1. Giới thiệu
Việc mất răng cũng gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng về mặt cảm xúc, tâm lý và xã hội đối với một cá nhân. Implant là một trong những thủ thuật an toàn và hiệu quả. Các vật liệu implant phổ biến nhất là titan, zirconia và polyetheretherketone (PEEK). Implant Zirconium có chất lượng thẩm mỹ tốt nhưng tỷ lệ gãy ở mức trung bình, dẫn đến hỏng implant. Implant PEEK đã chứng minh tỷ lệ hỏng cao; do đó, cần có các nghiên cứu đa trung tâm dài hạn để xác nhận độ tin cậy. Titan là vật liệu tuân thủ tốt nhất các yêu cầu của implant nha khoa, bao gồm tích hợp xương, khả năng tương thích sinh học, khả năng chống chịu cơ học và đặc tính kháng khuẩn. Thuật ngữ “tích hợp xương” lần đầu tiên được Albrektsson (1981) sử dụng để chỉ mối liên hệ về mặt chức năng và cấu trúc giữa bề mặt của cấu trúc dễ bị tổn thương và các mô sống. Theo đó, một số yếu tố quan trọng để tiêu xương phù hợp đã được xác định: khả năng tương thích sinh học, thiết kế implant, xử lý bề mặt implant, tình trạng của vị trí xương nhận, kỹ thuật phẫu thuật, kỹ năng của bác sĩ phẫu thuật và điều kiện bảo quản implant.
Các đặc điểm của bề mặt implant và chất lượng của xương tại vị trí nhận xác định giao diện giữa hai bên: giao diện xương-implant. Ví dụ, một implant được đặt trong xương phiến có 90% tiếp xúc, trong khi một implant được đặt trong xương midollar có 50% tiếp xúc.
Tính chất lý hóa của lớp ngoài cùng của vật liệu implant và sự tương tác của nó với các mô xung quanh đóng vai trò trong việc xác định xem sự tích hợp xương thành công hay thất bại.
Một điều kiện tiên quyết cơ bản cho sự thành công lâu dài của implant là sự neo giữ sinh học giữa bề mặt của implant nha khoa và mô xương. Phản ứng của xương có liên quan chặt chẽ đến bề mặt implant.
Có thể phân biệt bề mặt implant là ưa nước và kỵ nước. Bề mặt ưa nước, so với cấu trúc kỵ nước, giúp tương tác với chất lỏng sinh học và tế bào, cho phép bề mặt có khả năng thấm ướt tốt. Bề mặt implant có cùng thành phần hóa học sẽ cung cấp góc tiếp xúc khác nhau với chất lỏng sinh học tùy thuộc vào cấu hình của bề mặt: bề mặt gồ ghề – chẳng hạn như bề mặt phun cát và xoi mòn, có nhiều khả năng thấm ướt hơn bề mặt được coi là nhẵn (Hình 1).
Tính ưa nước của bề mặt implant dẫn đến tiếp xúc của implant với cục máu đông, thúc đẩy quá trình tích hợp xương. Một số bề mặt có tính ưa nước đến mức chỉ cần tiếp xúc của các ren đầu tiên với máu cũng dẫn đến lực hút dọc theo toàn bộ bề mặt implant (Hình 2). Bề mặt nhám làm tăng khả năng giữ lại cục máu đông.
Bề mặt implant được xử lý bằng cách rumination cho thấy sự co lại gấp đôi của các sợi fibrin và sự đông máu gấp đôi so với bề mặt nhẵn (Hình 3).
Trong giai đoạn lành thương, những điều sau đây diễn ra:
- Sự hình thành fibrin bảo vệ vết thương và cùng với tiểu cầu, bịt kín vết thương và giải phóng các yếu tố sửa chữa;
- Tiêu sợi huyết: tiêu cục máu đông;
- Hoạt động hủy cốt bào: di chuyển tế bào từ máu;
- Di chuyển tế bào trung mô, tiền thân của tế bào xương.
