Περίληψη
Εισαγωγή: Τα οδοντικά εμφυτεύματα τιτανίου είναι η πρώτη λύση θεραπείας για την αποκατάσταση της έλλειψης δοντιών με εξαιρετικά αρχικά ποσοστά επιτυχίας. Ωστόσο, τα πρόσφατα επιδημιολογικά δεδομένα έχουν αυξήσει την ευαισθητοποίηση για τον ανησυχητικό επιπολασμό της περιεμφυτευματίτιδας, η οποία κυμαίνεται από 13% έως 26% σε επίπεδο ατόμου. Η Περιεμφυτευματίτιδα είναι μια τοπική λοίμωξη στους ιστούς που περιβάλλουν τα οδοντικά εμφυτεύματα και σχετίζεται με σημεία φλεγμονής, απώλεια οστικής μάζας και εμφάνιση δυσφορίας. Παρά τις αρκετές προσπάθειες θεραπείας περιεμφυτευματίτιδας, οι τρέχουσες θεραπευτικές προσεγγίσεις συνήθως αποφέρουν μόνο βραχυπρόθεσμα θεραπευτικά οφέλη με κάποιες επεμβάσεις που εμφανίζουν έως και 100% επανεμφάνιση της νόσου μετά από 12 μήνες. Λόγω της ομοιότητας στη θέση (δηλαδή διαβλεννογόνια εντός του στόματος) και των κλινικών σημείων (π.χ. οίδημα του βλεννογόνου και αιμορραγία κατά την ανίχνευση) μεταξύ περιοδοντίτιδας και περιεμφυτευματίτιδας, ερευνητικές εργασί ...
Εισαγωγή: Τα οδοντικά εμφυτεύματα τιτανίου είναι η πρώτη λύση θεραπείας για την αποκατάσταση της έλλειψης δοντιών με εξαιρετικά αρχικά ποσοστά επιτυχίας. Ωστόσο, τα πρόσφατα επιδημιολογικά δεδομένα έχουν αυξήσει την ευαισθητοποίηση για τον ανησυχητικό επιπολασμό της περιεμφυτευματίτιδας, η οποία κυμαίνεται από 13% έως 26% σε επίπεδο ατόμου. Η Περιεμφυτευματίτιδα είναι μια τοπική λοίμωξη στους ιστούς που περιβάλλουν τα οδοντικά εμφυτεύματα και σχετίζεται με σημεία φλεγμονής, απώλεια οστικής μάζας και εμφάνιση δυσφορίας. Παρά τις αρκετές προσπάθειες θεραπείας περιεμφυτευματίτιδας, οι τρέχουσες θεραπευτικές προσεγγίσεις συνήθως αποφέρουν μόνο βραχυπρόθεσμα θεραπευτικά οφέλη με κάποιες επεμβάσεις που εμφανίζουν έως και 100% επανεμφάνιση της νόσου μετά από 12 μήνες. Λόγω της ομοιότητας στη θέση (δηλαδή διαβλεννογόνια εντός του στόματος) και των κλινικών σημείων (π.χ. οίδημα του βλεννογόνου και αιμορραγία κατά την ανίχνευση) μεταξύ περιοδοντίτιδας και περιεμφυτευματίτιδας, ερευνητικές εργασίες υπέθεσαν ότι τα βακτηριακά βιοϋμένια, τα οποία είναι ο αιτιολογικός παράγοντας που ενεργοποιούν ανοσολογικές αντιδράσεις και προκαλούν περιοδοντική φλεγμονή γύρω από τα δόντια, είναι επίσης υπεύθυνα για τη φλεγμονή πέριξ των εμφυτευμάτων. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός πως τα αποτελέσματα αντιμικροβιακών θεραπειών κατά της περιεμφυτευματίτιδας δεν είναι ευνοϊκά και αποφέρουν μόνο βραχυπρόθεσμα οφέλη με υποτροπή της νόσου. Νέα ερευνητικά δεδομένα καταδεικνύουν ότι ο παθογενέτικος μηχανισμός της περιεμφυτευματίτιδας είναι ιδιαίτερα πολύπλοκος και, πέραν του μικροβιακού παράγοντα, η διάβρωση της επιφάνειας τιτανίου (titanium corrosion) των εμφυτευμάτων συμβάλλει στην φλεγμονή εξίσου σημαντικά. με τον αιτιολογικό ρόλο του μικροβιακού βιοϋμενίου στην παθογένεση της φλεγμονής των εμφυτευμάτων. Η αιτιολογία της περιεμφυτευματικής φλεγμονής είναι πολυπαραγοντική και σχετίζεται τόσο με τον μικροβιακό παράγοντα όσο και με την διάβρωση του εμφυτευματικού βιοϋλικού. Παρα ταύτα φαίνεται πως υπάρχει ένα κενό στην βιβλιογραφία σχετικά με την αιτιολογία της διάβρωσης τιτανίου και κατ’ επέκταση την πρόληψη αυτής. Δεδομένου ότι χιλιάδες οδοντικά εμφυτεύματα τοποθετούνται ημερησίως σε παγκόσμια κλίμακα, γίνεται ολοένα και πιο σημαντικό να διερευνηθούν οι πηγές διάβρωσης τιτανίου στην περιεμφυτευματίτιδα τόσο όσον αφορά την πρωτογενή πρόληψη όσο και την θεραπεία. