Phương pháp xử lý bề mặt mới cho hợp kim Ti6Al4V dùng trong cấy ghép nha khoa dưới màng xương: đánh giá sự tăng sinh của tế bào dạng nguyên bào xương và đáp ứng tạo xương

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/

Phương pháp xử lý bề mặt mới cho hợp kim Ti6Al4V dùng trong cấy ghép nha khoa dưới màng xương: đánh giá sự tăng sinh của tế bào dạng nguyên bào xương và đáp ứng tạo xương

1. Thông tin tài liệu khoa học

• Tiêu đề gốc: Novel Ti6Al4V Surface Treatment for Subperiosteal Dental Implants: Evaluation of Osteoblast-like Cell Proliferation and Osteogenic Response
• Tác giả: Roberto Campagna, Valentina Schiavoni, Loredana Rao, Fabrizio Bambini, Andrea Frontini, Francesco Sampalmieri, Eleonora Salvolini, Lucia Memé
• Tạp chí: Materials
• Năm xuất bản: 2025
• DOI:3390/ma18061234

2. Bối cảnh khoa học

Điều trị cấy ghép nha khoa cho bệnh nhân bị tiêu xương hàm nghiêm trọng vẫn là một trong những thách thức lớn của cấy ghép nha khoa và phẫu thuật miệng – hàm – mặt hiện đại. Thành công của implant nội xương truyền thống phụ thuộc vào thể tích và chất lượng xương còn lại đủ để đạt được quá trình tích hợp xương (osseointegration) ổn định. Trong những trường hợp tiêu xương nặng, các kỹ thuật ghép xương thường phức tạp, kéo dài thời gian điều trị và không phải lúc nào cũng mang lại kết quả dự đoán được.

Những năm gần đây, implant nha khoa dưới màng xương được thiết kế theo từng bệnh nhân đang nhận được sự quan tâm trở lại nhờ sự phát triển của công nghệ chụp cắt lớp chùm tia hình nón (CBCT), thiết kế CAD/CAM và kỹ thuật sản xuất bồi đắp (additive manufacturing). Các công nghệ này cho phép chế tạo implant từ hợp kim Ti6Al4V có hình dạng phù hợp chính xác với giải phẫu của từng bệnh nhân, mở ra thêm lựa chọn điều trị cho các trường hợp mất xương nghiêm trọng không thích hợp với implant nội xương thông thường.

Bên cạnh độ chính xác về thiết kế, đặc tính sinh học của bề mặt titanium đóng vai trò quyết định trong giai đoạn đầu của quá trình tích hợp xương. Hình thái vi cấu trúc và các đặc tính lý hóa của bề mặt có thể ảnh hưởng đến khả năng bám dính của tế bào, sự tăng sinh của nguyên bào xương cũng như quá trình hoạt hóa các cơ chế phân tử liên quan đến tái tạo mô xương. Trên cơ sở đó, nghiên cứu này đánh giá tác động của nhiều phương pháp xử lý bề mặt khác nhau trên hợp kim Ti6Al4V đối với đáp ứng sinh học của tế bào dạng nguyên bào xương.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng sinh học của năm phương pháp xử lý bề mặt khác nhau trên hợp kim titanium Ti6Al4V đối với tế bào dạng nguyên bào xương người MG-63.

Các tác giả so sánh bề mặt titanium không xử lý với nhiều phương pháp xử lý bề mặt khác nhau, bao gồm một kỹ thuật mới được phát triển dành cho implant nha khoa dưới màng xương chế tạo theo từng bệnh nhân. Những phương pháp này được đánh giá dựa trên khả năng ảnh hưởng đến sự tăng sinh tế bào cũng như biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình tạo xương.

4. Vật liệu và phương pháp

Đây là một nghiên cứu tiền lâm sàng in vitro.

