Модификация поверхности дентальных имплантатов с помощью плазменного электролитического оксидирования

Современные технологии плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) для модификации поверхности дентальных имплантатов из медицинского сплава титана Grade IV обеспечивают предсказуемые долгосрочные результаты протезирования.

Цель исследования — оценить эффективность использования технологии ПЭО путем сравнения результатов двух вариантов модификации поверхности дентальных имплантатов из медицинского сплава титана ВТ1-0.

Материалы и методы. Для исследования были изготовлены 50 дентальных имплантатов ИРИС («НПК ЛИКОСТОМ», Россия) из сплава ВТ1-0 длиной 10 мм и диаметром 4 мм. Поверхность имплантатов обрабатывали двумя способами ПЭО: 1) в водном растворе щелочного электролита без применения дополнительных модификаторов (ПЭО-Ti); 2) — в водном растворе электролита на основе ортофосфорной кислоты, содержащего карбонат кальция (ПЭО-Са). В качестве контрольных образцов выступали имплантаты из сплава ВТ1-0 после фрезеровки без дополнительной обработки. Поверхности всех имплантатов изучали методами электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии. Часть имплантатов устанавливали овцам, затем в срок 2, 4, 8 нед получали образцы и изучали их методом микрокомпьютерной томографии.

Результаты. У образцов после модификации поверхности методом ПЭО независимо от состава электролита формируется высокоразвитая пористая поверхность. Поверхность образцов ПЭО-Ti в простом электролите характеризуется наличием большого числа открытых пор с распределением их размеров в широких пределах — от 200 нм до 3 мкм. Это распределение имеет мономодальный вид с максимумом вблизи 0,23 мкм. Образцы ПЭО в электролите с Са имеют поры также в широких пределах размеров: от ~80 нм до 7 мкм, однако их распределение в отличие от ПОЭ-Ti носит бимодальный характер с основным максимумом в районе 1,05 мкм и сопутствующим максимумом вблизи 2,45 мкм.

Полученные поверхности обоих видов обладают высокой чистотой и оптимальной микрошероховатостью для остеоинтеграции. Оба вида обработки (ПЭО с Са и Ti) продемонстрировали сходный отстеоинтегративный потенциал, тем не менее поверхность ПЭО-Са, очевидно благодаря наличию кальция в ее составе, показала лучший контакт с окружающей костной тканью (49,8%), чем ПЭО-Тi (42,4%).

Заключение. Поверхности имплантатов, сформированных с использованием ПЭО, при любых вариантах обработки демонстрируют высокие остеоинтегративные свойства и перспективны для применения при остеопорозе.

