Nya studier på material, design och framställningsteknik

Transkript

1 Referentgrnskd ccepterd för pulicering 12 mj Implnttforskning på red front Ny studier på mteril, design och frmställningsteknik Sedn implnttehndling lev en llmänt ccepterd terpi på 1980-tlet hr implntten ändrts vsevärt vd gäller mteril, design och ytegenskper. en i dg är riktd mot ndr iomteril än rent titn, implnttdesign, nnoteknologi inklusive kemisk modifiktion och ny digitl tekniker. Förfttre: Ann Wennererg, prof, ötdl, Avd för orl protetik, Odontologisk fkulteten, Mlmö högskol. E-post: nn.wennererg@mh.se * FEA (Finite Element Anlysis) är en mtemtisk metod tt eräkn krftöverföring. Benintegrerde orl implntt är i dg en mycket vnlig terpi för tt ersätt förlorde tänder i syfte tt återställ en god tuggfunktion och estetik. Uppskttningsvis inoperers miljoner implntt årligen runt om i världen. Sedn implnttehndling lev en llmänt ccepterd terpi i mitten v 1980-tlet hr implntten ändrts vsevärt med vseende på mteril, design och ytegenskper. Änd från örjn hr det dominernde mterilet vrit kommersiellt rent titn (commercilly pure titnium, c.p. Ti). Av de i Sverige såld implntten vr designen oftst ett skruvformt implntt med en gängstegring om 0,6 mm och en extern nslutning till distnsen. Ytn vr den som lev efter den mskinell teknik vrmed implntten frmställdes (svrvning), det vill säg en nisotropisk yt med klrt synlig svrvspår smt med en miniml ytråhet. Även om kommersiellt rent titn (numer oftst grd 4) ännu nvänds i de llr flest implntt, är cirk 5 procent tillverkde v titnlegeringr eller zirkoni. Den vnligste titnlegeringen är Ti6Al4V. Zirkoni hr fått viss populritet, till exempel på den tysk mrknden, men ingen vet egentligen om mterilet är tillräckligt hållrt sett över en tioårsperiod. Implnttet är fortfrnde oftst designt som en skruv, men numer oft med mikrogängor i den mrginl delen v implnttet. Den svrvde ytn hr i stort sett helt erstts v ytmodifiktioner som ger en modert ytråhet [1], det vill säg en höjdv- vikelse på omkring 1,5 µm och en ytförstoringsgrd på minst 50 procent. För tt åstdkomm sådn ytstruktur nvänds oftst en lästrings- eller oxideringsteknik, ilnd i komintion med etsning. Med de modert rå implnttytorn hr det klinisk utfllet signifiknt förättrts för implntt i mxill, för kort implntt och för rökre. En förättrd primär stilitet är troligen en viktig orsk till de förättrde ehndlingsresultten. Även om ehndlingsresultten i dg oftst överstiger 92 procent i så kllt success/survivl efter 5 10 års uppföljning finns det ptientgrupper med vsevärt sämre resultt. För dess ptienter kn ytterligre förättrde egenskper v implntten och implnttkomponentern h stor etydelse. Vidre kn en ökd förståelse för vrför implntt misslycks led till ättre ehndlingsplnering, men också till ättre implntt som kn skräddrsys för olik klinisk ehov. Aktuell forskning är riktd mot ndr iomteril än rent titn, implnttdesign, nnoteknologi inklusive kemisk modifiktion och ny digitl tekniker. MATERIAL Ett öknde ntl frkturer hr under de senste åren oserverts kliniskt. Ett flertl v dess frkturer hr uppkommit på implntt med liten dimeter (< 3,3 mm). En FEA* v simulerd misspssning v den protetisk konstruktionen om µm fnn tt uppkomn stresskoncentrtioner orskde v den- 76

