Biocompatibiliteit van subperiostale tandimplantaten: invloed van verschillende titaniumoppervlaktebehandelingen op de expressie van extracellulaire matrixgenen in gingivale fibroblasten

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/

Biocompatibiliteit van subperiostale tandimplantaten: invloed van verschillende titaniumoppervlaktebehandelingen op de expressie van extracellulaire matrixgenen in gingivale fibroblasten

1. Wetenschappelijke referentie

• Oorspronkelijke titel van de studie: Biocompatibility of Subperiosteal Dental Implants: Effects of Differently Treated Titanium Surfaces on the Expression of ECM-Related Genes in Gingival Fibroblasts
• Auteurs: Marco Roy, Alessandro Corti, Silvia Dominici, Alfonso Pompella, Mauro Cerea, Elisa Chelucci, Barbara Dorocka-Bobkowska en Simona Daniele.
• Wetenschappelijk tijdschrift: Journal of Functional Biomaterials.
• Jaar van publicatie:
• DOI:3390/jfb14020059.

2. Wetenschappelijke achtergrond

De opkomst van digitale implantologie en additieve productietechnieken heeft de belangstelling voor subperiostale tandimplantaten de afgelopen jaren aanzienlijk doen toenemen. Deze implantaten vormen een waardevolle behandeloptie voor patiënten met ernstige atrofie van de boven- of onderkaak, bij wie conventionele endossale implantaten vanwege een tekort aan beschikbaar bot vaak niet mogelijk zijn. Dankzij digitale CAD/CAM-ontwerpen en de toepassing van Selective Laser Melting (SLM) kunnen tegenwoordig patiëntspecifieke implantaten met een hoge nauwkeurigheid worden vervaardigd.

In tegenstelling tot traditionele endossale implantaten staan subperiostale implantaten niet alleen in contact met het bot, maar ook met de omliggende zachte weefsels. Het biologische succes van deze implantaten is daarom niet uitsluitend afhankelijk van osseointegratie, maar ook van een stabiele integratie van het peri-implantaire zachte weefsel. Gingivale fibroblasten spelen hierbij een essentiële rol, omdat zij betrokken zijn bij wondgenezing, de vorming van de extracellulaire matrix en de ontwikkeling van een stabiele bindweefselafdichting rond het implantaat. Hoewel verschillende oppervlaktebehandelingen van titanium beschikbaar zijn, is er nog weinig bekend over hun specifieke invloed op het gedrag van fibroblasten in relatie tot subperiostale implantaten. Deze studie richt zich op deze belangrijke biologische vraag.

3. Doel van de studie

Het doel van deze studie was te onderzoeken of verschillende oppervlaktebehandelingen van titanium de biologische respons van humane gingivale fibroblasten beïnvloeden. Daarbij werden de celvitaliteit, proliferatie, migratie, ontstekingsrespons en de expressie van genen die betrokken zijn bij celadhesie en de organisatie van de extracellulaire matrix geanalyseerd. Uiteindelijk wilden de onderzoekers bepalen welke oppervlaktebehandeling de meest gunstige omstandigheden creëert voor de integratie van zachte weefsels rondom subperiostale tandimplantaten.

4. Methodologie

De onderzoekers voerden een experimentele in-vitrostudie uit met een geïmmortaliseerde humane gingivale fibroblasten-cellijn (CRL-4061). De cellen werden gekweekt op vijf verschillende titaniumoppervlakken: een machinaal bewerkt oppervlak (Ti-1), een elektrolytisch gepolijst oppervlak (Ti-2), een gezandstraald en geëtst oppervlak (Ti-3), een oppervlak behandeld met de gepatenteerde AlTiColor™-technologie (Ti-4) en een geanodiseerd titaniumoppervlak (Ti-5).

Om de biologische respons van de fibroblasten te evalueren, werden verschillende experimentele parameters onderzocht. De auteurs bepaalden de celvitaliteit en proliferatie, beoordeelden de celmorfologie met microscopie, analyseerden de expressie van extracellulaire matrixgenen met behulp van RT-PCR, bepaalden adhesiegerelateerde eiwitten via ELISA, maten de afgifte van endotheline-1 als marker voor ontstekingsactivatie en onderzochten de migratiecapaciteit van de fibroblasten met behulp van een scratch wound assay. Alle experimenten werden in onafhankelijke herhalingen uitgevoerd om de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van de resultaten te waarborgen.