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας εργαστηριακής μελέτης είναι να διερευνηθεί εκτενώς η επίδραση των μηχανικών και χημικών μέσων απολύμανσης εμφυτευματικών επιφανειών από τιτάνιο οι οποίες χρησιμοποιούνται στην κλινική πράξη και είναι πιθανοί παράγοντες που μπορεί να συμβάλουν στην διάβρωση των εμφυτευμάτων, στη διάλυση του τιτανίου και την απώλεια κυτταροσυμβατότητας. Για την επίτευξη αυτού του σκοπού θα αξιολογήσουμε τους ακόλουθους ειδικούς στόχους:1) η διάλυση του τιτανίου (Titanium dissolution) από την επιφάνεια του εμφυτεύματος εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη μηχανική ή χημική επεξεργασία καθαρισμού και,2) η ιατρογενής «βλάβη» στη στιβάδα διοξειδίου του τιτανίου (Titanium dioxide passivation layer) παρεμποδίζει την κυτταροσυμβατότητά της προς τα οστεοβλαστικά κύτταρα. Τα ευρήματα από την προτεινόμενη εργασία θα ενημερώσουν καλύτερα την κλινική λήψη αποφάσεων για τις στρατηγικές θεραπείας περιεμφυτευματίτιδας. Υλικά και Μέθοδοι: H παρούσα εργαστηριακή μελέτη διενεργήθηκε από την 15η Αυγούστου του 2017 έως και την 14η Σεπτεμβρίου του 2023 στο Τμήμα Φυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστήμιου Αθηνών, σε συνεργασία με το Ερευνητικό Εργαστήριο Περιοδοντολογίας της Οδοντιατρικής Σχολής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστήμιου Αθηνών και το Εργαστήριο Μεταφραστικής Περιοδοντολογίας (Translational Periodontal Research Lab) του Πανεπιστημίου Υγείας του Τέξας, Σαν Αντόνιο, ΗΠΑ. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένα εργαστηριακό (in vitro) «οικολογικό» πειραματικό μοντέλο το οποίο βασίστηκε σε ανάλογα τιτανίου σε σχήμα δίσκου (διαμέτρου 10 χιλιοστών) καλυμμένα με μικροβιακή πλάκα ώστε να προσομοιωθεί εργαστηριακά η κατάσταση των οδοντικών εμφυτευμάτων υπό την επήρεια μικροβιακής πλάκας όπως συναντώνται κλινικά κατά τη διάρκεια της περιεμφυτευματίτιδας. Συνολικά χρησιμοποιήθηκαν 240 δίσκοι τιτανίου, οι οποίοι υποβλήθηκαν σε επιμόλυνση με ένα κλινικό δείγμα περι-εμφυτευματικής πλάκας υπό μορφή βιοϋμένίων (biofilm) πλήθους μικροοργανισμών. Στις πειραματικές ομάδες συμπεριλήφθηκαν κλινικά εφαρμοζόμενες μηχανικές και χημικές επεξεργασίες καθαρισμού επειδή η διάλυση του τιτανίου από την επιφάνεια του εμφυτεύματος εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη επεξεργασία της επιφάνειας του βιοϋλικού. Στις ομάδες χημικών μέσων καθαρισμού συμπεριλήφθηκαν 1,25% υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) και 0,12% χλωρεξιδίνη (CLX). Στις ομάδες μηχανικών μέσων επεξεργασίας συμπεριλήφθηκαν περιστροφική βούρτσα από νάιλον (Nylon - Ny), περιστροφική βούρτσα τιτανίου (Titanium) και αποστειρωμένο νερό υπό πίεση με υδροβολή (WaterJet - WJ). Σε όλες τις ομάδες πραγματοποιήθηκε ανάλυση της αποτελεσματικότητας απομάκρυνσης του μικροβιακού βιοϋμενίου με χρώσεις ανοσοφθορισμού. Παράλληλα, η επίδραση κάθε επιφανειακής παρέμβασης καθαρισμού αξιολογήθηκε ως προς την επίδρασή της στις επιφανειακές αλλοιώσεις που οδηγούν σε αυξημένη έκλυση σωματιδίων τιτανίου από το εμφύτευμα. Η ανάλυση αυτή πραγματοποιήθηκε με τη χρήση τεχνητής διαδικασίας γήρανσης του τιτανίου μετά την εφαρμογή της παρέμβασης. Συγκεκριμένα, τα δείγματα βυθίστηκαν σε διάλυμα διάβρωσης που προσομοιάζει την επίδραση του υγρού σιέλου (MEM + 10% FBS) υπό αναερόβιες συνθήκες για 4 εβδομάδες. Ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης του τιτανίου πραγματοποιήθηκε μέσω επαγωγικά συζευγμένης Φασματομετρίας μάζας (inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS). Στη δεύτερη φάση της έρευνας, η επίδραση των αλλαγών στην κυτταροσυμβατότητα των επιφανειών τιτανίου αξιολογήθηκε με πειράματα χημειοταξίας και οστεοβλαστικής κυτταρικής προσκόλλησης. Στην τρίτη και τελική φάση, η επίδραση των εκλυόμενων σωματιδίων τιτανίου από την επιφάνεια λόγω των αλλοιώσεων που προκλήθηκαν από τις εργασίες καθαρισμού αξιολογήθηκε ως προς την κυτταροτοξικότητα της με μέτρηση της γαλακτικής αφυδρογονάσης μετά από φαγοκυττάρωση των σωματιδίων. Στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε με ANOVA και σύγκριση ανά δύο των ομάδων της μελέτης πραγματοποιήθηκε με post-hoc tests προσαρμοσμένα για πολλαπλές δοκιμές (multiple testing). Αποτελέσματα: Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι τεχνικές απομάκρυνσης μικροβίων οι οποίες