2 Tips oss Figur I. Stressfördelning i implnttskruv vid simulerd perfekt pssform. Finite Element Anlysis. Figur I. Stressfördelning vid en misspssning på 20 µm. De röd områden stämmer r överens med vr frkturer oservers kliniskt. Figur II. Mrginl implnttfrktur smt enresorption i nslutning till frkturområde, det vill säg meknisk såväl som iologisk kompliktioner. n misspssning stämde väl överens med de oserverde frkturern och tt en ogynnsm stress steg vid ökd misspssning smt vr störst om den protetisk konstruktionen gjordes på fixturnivå [2] (figur I ). Denn ogynnsmm stresskoncentrtion kn led till meknisk såväl som iologisk kompliktioner (figur II). Ett möjligt sätt tt i fortsättningen undvik dess kompliktioner kn vr tt nvänd ett hårdre mteril än kommersiellt rent titn. Ett sådnt mteril kn vr en lloy melln titn och zirkonium under förutsättning tt lloyen visr minst lik god möjligheter till osseointegrtion. TiZr Med syfte tt jämför TiZr:s och c.p. Ti:s förmåg tt integrer i en gjordes en djurexperimentell studie med utvärderingstid efter 2, 4 och 12 veckor. I denn undersökning hde TiZr något snre enläkningsprocess efter 4 veckor och jämförr förmåg till osseointegrtion som Ti efter 12 veckor [3]. PEEK Ett nnt intressnt mteril är PolyEtherEther- Keton (PEEK). Det hr nvänts i ortopedisk smmnhng, då speciellt för spinl diskopertion. Fördelen med PEEK är dess meknisk egenskper som etydligt mer liknr enets än vd till exempel metllisk mteril gör. Inom odontologi kn mterilet vr intressnt för stilisering v till exempel käkfrkturer. En nckdel med mterilet i dett smmnhng är dock tt det integrerr dåligt i envävnd. Ett sätt tt utnyttj mterilets god meknisk egenskper och smtidigt få en god enintegrtion kn vr tt elägg mterilet med nnoprtiklr v hydroxylptit (HA). I smrete med protetikvdelningen på odontologisk institutionen vid Göteorgs universitet hr en serie studier utförts med nnoha-elgd PEEKimplntt. Jämfört med oelgd PEEK får de elgd implntten signifiknt större enintegrtion, speciellt vid de tidig inläkningstidern, 3 4 veckor. Vid senre tidpunkter verkr den positiv effekten v nnoha tt vt något [4, 5] (figur III ). Mgnesium Mgnesium, strontium och klcium är exempel på ämnen som är involverde i enmetolismen och som hypotetiskt kn nvänds för tt förstärk inläkning v implntt. Mgnesium är resorerrt vilket gjort tt mgnesiumserde lloyer rönt intresse där iodegrderr implntt är önskvärd, till exempel inom ortopedi, ortodonti och käk- Figur III. Ett experimentellt PEEK-implntt. Figur III. En SEM-ild som visr nnoha-eläggning. Prtiklrn är vlång med en ungefärlig storlek på 20 nm. Ett öknde ntl frkturer hr under de senste åren oserverts kliniskt. Ett flertl v dess frkturer hr uppkommit på implntt med liten dimeter. 77

3 Ann Wennererg: Implnttforskning på red front ccepterd för pulicering 12 mj Mgnesium, strontium och klcium är exempel på ämnen som hypotetiskt kn nvänds för tt förstärk inläkning v implntt. Figur IV. Ett Mg-Y-REimplntt efter tre månders inläkning. Implnttet är i stort sett opåverkt v korrosionsprocess. Figur IV. Ett Mg2Agimplntt. Implnttet är etydligt mer korrodert än i figur 4. kirurgi. Mgnesiumlloyer är lätt mteril, hr en elsticitetsmodul liknde enets och lloyern tros korroder över tid till toxisk produkter (iodegrderrhet). Emellertid är korrosionsmeknismen och mterilets effekt på eninläkningsprocessen otillfredsställnde undersökt. De resorerr mgnesiumlloyer som forskrgruppen undersökt med vseende på resorptionshstighet och hur fort mterilet ersätts med nyildt en (osteosyntes) är Mg2Ag, Mg10Gd och Mg-Y-RE. Med hjälp v synkrotron tomogrfi kunde olik resorptionshstigheter in vivo oservers, där Mg2Ag uppvisde den llr snste resorptionen och ingen enintegrtion till skillnd från de två ndr undersökt lloyern (figur IV ). Figur V. En hydroxylptitdome fäst på