Добрый день, уважаемые подписчики. Сегодня хотел бы запустить цикл статей на тему имплантации зубов, а именно: периимплантит. Бывает порой, что поставил доктор имплантат, отпустил с Богом на три месяца отдыхать, приглашает на повторный осмотр, делает контрольный снимочек перед следующим этапом протезирования, а там.... А там наш враг, из-за которого нужно удалять имплантат. И что делать? Почему так произошло? Можно ли было этого избежать? Может все-таки доктор что-то сделал неправильно?
Ответы на эти и другие вопросы мы попробуем найти, но для начала - нужно разобраться с самим имплантатом, а точнее - из чего он состоит.
Из чего сделан имплантат?
Зубные имплантаты на основе Ti являются хорошо зарекомендовавшим себя вариантом лечения для замены отсутствующих зубов и восстановления жевательных, окклюзионных и эстетических функций с высокой долгосрочной выживаемостью (> 92%), однако материал подвержен износу / коррозии (т.е. трибокоррозии) и постоянному воздействию микробов в полости рта. Биопленка на поверхности имплантатов является основным этиологическим фактором, вызывающим периимплантит.
Все нехирургические методы лечения (даже высокие и продолжительные дозы антибиотиков) в этих случаях являются сложными из-за труднодоступности для лечения очагов заболевания, сложной микро- и макротопографии поверхности имплантата, а также из-за плотного прикрепления биопленки к поверхностям имплантатов.
В последние годы внимание исследователей привлекли методы разработки антимикробных модификаций поверхности Ti для предотвращения и контроля микробной адгезии и накопления биопленки на поверхностях имплантатов.
Антимикробные соединения, такие как биоактивные элементы, металлические наночастицы и ионы, антибиотики, противоинфекционные вещества, антимикробные пептиды (AMP) и терапевтические полимеры, обычно наносятся на поверхности Ti многочисленными методами осаждения. Однако на данный момент на рынке отсутствуют модификации поверхности Ti с надежными антимикробными свойствами для применения в клинических условиях.
БИОпленка — злодей, которого нужно победить!
Накопление биопленки на биотических и абиотических поверхностях - это многогранный процесс, опосредованный свойствами поверхности материалов, реакцией хозяина и условиями окружающей среды. Местные микроорганизмы из микробиома, живущие во взаимодействии с хозяином и прилипшие к любой поверхности в полости рта, подвергаются непосредственному воздействию местных изменений окружающей среды или хозяина, которые могут привести к чрезмерному росту патогенных видов и часто приводят к развитию заболеваний полости рта . Следовательно, любая поверхность, помещанная в полость рта, такая как зубные имплантаты, может выступать в качестве дополнительного субстрата для первоначальной адсорбции белка из слюны/плазмы, а затем адгезии и накопления микробов (о биопленке будет отдельный пост). Причем качественный состав биопленки на поверхности зубов и имплантатов сильно отличается.
Первоначальными колонизаторами имплантатов являются виды Streptococcus, Fusobacterium и Capnocytophaga, которые стимулируют созревание биопленки, которое очень стабильно с течением времени.
Инфекции, связанные с имплантатами: распространенная и сложная проблема
Согласно последней классификации заболеваний зубных имплантатов, опубликованной в 2018 году, имеющиеся данные показывают, что полимикробные биопленки ответственны за индуцирование воспалительных процессов в местах имплантации, называемых периимплантным мукозитом и периимплантититом. В то время как периимплантный мукозит характеризуется обратимым воспалением слизистой оболочки, окружающей зубной имплантат, без потери альвеолярной кости, периимплантит возникает в результате прогрессирующей потери опорной кости, в которой закреплены имплантаты. Таким образом, инфекции, связанные с имплантатами, главным образом периимплантит, считались основной причиной неудач в лечении зубных имплантатов, поражая от 40% имплантатов периимплантитным мукозитом и до 22% периимплантитом.
Важно отметить, что недавняя адаптация “гипотезы экологического налета” на поверхности зубов была использована для описания перехода от здорового к болезненному состоянию слизистой оболочки и костной ткани. Эта биологическая гипотеза, основанная на современных данных, описывает различные факторы, которые могут спровоцировать/способствовать нарушению симбиотического состояния биопленок, связанных с имплантатами, приводя к чрезмерному росту видов с патогенным потенциалом, запуская воспалительные процессы или способствуя прогрессированию заболевания. Усовершенствование покрытия и изменения химических/физических свойств титановых поверхностей становятся многообещающими подходами для улучшения потенциальных антибактериальных свойств имплантируемых устройств на основе титана и предотвращения инфекций, связанных с имплантатами.