εξετάστηκαν, συνδέονταν πάντοτε με μειωμένη κυτταροσυμβατότητα σε σύγκριση με τις επιφάνειες ελέγχου. Ο καθαρισμός με αποστειρωμένο νερό υπό πίεση, επέδειξε στατιστικά σημαντικά μεγαλύτερη αφαίρεση βιοϋμενίου σε σχέση με όλες τις υπόλοιπες ομάδες) (ρ <0,05) και σχετιζόταν με τις υψηλότερες μετρήσεις ζωντανών κυττάρων ακολουθούμενος από τις επιφάνειες που είχαν υποστεί επεξεργασία με νάιλον. Η εφαρμογή χλωρεξιδίνης επέδειξε τον χαμηλότερο αριθμό ζωντανών κυττάρων και σημαντικά περισσότερων νεκρών κυττάρων σε σύγκριση με μάρτυρες (ρ <0,05) σύμφωνα με την τεκμηριωμένη κυτταροτοξικότητά της. Συμπεράσματα: Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας ήταν να διερευνηθεί εάν η απολύμανση της επιφάνειας εμφυτευμάτων επηρεάζει την διάλυση τιτανίου. Για πρώτη φορά δείξαμε ότι ο μηχανικός καθαρισμός της επιφάνειας του τιτανίου επηρεάζει την ατομική της σύνθεση. Επιπλέον δείξαμε ότι οι επιφανειακές αλλοιώσεις του τιτανίου σχετίζονται με μείωση της κυτταροσυμβατότητας του. Στο δεύτερο σκέλος ασχοληθήκαμε με την ερώτηση εάν οι επιφανειακές αλλοιώσεις οδηγούν σε αυξημένη έκλυση σωματιδίων τιτανίου από το εμφύτευμα. Το ερώτημα αυτό είναι αμιγώς κλινικό διότι τα ελεύθερα σωματίδια τιτανίου έχουν σχετιστεί με αναγνώριση από φαγοκύτταρα και έκλυση προφλεγμονωδών κυτταροκινών. Αποτελέσματα έδειξαν ότι όλες οι επεμβάσεις απολύμανσης της επιφανείας οδήγησαν σε τουλάχιστον πενταπλασιασμό της ποσότητας εκλυόμενου τιτανίου μετά από τις επεμβάσεις. Συγκεκριμένα η χρήση της βούρτσας τιτανίου η οποία ήταν και η επέμβαση με τη μεγαλύτερη σκληρότητα σχετιζόταν με την πιο αυξημένη έκλυση σωματιδίων τιτανίου. Το αποτέλεσμα αυτό είναι συμβατό με πιθανές αντίξοες βιολογικές επιδράσεις και μάλιστα επέδειξαν αυξημένο κυτταροτοξικότητα των ινοβλαστών μετά από 24 ώρες διέγερσης με τιτάνιο. Είναι σημαντικό ότι η παρούσα έρευνα υπογραμμίζει την ανάγκη για πολύπλευρη αξιολόγηση των παραγόντων θεραπείας εμφυτευμάτων μέσω του φάσματος της επιλεκτικής κυτταροτοξικότητας και της βιοαποικοδόμησης. Συνοπτικά, η σημασία των ευρημάτων σχετικά με την κυτταροτοξικότητα των σωματιδίων τιτανίου που προκύπτουν από τη μηχανικής θεραπεία εμφυτευμάτων είναι υψίστης σημασίας λαμβάνοντας υπόψη τις υψηλές εκτιμήσεις επιπολασμού της περι-εμφυτευματίτιδας παγκοσμίως και την έλλειψη αποτελεσματικής θεραπευτικής προσέγγισης. Ο στόχος της έρευνας περιεμφυτευτίτιδας θα πρέπει να είναι ο εντοπισμός των θεραπειών που απομακρύνουν αποτελεσματικά τη μικροβιακή πλάκα από εμφυτεύματα διατηρώντας παράλληλα τις ηλεκτροχημικές ιδιότητες του τιτανίου για να αποφευχθεί η επιτάχυνση της διάλυσης τιτανίου στους ιστούς περι-εμφυτεύματος και να αποφευχθεί η κυτταροτοξικότητα τους.
περισσότερα
Περίληψη σε άλλη γλώσσα
Introduction: Dental biomedical implants have a long history of successful human application and have been established as an evidence based preferred treatment modality for the rehabilitation of tooth loss. Their high osseointegration and functional loading success rates are well documented. However, concerns have been raised in the literature regarding the increasing prevalence of peri-implantitis, which exceeds 10% of implant patients across epidemiological studies. Peri-implantitis is a local infection in the tissues surrounding dental implants and is associated with inflammatory symptoms, bone loss, and discomfort. Despite numerous treatment efforts for peri-implantitis, current therapeutic approaches usually yield only short-term therapeutic benefits, with some interventions showing up to 100% disease recurrence after 12 months. Due to the similarities in location (i.e., oral biofilms) and clinical signs (e.g., peri-implant swelling and bleeding on probing) between periodontitis ...