Các tế bào dạng nguyên bào xương người MG-63 được nuôi cấy trực tiếp trên các đĩa hợp kim Ti6Al4V cấp 5 có đường kính 10 mm. Nghiên cứu đánh giá năm loại bề mặt khác nhau gồm: bề mặt đối chứng không xử lý (CTRL), bề mặt xử lý bằng gia công phóng điện (EE), bề mặt phun cát kết hợp ăn mòn axit (ES), bề mặt mới do Al Ti Color phát triển (ATcs) và bề mặt anod hóa có màu (CA).

Đặc điểm hình thái bề mặt được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Đáp ứng sinh học của tế bào được đánh giá bằng nhiều kỹ thuật bổ sung, bao gồm thử nghiệm tăng sinh tế bào MTT trong thời gian tối đa 72 giờ, kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu để quan sát sự bám dính và phân bố của tế bào, phân tích biểu hiện của dấu ấn tăng sinh Ki-67 và đánh giá biểu hiện của 84 gen liên quan đến quá trình tạo xương bằng kỹ thuật Real-Time PCR.

Phân tích thống kê được thực hiện bằng phép phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA), với ngưỡng ý nghĩa thống kê được xác định là p < 0,05.

5. Kết quả chính

Phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy mỗi phương pháp xử lý bề mặt tạo ra một cấu trúc vi hình thái đặc trưng trên hợp kim Ti6Al4V. Bề mặt đối chứng giữ nguyên độ nhám tự nhiên của vật liệu. Bề mặt được xử lý bằng gia công phóng điện (EE) xuất hiện nhiều hốc lõm không đồng đều với kích thước và độ sâu khác nhau. Bề mặt phun cát kết hợp ăn mòn axit (ES) thể hiện cấu trúc vi nhám đồng nhất và phát triển rõ rệt. Bề mặt ATcs mới có hình thái tương tự bề mặt ES ở độ phóng đại thấp, nhưng ở độ phóng đại cao xuất hiện thêm các vi lỗ (micropores). Trong khi đó, bề mặt anod hóa (CA) có cấu trúc không đồng nhất với các hốc lõm hình tròn và hình kéo dài. Những quan sát này chứng minh rằng mỗi phương pháp xử lý tạo nên một vi cấu trúc riêng biệt, có khả năng ảnh hưởng đến phản ứng sinh học của tế bào.

Kết quả đánh giá sự tăng sinh của tế bào MG-63 bằng thử nghiệm MTT cho thấy có sự khác biệt rõ rệt giữa các nhóm nghiên cứu. Bề mặt ES làm tăng đáng kể sự tăng sinh tế bào sau 48 và 72 giờ so với nhóm đối chứng. Ngược lại, hai bề mặt EE và CA làm giảm đáng kể mức độ tăng sinh sau 72 giờ nuôi cấy. Đối với bề mặt ATcs, không ghi nhận sự khác biệt có ý nghĩa thống kê so với bề mặt không xử lý. Phân tích biểu hiện của dấu ấn tăng sinh Ki-67 cũng cho kết quả tương tự: mức biểu hiện Ki-67 giảm trên các bề mặt EE và CA, trong khi bề mặt ES và ATcs có mức biểu hiện gần tương đương với nhóm đối chứng.

Các quan sát bằng kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu phù hợp với kết quả của thử nghiệm tăng sinh tế bào. Bề mặt ES có mật độ tế bào cao nhất, phản ánh khả năng bám dính và phát triển mạnh của tế bào dạng nguyên bào xương. Bề mặt ATcs cho thấy sự phân bố tế bào tương tự nhóm đối chứng. Ngược lại, số lượng tế bào bám trên các bề mặt EE và CA thấp hơn rõ rệt, phù hợp với kết quả thu được từ phép thử MTT.

