Nuovo trattamento superficiale del Ti6Al4V per gli impianti dentali sottoperiostei: valutazione della proliferazione di cellule simil-osteoblastiche e della risposta osteogenica

Roberto Campagna, Valentina Schiavoni, Loredana Rao, Fabrizio Bambini, Andrea Frontini, Francesco Sampalmieri, Eleonora Salvolini, Lucia Memé

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40141517/

Nuovo trattamento superficiale del Ti6Al4V per gli impianti dentali sottoperiostei: valutazione della proliferazione di cellule simil-osteoblastiche e della risposta osteogenica

1. Riferimento bibliografico

• Titolo originale: Novel Ti6Al4V Surface Treatment for Subperiosteal Dental Implants: Evaluation of Osteoblast-like Cell Proliferation and Osteogenic Response
• Autori: Roberto Campagna, Valentina Schiavoni, Loredana Rao, Fabrizio Bambini, Andrea Frontini, Francesco Sampalmieri, Eleonora Salvolini, Lucia Memé
• Rivista: Materials
• Anno di pubblicazione: 2025
• DOI:3390/ma18061234

2. Contesto scientifico

La riabilitazione implantare dei pazienti affetti da grave atrofia dei mascellari rappresenta tuttora una delle principali sfide della chirurgia orale e dell’implantologia moderna. Il successo degli impianti endossei convenzionali dipende dalla disponibilità di un adeguato volume osseo; quando questa condizione non è presente, diventa necessario ricorrere a procedure di rigenerazione ossea oppure prendere in considerazione soluzioni terapeutiche alternative.

Negli ultimi anni gli impianti sottoperiostei personalizzati hanno suscitato un rinnovato interesse grazie all’evoluzione della progettazione digitale, della tomografia volumetrica (CBCT), dei sistemi CAD/CAM e delle tecnologie di produzione additiva. Questi progressi consentono oggi la realizzazione di strutture implantari in titanio perfettamente adattate all’anatomia residua del paziente, ampliando le possibilità terapeutiche nei casi caratterizzati da marcata perdita di tessuto osseo.

Parallelamente all’innovazione progettuale, è cresciuto l’interesse verso la bioingegneria delle superfici implantari. Le caratteristiche topografiche e chimiche del titanio influenzano infatti l’adesione cellulare, la proliferazione degli osteoblasti e l’attivazione dei processi di differenziazione osteogenica, elementi fondamentali per ottenere una stabile integrazione dell’impianto con il tessuto osseo. In questo contesto, lo studio analizza come differenti trattamenti superficiali della lega Ti6Al4V possano modulare la risposta biologica delle cellule osteoblastiche.

3. Obiettivo dello studio

L’obiettivo dello studio è stato quello di valutare gli effetti biologici di cinque differenti trattamenti superficiali applicati alla lega di titanio Ti6Al4V sulle cellule simil-osteoblastiche umane MG-63.

Gli autori hanno confrontato una superficie non trattata con diverse modificazioni superficiali, compreso un nuovo trattamento sviluppato specificamente per gli impianti sottoperiostei personalizzati, al fine di determinarne l’influenza sulla proliferazione cellulare e sull’espressione di geni coinvolti nei processi di osteogenesi.

4. Materiali e metodi

Il lavoro consiste in uno studio sperimentale preclinico in vitro.

Le cellule simil-osteoblastiche umane MG-63 sono state coltivate direttamente su dischi di lega Ti6Al4V (grado 5) del diametro di 10 mm, sottoposti a cinque differenti trattamenti superficiali: superficie di controllo non trattata (CTRL), superficie lavorata mediante elettroerosione (EE), superficie sabbiata e mordenzata con acido (ES), nuovo trattamento superficiale sviluppato da Al Ti Color (ATcs) e superficie anodizzata colorata (CA).

Le caratteristiche morfologiche delle superfici sono state analizzate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM). Successivamente è stata valutata la risposta biologica attraverso saggi di proliferazione cellulare MTT fino a 72 ore, microscopia confocale a fluorescenza per l’osservazione dell’adesione cellulare, analisi dell’espressione del marcatore proliferativo Ki-67 e Real-Time PCR finalizzata allo studio di 84 geni correlati all’osteogenesi.