skllenet v en knin. Bennyildning kn tydligt ses inuti domen. Hydroxylptit, triclciumfosft och zirkoni Både hydroxylptit (HA) och zirkonis (ZrO2) osteokonduktiv och induktiv egenskper undersöks djurexperimentellt i ett pågående doktorndrete. I syfte tt redd enet hr så kllde domer tillverkts. Under denn yggndsställning hr en ildts och åde hydroxylptit och zirkoni hr vist god ennyildning [6] när dess domer plcerts på skllen från knin (figur V). Både et-triclciumfosft (β-tcp) och HA hr nvänts som syntetisk enersättningsmteril i smnd med implnttehndling. β-tcp som ett helt resorerrt mteril och HA som ett ej resorerrt mteril. Båd mterilen hr föroch nckdelr, för tt ehåll volym kn HA vr tt föredr medn det i ndr fll är ättre om det 78

4 Aktuell implnttforskning Figur VI. Blndning 20/80 v HA/ß-TCP, formrt och nvändrt vid större endefekter. syntetisk mterilet långsmt ersätts med nyildt en. En komintion v mterilen är v hypotetiskt intresse, en 20/80-lndning v HA/β-TCP hr i en experimentell studie vist sig nvändr för större endefekter (figur VI). IMPLANTATDESIGN Hur effektivt krftöverföringen sker från ett implntt till omgivnde envävnd hr snnolikt stor etydelse för hur väl mn kn få enintegrtion kring implnttet och senre iehåll envävnden över tid. Därmed hr krftöverföring en direkt inverkn på det klinisk utfllet. En gängformd implnttdesign nvänds för tt ge god primär stilitet genom tt mximer möjlig enkontkt vi ytförstoring v implnttet och på så sätt möjliggör fördelktig krftöverföring. Skruvformd design dominerr den kommersiell orl implnttmrknden men kunskp om hur gängorn optimlt sk utforms skns fortfrnde. Med hjälp v FEA hr det gått tt vis tt olik gängformer fördelr stress olik r och tt etydelsen v gängdesign med vseende på överförd spänningsnivå till omgivnde envävnd är större vid implnttinstlltion än när implntten väl är inläkt i en. Spänningsfördelning påverkdes dessutom gynnsmt v komintion kort (mikrogängor) och större implnttgängor (figur VII ). Resultten v kunskp om hur gängorn optimlt sk utforms skns fortfrnde. Figur VII. Ett experimentellt implntt med mkrogängor. Figur VII. Ett experimentellt implntt med mkrooch mikrogängor. Mkrogängor för primär stilitet, mikrogängor för tt fördel kompressionsspänningr jämnt till omgivnde en. 79

5 Ann Wennererg: Implnttforskning på red front ccepterd för pulicering 12 mj v titnets ytoxidskikt. Dess nnostrukturer hr vist sig påverk encellers dhesion och prolifertion i in vitro-försök, men också vists ge förstärkt enintegrtion i in vivo-experiment. Exkt hur stor nnoprtiklrn sk vr eller vilken form de sk h är ännu inte känt, mång försök hr dock gjorts med cirk 20 nm stor vlång prtiklr. Som ovn nämnts nvänds också nnoeläggningr på ndr mteril än titn och titnlloyer, till exempel PEEK. Nnostrukturer kn också utgörs v nnorör, så kllde mesoporös ytor. Dess nnorör kn ldds med olik joner för tt dessutom kemiskt kunn förstärk och påskynd inläkningsprocessen. Figur VIII. En SEM-ild (Scnning Electron Microscopy) v en mesoporös yt. Dimetern v porern är 7 nm. denn teoretisk modell kunde verifiers djurexperimentellt [7]. De kort gängorn stimulerde troligen enet genom kompression medn mkrogängorn idrog till den primär stiliteten. Kompression eller det sttisk tryck som implnttet överför till enet och dess effekt på inläkning hr undersökts i ytterligre en vhndling som försvrdes v Anders Hlldin den 28:e mj i år [8]. Mtemtisk simulering nvändes även i denn vhndling i komintion med experiment in vivo. Resultten visr tt en måttlig sttisk elstning stimulerr