Sự ổn định của implant là cần thiết cho quá trình tích hợp xương và lành thương hiệu quả. Các đặc điểm của xương, thiết kế của implant và quy trình được sử dụng để đặt implant đều ảnh hưởng đến sự ổn định sơ khởi. Việc tái tạo xương và sản xuất xương xung quanh implant dẫn đến sự ổn định thứ cấp. Nghiên cứu ngày càng chứng minh rằng các đặc điểm bề mặt implant cũng ảnh hưởng đến sự ổn định thứ cấp.
Sự kết dính xương trên bề mặt implant bắt đầu đầu tiên ở xương xốp, sau đó ở xương đặc. Quá trình chuyển hóa xương quanh implant đạt đỉnh sau 1-4 tháng phẫu thuật. Thành công lâm sàng của implant, ngoài sự tích hợp xương, phụ thuộc vào sức khỏe của giao diện xương-implant-mô mềm (Hình 4).
Sự thất bại của implant có thể là do khả năng tích hợp xương của titan giảm, gây ra sự tích hợp xương kém hoặc chậm trễ. Hơn nữa, các implant titan ban đầu có bề mặt được đánh bóng cơ học, nhẵn và nghiên cứu trong những năm gần đây cho thấy bề mặt này kém ổn định theo thời gian so với các bề mặt gồ ghề. Để đạt được bề mặt tiếp xúc lớn hơn, quá trình xử lý bề mặt implant đã được thực hiện để tăng khả năng tích hợp giữa xương và implant.
Bài đánh giá này nhằm mục đích phân tích các bề mặt khác nhau và do đó, xác định cấu trúc implant lý tưởng theo quan điểm lâm sàng và độ bền, với ít biến chứng sau phẫu thuật nhất và ít gây khó chịu nhất cho cơ thể. Nghiên cứu rất sâu rộng và đầy thách thức vì những khám phá và đổi mới khoa học đang diễn ra.
Trên thực tế, một sửa đổi thích hợp của bề mặt titan, làm tăng tỷ lệ BIC (tiếp xúc với xương implant), vẫn đang được nghiên cứu để ủng hộ sự tích hợp xương, có đặc tính kháng khuẩn để ngăn ngừa các bệnh quanh implant và chống lại các ứng suất mà nó sẽ phải chịu khi ăn nhai, do đó đảm bảo mô quanh implant khỏe mạnh theo thời gian.
2. Thảo luận
Nhờ các đặc tính cơ học tuyệt vời, bao gồm khả năng tương thích sinh học, chống ăn mòn, không nhiễm từ và không độc hại, titan và hợp kim của nó được sử dụng rộng rãi để chế tạo implant, với tỷ lệ thành công gần 95-97%.
Nó cũng rất phản ứng và tạo thành một lớp ossidic dày khoảng 5 nm, khi tiếp xúc với không khí và nước, lớp này sẽ bảo vệ implant khỏi bị ăn mòn và cải thiện ái lực của nó đối với tế bào.
Tuy nhiên, ngay cả khi titan là vật liệu trơ về mặt sinh học, nó vẫn thiếu tính kháng khuẩn. Do đó, vi khuẩn có xu hướng bám vào cổ của implant và tình trạng implant hỏng có thể liên quan đến nhiễm trùng quanh implant. Khi đã phát hiện, viêm quanh implant phải được điều trị bằng kháng sinh, điều này không chỉ làm tăng nguy cơ phát triển tình trạng kháng kháng sinh mà còn gây khó chịu và tốn kém tiền bạc cho bệnh nhân. Do đó, điều quan trọng là implant titan phải có tính chất kháng khuẩn lâu dài và cải thiện khả năng tích hợp xương sớm. Để đáp ứng các yêu cầu lâm sàng này, cần phải áp dụng phương pháp xử lý để thay đổi bề mặt titan nguyên chất, tối ưu hóa hình thái và thành phần hóa học của bề mặt.
Các nhà nghiên cứu đang được thực hiện để tăng khả năng của bề mặt titan cắt máy. Bề mặt, hình dạng và cấu trúc của implant ảnh hưởng đến quá trình tích hợp xương, điều này cần thiết để cung cấp sự ổn định của implant. Sự ổn định của implant, cả sơ khởi và thứ cấp, là một yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tích hợp xương của implant. Trong khi độ ổn định sơ khởi là một hiện tượng cơ học phụ thuộc vào cả thiết kế vĩ mô và vi mô của implant cũng như kỹ thuật phẫu thuật được sử dụng để định vị implant, nhiều nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bề mặt của implant là yếu tố chính để đạt được mức độ ổn định thứ cấp cao.
