Yazarlar: Seiji Takao, Satoshi Komasa, Akinori Agariguchi, Tetsuji Kusumoto, Giuseppe Pezzotti, Joji Okazaki

Yayın: Takao, S.; Komasa, S.; Agariguchi, A.; Kusumoto, T.; Pezzotti, G.; Okazaki, J. Effects of Plasma Treatment on the Bioactivity of Alkali-Treated Ceria-Stabilised Zirconia/Alumina Nanocomposite (NANOZR). International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21, 7476. doi:10.3390/ijms21207476.

Yayının tamamı için: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/20/7476/htm

Aşağıdaki metin, alkali ile modifiye edilmiş nano-ZR yüzeyine uygulanan piezobrush plazma işleminin, sıçan kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinin ilk yapışmasını etkileme, sert doku farklılaşmasını tetikleme ve implant çevresinde sert doku oluşumunu teşvik etmedeki etkinlik mekanizmalarını araştırmayı amaçlayan bir çalışmayı özetlemektedir. Bu çalışmanın sonuçları, diş hekimliği ve prostodonti alanlarına değerli ve yeni bilgiler sağlamıştır.

Şekil 1. Seçici plazma işleme platformuna genel bakış.  

Şekil 1. SEM ve SPM ölçümleri ile plazma işlemine bağlı olarak yüzey yapısında ve pürüzlülükte herhangi bir değişiklik olmadığı tespit edilmiştir. Buna karşılık, su temas açısı 63°'den 0°'ye düşmüştür. XPS ölçümleri, yüzeydeki karbon içeriğinin azaldığını, oksijen ve zirkonyum içeriğinin ise arttığını göstermektedir.  

Serya ile stabilize edilmiş zirkonya/alümina nanokompozitler (nano-ZR) gibi zirkonya seramikleri, mükemmel mekanik özelliklerinden dolayı implant malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, yeterli biyouyumluluk elde etmek için yüzey işlemi gereklidir. Bu çalışmada, soğuk atmosferik basınçlı plazma ile nano-ZR numunelerinin yüzey özelliklerini değiştirmek için, relyon plasma ürünlerinden piezobrush® PZ2 kullanılmıştır.  

Yüzey özellikleri değerlendirilmiş, ayrıca in-vitro ve in-vivo çalışmaları yapılmıştır. İmplantların yüzey yapısı tanımlanmıştır, dental implantların ön işleminin yalnızca biyouyumluluğu değiştirmesi, pürüzlülük gibi mekanik özelliklerin ise değişmeden kalması önemlidir. Yüzey özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), taramalı prob mikroskobu (SPM), temas açısı ölçümü ve x-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanılarak incelenmiştir (Şekil 1). Referans ve plazma ile işlenmiş prob arasında, SEM ve SPM ile yapılan incelemelerde herhangi bir değişiklik tespit edilememiştir. Bu da yüzey pürüzlülüğünün sabit kaldığını ve makroskobik yüzey yapısının işlemden etkilenmediğini göstermektedir. Ancak temas açısı ölçümünde tamamen farklı bir durum söz konusudur. 63°'lik orijinal temas açısı, 0°'ye düşürülmüştür, bu da süper hidrofilikliğe işaret etmektedir. Bu sonuç XPS verileriyle açıklanabilir. Oksit ve zirkonyum piki artarken yüzeydeki karbon fraksiyonu azalmıştır. Bu, karbonlu safsızlıkların giderilerek zirkonyanın açığa çıkarıldığını göstermektedir.  

Şekil 2. İşlenmemiş ve işlenmiş zirkonya numunelerinde rBMMSC'lerin ve HUVEC'lerin oranını ve morfolojisini incelemek için floresan mikroskopisi kullanılmıştır.  

Sıçan kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinin (rBMMSC'ler) ve insan göbek damarı endotel hücrelerinin (HUVEC'ler) hücre yapışmasını in vitro analiz etmek için floresan mikroskobu ölçümleri kullanılmıştır. Hücre-madde etkileşimleri, implantasyondan sonra implant materyali ile vücut arasında gerçekleşen ilk olaylar arasındadır. Soğuk plazma işlemi implant yüzeyine yapışan hücre sayısını arttırmış, yanı sıra hücrelerin genişlemesi de gözlemlenmiştir. Bu, yüzey yapısındaki değişikliklerin, farklı hücrelerin ilk yapışması ve çoğalması ile ilişkili olduğunu göstermektedir. İmplantasyondan sonra HUVEC'lerin malzeme yüzeyine verdiği tepkinin gözlemlenmesi, yara iyileşmesinin önemli bir göstergesidir.  

Şekil 3. 3D makro-CT görüntüleri, plazma ile işlem gören (b) zirkonyum implantlarda (implant kırmızı olarak görülmektedir) artan kemik kütlesi (yeşil bölgeler) oranını göstermektedir. Kemik kütlesinin toplam kütleye (BV/TV), ortalama trabeküler sayıya (Tb.N) ve ortalama trabeküler kalınlığa (Tb.Th) oranı plazma ile işlenmiş numunelerde önemli ölçüde daha yüksektir. Ortalama trabeküler seperasyon ise (Tb.Sp) önemli ölçüde daha düşüktür.  

Ratların femurlarına implante edilen implantlar üzerinde in vivo deneyler yapılmıştır. Sekiz hafta sonra ileri incelemeler gerçekleştirilmiştir (Şekil 3). Üç boyutlu makro-CT görüntülerinde plazma ile işlenmiş zirkonyum oksit implantın çevresinde artan kemik miktarı (yeşil) açıkça görülmektedir. Bu gözlemler nicel olarak, kemik kütlesinin toplam kütleye oranı (BV/TV), ortalama trabeküler sayı (Tb.N), ortalama trabeküler kalınlık (Tb.Th) ve trabeküler seperasyon (Tb.Sp) derecelendirmesi ile ölçülmüştür. Trabeküler seperasyon dışında tüm bu değerlerin plazma ile işlem görmüş numuneler için önemli ölçüde daha yüksek olduğu bulunmuştur. Ölçülen bu parametrelerin tümü, plazma işlemi yoluyla implantasyondan sekiz hafta sonra implantın daha stabil bir entegrasyonu olduğunu göstermektedir.  

Şekil 4. Plazmayla işlem görmemiş (solda) ve işlem görmüş (sağ) zirkonyum implantların histolojik kesitleri.  

Yeni kemik oluşumu ayrıca histolojik kesitlerle incelenmiştir. Plazma işlemiyle sadece kemik alan oranı (BA) değil, aynı zamanda kemik-implant teması (BIC) da önemli oranda arttırılmıştır. Her ikisi de osseointegrasyon kalitesinin göstergeleridir.