enildning och ökr implnttstiliteten under inläkningsprocessen. Vidre kunde konstters tt FEA-nlys är en möjlig metod för tt uppsktt implnttstilitet för olik grd v sttisk elstning. IMPLANTATETS YTEGENSKAPER Som nämns i den inlednde texten till denn rtikel dominers dgens implntt v en modert rå yt, denn hr vist sig ge god mikromeknisk retention. För tt ytterligre påverk den tidig inläkningsprocessen hr försök gjorts med nnoteknik. En hypotes är tt nnostrukturer sk kunn utgör dhesionsställen för de först lodproteinern som kommer i kontkt med implnttytn och tt dess proteiner sedn vi signlsystem kn påskynd läkprocessen. Nnoprtiklr hr ntingen elgts på ytn eller uppkommit genom oxidering eller etsning en måttlig sttisk elstning stimulerr en ildning och ökr implnttstiliteten under inläkningsprocessen. KEMISK MODIFIERING AV NANOSTRUKTURERADE YTOR Mg I två pågående doktorndreten nvänds en mesoporös titnyt för tt ldd med Mg-joner. Nnoporern gjordes med en dimeter v 6 7 nm (figur VIII). Mängd och hstighet v fristt Mg nlyserdes [9]. Kontroller utgjordes v mesoporös titnyt utn Mg-lddning. Benildnde mrkörer (osteoclcin, RUNX-2 och IGF-1) vr signifiknt mer uttlde för de mgnesiumlddde implntten, likså uppvisde testimplntten större motstånd mot urvridning, dett som ett mått på enintegrtion och större mängd ildt en i implnttgängorn [10, 11]. Smm typ v mgnesiumlddd yt undersöktes senre på ovrieektomerde möss i syfte tt undersök mterilet under osteoporös förhållnden. Denn studie är för närvrnde under eretning. Ovn nämnd studier ger god möjlighet tt studer Mg-osteokonduktiv och -osteoinduktiv egenskper. FYSIKALISK MODIFIERING UV-ljus Att ändr ytns vätrhet kn teoretiskt ändr inläkningsetingelsern genom tt de först lodproteinern som når implnttytn sprids jämnt över ytn omedelrt vid implnttinstlltion. Titn i sig är hydrofilt med en kontktvinkel på cirk grder. Till superhydrofil ytor räkns ytor med en kontktvinkel på < 5 grder. Ett sätt tt få denn superhydrofilicitet är tt elys med UV-ljus. In vitro-försök hr vist på större dhesionskpcitet och större prolifertionsgrd v enceller på superhydrofil Ti jämfört med Ti. En in vivo-undersökning hr också verifiert uppreglering v gener relevnt för enildning, såsom ALP, RUNX-2 och IL-10 [12]. KLINISK UPPFÖLJNINGSFORSKNING Som redn nämnts är implnttehndling i dg en väl ccepterd och dokumenterd ehndlingsmetod som fortsätter tt ök i volym, åde i Sverige och interntionellt. År 2009 ehndldes, med stöd v Försäkringskssn, ptienter med im- 80

6 Aktuell implnttforskning Med ny snt växnde tekniker inom 3D-scnning och 3D-printing finns en möjlighet tt reducer ntlet steg i processen M1 plntt i Sverige, totlt ntl inopererde implntt vr [13]. År 2011 vr motsvrnde siffror ptienter och implntt. År 2009 vr 40 procent v dess ptienter äldre än 65 år, 2010 hde denn siffr ökt till 47 procent och 2011 vr den 49 procent, det hr lltså skett en kontinuerlig ökning v äldre ptienter som ehndls med implntt. Även om den citerde rpporten från Försäkringskssn r omfttr tre år, visr den under denn tidsperiod en ökning v ehndlde implnttptienter med 12 procent, en ökning v ntlet inopererde implntt med 18 procent och en ökning v implnttptienter äldre än 65 år med 23 procent. Dess siffror ör jämförs med en totl popultionsökning i Sverige under smm tidsperiod med 1,5 procent och en ökning v invånre 65 år eller äldre med 5,6 procent [14]. Eftersom så mång implntt inoperers per år, lir ntlet ptienter som drs v kompliktioner stort även om den procentuell siffrn v kompliktioner och misslycknden är