Introduction: Dental biomedical implants have a long history of successful human application and have been established as an evidence based preferred treatment modality for the rehabilitation of tooth loss. Their high osseointegration and functional loading success rates are well documented. However, concerns have been raised in the literature regarding the increasing prevalence of peri-implantitis, which exceeds 10% of implant patients across epidemiological studies. Peri-implantitis is a local infection in the tissues surrounding dental implants and is associated with inflammatory symptoms, bone loss, and discomfort. Despite numerous treatment efforts for peri-implantitis, current therapeutic approaches usually yield only short-term therapeutic benefits, with some interventions showing up to 100% disease recurrence after 12 months. Due to the similarities in location (i.e., oral biofilms) and clinical signs (e.g., peri-implant swelling and bleeding on probing) between periodontitis and peri-implantitis, research has suggested that bacterial biofilms, which are the etiological factors triggering immune responses and causing periodontal inflammation around teeth, are also responsible for inflammation around implants. Interestingly, the results of antimicrobial therapies against peri-implantitis are not favorable and only provide short-term benefits with disease relapse. New research data demonstrate that the pathogenic mechanism of peri-implantitis is highly complex, and besides the microbial factor, titanium surface corrosion of the implants contributes significantly to inflammation, similarly to the causative role of microbial biofilms in the pathogenesis of peri-implant inflammation. Even though previous studies have contributed to understanding the fact that the etiology of peri-implantitis is multifactorial, involving both microbial factors and titanium corrosion, there is a critical gap in the literature regarding the etiology of titanium corrosion and, consequently, its prevention. Given that thousands of dental implants are placed daily on a global scale, it becomes increasingly important to investigate the sources of titanium corrosion in peri-implantitis, both for primary prevention and treatment. Aim and Scope: The aim of this laboratory study is to extensively investigate the effect of mechanical and chemical disinfection methods used in clinical practice, which could potentially contribute to implant corrosion, titanium dissolution, and loss of cellular compatibility. To achieve this objective, we will evaluate the following specific aims:1)The dissolution of titanium from the implant surface depends on the applied mechanical or chemical cleaning process.2)The iatrogenic "damage" to the titanium dioxide passivation layer hinders its cell compatibility with osteoblastic cells. The findings from the proposed study will provide better insight for clinical decision-making regarding peri-implantitis treatment strategies. Materials and Methods: This laboratory study was conducted from August 15, 2017, to September 14, 2023, at the Department of Physiology, Medical School of the National and Kapodistrian University of Athens, in collaboration with the Periodontology Research Laboratory of the Dental School of the National and Kapodistrian University of Athens and the Translational Periodontal Research Lab of the University of Texas Health Science Center at San Antonio, USA. An in vitro "ecological" experimental model was used in the study, which was based on titanium discs (10 mm in diameter) covered with microbial plaque to simulate the laboratory conditions of dental implants under the influence of microbial plaque as encountered clinically during peri-implantitis. A total of 240 titanium discs were used, which were subjected to inoculation with a clinical sample of peri-implant plaque in the form of microcosm biofilms. The experimental groups included clinically applied mechanical and chemical cleaning interventions