Yayın: Zeng, Y.; Komasa, S.; Nishida, H.; Agariguchi,
A.; Sekino, T.; Okazaki, J. Enhanced Osseointegration and Bio-Decontamination
of Nanostructured Titanium Based on Non-Thermal Atmospheric Pressure Plasma. International
Journal of Molecular Sciences, 2020, 21(10), 3533. doi:10.3390/ijms21103533.
Nanoağ yapılarına sahip alkali ile
işlenmiş titanat tabakası (TNS), implantların osseointegrasyon yeteneğini
geliştirmek için umut verici bir yüzey sağlamaktadır. Bununla birlikte,
biyofilm kontaminasyonuna karşı yetersiz direnç nedeniyle malzemenin arızalanma
riski vardır. Aşağıdaki metin, taşınabilir, termal olmayan bir plazma cihazıyla
yapılan işlemin, yüzey nanoyapısını bozmadan ve yeni kemik oluşumunu
destekleyen yüzeyi eski haline getirirken, biyofilm kontaminasyonunu verimli
bir şekilde ortadan kaldırıp kaldıramayacağını test eden bir araştırmayı
özetlemektedir.
TNS numuneleri, bir piezoelektrik
doğrudan deşarjlı plazma üreteci (PDD) ile işlenmiştir. Dekontaminasyon etkisi
Staphylococcus aureus kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İlk hücre
bağlanmasının değerlendirilmesi adezyon görüntüleri, alkalin fosfataz aktivitesi,
ekstrasellüler matris mineralizasyonu ve osteogenez ile ilgili genlerin
ekspresyonu yoluyla sıçan kemik iliği mezenkimal kök hücreleri (rBMMSC)
kullanılarak yapılmıştır ve kemik tepkisi, bir sıçan femur modeli kullanılarak
in vivo olarak değerlendirilmiştir.
Şekil 1. (A) Nanoağ yapılarına
sahip titanat tabakasının (TNS) ve (B) plazma TNS taramalı elektron
mikrografları. (C,F) TNS ve (D,G) plazma TNS taramalı prob mikrografları ve
tipik bir yüzey profili. (E) TNS ve plazma TNS yüzeyindeki temas açısının
ölçümü, gösterilen veriler ortalama ± SD'dir (n=3).
Nanotopografi ve yüzey pürüzlülüğü,
plazma işlemlerinden önce ve sonra önemli ölçüde farklılaşmamıştır (Şekil 1). Hücre
ve kemik oluşumu aktivitesi, TNS’e plazma uygulaması ile iyileştirilmiştir
(şekil 2, Şekil 3). Ayrıca plazma işlemi, yüzeyden biyofilm kontaminasyonunu
etkili bir şekilde ortadan kaldırmıştır (Şekil 4).
Nanotopografi ve yüzey pürüzlülüğü,
plazma işlemlerinden önce ve sonra önemli ölçüde farklılaşmamıştır (Şekil 1). Hücre
ve kemik oluşumu aktivitesi, TNS’e plazma uygulaması ile iyileştirilmiştir
(şekil 2, Şekil 3). Ayrıca plazma işlemi, yüzeyden biyofilm kontaminasyonunu
etkili bir şekilde ortadan kaldırmıştır (Şekil 4).
Şekil 3. (A) TNS ve (B)
plazma-TNS implantlarının etrafındaki kemik dokularının Villanueva boyaması. (C)
TNS ve (D) plazma-TNS implantları çevresinde yeni kemiğin ve mineralizasyonun
floresan etiketlemesi. TNS ve plazma-TNS implantlarının (E) kemik alanı oranı
(BA) ve (F) kemik-implant teması (BIC). (G) bir hafta, (H) dört hafta ve (I)
sekiz hafta sonra floresan etiketli kemik alanı (LBA). Gösterilen veriler
ortalama ± SD'dir (n=3).
Şekil 4. Plazma işleminin
dekontaminasyon üzerindeki etkisi. Gösterilen veriler ortalama±SD'dir (n=3).
Sonuç
Nano ağlı titanyum yüzeylerinin
plazma işlemi, numune yüzeyinin kimyasal bileşimini etkili bir şekilde
değiştirerek implant hidrofilikliğini daha da geliştirmiş, hücre bağlanmasını
ve uzamasını kolaylaştırmış; yeni kemik oluşumunu önemli ölçüde hızlandırmış ve
implantasyonun erken aşamasında osseointegrasyonu iyileştirmiştir.
Ayrıca, plazma işlemi, TNS
yüzeyinin nano ölçekli morfolojisini korurken, implant yüzeyini verimli bir
şekilde dekontamine etmiştir. Aynı zamanda implantasyondan hemen önce uygulamak
için yeni bir yaklaşım veya peri-implantitisin terapötik yöntemi olarak
kullanılabilecek osteogeneze yararlı bir yüzey oluşturmuştur.
Çalışma sonunda elde edilen
sonuçlar, araştırmada kullanılan plazma uygulamasının, implantasyondan hemen
önce nanomalzemelerin işlenmesi için umut verici bir yaklaşım ve
peri-implantitis için tedavi edici bir strateji olabileceğini düşündürmektedir.