Совершенствование поверхности имплантатов для контроля биопленки
Для модификации поверхности имплантата, как правило, изменяли топографию материала путем макро-, микро- или нанотекстуризации с включением антимикробных соединений или без него механическим, физическим или химическим методами Для изменения антимикробных свойств имплантатов используется 4 основных механизма:
1) модуляция микробной биопленки (биоактивные поверхности)
2) отталкивающие/не прилипающие к микробам свойства (противообрастающие поверхности)
3) уничтожающие контакт или высвобождающие соединения (поверхности, насыщенные антимикробными веществами)
4) доставка антимикробных средств по требованию (smart surfaces)
Биоактивные поверхности имплантатов
Первоначальным направлением исследований поверхностей имплантатов были так называемые «биоактивные поверхности». В этих поверхностях функциональные соединения [например, Ca, PO3⁻, Si, Mg, Zn, Na, N, C, Ta, Se, гидроксиапатит, биоактивные стекла, факторы роста и другие] были включены в поверхность Ti, изменяя свойства поверхности материала и непосредственно улучшая его биологические реакции. По сравнению с контрольными поверхностями (обработанными механической обработкой, кислотным травлением или пескоструйной обработкой Ti-поверхностей) биоактивные поверхности показали хорошие механические/трибологические свойства, превосходные антикоррозийные характеристики , способность стимулировать костные клетки и более быстрый рост кристаллов гидроксиапатита in vitro. Биоактивные поверхности также способствуют более высокому отложению костного матрикса на границе раздела имплантат-ткань, что хорошо задокументировано на животных моделях. Хотя биоактивные поверхности могут быть показаны для сокращения начального периода остеоинтеграции, что клинически важно для имплантационной терапии с протоколами немедленной /ранней нагрузки, эти поверхности обладают ограниченным эффектом против биопленки из-за отсутствия антимикробных агентов. В настоящее время основной проблемой является включение антимикробных элементов в материал Ti, способных обеспечить надежный и долгосрочный антимикробный эффект без потери их биологически активных свойств со временем или достижения субингибирующих концентраций, которые могут способствовать появлению гиперрезистентных штаммов, создавая гораздо более серьезную проблему.
Что касается антимикробных свойств биоактивных поверхностей, исследователи не только думают о создании поверхностей, которые могли бы убивать бактерии, но и оказывать положительное влияние на состав прикрепленной биопленки.
Противообрастающие поверхности имплантатов
Поскольку микробная адгезия является первым этапом формирования биопленки, разработка противообрастающих поверхностей может помочь избежать инфекций, связанных с имплантатами, с самого начала, создавая поверхность, свободную от биопленки. Свойства поверхности имплантата, такие как смачиваемость, шероховатость поверхности и рельеф, играют важную роль во взаимодействии микроорганизмов с поверхностью и непосредственно влияют на прилипание бактерий и их колонизацию. Например, повышение гидрофобности поверхности может уменьшить силы адгезии между бактериями и поверхностью имплантата, таким образом предотвращая способность микроорганизмов достигать поверхности и образовывать биопленки. Однако основной проблемой, связанной с этими противообрастающими поверхностями в области имплантологии, является возможное негативное воздействие на первоначальную адсорбцию белка и, что важно, на процессы адгезии клеток хозяина.
В дополнение к супергидрофобным поверхностям, биомиметические поверхности, вдохновленные природой, также обладают сильными противообрастающими свойствами, предотвращающими накопление микробов. С точки зрения структуры рельефа, существует взаимосвязь между размером бактерий и характерными размерами текстуры поверхности, способствующая эффекту борьбы с биопленкой. В целом бактерии предпочтительно прилипают и колонизируются в углублениях и пространствах микроструктурированных поверхностей, но только в том случае, если эти углубленные области больше или приблизительно равны их собственному размеру, поскольку размер наноструктур увеличивается, силы адгезии бактерий уменьшаются. В этом смысле наноструктурированные поверхности Ti обладают противообрастающим и бактериостатическим эффектами, отталкивая бактерии, которые не могут найти места для первоначального прикрепления. Среди биомиметических поверхностей, вдохновленных природой, создание нанопилляров, наноколонн, нанопроволок, наноспайков , поверхностей типа копья, крылообразных и похожих на листья лотоса потенциально способно подавлять определенные виды бактерий (такие как Streptococcus aureus и Escherichia coli).
