Biocompatibilità degli impianti dentali sottoperiostei: influenza dei diversi trattamenti superficiali del titanio sull’espressione dei geni della matrice extracellulare nei fibroblasti gengivali

Marco Roy, Alessandro Corti, Silvia Dominici, Alfonso Pompella, Mauro Cerea, Elisa Chelucci, Barbara Dorocka-Bobkowska, Simona Daniele.

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36826858/

Biocompatibilità degli impianti dentali sottoperiostei: influenza dei diversi trattamenti superficiali del titanio sull’espressione dei geni della matrice extracellulare nei fibroblasti gengivali

1. Riferimento bibliografico

• Titolo originale dello studio: Biocompatibility of Subperiosteal Dental Implants: Effects of Differently Treated Titanium Surfaces on the Expression of ECM-Related Genes in Gingival Fibroblasts
• Autori: Marco Roy, Alessandro Corti, Silvia Dominici, Alfonso Pompella, Mauro Cerea, Elisa Chelucci, Barbara Dorocka-Bobkowska, Simona Daniele.
• Rivista scientifica: Journal of Functional Biomaterials.
• Anno di pubblicazione:
• DOI:3390/jfb14020059.

2. Contesto scientifico

Negli ultimi anni l’implantologia digitale e le tecnologie di produzione additiva hanno determinato una rinnovata attenzione verso gli impianti dentali sottoperiostei. Questi dispositivi rappresentano una valida opzione terapeutica per i pazienti affetti da grave atrofia mascellare o mandibolare, nei quali il volume osseo residuo rende difficile o impossibile il posizionamento di impianti endossei convenzionali. La possibilità di progettare impianti personalizzati mediante flussi di lavoro CAD/CAM e tecniche di Selective Laser Melting (SLM) ha ulteriormente ampliato il potenziale clinico di questa soluzione implantare.

A differenza degli impianti endossei tradizionali, gli impianti sottoperiostei instaurano un contatto esteso non solo con l’osso, ma anche con i tessuti molli peri-implantari. Di conseguenza, il successo biologico del trattamento dipende non esclusivamente dall’osteointegrazione, bensì anche dalla qualità dell’integrazione dei tessuti gengivali. I fibroblasti gengivali svolgono un ruolo fondamentale nella guarigione delle ferite chirurgiche, nella sintesi della matrice extracellulare e nella formazione di un sigillo connettivale stabile intorno all’impianto. Nonostante siano disponibili numerosi trattamenti superficiali del titanio, le conoscenze riguardanti il loro effetto specifico sul comportamento dei fibroblasti in relazione agli impianti sottoperiostei sono ancora limitate. Questo studio è stato progettato per approfondire tale aspetto.

3. Obiettivo dello studio

Lo scopo dello studio era valutare se differenti trattamenti superficiali del titanio fossero in grado di modificare la risposta biologica dei fibroblasti gengivali umani. In particolare, gli autori hanno analizzato la vitalità cellulare, la proliferazione, la migrazione, la risposta infiammatoria e l’espressione di geni coinvolti nell’adesione cellulare e nell’organizzazione della matrice extracellulare. L’obiettivo finale era identificare la superficie maggiormente favorevole all’integrazione dei tessuti molli peri-implantari.

4. Metodologia

Lo studio è stato condotto come ricerca sperimentale in vitro utilizzando una linea cellulare immortalizzata di fibroblasti gengivali umani (CRL-4061). Le cellule sono state coltivate su cinque differenti superfici in titanio sottoposte a specifici trattamenti: una superficie lavorata meccanicamente (Ti-1), una superficie elettrolucidata (Ti-2), una superficie sabbiata e mordenzata con acido (Ti-3), una superficie trattata con tecnologia proprietaria AlTiColor™ (Ti-4) e una superficie anodizzata (Ti-5).