L’analisi statistica è stata eseguita mediante ANOVA a una via, considerando statisticamente significativo un valore di p inferiore a 0,05.

5. Risultati principali

L’analisi mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) ha evidenziato che ciascun trattamento superficiale ha prodotto una morfologia specifica della lega Ti6Al4V. La superficie di controllo presentava una rugosità naturale, mentre la superficie ottenuta mediante elettroerosione (EE) mostrava cavità e depressioni di dimensioni variabili. La superficie sabbiata e mordenzata con acido (ES) era caratterizzata da una marcata micro-rugosità uniforme. Il nuovo trattamento ATcs mostrava una topografia simile a quella della superficie ES a basso ingrandimento, ma con la presenza di microporosità superficiali più evidenti alle maggiori magnificazioni. La superficie anodizzata colorata (CA), infine, presentava una morfologia irregolare con depressioni circolari e longitudinali. Queste osservazioni confermano che ogni trattamento modifica in modo distinto la microstruttura del titanio, potenzialmente influenzando il comportamento cellulare.

L’analisi della proliferazione cellulare ha evidenziato differenze significative tra i diversi gruppi sperimentali. La superficie ES ha determinato un incremento statisticamente significativo della proliferazione delle cellule MG-63 dopo 48 e 72 ore rispetto alla superficie di controllo. Al contrario, le superfici EE e CA hanno mostrato una riduzione significativa della proliferazione cellulare dopo 72 ore. Per quanto riguarda il nuovo trattamento ATcs, non sono state osservate differenze statisticamente significative rispetto al controllo. L’analisi dell’espressione del marcatore proliferativo Ki-67 ha confermato questi risultati: le superfici EE e CA hanno mostrato livelli inferiori di espressione, mentre ES e ATcs hanno evidenziato valori sovrapponibili a quelli della superficie non trattata.

Le osservazioni ottenute mediante microscopia confocale a fluorescenza hanno confermato i dati quantitativi. La superficie ES presentava la maggiore densità cellulare, indicativa di una più intensa colonizzazione da parte degli osteoblasti. La superficie ATcs mostrava una distribuzione cellulare sostanzialmente analoga a quella osservata nel gruppo di controllo, mentre le superfici EE e CA risultavano caratterizzate da una minore presenza di cellule aderenti.

L’analisi dell’espressione genica ha dimostrato che ciascun trattamento superficiale induce un differente profilo molecolare. La superficie ES ha favorito l’attivazione di numerosi geni coinvolti nella differenziazione osteoblastica e nella formazione di tessuto osseo. Anche il nuovo trattamento ATcs ha determinato la sovraespressione di diversi geni associati ai fattori di crescita, ai meccanismi di adesione cellulare e alle principali vie di segnalazione dell’osteogenesi. Sebbene tale superficie non abbia aumentato significativamente la proliferazione cellulare, gli autori interpretano il profilo di espressione osservato come indicativo di una risposta biologica potenzialmente favorevole ai processi di formazione ossea. Gli stessi autori sottolineano tuttavia che questi risultati derivano esclusivamente da un modello in vitro e richiedono conferma mediante studi in vivo.

6. Analisi clinica

Questo studio evidenzia come l’efficacia biologica di un impianto non dipenda esclusivamente dalla precisione della progettazione digitale o dalla qualità della produzione additiva, ma anche dalle caratteristiche della superficie implantare, che rappresenta la prima interfaccia tra il biomateriale e il tessuto osseo.

I risultati dimostrano che differenti trattamenti superficiali possono modulare risposte biologiche diverse. La superficie ES si è distinta soprattutto per la capacità di favorire la proliferazione precoce delle cellule osteoblastiche e una maggiore colonizzazione della superficie implantare. Il nuovo trattamento ATcs, invece, pur non aumentando significativamente il numero delle cellule, ha promosso l’attivazione di geni coinvolti nei processi di differenziazione osteogenica. Questa distinzione riveste un particolare interesse biologico, poiché la riuscita dell’osteointegrazione dipende non soltanto dalla proliferazione cellulare iniziale, ma anche dalla maturazione funzionale degli osteoblasti e dalla successiva formazione di nuovo tessuto osseo.