reltivt låg. Det finns därför stort ehov v tt forskningsfokus flytts från rpporter om r ehndlingsresultt i form v success/survivl-dt till identifiktion v fktorer som kn ssociers med ehndlingskompliktioner och/eller misslycknden. I en nyligen pulicerd studie hr trolig fktorer relterde till ptienten, till ehndlnde tndvårdstem och till implnttens egenskper som leder till ökd kompliktionsrisk och risk för implnttförlust kunnt smmnställs [15]. Därefter hr ett flertl systemtisk översiktsrtiklr pulicerts som undersöker implnttförluster och mrginl enresorption i reltion till exempelvis dietes, rökning, prodontl sjukdom och strålningsehndling och som en respons på den främmnde kropp som ett implntt inneär [16 20]. I smrete med Region Skåne pågår ett forskningsprojekt där vi undersöker hur olik implnttmteril påverkr det inflmmtorisk svret. Cellulär och molekylär nlyser sker med hjälp v ljusmikroskopi, gennlys med qrt-pcr (quntittive Rel-Time Polymerse Chin Rection) och immunohistokemi. I projektet ingår också en prospektiv klinisk studie som syftr till tt identifier fktorer som kn korrelers till enförlust runt implntt. Resultten v projektet förvänts vsevärt kunn ök förståelsen för fktorer som ligger kom mrginell enförlust runt implntt och möjligheten tt nlyser fktorer som leder till implnttmisslycknde. Vi hopps därmed ge förutsättningr för tt ättre kunn prognostiser en ehndling för en specifik ptient och optimer terpivl. NYA FRAMSTÄLLNINGSTEKNIKER GENOM DIGITAL TEKNIK Konventionell protetisk ehndling hr under lång tid följt en speciell retsgång: preprtion v tnd eller tänder, vtryck, modellfrmställning, uppvxning, göt, inprovning och cementering. I de fll kronor eller ror frmställts tillkommer steg för påränning v fsdmteril. Implnttehndling hr i stort följt smm procedur. Vrje steg inneär en felkäll och risk för misspssning v den slutgiltig konstruktionen. Med ny snt växnde tekniker inom 3D-scnning och 3D-printing finns en möjlighet tt reducer ntlet steg i processen och följktligen kunn förättr precision och minsk iologisk kompliktioner och tillverkningskostnder. Ett forskningsprojekt pågår där precision v digitl vtryck och digitl printers (3D-printing) undersöks. I en inlednde studie med syfte tt undersök pssform på helt ny komponenter hr tolernsen för intern respektive extern koppling melln implntt och distns undersökts. Tolernsen är det spelrum som finns melln komponentern (figur IX). Resultten visde tt metllisk komponenter uppvisde den minst tolernsen, < 50 µm för den extern kopplingen och < 90 µm för den intern. De prefricerde plstkomponentern visde större tolerns, < 100 för extern koppling och 130 µm för intern [21], det vill säg ett större cceptert spelrum från frikntern. Dess uppgifter är viktig tt krtlägg innn pssformsstudier görs efter funktionsslitge. M2 Figur IX. Förklringsmodell till det spelrum som finns, i större eller mindre grd, i kopplingen melln fixtur och distns. Här viss extern koppling. 81

7 Ann Wennererg: Implnttforskning på red front ccepterd för pulicering 12 mj Referenser 1. Wennererg A, Alrektsson T. Suggested guidelines for the topogrphic evlution of implnt surfces. Int J Orl Mxillofc Implnts 2000; 15: Jimo R, Hlldin A, Jnd M, Wennererg A, Vndeweghe S. Verticl frcture nd mrginl one loss of internl-connection implnts: finite element nlysis. Int J Orl Mxillofc Implnts 2013; 28 (4): Jimo R, Nito Y, Glli S, Berner S, Drd M, Wennererg A. Biomechnicl nd histomorphometricl evlution of TiZr lloy implnts: n in vivo study in the rit. Clin Implnt Dent Relt Res 2015 