Phân tích biểu hiện gen cho thấy mỗi phương pháp xử lý bề mặt tạo ra một kiểu đáp ứng phân tử khác nhau. Bề mặt ES kích thích biểu hiện của nhiều gen liên quan đến biệt hóa nguyên bào xương và hình thành mô xương. Bề mặt ATcs cũng làm tăng biểu hiện của nhiều gen tham gia vào hoạt động của các yếu tố tăng trưởng, quá trình bám dính tế bào và các con đường tín hiệu điều hòa tạo xương. Mặc dù ATcs không làm tăng đáng kể sự tăng sinh tế bào, các tác giả cho rằng hồ sơ biểu hiện gen này cho thấy tiềm năng sinh học thuận lợi trong việc thúc đẩy các giai đoạn sớm của quá trình tạo xương. Tuy nhiên, họ cũng nhấn mạnh rằng toàn bộ các kết quả này chỉ được ghi nhận trong mô hình in vitro và cần được xác nhận bằng các nghiên cứu in vivo trước khi có thể xem xét ý nghĩa lâm sàng.

6. Phân tích lâm sàng

Nghiên cứu này cho thấy hiệu quả sinh học của một implant nha khoa không chỉ phụ thuộc vào thiết kế hình học hoặc độ chính xác của quy trình sản xuất kỹ thuật số, mà còn chịu ảnh hưởng đáng kể bởi đặc tính của bề mặt titanium. Vi cấu trúc bề mặt đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn đầu của quá trình tương tác giữa implant và mô xương, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bám dính, tăng sinh và biệt hóa của tế bào nguyên bào xương.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau có thể tạo ra những đáp ứng sinh học khác nhau. Bề mặt ES nổi bật với khả năng thúc đẩy sự tăng sinh sớm của tế bào và tăng cường quá trình bao phủ bề mặt implant. Trong khi đó, bề mặt ATcs không làm tăng số lượng tế bào một cách đáng kể nhưng lại kích thích biểu hiện của nhiều gen liên quan đến quá trình tạo xương. Sự khác biệt này có ý nghĩa về mặt sinh học, bởi quá trình tích hợp xương thành công không chỉ phụ thuộc vào sự gia tăng số lượng tế bào mà còn đòi hỏi sự biệt hóa chức năng của nguyên bào xương và khả năng hình thành mô xương mới.

Ở góc độ implant nha khoa, kết quả nghiên cứu gợi ý rằng việc phát triển các bề mặt implant thế hệ mới không nên chỉ tập trung vào việc tăng cường sự tăng sinh tế bào mà còn cần hướng tới điều hòa có chọn lọc các cơ chế phân tử liên quan đến tái tạo xương. Cách tiếp cận này có thể đặc biệt hữu ích đối với các implant dưới màng xương được thiết kế riêng cho những bệnh nhân bị tiêu xương hàm nghiêm trọng.

Tuy nhiên, cần thận trọng khi diễn giải các kết quả này. Nghiên cứu chỉ sử dụng dòng tế bào MG-63 trong điều kiện phòng thí nghiệm và không phản ánh đầy đủ các quá trình sinh học phức tạp diễn ra trong quá trình lành thương xương ở người. Vì vậy, chưa thể rút ra kết luận về khả năng tích hợp xương trên lâm sàng, tỷ lệ tồn tại của implant, quá trình lành mô quanh implant hoặc hiệu quả điều trị lâu dài. Những dữ liệu hiện có chủ yếu cung cấp nền tảng khoa học cho các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng tiếp theo, chứ chưa chứng minh hiệu quả lâm sàng của phương pháp xử lý bề mặt được nghiên cứu.

7. Ứng dụng lâm sàng

Các kết quả của nghiên cứu này có ý nghĩa chủ yếu đối với việc phát triển implant nha khoa dưới màng xương được thiết kế cá thể hóa, chế tạo bằng công nghệ sản xuất bồi đắp hiện đại. Mặc dù nghiên cứu chỉ được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm, các dữ liệu thu được cung cấp những hiểu biết quan trọng về ảnh hưởng của các phương pháp xử lý bề mặt hợp kim Ti6Al4V đối với giai đoạn tương tác sinh học ban đầu giữa implant và mô xương.

