Forskning viser, hvordan man kan forbedre bindingen mellem implantater og knogler

Forskning udført for nylig ved den canadiske lyskilde (CLS) i Saskatoon har afsløret lovende information om, hvordan man bygger et bedre tandimplantat, en, der lettere integreres med knogler for at reducere risikoen for svigt.

"Der placeres millioner af tand- og ortopædiske implantater hvert år i Nordamerika, og et vist antal af dem fejler altid, selv hos raske mennesker med sunde knogler, " sagde Kathryn Grandfield, assisterende professor ved Institut for Materialevidenskab og Teknik ved McMaster University i Hamilton.

Et tandimplantat genopretter funktionen, efter at en tand er tabt eller fjernet. Det er normalt et skrueformet implantat, der placeres i kæbeknoglen og fungerer som tandrødderne, mens en kunstig tand er placeret ovenpå. Implantatdelen er den kunstige rod, der holder en kunstig tand på plads.

Grandfield ledede en undersøgelse, der viste, at ændring af overfladen af ​​et titaniumimplantat forbedrede dets forbindelse til den omgivende knogle. Det er et fund, der meget vel kan anvendes til andre former for metalimplantater, inklusive konstruerede knæ og hofter, og endda plader, der bruges til at sikre knoglebrud.

Omkring tre millioner mennesker i Nordamerika modtager tandimplantater årligt. Mens fejlprocenten kun er en til to procent, "en eller to procent af tre millioner er meget, " sagde hun. Ortopædiske implantater fejler op til fem procent af tiden inden for de første 10 år; den forventede levetid for disse enheder er omkring 20 til 25 år, tilføjede hun.

"Det, vi forsøger at opdage, er, hvorfor de fejler, og hvorfor de implantater, der er succesfulde, virker. Vores mål er at forstå knogle-implantat-grænsefladen for at forbedre designet af implantater."

Grandfields forskerhold, som omfattede post-doc-stipendiat Xiaoyue Wang og McMaster-kollega Adam Hitchcock fra Institut for Kemi og Kemisk Biologi. Holdmedlemmerne brugte den bløde røntgenspektromikroskopi-strålelinje på CLS samt faciliteter ved det canadiske center for elektronmikroskopi i Hamilton til at undersøge et mislykket tandimplantat, der skulle fjernes, sammen med en lille mængde omgivende knogle, fra en patient. Før implantation, en laserstråle blev brugt til at ændre implantatet, at ru overfladen, skabe hvad der lignede "små vulkaner" på overfladen. Efter fjernelse fra patienten, forbindelsespunktet mellem knogle og metal blev derefter nøje undersøgt for at forstå, hvordan implantatet opførte sig.

"Det, vi fandt, var, at overflademodifikationen ændrede implantatets kemi. Modifikationen skabte et oxidlag, men ikke et dårligt oxidlag som rust, men et bedre, mere gavnligt lag, der hjælper med at integrere med knoglemateriale."

Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Avancerede materialegrænseflader i maj, at sikre, at resultaterne er tilgængelige for implantatvirksomheder, der er interesserede i at bruge nanoteknologi til at ændre strukturen af ​​de implantater, de producerer, " sagde Grandfield.

De næste trin i forskningen vil være at anvende overflademodifikationsteknikken på andre typer implantater "for fuldt ud at kunne forstå, hvordan de fungerer." Grandfield tilføjede, at forskningen udført på CLS involverede sunde knogler "så jeg ville være virkelig interesseret i at se reaktionen, når knoglerne er lidt mere kompromitterede af alder eller sygdom, ligesom osteoporose. Vi er nødt til at finde de bedste overflademodifikationer ... fordi den teknologi, vi har i dag til at behandle patienter med sundere knogler, måske ikke er tilstrækkelig med kompromitteret knogle."