Trong số các đặc điểm của bề mặt implant, cấu hình và thành phần hóa học là những đặc điểm có tác động lớn nhất đến sự tương tác giữa vật liệu sinh học và mô xương và do đó, đến độ ổn định thứ cấp. Đặc biệt, nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng, đối với bề mặt implant, bề mặt có kết cấu (textured) thể hiện khả năng phản ứng sinh học từ một số dòng tế bào xương tốt hơn. Trên thực tế, độ nhám cung cấp diện tích tiếp xúc và kết nối lớn hơn, dẫn đến số lượng tế bào lớn hơn tạo ra sự kết dính mạnh vào implant và tăng cường quá trình tăng sinh và kết dính của tế bào tạo xương, trong khi làm giảm hoạt động của tế bào hủy xương và thúc đẩy quá trình khoáng hóa. Ngoài ra, độ nhám của implant hỗ trợ quá trình biệt hóa tế bào trung mô thành kiểu hình tế bào tạo xương.
Xử lý các bề mặt implant tạo ra các loại implant khác nhau:
- gia công;
- đánh bóng;
- được xử lý;
- lai.
Một lợi thế đáng kể của bề mặt được xử lý và lai là mức độ ưa nước và khả năng thấm ướt tăng lên so với bề mặt nhẵn, cắt máy, chưa xử lý, được coi là kỵ nước. Cách duy nhất để sửa đổi một thứ gì đó trên bề mặt là thêm hoặc lấy đi vật liệu ở quy mô micro hoặc nanomet (Hình 6).
Tiếp xúc xương với implant (BIC), trong giai đoạn đầu của quá trình lành thương, được tăng lên đáng kể nhờ implant có bề mặt ưa nước vì những implant này thường biểu hiện nhiều sự phân hóa và kết tập tế bào hơn (Hình 7).
Sự tiến bộ quan trọng nhất trong nha khoa implant là việc quan sát tiếp xúc xương trực tiếp với implant (BIC), được xác minh bằng kính hiển vi điện tử.
2.1. Xử lý loại bỏ
Một kỹ thuật để tạo ra bề mặt implant có độ nhám vừa phải là phun cát và ăn mòn axit (sandblasting and acid mordantation – SA). Theo một số nghiên cứu, việc sửa đổi bề mặt bằng kỹ thuật SA cần được lập kế hoạch và quản lý hợp lý để tạo ra thiết bị y tế cuối cùng sạch và đáng tin cậy. Điều này là do người ta quan sát thấy rằng, phần lớn diện tích bề mặt implant chứa các hạt, là tàn dư của quá trình phun cát. Điều này làm giảm 15% độ bền kéo, có thể dẫn đến quá trình gãy.
Mặt khác, trong mười năm qua, một phương pháp sửa đổi bề mặt được sử dụng rộng rãi là kết hợp phun cát và xoi mòn. Về mặt lý thuyết, phun cát cho phép đạt được độ nhám lý tưởng để cố định cơ học, trong khi xoi mòn bổ sung, bằng cách nâng cao chiều cao đỉnh của các đỉnh độ nhám, cho phép tăng cường cơ chế bám dính protein, điều này rất quan trọng trong giai đoạn đầu của quá trình lành xương. Trên thực tế, hai kỹ thuật này được sử dụng liên tiếp.
Các kỹ thuật thay đổi bề mặt sử dụng các quy trình loại bỏ bao gồm phun cát và xoi mòn axit. Xoi mòn axit gây ra sự ăn mòn chọn lọc, để lại các lỗ hoặc rãnh trên bề mặt kim loại.
Do các đặc tính ưa nước của nó, phun cát – hạt thô – xoi mòn axit (SLA) bề mặt là một dạng đặc trưng của bề mặt gồ ghề được tạo ra trên một implant nha khoa và đã được sử dụng trên các implant nha khoa thương mại mới nhất.
