機能的にグレードアップされた技術によって作製された生物活性ジルコニアおよびチタンの歯科用インプラント表面上での歯肉線維芽細胞の挙動

Gingival fibroblasts behavior on bioactive zirconia and titanium dental implant surfaces produced by a functionally graded technique.

• Mariana Brito da Cruz
• Joana Faria Marques
• Beatriz Ferreira Fernandes
• Mafalda Costa
• Georgina Miranda
• António Duarte Sola Pereira da Mata
• João Manuel Mendez Carames
• Filipe Samuel Silva

抄録

インプラント表面に生物学的アパタイト層を添加することで、インプラント周囲の骨治癒が促進される。目的 本研究では、ジルコニアおよびチタンの生物活性修飾インプラント材料と接触した際の機械的特性を特徴付け、ヒト歯肉線維芽細胞の挙動を試験することを目的とした。方法 6 つのグループが検討された。チタン（Ti6Al4V）、5%HAおよび5% ßTCPを有するTi6Al4V、ジルコニア（YTZP）、5%HAおよび5% ßTCPを有するYTZP。各グループについて、試料間で同等の表面マイクロ粗さを達成するために、エッチング及びグリットブラストの適切な条件で、機能的に等級付けされた材料のための新規な製造方法を用いてディスクを製造した。表面粗さ（Ra, Rz）、水接触角、せん断接着強さ、ビッカース硬さを測定した。第４継代からhTERT遺伝子で不死化したヒト歯肉線維芽細胞をディスク上に１４日間播種した。細胞の生存性および増殖をレザズリンを用いた方法で評価し、細胞の接着性および形態を電界放出砲走査電子顕微鏡（ＦＥＧ-ＳＥＭ）を用いて評価した。日間の培養後、蛍光核酸染色の画像を共焦点レーザー走査型顕微鏡（ＣＬＳＭ）で収集した。結果 結果は、平均値±標準偏差（SD）として示された。Tukeyのポストホック検定を用いた一方向ANOVAを用いてグループを比較し、有意水準をp<0.05とした。14 日間の培養後、YTZP 群は他の群に比べて細胞の生存率と増殖率が有意に高かった（p<0.05）。また、YTZP-ßTCPのサンプルでは、濡れ性が有意に高く（p<0.05）、細胞の挙動に改善は見られませんでした。線維芽細胞の広がりと表面密度は、YTZP試料上でより明らかであった。また、リン酸カルシウムを添加しても機械的特性に変化は見られなかったが、Ti6Al4V材のせん断接着強さは他のグループよりも統計的に高い値を示した(p<0.05)。結論 生物活性物質を添加しても軟組織細胞の挙動は改善されなかった。他のジルコニアやチタンと比較した場合、純ジルコニア表面は線維芽細胞の接着性、生存性、増殖性を改善した。細胞の挙動は、表面の粗さよりも表面の化学組成に依存しているようである。

Adding a biological apatite layer to the implant surface enhances bone healing around the implant. Objective This study aimed to characterize the mechanical properties and test human gingival fibroblasts behavior in contact with Zirconia and Titanium bioactive-modified implant materials. Methodology 6 groups were considered: Titanium (Ti6Al4V), Ti6Al4V with 5% HA and 5% ßTCP, Zirconia (YTZP), YTZP with 5% HA and 5% ßTCP. For each group, we produced discs using a novel fabrication method for functionally graded materials, under adequate conditions for etching and grit-blasting to achieve equivalent surface microroughness among the samples. Surface roughness (Ra, Rz), water contact angle, shear bond strength, and Vickers hardness were performed. Human gingival fibroblasts immortalized by hTERT gene from the fourth passage, were seeded on discs for 14 days. Cell viability and proliferation were assessed using a resazurin-based method, and cellular adhesion and morphology using field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM). After 3 days of culture, images of fluorescent nucleic acid stain were collected by confocal laser scanning microscopy (CLSM). Results Results were presented as mean ± standard deviation (SD). We compared groups using one-way ANOVA with Tukey's post-hoc test, and significance level was set at p<0.05. After 14 days of culture, cell viability and proliferation were significantly higher in YTZP group than in other groups (p<0.05). Samples of YTZP-ßTCP presented significantly higher wettability (p<0.05); yet, we observed no improvement in cell behavior on this group. Fibroblast spreading and surface density were more evident on YTZP specimens. Adding calcium-phosphate bioactive did not alter the tested mechanical properties; however, Ti6Al4V material shear bond strength was statistically higher than other groups (p<0.05). Conclusion Adding bioactive materials did not improve soft-tissue cell behavior. When compared to other zirconia and titanium groups, pure zirconia surface improved adhesion, viability and proliferation of fibroblasts. Cell behavior seems to depend on surface chemical composition rather than on surface roughness.