Apr 16. doi: /cid [Epu hed of print] 4. Brkrmo S, Andersson M, Currie F, Kjellin P, Jimo R, Johnsson CB, Stenport V. Enhnced one heling round nnohydroxyptite-coted polyetheretherketone implnts: An experimentl study in rit one. J Biomter Appl 2014 Nov; 29 (5): Johnsson P, Jimo R, Kjellin P, Currie F, Chrcnovic BR, Wennererg A. Biomechnicl evlution nd surfce chrcteriztion of nno-modified surfce on PEEK implnts: study in the rit tii. Int J Nnomedicine 2014 Aug 14; 9: Anderud J, Jimo R, Arhmsson P, Isksson SG, Adolfsson E, Mlmström J, Kozi Y, Hllmer F, Wennererg A. Guided one ugmenttion using cermic spce-mintining device. Orl Surg Orl Med Orl Pthol Orl Rdiol 2014; 118 (5): Chowdhry R. On efficcy of implnt thred design for one stimultion. PhD thesis 2014, Fculty of Odontology, Mlmö University. 8. Hlldin A. On iomechnicl pproch to nlysis of stility nd lod ering cpcity of orl implnts. PhD thesis, Dept Prosthodontics, Fculty of Odontology, Mlmö University, Sweden Cecchinto F, Xue Y, Krlsson J, He W, Wennererg A, Mustf K, Andersson M, Jimo R. In vitro evlution of humn fetl osteolst response to mgnesium loded mesoporous TiO2 coting. J Biomed Mter Res A 2014; 102 (11): Glli S, Nito Y, Krlsson J, He W, Miymoto I, Xue Y, Andersson M, Mustf K, Wennererg A, Jimo R. Locl relese of mgnesium from mesoporous TiO2 cotings stimultes the peri-implnt expression of osteogenic mrkers nd improves osteoconductivity in vivo. Act Biomter 2014; 10 (12): Glli S, Nito Y, Krlsson J, He W, Andersson M, Wennererg A, Jimo R. Osteoconductive potentil of mesoporous titni implnt surfces loded with mgnesium: n experimentl study in the rit. Clin Implnt Dent Relt Res 2014 Fe 20. doi: /cid [Epu hed of print] 12. Hyshi M, Jimo R, Xue Y, Mustf K, Andersson M, Wennererg A. Photoctlyticlly induced hydrophilicity influences one remodeling t longer heling periods: rit study. Clin Orl Implnts Res 2014; 25 (6): Socilförsäkringsrpport;2012:7: connect/15ee3d c ff8846/socilforskringsrpport_2012_7. pdf?mod=ajperes 14. Sttistisk centrlyrån Befolkningssttistik. Folkmängden efter region, civilstånd, ålder och kön. År yp=tnsss&xu=c &omrdekod=be&omrd etext=befolkning&lng=1 15. Chrcnovic B, Alrektsson Resons for filures of orl implnts. J Orl Rehil 2014 Jun; 41 (6): Chrcnovic B, Alrektsson Dietes nd orl implnt filure: A systemtic review. J Dent Res 2014; 93 (9): Chrcnovic BR, Alrektsson Smoking nd dentl implnts: systemtic review nd met-nlysis. J Dent 2015 Mr 13. pii: S (15) doi: /j. jdent [Epu hed of print] 18. Chrcnovic BR, Alrektsson Periodontlly compromised vs periodontlly helthy ptients nd dentl implnts: A systemtic review nd met-nlysis. J Dent 2014; 42 (12): Chrcnovic BR, Alrektsson Dentl implnts in irrdited versus non-irrdited ptients: A met-nlysis. Hed Neck 2014 Sep 20. doi: /hed [Epu hed of print] 20. Trindde R, Alrektsson T, Tengvll P, Wennererg A. Foreign ody rection to iomterils: on mechnisms for uildup nd rekdown of osseointegrtion. Clin Implnt Dent Relt Res 2014 Sep 25. doi: /cid [Epu hed of print] 21. Brin M, De Bruyn H, Frnsson H, Christersson C, Wennererg A. Tolernce mesurements on internl- nd externl hexgon implnts. Int J Orl Mxillofc Implnts 2014; 29 (4): frmtidslet 595:- MK CoCr roled 895:- E-mx kron 995:- Zirkonium kron Nytt mentorprogrm, vill du vr med? Vi söker åde mentorer och depter. Läs mer på Tndläkrförundets hemsid eller kontkt Gulistn Akkurt, e-post mentorprogrmmet@ tndlkrforundet.se om du vill vet mer eller nmäl dig! Anmäl dig senst 1 oktoer! Tel: info@keydentl.se 82 liten_plugg_mentorskp.indd :46:42