Một lĩnh vực ứng dụng tiềm năng là điều trị những bệnh nhân bị tiêu xương hàm trên hoặc hàm dưới nghiêm trọng, khi thể tích xương còn lại không đủ để đặt implant nội xương thông thường nếu không thực hiện các thủ thuật ghép xương phức tạp. Trong những trường hợp này, implant dưới màng xương được thiết kế riêng dựa trên dữ liệu CBCT, kết hợp công nghệ CAD/CAM và sản xuất bồi đắp, có thể trở thành một giải pháp điều trị thay thế phù hợp.

Nghiên cứu cũng gợi ý rằng việc tối ưu hóa đặc tính bề mặt của implant có thể góp phần thúc đẩy các cơ chế sinh học liên quan đến quá trình tạo xương. Tuy nhiên, các kết quả hiện tại không chứng minh rằng bất kỳ phương pháp xử lý bề mặt nào trong nghiên cứu giúp cải thiện khả năng tích hợp xương trên lâm sàng, nâng cao tỷ lệ tồn tại lâu dài của implant hoặc giảm các biến chứng sau phẫu thuật. Những giả thuyết này cần được xác nhận thông qua các nghiên cứu in vivo và các thử nghiệm lâm sàng được thiết kế chặt chẽ.

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

Đây là một nghiên cứu tiền lâm sàng in vitro, do đó mức độ bằng chứng lâm sàng còn hạn chế mặc dù nghiên cứu cung cấp nhiều dữ liệu có giá trị về sự tương tác giữa các bề mặt hợp kim Ti6Al4V và tế bào dạng nguyên bào xương.

Hạn chế phương pháp học quan trọng nhất là việc chỉ sử dụng dòng tế bào MG-63. Mặc dù đây là mô hình thường được áp dụng trong nghiên cứu vật liệu sinh học, nó không phản ánh đầy đủ các quá trình sinh học phức tạp diễn ra trong quá trình lành xương ở người, bao gồm đáp ứng miễn dịch, quá trình hình thành mạch máu, tái cấu trúc xương và ảnh hưởng của tải lực cơ học.

Ngoài ra, nghiên cứu không bao gồm thí nghiệm trên động vật cũng như đánh giá trên bệnh nhân. Các chỉ số quan trọng như mức độ tích hợp xương, độ ổn định của implant, tỷ lệ tồn tại của implant, tình trạng mô quanh implant và kết quả phục hình dài hạn đều chưa được khảo sát. Chính các tác giả cũng nhấn mạnh rằng cần tiến hành thêm các nghiên cứu in vivo trước khi xem xét ứng dụng lâm sàng của phương pháp xử lý bề mặt mới.

Về tính minh bạch, bài báo cho biết các đĩa hợp kim Ti6Al4V được sản xuất bởi New Ancorvis S.r.l., trong khi các phương pháp xử lý bề mặt được thực hiện bởi Al Ti Color S.r.l.. Các nhà nghiên cứu được làm mù đối với danh tính của từng loại bề mặt cho đến khi toàn bộ các thí nghiệm hoàn tất. Theo thông tin được công bố trong bài báo, không có xung đột lợi ích rõ ràng được báo cáo có thể ảnh hưởng đến việc diễn giải kết quả nghiên cứu.