Поверхности имплантатов, нагруженные антимикробными веществами
Поверхности, нагруженные антимикробными веществами, были в центре внимания имплантологических исследований в течение последних 20 лет. Многочисленные антимикробные соединения [например, металлические наночастицы и ионы, антибиотики, противоинфекционные вещества, антимикробные пептиды (AMP), терапевтические полимеры и другие] были использованы для попытки улучшить антимикробную активность поверхностей Ti. Эти антимикробные поверхности могут быть получены с помощью одноэтапного или многоступенчатого процесса нанесения для обеспечения подходящего бактериостатического и бактерицидного действия. Антимикробная активность достигается главным образом за счет физического повреждения клеточной мембраны бактерий, приписываемого противомикробным препаратам, на поверхности (контактное уничтожение) или их высвобождения в очаге инфекции с проникновением в бактериальную клетку (высвобождение-уничтожение).
Учитывая, что инфекции, связанные с имплантатами, являются хроническими состояниями, связанными с постоянным накоплением патогенной и мультирезистентной биопленки, нагруженная поверхность должна быть стабильной в условиях полости рта, обеспечивать долгосрочное и устойчивое высвобождение антимикробных веществ, которое могло бы охватывать как раннее, так и позднее начало инфекции, в идеале с возможностью повторной загрузки, когда это необходимо, для поддержания адекватного терапевтического эффекта в клинических условиях.
Интеллектуальные поверхности имплантатов
Основываясь на существующих ограничениях, связанных с кратковременным эффектом поверхностей, насыщенных антимикробными веществами, разработка интеллектуальных поверхностей развивается как новое поколение антимикробных подходов для применения в имплантатах . Теоретически, "умные" поверхности - это биочувствительные материалы, которые реагируют на внутренние / внешние раздражители "по требованию", запуская высвобождение антимикробного агента только при наличии инфекций. Эта стратегия может обеспечить идеальную концентрацию антимикробных препаратов в точный момент и в месте заражения, тем самым снижая токсичность и устойчивость микроорганизмов. Некоторые внешние (например, ультразвук, температура, свет, магнитное поле и электрические импульсы) и внутренние (например, потенциальная окислительно-восстановительная активность, ферментативная активность, уровень O2 и pH) стимулы были протестированы в биомедицинских приложениях для активации разработанных интеллектуальных поверхностей, показав, что это надежная стратегия доставки лекарств с возможностью повторного использования, чтобы гарантировать активацию поверхности несколько раз, по мере необходимости. Кроме того, для улучшения оптимизации этих поверхностей недавно были предложены подходы с двойным стимулированием, позволяющие ускорить как профилактику, так и клиническое лечение стоматологических и ортопедических инфекций. В двух словах, разработка интеллектуальных поверхностей имплантатов - относительно новая область и весьма многообещающая, но ее еще предстоит тщательно и систематически изучать в ближайшем будущем.
Чтобы уверенно выиграть нескончаемую войну с полимикробными инфекциями на зубных имплантатах и добиться потенциальных прорывов в области поверхностной инженерии имплантатов, важно глубоко распознать стратегии нашего врага, понять точный механизм этиопатогенеза и факторы риска периимплантационных заболеваний.
Выиграем ли мы войну? Мы не знаем точно, но значительные знания все еще предстоит изучить с помощью хорошо спланированных исследований.
Продолжение следует...
Ставьте лайк и подписывайтесь на канал, не забывайте включать уведомление, чтобы не пропустить вторую часть.
p.s. С первоисточником можно ознакомиться в открытом доступе на pubmed. Barão VAR, Costa RC, Shibli JA, Bertolini M, Souza JGS. Emerging titanium surface modifications: The war against polymicrobial infections on dental implants. Braz Dent J. 2022 Jan-Feb;33(1):1-12. doi: 10.1590/0103-6440202204860. PMID: 35262547; PMCID: PMC9645147.