant i augmentar la força d'adhesió cel·lular. Mitjançant l'oxidació de microarc, es poden preparar recobriments porosos d'hidroxiapatita a les superfícies d'aliatge de titani, millorant significativament el contacte os-implant i les propietats mecàniques a la interfície de contacte, afavorint així el creixement ossi.

3. Oxidació electrolítica del plasma

L'oxidació electrolítica de plasma és una tècnica que utilitza alt voltatge i gran corrent per generar una descàrrega instantània de micro-arc de plasma a la superfície de l'elèctrode immers en un electròlit, trencant la capa de passivació i sinteritzant per formar una pel·lícula d'òxid ceràmic. Els resultats experimentals mostren que els recobriments tractats amb plasma presenten una hidrofilicitat millorada, un comportament d'adsorció cel·lular notable i una síntesi de col·lagen augmentada. Els recobriments bicapa d'hidroxiapatita-diòxid de titani preparats per oxidació electrolítica de plasma posseeixen la bioactivitat de la hidroxiapatita i la morfologia millorada del diòxid de titani, promovent eficaçment l'osteointegració. Aquest mètode és molt prometedor en aplicacions biomèdiques.

4. Electrodeposició

L'ús de tècniques de deposició electroquímica per dipositar recobriments de fosfat de calci dopat amb estronci a les superfícies dels implants millora la proliferació d'osteoblasts, cosa que suggereix que els recobriments de fosfat de calci dopats amb estronci poden contribuir a augmentar la formació òssia al voltant de l'implant. Inicialment, les superfícies de titani se sotmeten a una anodització per formar nanotubs de diòxid de titani, i després els nanotubs de carboni es dipositen electroforèticament sobre els nanotubs de diòxid de titani. Els resultats indiquen que el recobriment de nanotubs de carboni sobre nanotubs de diòxid de titani ajuda a millorar la seva bioactivitat, fent que aquest tipus de modificació superficial sigui adequada per a aplicacions biomèdiques.

5. Tractament àcid-base

El tractament àcid-base consisteix a utilitzar processos químics per generar un compost estable o modificar la morfologia superficial de l'implant mitjançant interaccions químiques o electroquímiques amb medis àcids. El gravat àcid és un fenomen en el qual la superfície de l'implant experimenta un canvi de morfologia a causa d'interaccions químiques o electroquímiques amb medis àcids, afectant significativament el contacte os-implant. És un mètode fiable de modificació de superfícies. Les superfícies tractades amb tractament tèrmic alcalí presenten característiques com ara un gran nombre de nanopunts ordenats i una xarxa interior porosa uniforme com una esponja. Això millora la síntesi de col·lagen en els fibroblasts gingivals, donant com a resultat una bona resistència a la unió del teixit conjuntiu de tipus periodontal. El tractament tèrmic alcalí pot augmentar el contacte ossos-implant, aplicat eficaçment al metall de titani ruixat tèrmicament per millorar la força d'osteointegració.

6. Mètode Sol-Gel

El mètode sol-gel consisteix a utilitzar compostos amb alta activitat química com a precursors per crear un sistema de sol uniforme i transparent en condicions líquides. Després, aquests materials es barregen uniformement, pateixen reaccions d'hidròlisi i condensació, formen sistemes de sol transparents estables i, finalment, es converteixen en gels a través de l'envelliment. Després de l'assecat, la sinterització solidifica el gel, donant lloc a materials moleculars i fins i tot nanoestructurats. Els polímers orgànics es poden aplicar mitjançant el mètode sol-gel per impartir activitat biològica a la superfície del diòxid de titani. Per exemple, la modificació de la superfície utilitzant poli (tereftalat d'etilenglicol) millora l'estabilitat mecànica, la biocompatibilitat, l'excel·lent capacitat d'osteointegració i la capacitat de conducció òssia de la superfície de contacte os-implant. La combinació de litografia suau i sol-gel és un mètode per crear micro-patrons de nanopartícules biològicament actives a les superfícies dels implants, guiant la regeneració dels teixits. Mitjançant aquest mètode per produir una pel·lícula prima d'òxid de zirconi amb silici de mida micro, es va trobar que era biocompatible i capaç d'induir l'adhesió, la proliferació i la propagació dels osteoblasts. Es pot utilitzar per guiar la regeneració del teixit periodontal, afavorint així la deposició de teixit dens i evitant la recessió gingival i la periimplantitis.

Què és la modificació biològica?

En els darrers anys, la biomodificació superficial d'implants s'ha convertit en un punt d'investigació, amb l'objectiu d'impartir funcions bioactives al recobriment d'implants amb una alta estabilitat mecànica. Simultàniament, l'objectiu és imitar l'estructura i les característiques compositives de l'os natural per afavorir millor el creixement ossi. Aquí hi ha diverses introduccions a diferents mètodes.