9. Những điểm nổi bật của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: nghiên cứu tiền lâm sàng in vitro.
• Mức độ bằng chứng: nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm.
• Mô hình nghiên cứu: tế bào dạng nguyên bào xương người MG-63.
• Số lượng bệnh nhân: không áp dụng.
• Số lượng implant: không được báo cáo; nghiên cứu đánh giá năm loại bề mặt khác nhau của hợp kim Ti6Al4V.
• Thời gian đánh giá: tối đa 72 giờ nuôi cấy tế bào.
• Tiêu chí đánh giá chính: ảnh hưởng của các phương pháp xử lý bề mặt đến sự tăng sinh tế bào và biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình tạo xương.
• Các phương pháp phân tích: kính hiển vi điện tử quét (SEM), thử nghiệm MTT, kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu, phân tích biểu hiện Ki-67 và Real-Time PCR đối với 84 gen liên quan đến quá trình tạo xương.
• Kết quả nổi bật: bề mặt ES làm tăng đáng kể sự tăng sinh tế bào, trong khi bề mặt ATcs tạo ra hồ sơ biểu hiện gen thuận lợi cho quá trình tạo xương mà không làm tăng đáng kể sự tăng sinh tế bào.
• Kết luận khoa học: bề mặt ATcs cho thấy tiềm năng sinh học đáng chú ý trong việc hỗ trợ các giai đoạn sớm của quá trình tạo xương, tuy nhiên cần được xác nhận bằng các nghiên cứu in vivo và thử nghiệm lâm sàng.
• Các hạn chế chính: chỉ sử dụng mô hình in vitro, không có nghiên cứu trên động vật, không có dữ liệu lâm sàng và không đánh giá kết quả dài hạn.

10. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu này đóng góp đáng kể vào sự phát triển của lĩnh vực kỹ thuật bề mặt dành cho các implant nha khoa dưới màng xương được thiết kế theo từng bệnh nhân. Bên cạnh những tiến bộ về lập kế hoạch kỹ thuật số và công nghệ sản xuất bồi đắp, nghiên cứu còn nhấn mạnh vai trò quan trọng của đặc tính sinh học của bề mặt titanium trong các giai đoạn đầu của quá trình tích hợp xương.

Một phát hiện đáng chú ý là sự tăng sinh tế bào và quá trình biệt hóa theo hướng tạo xương là hai hiện tượng sinh học khác nhau và có thể được điều hòa theo những cách khác nhau bởi từng phương pháp xử lý bề mặt. Quan sát này mở ra định hướng phát triển các bề mặt implant có hoạt tính sinh học, không chỉ nhằm tăng số lượng tế bào bám dính mà còn hướng đến việc kích hoạt có chọn lọc các cơ chế phân tử thúc đẩy tái tạo mô xương.

Mặc dù nghiên cứu chưa chứng minh được ưu thế lâm sàng của bất kỳ phương pháp xử lý bề mặt nào, các kết quả thu được tạo nền tảng tiền lâm sàng vững chắc cho các nghiên cứu chuyển giao trong tương lai. Các dữ liệu hiện tại là cơ sở để triển khai các nghiên cứu trên động vật và các thử nghiệm lâm sàng tiến cứu nhằm xác định liệu những lợi ích sinh học quan sát được in vitro có thể chuyển thành sự cải thiện về tích hợp xương và hiệu quả điều trị ở bệnh nhân hay không.

11. Kết luận biên tập

Nghiên cứu tiền lâm sàng này cung cấp những bằng chứng quan trọng về ảnh hưởng của các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau trên hợp kim Ti6Al4V đối với đáp ứng sinh học của tế bào dạng nguyên bào xương. Bề mặt phun cát kết hợp ăn mòn axit (ES) cho thấy khả năng kích thích tăng sinh tế bào mạnh nhất, trong khi bề mặt ATcs nổi bật nhờ khả năng hoạt hóa các gen liên quan đến quá trình tạo xương, cho thấy tiềm năng sinh học thuận lợi trong giai đoạn sớm của tái tạo mô xương. Tuy nhiên, vì toàn bộ kết quả chỉ được thu nhận từ mô hình in vitro, chúng cần được diễn giải một cách thận trọng. Các nghiên cứu in vivo cùng với các thử nghiệm lâm sàng được thiết kế nghiêm ngặt sẽ là bước tiếp theo cần thiết để xác định liệu những ưu điểm sinh học quan sát được có thực sự mang lại lợi ích lâm sàng trong điều trị bằng implant nha khoa dưới màng xương hay không.