Dal punto di vista implantologico, questi dati suggeriscono che la progettazione delle future superfici implantari potrebbe orientarsi non solo verso l’incremento della proliferazione cellulare, ma anche verso l’ottimizzazione delle vie molecolari che regolano la rigenerazione ossea. Tale approccio potrebbe risultare particolarmente rilevante nello sviluppo degli impianti sottoperiostei personalizzati destinati ai pazienti con grave atrofia dei mascellari.

È tuttavia fondamentale interpretare questi risultati con prudenza. Lo studio è stato condotto esclusivamente su una linea cellulare osteoblastica in condizioni sperimentali controllate e non consente di formulare conclusioni riguardo all’osteointegrazione clinica, alla sopravvivenza implantare, alla guarigione dei tessuti peri-implantari o agli esiti protesici a lungo termine. Le evidenze ottenute costituiscono pertanto una solida base sperimentale per futuri studi preclinici e clinici, ma non rappresentano ancora una dimostrazione di efficacia clinica.

7. Applicazioni cliniche

I risultati di questo studio assumono particolare rilevanza nello sviluppo degli impianti dentali sottoperiostei personalizzati, realizzati mediante tecnologie di produzione additiva. Sebbene la ricerca sia stata condotta esclusivamente in laboratorio, essa fornisce indicazioni importanti sul modo in cui le modificazioni della superficie del titanio possono influenzare le prime fasi dell’interazione biologica tra l’impianto e il tessuto osseo.

Un potenziale ambito di applicazione riguarda i pazienti affetti da grave atrofia mascellare o mandibolare, nei quali il volume osseo residuo non consente il posizionamento di impianti endossei convenzionali senza procedure rigenerative estese. In tali situazioni gli impianti sottoperiostei personalizzati rappresentano una valida alternativa terapeutica, resa oggi più prevedibile grazie alla pianificazione digitale mediante CBCT, ai sistemi CAD/CAM e alla manifattura additiva.

Lo studio suggerisce inoltre che la scelta del trattamento superficiale potrebbe influenzare non solo l’adesione cellulare iniziale, ma anche l’attivazione dei meccanismi molecolari coinvolti nella formazione del tessuto osseo. Tuttavia, questi risultati non dimostrano un miglioramento dell’osteointegrazione clinica né una maggiore sopravvivenza implantare. L’applicazione clinica delle superfici investigate dovrà pertanto essere confermata attraverso studi sperimentali in vivo e successivi studi clinici controllati.

8. Livello di evidenza, limiti e trasparenza

Questo lavoro rappresenta uno studio preclinico in vitro, che fornisce informazioni preziose sui meccanismi biologici di interazione tra cellule osteoblastiche e superfici implantari, ma offre un livello di evidenza limitato per quanto riguarda le applicazioni cliniche.

Il principale limite metodologico è costituito dall’utilizzo esclusivo della linea cellulare MG-63. Sebbene questo modello sperimentale sia ampiamente validato nella ricerca sui biomateriali, esso non riproduce la complessità della guarigione ossea nell’organismo umano, che coinvolge processi infiammatori, risposta immunitaria, vascolarizzazione, rimodellamento osseo e carichi funzionali.

Inoltre, lo studio non comprende sperimentazioni animali né valutazioni cliniche. Non sono stati analizzati parametri quali l’osteointegrazione, la stabilità implantare, la sopravvivenza degli impianti, la salute dei tessuti peri-implantari o gli esiti protesici a lungo termine. Gli autori sottolineano esplicitamente la necessità di ulteriori studi in vivo prima di ipotizzare un’applicazione clinica delle superfici esaminate.