1. Иванов С.Ю., Мураев А.А., Фомин М.Ю., Дымни­ков А.Б. Применение дентальных имплантатов в комплексном лечении пациентов с медиальной окклюзией, осложненной частичной адентией. Стоматология 2013; 92(3): 38–42.
2. Иванов С.Ю., Солодкий В.Г., Мураев А.А., Старос­тин П.В. Российская система стоматологических имплантатов ЛИКО-М: опыт пятилетнего клинического использования. Стоматология 2013; 92(6): 53–55.
3. Иванов С.Ю., Мураев А.А., Рукина Е.А., Бунёв А.А. Метод непосредственной дентальной имплантации. Совре­менные проблемы науки и образования 2015; 5: 230, https://doi.org/10.17513/spno.128-22310.
4. Иванов С.Ю., Мураев А.А., Бунев А.А., Гажва С.Ю., Рукина Е.В. Российская система стоматологических имплантатов ИРИС: опыт 3 летнего клинического использования. Российский вестник дентальной имплантологии 2016; 1: 60–66.
5. Мураев А.А., Иванов С.Ю., Гажва Ю.В., Мухамет­шин Р.Ф., Рябова В.М., Мруэ А.Х., Короткова Н.Л. Мате­матическое обоснование и результаты клинического использования коротких имплантатов ИРИС. Стоматология 2018; 5: 65–70, https://doi.org/10.17116/stomat20189705165.
6. Brånemark P.I., Adell R., Breine U., Hansson B.O., Lindström J., Ohlsson A. Intra-osseous anchorage of dental prostheses. I. Experimental studies. Scand J Plast Reconstr Surg 1969; 3(2): 81–100, https://doi.org/10.3109/02844316909036699.
7. Esposito M., Hirsch J.M., Lekholm U., Thomsen P. Biological factors contributing to failures of osseointegrated oral implants. (I). Success criteria and epidemiology. Eur J Oral Sci 1998; 106(1): 527–551, https://doi.org/10.1046/j.0909-8836.t01-2-.x.
8. Hansson S., Norton M. The relation between surface roughness and interfacial shear strength for bone-anchored implants. A mathematical model. J Biomech 1999; 32(8): 829–836, https://doi.org/10.1016/s0021-9290(99)00058-5.
9. Hou C., An J., Zhao D., Ma X., Zhang W., Zhao W., Wu M., Zhang Z., Yuan F. Surface modification techniques to produce micro/nano-scale topographies on Ti-based implant surfaces for improved osseointegration. Front Bioeng Biotechnol 2022; 10: 835008, https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.835008.
10. Ren B., Wan Y., Liu C., Wang H., Yu M., Zhang X., Huang Y. Improved osseointegration of 3D printed Ti-6Al-4V implant with a hierarchical micro/nano surface topography: an in vitro and in vivo study. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2021; 118: 111505, https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111505.
11. Pebé P., Barbot R., Trinidad J., Pesquera A., Lucente J., Nishimura R., Nasr H. Countertorque testing and histomorphometric analysis of various implant surfaces in canines: a pilot study. Implant Dent 1997; 6(4): 259–265, https://doi.org/10.1097/00008505-199700640-00002.
12. Brett P.M., Harle J., Salih V., Mihoc R., Olsen I., Jones F.H., Tonetti M. Roughness response genes in osteoblasts. Bone 2004; 35(1): 124–133, https://doi.org/10.1016/j.bone.2004.03.009.
13. Kieswetter K., Schwartz Z., Hummert T.W., Cochran D.L., Simpson J., Dean D.D., Boyan B.D. Surface roughness modulates the local production of growth factors and cytokines by osteoblast-like MG-63 cells. J Biomed Mater Res 1996; 32(1): 55–63, https://doi.org/10.1002/(sici)1097- 4636(199609)32:155::aid-jbm73.0.co;2-o.
14. de Chaumont F., Dallongeville S., Chenouard N., Hervé N., Pop S., Provoost T., Meas-Yedid V., Pankajakshan P., Lecomte T., Le Montagner Y., Lagache T., Dufour A., Olivo-Marin J.C. Icy: an open bioimage informatics platform for extended reproducible research. Nat Methods 2012; 9(7): 690–696, https://doi.org/10.1038/nmeth.2075.
15. Wennerberg A., Albrektsson T., Andersson B., Krol J.J. A histomorphometric and removal torque study of screw-shaped titanium implants with three different surface topographies. Clin Oral Implants Res 1995; 6(1): 24–30, https://doi.org/10.1034/j.1600-0501.1995.060103.x.
16. Le Guéhennec L., Soueidan A., Layrolle P., Amouriq Y. Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointegration. Dent Mater 2007; 23(7): 844–854, https://doi.org/10.1016/j.dental.2006.06.025.
17. Jemat A., Ghazali M.J., Razali M., Otsuka Y. Surface modifications and their effects on titanium dental implants. Biomed Res Int 2015; 2015: 791725, https://doi.org/10.1155/2015/791725.
18. Bosshardt D.D., Chappuis V., Buser D. Osseointegration of titanium, titanium alloy and zirconia dental implants: current knowledge and open questions. Periodontol 2000 2017; 73(1): 22–40, https://doi.org/10.1111/prd.12179.
19. Wennerberg A., Hallgren C., Johansson C., Danelli S. A histomorphometric evaluation of screw-shaped implants each prepared with two surface roughnesses. Clin Oral Implants Res 1998; 9(1): 11–19, https://doi.org/10.1034/j.1600-0501.1998.090102.x.
20. Kyrylenko S., Warchoł F., Oleshko O., Husak Y., Kazek-Kęsik A., Korniienko V., Deineka V., Sowa M., Maciej A., Michalska J., Jakóbik-Kolon A., Matuła I., Basiaga M., Hulubnycha V., Stolarczyk A., Pisarek M., Mishchenko O., Pogorielov M., Simka W. Effects of the sources of calcium and phosphorus on the structural and functional properties of ceramic coatings on titanium dental implants produced by plasma electrolytic oxidation. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2021; 119: 111607, https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111607.
21. Hongjie H., Xuanyong L., Chuanxian D. Preparation and in vitro evaluation of nanostructured TiO2/TCP composite coating by plasma electrolytic oxidation. J Alloys Compd 2010; 498(2): 172–178, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.03.147.
22. Diefenbeck M., Mückley T., Schrader C., Schmidt J., Zankovych S., Bossert J., Jandt K.D., Faucon M., Finger U. The effect of plasma chemical oxidation of titanium alloy on bone-implant contact in rats. Biomaterials 2011; 32(32): 8041–8047, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.07.046.
23. Yamaki K., Kataoka Y., Ohtsuka F., Miyazaki T. Micro-CT evaluation of in vivo osteogenesis at implants processed by wire-type electric discharge machining. Dent Mater J 2012; 31(3): 427–432, https://doi.org/10.4012/dmj.2011-051.
24. Matykina E., Skeldon P., Thompson G.E. Fundamental and practical evaluation of plasma electrolytic oxidation coatings of titanium. Surface Engineering 2007; 23(6): 412–418, https://doi.org/10.1179/174329407x247154.
25. Mohedano M., Matykina E., Arrabal R., Pardo A., Merino M.C. Metal release from ceramic coatings for dental implants. Dent Mater 2014; 30(3): e28–e40, https://doi.org/10.1016/j.dental.2013.12.011.
26. Polo T.O.B., Silva W.P.P., Momesso G.A.C., Lima-Neto T.J., Barbosa S., Cordeiro J.M., Hassumi J.S., da Cruz N.C., Okamoto R., Barão V.A.R., Faverani L.P. Plasma electrolytic oxidation as a feasible surface treatment for biomedical applications: an in vivo study. Sci Rep 2020; 10(1): 10000, https://doi.org/10.1038/s41598-020-65289-2.
27. Momesso G.A.C., Santos A.M.S., Fonseca E., Santos J.M., da Cruz N.C., Okamoto R., Barão V.A.R., Siroma R.S., Shibli J.A., Faverani L.P. Comparison between plasma electrolytic oxidation coating and sandblasted acid-etched surface treatment: histometric, tomographic, and expression levels of osteoclastogenic factors in osteoporotic rats. Materials (Basel) 2020; 13(7): 1604, https://doi.org/10.3390/ma13071604.

Muraev A.A., Murzabekov A.I., Ivanov S.Yu., Tarasov Yu.V., Orlov E.A., Dolgalev A.A. Plasma Electrolytic Oxidation for Dental Implant Surface Treatment. Sovremennye tehnologii v medicine 2023; 15(3): 18, https://doi.org/10.17691/stm2023.15.3.02