5. Belangrijkste resultaten

De experimentele resultaten toonden allereerst aan dat geen van de vijf onderzochte titaniumoppervlakken cytotoxische effecten veroorzaakte op de gingivale fibroblasten. Zowel de celvitaliteit als de celproliferatie bleven gedurende de volledige onderzoeksperiode vergelijkbaar met die van de controlegroep, wat bevestigt dat alle onderzochte oppervlakken een hoge mate van biocompatibiliteit bezitten. Ook de afgifte van endotheline-1, die als marker voor ontstekingsactivatie werd gebruikt, vertoonde geen statistisch significante verschillen tussen de verschillende oppervlaktebehandelingen. Dit wijst erop dat geen van de onderzochte titaniumoppervlakken onder de experimentele omstandigheden een meetbare pro-inflammatoire reactie veroorzaakte.

Duidelijkere verschillen werden vastgesteld bij biologische processen die rechtstreeks verband houden met de integratie van zachte weefsels. Alle titaniumoppervlakken stimuleerden, in uiteenlopende mate, de expressie van genen die betrokken zijn bij celadhesie en de vorming van de extracellulaire matrix. Tot deze genen behoorden VCL (vinculine), FN (fibronectine), Col1A1 (collageen type I alfa-1) en ITGB1 (integrine β1). Daarnaast bevestigden eiwitanalyses veranderingen in adhesiegerelateerde eiwitten, waaronder FAK (Focal Adhesion Kinase) en N-cadherine, wat erop wijst dat de microtopografie van het titaniumoppervlak het biologische gedrag van fibroblasten kan beïnvloeden.

De scratch wound assay liet zien dat fibroblasten zich op alle onderzochte titaniumoppervlakken konden verplaatsen en prolifereren. De efficiëntie van deze migratie verschilde echter afhankelijk van de oppervlaktebehandeling. Volgens de auteurs kan de biologische prestatie van de oppervlakken als volgt worden gerangschikt:

• Ti-3 – gezandstraald en zuurgeëtst oppervlak
• Ti-4 – AlTiColor™-oppervlak
• Ti-5 – geanodiseerd oppervlak
• Ti-2 – elektrolytisch gepolijst oppervlak
• Ti-1 – machinaal bewerkt oppervlak

Op basis van deze bevindingen concluderen de auteurs dat het gezandstraalde en zuurgeëtste titaniumoppervlak (Ti-3) de meest gunstige biologische omstandigheden creëert voor fibroblastfuncties die betrokken zijn bij de vroege genezing en de integratie van zachte weefsels rond subperiostale tandimplantaten. Deze conclusie is echter uitsluitend gebaseerd op de resultaten van het gebruikte in-vitromodel.

6. Klinische analyse

Deze studie belicht een biologisch aspect van de implantologie dat tot op heden minder aandacht heeft gekregen dan osseointegratie, namelijk de interactie tussen implantaatoppervlakken en de peri-implantaire zachte weefsels. Bij subperiostale implantaten is deze interactie bijzonder belangrijk, omdat deze implantaten onder het periost worden geplaatst en in direct contact staan met het gingivale bindweefsel. De biologische respons van gingivale fibroblasten kan daarom een belangrijke rol spelen bij de vorming van een stabiele bindweefselafdichting en een succesvolle vroege wondgenezing.

Een van de belangrijkste bevindingen van het onderzoek is dat alle onderzochte titaniumoppervlakken een uitstekende biocompatibiliteit vertonen, zonder negatieve invloed op de celvitaliteit of een significante ontstekingsreactie te veroorzaken. Tegelijkertijd laat de studie zien dat de oppervlakteruwheid en microstructuur invloed hebben op essentiële biologische processen zoals celadhesie, differentiatie en migratie. Deze processen vormen de eerste stappen in de genezing van de peri-implantaire zachte weefsels en kunnen bijdragen aan een stabiele biologische integratie van het implantaat.