Công nghệ xoi mòn axit kép, hay Công nghệ DAE, sử dụng phương pháp xoi mòn axit kép mà không cần phun cát trước. Sử dụng phương pháp này, nguy cơ implant có các hạt cát được giảm bớt và tạo ra các bề mặt cải thiện BIC, tăng khả năng giữ tiểu cầu và giải phóng hormone tăng trưởng xương.
Bằng cách sản xuất một bề mặt titan đặc biệt với các đặc điểm nhám meso, micro và nano đặc biệt đảm bảo khả năng dẫn xương và tích hợp xương tốt hơn so với bề mặt nhám micro, một phương pháp tăng cường tích hợp xương đã được đưa ra. Axit sunfuric được sử dụng để xoi mòn titan tinh khiết thương mại ở bốn nhiệt độ khác nhau (120, 130, 140 và 150 °C). Đặc biệt khi xoi mòn axit được thực hiện ở 140°C, bề mặt mới kích thích đáng kể sự phát triển của tế bào tạo xương và sau đó là tích hợp xương.
Một trong những phương pháp kỹ thuật nano cho implant titan được gọi là anod hóa điện hóa. Phương pháp này bao gồm việc nhúng implant titan, đóng vai trò là anot, trong chất điện phân hữu cơ chứa nước và florua trong một pin điện hóa có điện áp thích hợp, sao cho các lỗ nano titan (titania nanopores – TNP) được tạo ra trên bề mặt implant nhằm tăng cường sự tích hợp mô mềm và lành thương. Anod hóa đã nổi lên như một kỹ thuật hữu ích để thay đổi hình thái bề mặt của titan hoặc hợp kim titan nhằm tăng cường sự phát triển của xương vì nó không tốn kém, dễ áp dụng và dễ kiểm soát. Anod hóa có thể cung cấp hình thái bề mặt với cấu trúc lỗ ở quy mô micronano cũng như tăng khả năng chống mài mòn và ăn mòn của implant titan nguyên chất.
Các nghiên cứu khác đáng được nghiên cứu thêm là implant in 3D và oxy hóa micro-ark, giúp cải thiện khả năng tương thích sinh học. Đây là những lĩnh vực đầy hứa hẹn sẽ mang đến những khả năng mới của thực hành lâm sàng trong tương lai.
2.2. Xử lý thêm vào
Vật liệu sinh học trong ngành implant đã thúc đẩy phản ứng của xương và khả năng cơ sinh học trong những năm gần đây. Nhiều chất, bao gồm polyhydroxyalkanoates, canxi phosphat, carbon, bisphosphonates, hydroxyapatite, chất kích thích xương, thủy tinh hoạt tính sinh học, sứ hoạt tính sinh học, collagen, chitosan, kim loại và hợp kim của chúng, florua và titan/titan nitride, được biết đến là những ứng viên đầy hứa hẹn cho lớp phủ implant. Điều quan trọng là vật liệu sinh học phải phân hủy tự nhiên; ví dụ, polyhydroxyalkanoates phân hủy tự nhiên và không gây hại cho mô hoặc tế bào trong quá trình này.
Do sự phát triển của màng sinh học, được cho là giúp vi khuẩn trốn tránh thuốc kháng sinh và cơ chế phòng vệ của vật chủ, nên sự xâm chiếm của vi khuẩn vào titan dẫn đến mất implant. Các tác nhân gây bệnh gây ra sự tiêu của xương xung quanh implant, đòi hỏi phải phẫu thuật để sửa chữa xương bị nhiễm trùng hoặc để loại bỏ hoặc thay thế implant bị nhiễm trùng.
Mặc dù cả hai loại implant đều tạo ra kết quả lâm sàng tương đương nhau sau 12 tuần phẫu thuật, nhưng implant có bề mặt được xử lý bằng kiềm luôn ổn định hơn sau khi cắm so với implant có bề mặt được phun cát.