Per caratterizzare la risposta biologica sono stati valutati numerosi parametri sperimentali. Gli autori hanno misurato la vitalità e la proliferazione cellulare, osservato la morfologia dei fibroblasti mediante microscopia, analizzato l’espressione dei geni della matrice extracellulare attraverso RT-PCR, quantificato proteine coinvolte nell’adesione cellulare mediante test ELISA, determinato il rilascio di endotelina-1 quale indicatore di risposta infiammatoria e valutato la capacità migratoria delle cellule mediante scratch wound assay. Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti con repliche indipendenti per garantire l’affidabilità dei risultati.

5. Principali risultati

I risultati sperimentali hanno evidenziato innanzitutto che nessuno dei cinque trattamenti superficiali del titanio ha determinato effetti citotossici sui fibroblasti gengivali. La vitalità e la proliferazione cellulare sono rimaste sovrapponibili ai valori osservati nel gruppo di controllo durante l’intero periodo sperimentale, confermando la buona biocompatibilità di tutte le superfici analizzate. Analogamente, il rilascio di endotelina-1, utilizzato come indicatore della risposta infiammatoria, non ha mostrato differenze statisticamente significative tra i diversi gruppi sperimentali, suggerendo l’assenza di un’attivazione infiammatoria indotta dai differenti trattamenti superficiali nelle condizioni dello studio.

Differenze più evidenti sono emerse nell’analisi delle funzioni cellulari coinvolte nell’organizzazione della matrice extracellulare e nell’integrazione dei tessuti molli. Tutte le superfici in titanio hanno indotto, con intensità differenti, un aumento dell’espressione di geni fondamentali per l’adesione cellulare e la sintesi della matrice extracellulare, tra cui VCL (Vinculina), FN (Fibronectina), Col1A1 (Collagene di tipo I alfa-1) e ITGB1 (Integrina β1). Le analisi proteiche hanno inoltre confermato modificazioni nell’espressione di proteine coinvolte nelle adesioni focali, come FAK (Focal Adhesion Kinase) e N-caderina, indicando che la microstruttura superficiale del titanio è in grado di modulare il comportamento biologico dei fibroblasti.

I test di migrazione cellulare (scratch wound assay) hanno dimostrato che i fibroblasti erano in grado di proliferare e migrare su tutte le superfici testate. Tuttavia, l’efficienza della migrazione variava in funzione del trattamento superficiale. Secondo gli autori, le prestazioni biologiche delle superfici possono essere classificate nel seguente ordine:

• Ti-3 – superficie sabbiata e mordenzata con acido
• Ti-4 – superficie AlTiColor™
• Ti-5 – superficie anodizzata
• Ti-2 – superficie elettrolucidata
• Ti-1 – superficie lavorata meccanicamente

Sulla base di questi risultati, gli autori concludono che la superficie sabbiata e mordenzata con acido (Ti-3) rappresenta il trattamento più favorevole per promuovere le funzioni dei fibroblasti associate alla guarigione precoce e all’integrazione dei tessuti molli attorno agli impianti dentali sottoperiostei. Tale conclusione rimane tuttavia limitata al modello sperimentale in vitro utilizzato nello studio.

6. Analisi clinica

Questo studio affronta un aspetto biologico dell’implantologia che, rispetto all’osteointegrazione, è stato finora meno approfondito: l’interazione tra le superfici implantari e i tessuti molli peri-implantari. Nel caso degli impianti sottoperiostei questa interazione assume un’importanza particolare, poiché tali dispositivi sono progettati per appoggiarsi al di sotto del periostio e mantenere un contatto esteso con il tessuto connettivo gengivale. La qualità della risposta dei fibroblasti può quindi influenzare la formazione di un sigillo connettivale stabile e la guarigione iniziale dei tessuti molli.