Vanuit klinisch oogpunt suggereren de gunstige resultaten van het gezandstraalde en zuurgeëtste oppervlak dat specifieke oppervlaktebehandelingen mogelijk een positieve invloed kunnen hebben op de integratie van zachte weefsels bij patiëntspecifieke subperiostale implantaten. Toch mogen deze bevindingen niet worden geïnterpreteerd als bewijs voor een betere klinische prestatie. In deze studie werden geen klinische parameters onderzocht, zoals implantaatoverleving, stabiliteit van de peri-implantaire weefsels, prothetisch succes, complicaties of patiëntgerapporteerde uitkomsten.

De resultaten moeten daarom worden beschouwd als preklinisch biologisch bewijs, dat bijdraagt aan een beter begrip van de cellulaire interactie tussen titanium en zachte weefsels. Dierexperimenteel onderzoek en goed opgezette prospectieve klinische studies zijn noodzakelijk om vast te stellen of de waargenomen voordelen op cellulair niveau daadwerkelijk leiden tot een verbeterde wondgenezing, een stabielere weefselintegratie en betere klinische resultaten op lange termijn bij patiënten die worden behandeld met op maat gemaakte subperiostale implantaten.

7. Klinische toepassingen

De resultaten van deze studie zijn vooral relevant voor de ontwikkeling en optimalisatie van gepersonaliseerde subperiostale tandimplantaten, die worden ontworpen met digitale CAD/CAM-workflows en vervaardigd met additieve productietechnieken. Bij patiënten met ernstige atrofie van de boven- of onderkaak, voor wie conventionele implantologische behandelingen beperkt zijn, kan de keuze van een geschikte titaniumoppervlaktebehandeling bijdragen aan een gunstigere biologische interactie met de peri-implantaire zachte weefsels.

De studie is met name relevant voor implantaten die worden geproduceerd met behulp van Selective Laser Melting (SLM). Binnen deze digitale productiebenadering kan niet alleen de geometrie van het implantaat worden gepersonaliseerd, maar ook de oppervlakte-eigenschappen worden geoptimaliseerd. Een geschikte oppervlaktebehandeling zou daardoor de adhesie van fibroblasten kunnen bevorderen en de vroege genezing van het bindweefsel rondom het implantaat kunnen ondersteunen.

De resultaten bieden echter geen basis voor specifieke klinische aanbevelingen met betrekking tot een bepaald implantaatsysteem of chirurgisch protocol. Het onderzoek beperkt zich tot cellulaire reacties onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden en bevat geen gegevens over implantaatoverleving, stabiliteit van peri-implantaire weefsels, biologische of prothetische complicaties of patiëntgerapporteerde uitkomsten.

8. Evidentieniveau, beperkingen en transparantie

Deze publicatie betreft een experimentele in-vitrostudie en levert daarmee preklinisch bewijs. De belangrijkste bijdrage van het onderzoek is het vergroten van het inzicht in de biologische effecten van verschillende titaniumoppervlaktebehandelingen op gingivale fibroblasten. De studie beoordeelt echter niet rechtstreeks de klinische prestaties van subperiostale implantaten.

Bij de interpretatie van de resultaten moeten verschillende beperkingen in aanmerking worden genomen. De experimenten werden uitgevoerd met een geïmmortaliseerde humane fibroblasten-cellijn onder streng gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. Dit model weerspiegelt niet de complexiteit van de klinische situatie, waarin factoren zoals de immuunrespons, de orale microbiota, vascularisatie, functionele belasting en individuele patiëntvariatie een belangrijke rol spelen. Bovendien omvat de studie geen dierexperimenteel onderzoek, geen klinische evaluaties en geen langetermijnopvolging. Daardoor kunnen geen conclusies worden getrokken over de duurzaamheid of het klinische succes van subperiostale implantaten.

Wat de transparantie betreft, vermelden de auteurs dat de titaniumschijven werden geleverd door NewAncorvis Srl., terwijl de verschillende oppervlaktebehandelingen werden uitgevoerd door Al Ti Color Srl. volgens hun respectieve productieprocessen. Op basis van de informatie in het artikel wordt geen expliciet belangenconflict met betrekking tot deze bedrijven gemeld.

