Ảnh hưởng của các implant được chế tạo bằng công nghệ thiêu kết kim loại trực tiếp bằng laser đối với giai đoạn sớm của quá trình tích hợp xương ở lợn mini mắc đái tháo đường

Naiwen Tan, Xiangwei Liu, Yanhui Cai, Sijia Zhang, Bo Jian, Yuchao Zhou, Xiaoru Xu, Shuai Ren, Hongbo Wei, Yingliang Song

Full text link : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28814861/

Ảnh hưởng của các implant được chế tạo bằng công nghệ thiêu kết kim loại trực tiếp bằng laser đối với giai đoạn sớm của quá trình tích hợp xương ở lợn mini mắc đái tháo đường

1. Thông tin tài liệu khoa học

• Tên nghiên cứu: Ảnh hưởng của các implant được chế tạo bằng công nghệ thiêu kết kim loại trực tiếp bằng laser đối với giai đoạn sớm của quá trình tích hợp xương ở lợn mini mắc đái tháo đường
• Tác giả: Naiwen Tan, Xiangwei Liu, Yanhui Cai, Sijia Zhang, Bo Jian, Yuchao Zhou, Xiaoru Xu, Shuai Ren, Hongbo Wei, Yingliang Song
• Tạp chí khoa học: International Journal of Nanomedicine
• Năm xuất bản: 2017
• DOI: 10.2147/IJN.S138615

2. Bối cảnh khoa học

Tích hợp xương (osseointegration) là nền tảng sinh học quyết định sự thành công lâu dài của implant nha khoa. Tuy nhiên, ở bệnh nhân đái tháo đường, quá trình này có thể bị ảnh hưởng bởi các rối loạn chuyển hóa, tình trạng viêm mạn tính và khả năng lành thương suy giảm. Những yếu tố này có thể làm chậm quá trình hình thành xương mới quanh implant và ảnh hưởng đến độ ổn định sinh học trong giai đoạn đầu sau phẫu thuật.

Trong lĩnh vực cấy ghép nha khoa hiện đại, việc tối ưu hóa bề mặt implant được xem là một hướng nghiên cứu quan trọng nhằm cải thiện khả năng tương tác giữa implant và mô xương. Sự phát triển của công nghệ sản xuất bồi đắp (additive manufacturing) đã mở ra khả năng tạo ra các bề mặt ba chiều phức tạp với độ xốp cao và cấu trúc liên kết đặc biệt.

Công nghệ Direct Laser Metal Sintering (DLMS) cho phép chế tạo các implant titan có hệ thống lỗ xốp liên thông, được kỳ vọng sẽ hỗ trợ sự bám dính tế bào và thúc đẩy quá trình tạo xương. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá liệu những đặc điểm này có thể cải thiện giai đoạn sớm của quá trình tích hợp xương trong điều kiện đái tháo đường hay không.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định xem implant nha khoa được sản xuất bằng công nghệ Direct Laser Metal Sintering có thể cải thiện quá trình tích hợp xương trong mô hình động vật mắc đái tháo đường hay không.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn so sánh tác động của bề mặt DLMS với bề mặt được xử lý bằng công nghệ Micro Arc Oxidation (MAO) đối với hình thái tế bào, biểu hiện các gen liên quan đến tạo xương và sự hình thành xương quanh implant.

4. Phương pháp nghiên cứu

Đây là một nghiên cứu tiền lâm sàng bao gồm cả phần thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu trên động vật.

Hai loại bề mặt implant được so sánh:

• Direct Laser Metal Sintering (DLMS)
• Micro Arc Oxidation (MAO)

Trong giai đoạn in vitro, tế bào MG63 được nuôi cấy trên cả hai loại bề mặt. Các nhà nghiên cứu đánh giá hình thái tế bào cũng như biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình tạo xương, bao gồm collagen (COL), RUNX2 và phosphatase kiềm (ALP).

Trong phần nghiên cứu trên động vật, đái tháo đường được gây ra ở sáu con lợn mini bằng streptozotocin. Tổng cộng 36 implant được cấy vào vùng răng tiền hàm của xương hàm dưới.