1. Tecnologia d'autoassemblatge

L'autoassemblatge es refereix a una tècnica on les unitats estructurals bàsiques formen espontàniament estructures ordenades. La tecnologia de monocapa d'autoassemblatge a superfícies de titani utilitza diversos grups funcionals diferents per immobilitzar millor els agents bioquímics, proporcionant un disseny químic de superfície amb una certa controlabilitat. L'autoassemblatge capa per capa implica la deposició alternativa de multicapa de polielectròlit sobre un substrat carregat en una solució amb un polielectròlit de càrrega oposada. Utilitzant el mètode capa per capa amb superfícies de titani funcionalitzant quitosà/siRNA, la humectabilitat de la superfície, la morfologia i la rugositat s'alternen durant el procés de formació de la pel·lícula, promovent significativament la diferenciació de cèl·lules osteogèniques. L'establiment de recobriments multicapa de lisozima utilitzant nanopartícules de plata, quitosà i àcid hialurònic com a matèries primeres és una estratègia per preparar recobriments multicapa antibacterians de llarga durada, evitant eficaçment les infeccions primerenques d'implants. La tecnologia d'autoassemblatge és senzilla, no requereix equips especials i ofereix un control a nivell molecular de l'estructura de la membrana, guanyant una atenció generalitzada en els darrers anys.

2. Adsorció de biomolècules

L'adsorció fa referència al fenomen en què les molècules o ions del medi circumdant són atrets a la superfície de l'implant. L'adsorció física es regeix principalment per forces intermoleculars, mentre que l'adsorció química es basa en enllaços químics entre molècules. Utilitzant pèptids d'ancoratge per afegir funcionalitat biològica a la superfície de l'implant, els pèptids específics d'unió a la superfície del medi de cultiu cel·lular presenten una adsorció estable, millorant la biocompatibilitat de l'implant. El quitosà, l'alginat de sodi reticulat amb quitosà i la pectina reticulada amb el quitosà enllaçat covalentment a superfícies de titani poden millorar la humectabilitat i proporcionar a les superfícies recobertes de quitosà propietats d'inflor i d'alliberament de fàrmacs. La fixació covalent d'un recobriment de polidopamina amb proteïna de col·lagen també pot ser un mètode per millorar el rendiment de la superfície. En comparació amb l'adsorció física, l'adsorció química, utilitzant les forces dels enllaços químics, ofereix una major energia d'adsorció i estabilitat.

3. Recobriments de materials bioactius

Els materials bioactius es refereixen generalment a materials no vius utilitzats amb finalitats mèdiques, destinats a entrar en contacte amb teixits vius i realitzar les seves funcions bioactives. El vidre bioactiu és un material capaç de reparar, substituir i regenerar els teixits del cos, formant enllaços entre teixits i materials. Els seus productes de degradació poden promoure la generació de factors de creixement i la proliferació cel·lular, millorar l'expressió gènica dels osteoblasts i facilitar el creixement del teixit ossi. El recobriment d'implants pot aconseguir l'osteointegració de manera segura i eficaç, que representa la direcció de desenvolupament dels materials de recobriment d'implants dentals.

A més, es poden utilitzar nombrosos fàrmacs bioactius per modificar la superfície dels implants. Per exemple, el revestiment d'implants de titani amb una solució de tereftalat de polietilè/1,25-dihidroxivitamina D3 mitjançant la tecnologia d'electrofilat pot produir partícules de mida inferior a una micron que estimulen la formació òssia. L'aplicació de resveratrol, una molècula antiinflamatòria, per a la modificació de la superfície o el recobriment dels implants pot accelerar la formació òssia. La combinació d'antibiòtics d'ampli espectre, com l'estreptomicina, a la superfície dels implants pot millorar la formació òssia i reduir el risc d'infeccions al voltant dels implants.

4. Deposició biomimètica

La deposició biomimètica imita el mecanisme de mineralització de la hidroxiapatita al cos. Els recobriments d'hidroxiapatita es dipositen de manera natural a la superfície del substrat en una solució d'aigua en condicions similars a l'entorn corporal. Utilitzant cèl·lules mare mesenquimals de medul·la òssia induïdes in vitro sobre superfícies d'aliatge de titani modificades biomimèticament, la seva capacitat d'adhesió millora i les taxes de proliferació augmenten. La deposició biomimètica d'hidroxiapatita a les superfícies de titani després d'un tractament àcid mixt pot induir activitat biològica en titani. Quan es va estudiar l'efecte del temps simulat d'immersió de fluids corporals sobre l'activitat de les cèl·lules osteogèniques dels nanotubs de titani anoditzats, es va trobar que una immersió de 3-hores era òptima. Submergir 10 vegades el fluid corporal simulat és una tecnologia ràpida i econòmica per millorar l'osteointegració de l'implant anòdic de titani. Tanmateix, el potencial de bioactivitat dels implants pot estar limitat per recobriments d'hidroxiapatita excessius i incontrolats.

Les modificacions de la superfície anteriors dels implants han estat un punt de recerca en els últims anys. Els mètodes són diversos i s'han fet avenços significatius en la promoció de la formació òssia, l'osteointegració i la resistència a la infecció. Les aplicacions combinades poden conduir a un rendiment més complet i poden ser una tendència en el desenvolupament de la investigació futura.