Uno dei principali risultati dello studio è la dimostrazione che tutte le superfici in titanio valutate presentano un’elevata biocompatibilità, senza compromettere la vitalità cellulare né indurre una risposta infiammatoria significativa. Parallelamente, gli autori mostrano come la microtopografia superficiale possa influenzare processi biologici fondamentali quali l’adesione, la differenziazione e la migrazione dei fibroblasti. Questi fenomeni rappresentano le prime fasi della guarigione dei tessuti molli dopo il posizionamento implantare e possono contribuire alla stabilità biologica dell’interfaccia peri-implantare.

Dal punto di vista clinico, la migliore risposta osservata sulla superficie sabbiata e mordenzata con acido suggerisce che specifiche modificazioni superficiali potrebbero favorire l’integrazione dei tessuti molli negli impianti sottoperiostei personalizzati. Tuttavia, tali osservazioni non costituiscono una prova di superiorità clinica. Lo studio non ha valutato parametri quali la sopravvivenza implantare, la stabilità dei tessuti peri-implantari, il successo protesico, l’incidenza delle complicanze o gli esiti riferiti dai pazienti.

Di conseguenza, i risultati devono essere interpretati come evidenze biologiche precliniche, utili per comprendere i meccanismi cellulari che regolano l’interazione tra titanio e tessuti molli. Saranno necessari studi su modelli animali e studi clinici prospettici per verificare se i vantaggi osservati a livello cellulare si traducano in un reale miglioramento degli esiti clinici a lungo termine negli impianti sottoperiostei realizzati con tecnologie digitali.

7. Applicazioni cliniche

I risultati di questo studio trovano applicazione principalmente nello sviluppo e nell’ottimizzazione degli impianti dentali sottoperiostei personalizzati, progettati mediante flussi di lavoro digitali CAD/CAM e realizzati con tecnologie di produzione additiva. In particolare, nei pazienti affetti da grave atrofia mascellare o mandibolare, nei quali le opzioni implantari convenzionali risultano limitate, la scelta del trattamento superficiale del titanio potrebbe rappresentare un elemento aggiuntivo per favorire l’interazione biologica con i tessuti molli peri-implantari.

Lo studio assume particolare rilevanza nel contesto degli impianti prodotti mediante Selective Laser Melting (SLM), dove la progettazione digitale consente di personalizzare non solo la geometria implantare, ma anche le caratteristiche superficiali. In questo scenario, un trattamento di superficie adeguato potrebbe contribuire a migliorare l’adesione dei fibroblasti e i processi iniziali di guarigione del tessuto connettivo gengivale.

Tuttavia, i risultati ottenuti non consentono di formulare raccomandazioni cliniche specifiche riguardo a un particolare sistema implantare o protocollo chirurgico. Lo studio si limita infatti alla valutazione di risposte biologiche cellulari in condizioni sperimentali controllate e non fornisce dati clinici relativi alla sopravvivenza implantare, alla stabilità dei tessuti peri-implantari, alle complicanze o agli esiti riferiti dai pazienti.

8. Livello di evidenza, limiti e trasparenza

Questa pubblicazione rappresenta uno studio sperimentale in vitro, corrispondente a un livello di evidenza preclinica. Il suo principale contributo consiste nel chiarire gli effetti biologici di differenti trattamenti superficiali del titanio sul comportamento dei fibroblasti gengivali, senza tuttavia valutare direttamente l’efficacia clinica degli impianti sottoperiostei.

L’interpretazione dei risultati richiede alcune considerazioni. Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando una linea cellulare immortalizzata di fibroblasti gengivali umani in un ambiente sperimentale altamente controllato. Tale modello non riproduce la complessità del contesto clinico, caratterizzato dall’interazione tra cellule immunitarie, microbiota orale, vascolarizzazione, carico funzionale e variabilità individuale dei pazienti. Inoltre, lo studio non comprende sperimentazioni animali né studi clinici prospettici e non fornisce informazioni sul comportamento a lungo termine degli impianti o sulla prognosi clinica.