Quá trình tích hợp xương được đánh giá sau 3 tháng và 6 tháng thông qua:

• Chụp vi cắt lớp vi tính (micro-CT)
• Phân tích mô học bằng nhuộm Van Gieson
• Đo tỷ lệ tiếp xúc giữa xương và implant (Bone-to-Implant Contact – BIC)

5. Kết quả chính

Phân tích bề mặt cho thấy sự khác biệt đáng kể về độ nhám giữa hai nhóm implant. Giá trị độ nhám trung bình (Ra) của bề mặt MAO là 2,3 ± 0,3 µm, trong khi bề mặt DLMS đạt 27,4 ± 1,1 µm.

Quan sát dưới kính hiển vi cho thấy các tế bào trên bề mặt DLMS phát triển nhiều chân giả tế bào hơn. Sự xuất hiện của nhiều filopodia và lamellipodia cho thấy khả năng tương tác mạnh mẽ hơn giữa tế bào và bề mặt implant có cấu trúc xốp ba chiều.

Kết quả phân tích các dấu ấn liên quan đến tạo xương cho thấy mức biểu hiện của COL, RUNX2 và ALP nhìn chung cao hơn trên bề mặt DLMS. Sự khác biệt có ý nghĩa thống kê được ghi nhận đối với biểu hiện collagen sau 10 ngày cảm ứng tạo xương.

Đánh giá bằng micro-CT sau 3 tháng cho thấy lượng xương mới hình thành quanh implant DLMS nhiều hơn so với implant MAO. Các chỉ số BV/TV, Tb.Th và Tb.Sp đều cho kết quả thuận lợi hơn ở nhóm DLMS.

Về mặt mô học, tỷ lệ tiếp xúc giữa xương và implant đạt 33,2% ± 11,2% ở nhóm DLMS so với 18,9% ± 7,3% ở nhóm MAO sau 3 tháng.

Sau 6 tháng, cả hai nhóm đều tiếp tục cải thiện mức độ tích hợp xương và sự khác biệt giữa các nhóm không còn có ý nghĩa thống kê. Giá trị BIC đạt 42,8% ± 10,1% đối với DLMS và 38,3% ± 10,8% đối với MAO.

6. Phân tích lâm sàng

Kết quả nghiên cứu cho thấy cấu trúc bề mặt ba chiều có độ xốp cao được tạo ra bằng công nghệ DLMS có thể hỗ trợ các giai đoạn sớm của quá trình tích hợp xương.

Độ xốp lớn cùng hệ thống lỗ liên thông dường như tạo ra môi trường thuận lợi cho sự bám dính và phát triển của các tế bào tạo xương. Khả năng tương tác mạnh hơn giữa tế bào và bề mặt implant có thể thúc đẩy các quá trình sinh học quan trọng diễn ra trong giai đoạn đầu của quá trình lành thương.

Từ góc độ lâm sàng, điều này đặc biệt đáng chú ý ở bệnh nhân đái tháo đường, nhóm đối tượng thường gặp khó khăn trong việc tái tạo mô xương và lành thương sau phẫu thuật. Một bề mặt implant có khả năng hỗ trợ mạnh hơn cho phản ứng sinh học ban đầu có thể giúp cải thiện độ ổn định sinh học trong giai đoạn tích hợp sớm.

Tuy nhiên, nghiên cứu cũng cho thấy lợi thế của DLMS chủ yếu xuất hiện trong giai đoạn đầu. Sau thời gian lành thương dài hơn, sự khác biệt giữa hai loại bề mặt giảm dần và mức độ tích hợp xương trở nên tương đương. Điều này cho thấy công nghệ DLMS có thể giúp tăng tốc quá trình tích hợp xương hơn là tạo ra một kết quả cuối cùng vượt trội rõ rệt.

Do nghiên cứu được thực hiện trên mô hình động vật, cần thận trọng khi áp dụng trực tiếp các kết luận này vào điều trị lâm sàng ở người.

