施展在植體表面的魔法

前言

1960年代開始，骨整合(Osteointegration)的概念就廣為大家所接受，植牙表面與骨頭整合的程度也一直是植牙是否成功很好的指標。而影響骨整合的因素有很多，其中植體本身的材料選擇、植體的形狀以及植體表面的特殊處理方式都是很重要的因素，本文會著重於討論植體表面之特殊處理[1]，尤其是針對鈦金屬植體的處理。

什麼是骨整合？

要解釋骨整合可以從臨床的角度出發也可以從微觀的角度來看

臨床解釋 ：骨整合就是一個異質性植體與骨頭無症狀地牢牢鎖在一起，以至於咬合外力無法鬆動它。

微觀解釋：在顯微鏡下活的骨頭和植體表面不論結構上或者功能上都結合在一起

而骨整合的過程簡單敘述如下:

植體植入的過程導致植入空間血管創傷，因此周圍骨頭與植體表面都被血液所覆蓋，而後其他生物分子與蛋白質都被吸引至植體表面形成一層未礦化的不定形膠原蛋白與蛋白聚糖。而後又有更多的不同黏附蛋白(Adhesive proteins)被吸引至此，而這些黏附蛋白具有吸引大量細胞至此的能力，最終導致骨整合。[2]

目前來說要量化骨整合的程度有兩種方法：

• 生物力學測試 — 測量植體被拉出、推出和扭矩(Torque)的數值。
• 組織形態學分析

以下介紹一些對鈦金屬植體的表面處理辦法

Machined Implants (Turned Surface)

表面看起來光滑，但是在電子顯微鏡分析下顯示出製作過程中產生的微小的凹槽和溝。這些表面缺陷對於欲整合的骨頭產生抵抗力於是延遲了骨整合的過程。實驗證明相較於Machined Implant，表面較為粗糙的HA塗層植體(HA coated implant)或氧化植體(Oxidised implants)都會在植體周圍產生較多的骨沈積，因此在治療骨頭條件較不好的患者時可能可以採取後兩者之植體。[3]

 

表面酸蝕(Etched Surface Technique)

最常用於酸蝕的液體是HNO3 和 HF 的混合物或HCl 和 H2SO4 的混合物，利用強酸來處理植體表面可以使植體表面粗糙，以增加表面積以及均勻的不規則性以及生物附著性。酸蝕的額外優點是能清除表面的顆粒污染，進而促進成骨細胞成功地向表面移動。根據研究，酸蝕法能夠加速植體的骨整合。[4]

兩次酸蝕(Dual Acid-Etching Technique)

兩次酸蝕法簡單來說就是進行兩次的表面酸蝕，因為根據研究在第二次酸蝕時會產生第一次酸蝕無法產生的亞微米級 (Submicron)和奈米級(Nanometer)的空腔，這些空腔形狀類似破骨細胞(Osteoclast)所修飾出來的形狀，因此能夠吸引纖維蛋白支架的附著，以促進成骨細胞的粘附，進而促進骨沉積。根據研究，兩次酸蝕法能夠增加植體與骨頭的接觸面積並且降低未來骨吸收的情況。[5]

羥基磷灰石塗層(Hydroxyapatite Coated Technique)

羥基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）塗層被視為具有生物活性，因爲表面離子交換產生的磷酸鈣層將透過生物等效的化學物質而逐漸滲入周圍的骨頭中。實驗證明羥基磷灰石塗層對於周圍骨整合的影響力超越表面粗糙度能造成的影響，但是相對的也有其缺點，就是羥基磷灰石塗層較容易有塗層失效、骨分解(Osseous Breakdown)和微生物附著的不良影響，綜合優缺點，有文章指出羥基磷灰石塗層可能非常適合需要快速骨整合的移植骨或是第IV 型骨。[6]

溶膠凝膠處理法(Sol-gel Coated Technique)

溶膠凝膠處理法是一種使表面化學成分能夠更均勻沈積的一種簡單做法。實務上溶膠凝膠處理法能夠將羥基磷灰石塗層中的化學均勻性提升到一個高水平，並且確實使周圍骨整合的程度變更好。