Per quanto riguarda la trasparenza, gli autori riportano che i campioni in titanio sono stati forniti da NewAncorvis Srl., mentre i trattamenti superficiali sono stati eseguiti da Al Ti Color Srl. secondo le rispettive procedure produttive. Sulla base delle informazioni riportate nell’articolo, non viene dichiarato alcun conflitto di interesse esplicito relativo a tali aziende.

9. Punti chiave dello studio

• Tipo di studio: studio sperimentale in vitro.
• Livello di evidenza: ricerca preclinica di laboratorio.
• Modello sperimentale: fibroblasti gengivali umani immortalizzati (linea cellulare CRL-4061).
• Numero di pazienti: non applicabile.
• Numero di impianti: non applicabile.
• Periodo di osservazione: valutazioni biologiche fino a 72 ore di coltura cellulare.
• Endpoint principale: valutazione dell’effetto di cinque differenti trattamenti superficiali del titanio sulla vitalità, proliferazione, migrazione, risposta infiammatoria ed espressione dei geni della matrice extracellulare.
• Risultato principale: tutte le superfici hanno dimostrato un’elevata biocompatibilità, mentre la superficie sabbiata e mordenzata con acido (Ti-3) ha prodotto la risposta biologica più favorevole nei fibroblasti gengivali.
• Conclusione scientifica: tra i trattamenti studiati, la superficie Ti-3 sembra offrire le condizioni più favorevoli per promuovere i processi biologici associati alla precoce integrazione dei tessuti molli, nell’ambito delle limitazioni proprie di uno studio in vitro.
• Principali limiti: modello sperimentale preclinico, assenza di validazione clinica e mancanza di dati a lungo termine.

10. Impatto scientifico

Questo studio apporta un contributo significativo alla ricerca sui biomateriali implantari, concentrandosi su un aspetto ancora relativamente poco esplorato: l’influenza delle caratteristiche superficiali del titanio sull’integrazione dei tessuti molli peri-implantari. A differenza della maggior parte degli studi dedicati prevalentemente all’osteointegrazione, gli autori analizzano il comportamento dei fibroblasti gengivali, cellule fondamentali per la guarigione dei tessuti molli e per la formazione di una barriera connettivale stabile attorno agli impianti sottoperiostei.

Uno dei principali punti di forza dello studio è il confronto standardizzato tra cinque differenti trattamenti superficiali del titanio nelle medesime condizioni sperimentali. I risultati dimostrano che, pur mantenendo un’elevata biocompatibilità generale, le diverse microstrutture superficiali possono modulare specifiche funzioni cellulari coinvolte nell’adesione, nella migrazione e nell’organizzazione della matrice extracellulare. Tali osservazioni contribuiscono a comprendere meglio i meccanismi biologici che regolano l’interazione tra biomateriali e tessuti molli.

Dal punto di vista della ricerca traslazionale, questo lavoro rappresenta una base scientifica per futuri studi in vivo e sperimentazioni cliniche prospettiche. Solo tali studi potranno stabilire se i vantaggi osservati a livello cellulare siano effettivamente associati a una migliore guarigione dei tessuti molli, a una maggiore stabilità peri-implantare e a risultati clinici superiori negli impianti sottoperiostei personalizzati.

11. Conclusione editoriale

Questo studio preclinico dimostra che i diversi trattamenti superficiali del titanio possono influenzare processi biologici fondamentali per l’integrazione dei tessuti molli senza compromettere la biocompatibilità complessiva del materiale. Tra le superfici analizzate, quella sabbiata e mordenzata con acido (Ti-3) ha mostrato gli effetti più favorevoli sull’adesione, sulla migrazione dei fibroblasti e sull’espressione dei geni coinvolti nella formazione della matrice extracellulare. Sebbene tali risultati non possano essere trasferiti direttamente alla pratica clinica, essi forniscono una solida base biologica per lo sviluppo di impianti sottoperiostei di nuova generazione e giustificano la realizzazione di studi clinici prospettici destinati a confermarne la rilevanza terapeutica nel lungo periodo.