Per quanto riguarda la trasparenza, gli autori riportano che i dischi in Ti6Al4V sono stati prodotti da New Ancorvis S.r.l., mentre i trattamenti superficiali sono stati realizzati da Al Ti Color S.r.l.. Gli sperimentatori sono rimasti all’oscuro dell’identità dei diversi trattamenti fino al completamento delle analisi. Sulla base delle informazioni riportate nell’articolo, non vengono segnalati conflitti di interesse espliciti relativi ai risultati dello studio.

9. Punti chiave dello studio

• Disegno dello studio: studio sperimentale preclinico in vitro.
• Livello di evidenza: ricerca preclinica di laboratorio.
• Modello sperimentale: cellule simil-osteoblastiche umane MG-63.
• Numero di pazienti: non applicabile.
• Numero di impianti: non riportato; sono state valutate cinque differenti superfici in lega Ti6Al4V.
• Durata dell’osservazione: fino a 72 ore di coltura cellulare.
• Endpoint principale: effetto dei diversi trattamenti superficiali sulla proliferazione cellulare e sull’espressione di geni correlati all’osteogenesi.
• Metodiche utilizzate: microscopia elettronica a scansione (SEM), test MTT, microscopia confocale a fluorescenza, analisi dell’espressione di Ki-67 e Real-Time PCR di 84 geni osteogenici.
• Risultato principale: la superficie ES ha aumentato significativamente la proliferazione cellulare, mentre la nuova superficie ATcs ha indotto un profilo di espressione genica favorevole ai processi osteogenici senza incrementare significativamente la proliferazione.
• Conclusione scientifica: il trattamento superficiale ATcs mostra un potenziale biologico promettente per favorire i meccanismi precoci dell’osteogenesi, ma necessita di conferme mediante studi in vivo e clinici.
• Principali limiti: modello esclusivamente in vitro, assenza di sperimentazione animale, mancanza di dati clinici e di follow-up a lungo termine.

10. Impatto scientifico

Questo studio contribuisce ad ampliare le conoscenze sulla bioingegneria delle superfici implantari applicata agli impianti sottoperiostei personalizzati. Oltre agli aspetti meccanici e progettuali resi possibili dalla produzione additiva, gli autori dimostrano l’importanza della risposta biologica della superficie implantare nelle fasi iniziali della guarigione ossea.

Uno degli elementi di maggiore interesse consiste nell’aver evidenziato che proliferazione cellulare e differenziazione osteogenica rappresentano processi biologici distinti, influenzati in modo diverso dalle varie modificazioni superficiali. Questa osservazione suggerisce che la progettazione delle future superfici implantari potrebbe orientarsi verso strategie capaci di modulare selettivamente specifiche vie molecolari coinvolte nella rigenerazione ossea.

Pur non fornendo prove di superiorità clinica, la ricerca offre solide basi sperimentali per lo sviluppo di nuove superfici bioattive dedicate agli impianti sottoperiostei personalizzati. I risultati costituiscono quindi un punto di partenza per studi traslazionali, sperimentazioni animali e trial clinici prospettici finalizzati a verificare se gli effetti biologici osservati possano tradursi in un miglioramento dell’osteointegrazione e della stabilità implantare a lungo termine.

11. Conclusione editoriale

Questo studio preclinico fornisce nuove evidenze sul ruolo delle modificazioni superficiali della lega Ti6Al4V nella risposta biologica delle cellule simil-osteoblastiche. Mentre la superficie sabbiata e mordenzata con acido (ES) ha dimostrato la maggiore capacità di stimolare la proliferazione cellulare, il nuovo trattamento ATcs ha evidenziato un interessante profilo di attivazione dei geni coinvolti nell’osteogenesi. Sebbene tali risultati siano promettenti per l’evoluzione degli impianti sottoperiostei personalizzati, essi derivano esclusivamente da un modello in vitro e non consentono di formulare conclusioni sull’efficacia clinica. Saranno necessari studi in vivo e sperimentazioni cliniche controllate per stabilire se questi vantaggi biologici possano tradursi in un miglioramento concreto dell’osteointegrazione e degli esiti terapeutici nei pazienti.