9. Belangrijkste punten van de studie

• Studietype: experimentele in-vitrostudie.
• Evidentieniveau: preklinisch laboratoriumonderzoek.
• Experimenteel model: geïmmortaliseerde humane gingivale fibroblasten (CRL-4061-cellijn).
• Aantal patiënten: niet van toepassing.
• Aantal implantaten: niet van toepassing.
• Observatieperiode: biologische evaluaties gedurende maximaal 72 uur celkweek.
• Primaire uitkomstmaat: evaluatie van de invloed van vijf verschillende titaniumoppervlaktebehandelingen op celvitaliteit, proliferatie, migratie, ontstekingsrespons en de expressie van extracellulaire matrixgenen.
• Belangrijkste bevinding: alle onderzochte oppervlakken vertoonden een uitstekende biocompatibiliteit, terwijl het gezandstraalde en zuurgeëtste oppervlak (Ti-3) de meest gunstige biologische respons bij gingivale fibroblasten induceerde.
• Wetenschappelijke conclusie: van de onderzochte oppervlaktebehandelingen bevorderde Ti-3 het sterkst de cellulaire processen die betrokken zijn bij de vroege integratie van zachte weefsels. Deze conclusie geldt uitsluitend binnen de beperkingen van het gebruikte in-vitromodel.
• Belangrijkste beperkingen: preklinisch onderzoeksdesign, ontbreken van klinische validatie en geen langetermijngegevens.

10. Wetenschappelijke impact

Deze studie levert een waardevolle bijdrage aan het onderzoek naar biomaterialen in de implantologie door zich te richten op de interactie tussen titaniumoppervlakken en peri-implantaire zachte weefsels. Terwijl het merendeel van het implantologisch onderzoek traditioneel gericht is op osseointegratie, benadrukt deze publicatie het belang van gingivale fibroblasten voor de vroege wondgenezing, de organisatie van de extracellulaire matrix en de vorming van een stabiele bindweefselverbinding rondom subperiostale implantaten.

Een belangrijk sterk punt van het onderzoek is de gestandaardiseerde vergelijking van vijf verschillende titaniumoppervlaktebehandelingen onder identieke experimentele omstandigheden. De resultaten tonen aan dat alle oppervlakken een hoge biocompatibiliteit bezitten, terwijl verschillen in de microtopografie specifieke cellulaire functies kunnen beïnvloeden, zoals adhesie, migratie en de organisatie van de extracellulaire matrix. Daarmee levert de studie nieuwe inzichten in de biologische mechanismen die de integratie van zachte weefsels rondom implantaten sturen.

Vanuit een translationeel onderzoeksstandpunt vormt dit werk een solide wetenschappelijke basis voor toekomstige in-vivo-onderzoeken en prospectieve klinische studies. Alleen dergelijk vervolgonderzoek kan aantonen of de waargenomen voordelen op cellulair niveau daadwerkelijk leiden tot een betere wondgenezing, een stabielere peri-implantaire weefselintegratie en betere klinische resultaten op lange termijn bij patiënten met gepersonaliseerde subperiostale implantaten.

11. Redactionele conclusie

Deze preklinische studie laat zien dat verschillende titaniumoppervlaktebehandelingen een duidelijke invloed kunnen uitoefenen op biologische processen die essentieel zijn voor de integratie van zachte weefsels, zonder de algemene biocompatibiliteit van het materiaal negatief te beïnvloeden. Van de onderzochte oppervlakken vertoonde het gezandstraalde en zuurgeëtste titaniumoppervlak (Ti-3) de meest gunstige effecten op fibroblastadhesie, celmigratie en de expressie van genen die betrokken zijn bij de vorming van de extracellulaire matrix. Hoewel deze bevindingen niet rechtstreeks kunnen worden vertaald naar de klinische praktijk, bieden zij een solide biologische basis voor de verdere ontwikkeling van subperiostale implantaten van de volgende generatie en onderstrepen zij de noodzaak van goed opgezette prospectieve klinische studies om de therapeutische waarde ervan op lange termijn te bevestigen.