噴砂酸蝕結合法(SLA and modified-SLA Technique)

先利用250–500 μm之顆粒進行噴砂產生較粗的表面(Macrostructure)，再用酸蝕法來補充更細微的表面不規則(Microstructure)。研究顯示有經過酸蝕的植體對於那些接受早期負荷(Early Loading)的病患有幫助。

 

噴砂處理法(Grit-blasted Technique)

使用二氧化鈦(Titanium dioxide)顆粒對植體表面進行噴砂處理，與未經過處理的植體相比增加了許多粗糙度。諸多實驗顯示噴砂處理過後的植體骨整合的能力增強同時具有更可以預測的臨床表現。[7]

氧化處理法(Oxidised Surfaces Technique)

利用陽極氧化(anodization)的方式氧化植體表面以增加氧化鈦層的厚度、表面積以及粗糙度。這樣改造過的表面可以增加成骨細胞(Osteoblast)對植體的吸附，有多項研究證明氧化處理法過的植體存活率高於未處理過之植體而且也使植體周圍的骨整合速度更快。

氟化處理法(Fluoride Technique)

由於鈦金屬對於氟化物相當敏感，因此會在兩者接觸時產生 TiF4。在一個動物研究中，用氟化物進行改造的植體在8週癒合期後在骨頭中顯得更穩固(Better retention)，如果與噴砂處理植體相比較，氟化處理植體可達到一樣快的癒合時間但卻提供更大的抗扭矩移除數值(De-torque Value)。

濺射處理法(Sputter deposition)

在真空情況下利用高能量離子轟擊植體表面使得植體材料被轟炸出來，目的是增加植體表面的羥基磷灰石覆蓋量。根據實驗濺射處理法後的植體表面能提供更多表面積來與骨頭接觸。[8]

生物活性藥物處理法(Bioactive Drugs Incorporated Implant)

• 雙膦酸鹽(Bisphosphonates) — 雖然使雙膦酸鹽植體表面釋放是困難的技術，但是其釋放根據研究可以增加周圍骨密度。
• 辛伐他汀(Simvastatin) — 增加骨頭壓縮強度以及改善骨整合能力。
• 四環黴素(Tetracycline) — 殺死微生物和去除塗抹層(Smear Layer)，增加骨癒合能力。
• 合成多肽(Synthetic peptide)

[1]Cooper L F, Masuda T, Whitson S W, Yliheikkilä P, Felton D A . Formation of mineralizing osteoblast cultures on machined, titanium oxide grit-blasted, and plasma-sprayed titanium surfaces. Int J Oral Maxillofac Implants 1999; 14: 37–47.

[2]Ruoslahti E, Pierschbacher M D . New perspectives in cell adhesion: RGD and integrins. Science 1987; 238: 491–497.

[3]Junker R, Dimakis A, Thoneick M, Jansen J A . Effects of implant surface coatings and composition on bone integration: a systematic review. Clin Oral Implants Res 2009; 20(Suppl 4): 185–206.

[4]Le Guéhennec L, Soueidan A, Layrolle P, Amouriq Y . Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointegration. Dent Mater 2007; 23: 844–854.

[5]Cochran D L, Buser D, Ten Bruggenkate C M et al. The use of reduced healing times on ITI® implants with a sandblasted and acid-etched (SLA) surface: early results from clinical trials on ITI and SLA implants. Clin Oral Implants Res 2002; 13: 144–153.

[6]Misch CE . Divisions of available bone in implant dentistry. Int J Oral Implantol 1990; 7: 9–17.

[7]Ivanoff C J, Widmark G, Hallgren C, Sennerby L, Wennerberg A . Histologic evaluation of the bone integration of TiO2 blasted and turned titanium microimplants in humans. Clin Oral Implants Res 2001; 12: 128–134.

[8]Vercaigne S, Wolke J G, Naert I, Jansen J A . Bone healing capacity of titanium plasma-sprayed and hydroxylapatite-coated oral implants. Clin Oral implants Res 1998; 9: 261–271.

[9]Osseointegration of dental implants ©. (2017, November 15). [Video]. YouTube.