Sự cải thiện quá trình tạo xương tiếp xúc xung quanh implant nha khoa đã được nhìn thấy trên bề mặt được phủ bằng canxi phosphat (CaP) và quá trình tích hợp xương ở giai đoạn lành thương sớm cũng được tăng cường. Tăng khả năng tương thích sinh học của titan và khuyến khích quá trình tạo xương là một trong những mục tiêu đầu tiên mà các nhà nghiên cứu muốn đạt được và vì mục tiêu này, một số các tác giả đã sử dụng các sửa đổi hóa học, chẳng hạn như thêm florua vào bề mặt implant.
Sự tương tác của fluoride với hydroxyapatite trong mô xương tạo ra fluorapatite, tiếp theo là sự tăng sinh tế bào tạo xương và hoạt hóa hoạt động của phosphatase kiềm. Do các đặc tính vật lý và hóa học nổi bật của nó, đặc biệt là tiềm năng tạo xương, graphene oxide (GO) là một vật liệu nano đầy hứa hẹn. Việc bổ sung các thành phần hoạt tính sinh học vô cơ mang lại khả năng tạo xương, tạo mạch và kháng khuẩn quan trọng và cần thiết.
Khả năng kháng khuẩn phổ rộng, hiệu quả cao và độ bền đều là các tính chất của đồng (Cu). Hợp kim titan chứa đồng đã được xác nhận là có sự kết tủa liên tục các ion đồng và hoạt động kháng khuẩn lâu dài. Đây là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể con người vì nó có thể ngăn ngừa loãng xương, thúc đẩy sự biệt hóa tạo xương và gây ra sự hình thành mạch máu. Hợp kim Ti-5Cu có hiệu quả chống nhiễm trùng, tiềm năng tạo xương và khả năng tương thích sinh học, đã được chứng minh đầy đủ bằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Implant thường dễ bị nhiễm trùng như viêm quanh implant, ảnh hưởng đến các mô cứng và mô mềm xung quanh và dẫn đến mất implant và khả năng tương thích sinh học.
Viêm quanh implant là tình trạng viêm ảnh hưởng đến tất cả các mô xung quanh. Một túi sâu có xuất huyết, mưng mủ và mất xương nhẹ đi kèm với tổn thương niêm mạc (Hình 8).
Do đó, một nghiên cứu khoa học gần đây đã tập trung vào giao diện giữa implant và các mô mềm xung quanh, làm nổi bật tầm quan trọng của việc thiết lập một lớp niêm phong sinh học biểu mô đủ cần thiết để ngăn ngừa nhiễm khuẩn. Các mô xương bên dưới được bảo vệ khỏi vi khuẩn bởi các mô quanh implant, bao gồm các thành phần liên kết và biểu mô. Người ta cho rằng việc phủ vật liệu hoạt tính sinh học lên implant sẽ giúp tránh sự phát triển của bệnh này. Một loại thủy tinh hoạt tính sinh học được gọi là Bioglass 45S5 hoặc canxi natri phosphosilicat được tạo thành từ silica, canxi oxit, phốt pho pentoxit và natri oxit. Các vật liệu sinh học dùng để ghép xương, sửa chữa khiếm khuyết nha chu, sửa chữa sọ và hàm mặt, chăm sóc vết thương, kiểm soát mất máu, kích thích tái tạo mạch máu và sửa chữa dây thần kinh là một trong những công dụng điển hình của Bioglass 45S5.
2.3. Implant phủ CGF
Các nghiên cứu gần đây hơn đang tập trung vào các đặc tính sinh học của yếu tố tăng trưởng cô đặc (CGF), một vật liệu sinh học có nguồn gốc từ máu tự thân, trong việc cải thiện sự tích hợp xương của implant nha khoa. Bề mặt của implant nha khoa thấm CGF có tính tương thích sinh học và hoạt tính sinh học, cải thiện đáng kể khả năng bám dính của các tế bào nội mô vào chính implant. Tất cả những điều này đảm bảo kết quả tốt hơn về mặt tích hợp xương và giảm các biến chứng sau phẫu thuật.
