IV型骨における生体力学的固定とオッセオインテグレーションに及ぼす3次元安定化スレッドデザインの影響

The Effect of Three-Dimensional Stabilization Thread Design on Biomechanical Fixation and Osseointegration in Type IV Bone.

抄録

上顎骨後部のような骨密度の低い部位において、即時または早期の荷重に対して適切な一次安定性を達成することは困難である。三次元(3D)安定化インプラントのデザインは、外側スレッド形状の長さに沿って連続した切削フルートを持つテーパーボディを特徴とし、スレッドの頂部には曲線と直線の幾何学的表面を組み合わせており、従来のバットレス型スレッドプロファイルを持つインプラントと比較して、早期の生体力学的およびオッセオインテグレーションの結果を向上させる能力があります。本研究では、バットレス・スレッド・デザインの市販インプラント（TP）と、3D安定化トリムド・スレッド・デザインを組み込んだ実験的インプラント（TP 3DS）を使用した。成羊（N=14）の腸骨に6箇所の骨切りを外科的に行った。骨切り部位は、部位の偏りを軽減するため、TPインプラントまたはTP 3DSインプラントのいずれかを装着する部位に無作為に割り付けた。被験者には3週間または12週間治癒させ（N = 7ヒツジ/時点）、その後サンプルを一括採取し（インプラントとその周囲の骨を含む）、インプラントをベンチトップ生体力学的試験（側方荷重など）、組織学的/組織形態学的分析、またはナノインデンテーション試験に供した。どちらの設計のインプラントも、高い挿入トルク （ITV≧30N・cm）およびインプラント安定性指数（ISQ≧70） を示し、一次安定性が高いことが示された。質的な組織形態学的分析により、TP 3DS群では、3週間の治癒初期時点において、TP群とは対照的に、ネジ部に沿って骨とインプラントの界面が連続していることが明らかになった。さらに、TP 3DSのインプラント全長にわたる切削フルートは、治癒室内に自家骨チップを分布させることを可能にした。12週時点の組織学的評価では、両群とも治癒室内にラクナがより多く存在し、膜内類似の治癒パターンと一致し、骨ダイバックの欠如を含む織骨の増加が明らかになった。TP 3DSのマクロジオメトリーでは、ベースライン時（T = 0週、= 0.036）のプッシュアウト試験における平均側方荷重が約66％増加し、インプラント埋入後3週目の骨とインプラントの接触（BIC）値が、従来のTPインプラントに比べて有意に高くなった（= 0.006）。低密度（Type IV）骨モデルにおいて、TP 3DSインプラントは、従来のTPインプラントと比較して、オッセオインテグレーションの初期段階におけるベースライン側方負荷容量の増加およびBICの増加によって証明されるように、性能の向上を示した。これらの知見は、TP 3DSの改良型インプラント構成が、より良好な生体力学的統合を促進し、骨質が損なわれた条件下で、より迅速かつ安定した骨定着を促進する可能性があることを示している。したがって、このような改善は、骨密度の低い部位に埋入された歯科インプラントの成功と寿命にとって、臨床的に重要な意味を持つ可能性がある。

Achieving the appropriate primary stability for immediate or early loading in areas with low-density bone, such as the posterior maxilla, is challenging. A three-dimensional (3D) stabilization implant design featuring a tapered body with continuous cutting flutes along the length of the external thread form, with a combination of curved and linear geometric surfaces on the thread's crest, has the capacity to enhance early biomechanical and osseointegration outcomes compared to implants with traditional buttressed thread profiles. Commercially available implants with a buttress thread design (TP), and an experimental implant that incorporated the 3D stabilization trimmed-thread design (TP 3DS) were used in this study. Six osteotomies were surgically created in the ilium of adult sheep (N = 14). Osteotomy sites were randomized to receive either the TP or TP 3DS implant to reduce site bias. Subjects were allowed to heal for either 3 or 12 weeks (N = 7 sheep/time point), after which samples were collected en bloc (including the implants and surrounding bone) and implants were either subjected to bench-top biomechanical testing (e.g., lateral loading), histological/histomorphometric analysis, or nanoindentation testing. Both implant designs yielded high insertion torque (ITV ≥ 30 N⋅cm) and implant stability quotient (ISQ ≥ 70) values, indicative of high primary stability. Qualitative histomorphological analysis revealed that the TP 3DS group exhibited a continuous bone-implant interface along the threaded region, in contrast to the TP group at the early, 3-week, healing time point. Furthermore, TP 3DS's cutting flutes along the entire length of the implant permitted the distribution of autologous bone chips within the healing chambers. Histological evaluation at 12 weeks revealed an increase in woven bone containing a greater presence of lacunae within the healing chambers in both groups, consistent with an intramembranous-like healing pattern and absence of bone dieback. The TP 3DS macrogeometry yielded a ~66% increase in average lateral load during pushout testing at baseline (T = 0 weeks, = 0.036) and significantly higher bone-to-implant contact (BIC) values at 3 weeks post-implantation ( = 0.006), relative to the traditional TP implant. In a low-density (Type IV) bone model, the TP 3DS implant demonstrated improved performance compared to the conventional TP, as evidenced by an increase in baseline lateral loading capacity and increased BIC during the early stages of osseointegration. These findings indicate that the modified implant configuration of the TP 3DS facilitates more favorable biomechanical integration and may promote more rapid and stable bone anchorage under compromised bone quality conditions. Therefore, such improvements could have important clinical implications for the success and longevity of dental implants placed in regions with low bone density.