7. Ứng dụng lâm sàng

Những kết quả thu được có thể hữu ích trong các lĩnh vực sau:

• Điều trị implant nha khoa cho bệnh nhân đái tháo đường.
• Phát triển các bề mặt implant nhằm thúc đẩy quá trình lành thương sớm.
• Nghiên cứu công nghệ sản xuất bồi đắp trong implant nha khoa.
• Tối ưu hóa thiết kế implant cho các bệnh nhân có nguy cơ sinh học cao.
• Cải thiện độ ổn định sinh học ban đầu của implant.

Nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở cho việc phát triển các thế hệ implant mới được sản xuất bằng công nghệ kỹ thuật số tiên tiến.

8. Mức độ bằng chứng, hạn chế và tính minh bạch

Đây là một nghiên cứu tiền lâm sàng kết hợp thí nghiệm tế bào và mô hình động vật.

Mức độ bằng chứng thấp hơn so với các thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên, tổng quan hệ thống hoặc phân tích gộp. Các kết quả thu được giúp hiểu rõ hơn về cơ chế sinh học nhưng chưa đủ để đưa ra khuyến nghị điều trị lâm sàng.

Các hạn chế chính bao gồm:

• Sử dụng mô hình động vật.
• Quy mô nghiên cứu nhỏ với 6 con lợn mini.
• Chưa có dữ liệu lâm sàng trên người.
• Thời gian theo dõi tối đa là 6 tháng.

Các tác giả tuyên bố không có xung đột lợi ích liên quan đến nghiên cứu này. Nghiên cứu được tài trợ bởi National Natural Science Foundation of China.

9. Những điểm nổi bật của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: Nghiên cứu tiền lâm sàng (in vitro và trên động vật)
• Mức độ bằng chứng: Bằng chứng tiền lâm sàng
• Đối tượng nghiên cứu: 6 lợn mini mắc đái tháo đường
• Số lượng implant: 36 implant
• Thời gian theo dõi: 3 tháng và 6 tháng
• Tiêu chí đánh giá chính: Quá trình tích hợp xương của implant nha khoa
• Kết quả chính: Implant DLMS cho thấy khả năng tích hợp xương sớm tốt hơn so với implant MAO
• Kết luận khoa học: Bề mặt có độ xốp cao được tạo ra bằng công nghệ DLMS có thể thúc đẩy giai đoạn đầu của quá trình tích hợp xương trong điều kiện đái tháo đường
• Hạn chế: Mô hình động vật, cỡ mẫu nhỏ và chưa có nghiên cứu lâm sàng trên người

10. Tác động khoa học

Nghiên cứu này đóng góp thêm bằng chứng cho lĩnh vực ứng dụng công nghệ sản xuất bồi đắp trong implant nha khoa. Các kết quả cho thấy cấu trúc vi mô và vĩ mô của bề mặt implant có thể ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng sinh học tại giao diện giữa xương và implant.

Việc quan sát thấy sự cải thiện của quá trình hình thành xương trong giai đoạn đầu hỗ trợ giả thuyết rằng các bề mặt có độ xốp cao có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự bám dính tế bào và quá trình tái tạo mô xương. Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các tình trạng lâm sàng mà khả năng lành thương bị suy giảm.

Ngoài ra, nghiên cứu còn cung cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu lâm sàng trong tương lai nhằm đánh giá hiệu quả thực tế của các implant được chế tạo bằng công nghệ laser trong điều trị nha khoa.

11. Kết luận biên tập

Nghiên cứu tiền lâm sàng này cho thấy các implant được sản xuất bằng công nghệ Direct Laser Metal Sintering có khả năng hỗ trợ quá trình tích hợp xương trong giai đoạn đầu ở điều kiện đái tháo đường. Những lợi ích được ghi nhận chủ yếu liên quan đến sự tăng cường tương tác tế bào và sự hình thành xương quanh implant trong thời kỳ lành thương sớm. Mặc dù sự khác biệt giữa các loại bề mặt giảm dần theo thời gian, nghiên cứu vẫn cung cấp những dữ liệu có giá trị về tiềm năng của các bề mặt implant xốp được sản xuất bằng công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực implant nha khoa.