Một số thông số cơ bản cần được theo dõi trong giai đoạn tích hợp xương và sau khi chịu lực để xác định tình trạng sức khỏe quanh implant theo thời gian: chỉ số lành thương sớm, chỉ số mảng bám có thể nhìn thấy, cao răng, tình trạng viêm quanh implant, độ sâu khi đo túi và chảy máu khi đo túi, hệ số ổn định của implant, mất xương viền, biến đổi mức xương và tỷ lệ thành công và tồn tại của implant. Việc sửa đổi bề mặt implant có thể cải thiện độ bền và sức khỏe của implant, do đó đảm bảo phục hồi chức năng phục hình thích hợp. Điều này cũng đặc biệt đúng đối với những bệnh nhân mà quá trình implant-phục hình không chỉ mang tính thẩm mỹ mà còn mang tính chức năng. Đôi khi, những bệnh nhân như vậy mắc các bệnh toàn thân hoặc có tình trạng xương bị tổn thương. Implant có phương pháp xử lý bề mặt có thể cải thiện tương tác xương-implant, hấp thu protein, bám dính, biệt hóa và tăng sinh tế bào đã được sử dụng ở những bệnh nhân này. Trong các thử nghiệm lâm sàng với những bệnh nhân sử dụng thuốc chống đông máu, bệnh nhân tiểu đường, những người đã xạ trị vùng đầu và cổ và những người cần ghép xương, implant có bề mặt ưa nước đã cho thấy kết quả khả quan. So với các implant được xử lý và phủ khác, hàm giả trên implant hàm dưới cho thấy tỷ lệ sống sót sau 1 năm cao hơn đáng kể trong các thử nghiệm lâm sàng sử dụng bề mặt ưa nước SLActive.
3. Kết luận
Từ nghiên cứu hiện tại, người ta thấy rằng, mặc dù tất cả các bề mặt đều cho phép tích hợp xương và tăng sinh tế bào, nhưng các bề mặt được xử lý có xu hướng bám dính và liên kết tế bào biểu mô, tăng sinh và biệt hóa tế bào tạo xương tốt hơn.
Tuy nhiên, nghiên cứu phải được hướng không chỉ đến sự tích hợp xương của implant vào cấu trúc xương, để đảm bảo sự ổn định ban đầu và thứ cấp, mà còn để bịt kín các mô mềm ở bề mặt, điều này rất cần thiết để bảo vệ các mô quanh implant và sự ổn định của phục hình.
Các nhà nghiên cứu trong quá trình thiết kế implant phải coi trọng cả quá trình tích hợp xương và tích hợp niêm mạc, các thông số chính để tạo ra sự ổn định và tạo ra lớp niêm mạc xung quanh implant. Nghiên cứu về cấu hình implant vi mô và vĩ mô phải được tập trung vào việc thiết kế các thiết bị y tế thành công, giảm thiểu thất bại lâm sàng. Tóm lại, các mục tiêu chính để tạo ra các thay đổi bề mặt implant như sau:
- Nâng cao hiệu quả lâm sàng ở những vùng thiếu hụt xương cả về số lượng và chất lượng;
- Tăng tốc quá trình tích hợp xương để có thể thực hiện các giao thức tải tức thì hoặc sớm;
- Thúc đẩy quá trình hình thành xương ở những vùng không có đủ xương ổ răng để có thể cắm implant;
- Niêm phong đúng cách mối nối sinh học giữa niêm mạc và nướu để ngăn ngừa nhiễm khuẩn.
Do những khám phá và đổi mới khoa học liên tục, nghiên cứu ngày càng mở rộng và sâu rộng. Khó có thể áp dụng nghiên cứu in vivo; do đó, vẫn cần một thời gian dài kiểm soát trước khi có thể có kết quả nhất định trên bệnh nhân.
Nguồn: Inchingolo, A. M., Malcangi, G., Ferrante, L., Del Vecchio, G., Viapiano, F., Inchingolo, A. D., Mancini, A., Annicchiarico, C., Inchingolo, F., Dipalma, G., Minetti, E., Palermo, A., & Patano, A. (2023). Surface Coatings of Dental Implants: A Review. Journal of functional biomaterials, 14(5), 287. https://doi.org/10.3390/jfb14050287
Tự học RHM
Website: https://tuhocrhm.com/
Facebook: https://www.facebook.com/tuhocrhm
Instagram: https://www.instagram.com/tuhocrhm/