because the dissolution of titanium from the implant surface depends on the applied surface treatment. The chemical cleaning groups included 1.5% sodium hypochlorite (NaOCl), and 0.12% chlorhexidine (CLX). The mechanical cleaning groups included a nylon brush (Nylon), a titanium brush (Titanium), and pressurized sterile water (WaterJet - WJ). In all groups, the antimicrobial effectiveness was analyzed and the efficacy of microbial biofilm removal was assessed with immunofluorescent staining. Additionally, the effect of each surface cleaning intervention on surface alterations leading to increased titanium particle release from the implant was assessed through artificial aging of the titanium by immersing it in a corrosion-mimicking medium (MEM + 10% FBS) under anaerobic conditions for 4 weeks. The determination of titanium concentration in the media was performed via inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS. In the second phase of the research, the effect of the changes on the cytocompatibility of titanium surfaces was evaluated through chemotaxis experiments and osteoblastic cellular attachment. In the third and final phase, the cytotoxicity of the released titanium particles from the surface due to the alterations caused by the cleaning procedures was assessed by measuring lactate dehydrogenase activity after phagocytosis of the particles. Statistical analysis was performed using ANOVA, and post-hoc tests adjusted for multiple testing were used for pairwise comparisons between study groups. Results: The results showed that the examined microbial removal techniques were always associated with reduced cell compatibility compared to control surfaces. Pressure water spraying demonstrated statistically significant higher biofilm removal compared to all other groups (p < 0.05) and demonstrated the highest measurements of viable cells among the other surfaces. Application of chlorhexidine exhibited the lowest number of viable cells and significantly more dead cells compared to controls (p < 0.05), indicating its documented cytotoxicity. Discussion: This research study investigated whether the disinfection of implant surfaces affects titanium dissolution. For the first time, it was shown that the mechanical cleaning of the titanium surface affects its atomic composition. Furthermore, we demonstrated that surface alterations of titanium are associated with a decrease in its cell compatibility. In the second part, we addressed the question of whether surface alterations lead to increased release of titanium particles from the implant. This question is purely clinical since free titanium particles have been associated with recognition by phagocytes and the release of pro-inflammatory cytokines. Results showed that all surface disinfection interventions led to at least a five-fold increase in the amount of released titanium following the interventions. Specifically, the use of a titanium brush, which was also the most aggressive intervention, was associated with the highest release of titanium particles. This result is consistent with possible adverse biological effects and indeed demonstrated increased cytotoxicity of fibroblasts after 24 hours of titanium stimulation. Overall, the importance of the present findings lies in the cytotoxicity of released titanium particles that arise from implant cleaning interventions. The significance of these findings is high considering regarding that peri-implantitits affects a high proportion of patients with dental implants, while lacking a reliable treatment. Our results suggest that future research should be focused on innovative treatments to remove peri-implant bioflims while limiting the degradation of the biomaterial and the resulting release of particles, which contribute to cytotoxicity in peri-implant tissues
περισσότερα