Implantes dentales de tratamiento híbrido de superficie: caracterización y análisis mecánico – biológico

Abstract

El uso de los implantes dentales de titanio para la rehabilitación protésica de pacientes con edentulismo representa un porcentaje elevado de los tratamientos totales que se realizan en las clínicas dentales. La literatura científica cuantifica la tasa de supervivencia de los implantes en un rango de entre el 95% y el 100%. Sin duda, uno de los avances que ha conseguido que esto sea posible, son aquellos relacionados con los tratamientos para las modificaciones de las superficies de los implantes, tanto desde el punto de vista topográfico como desde el punto de vista químico, enfocándose en mejorar la cantidad de superficie de implante en contacto con el hueso y en como a acelerar y mejorar los tiempos y la calidad de la osteointegración. En los últimos años han surgido los diseños de tratamiento de superficie híbridos, los cuales presentan un diseño en el que, en el área más coronal presentan una superficie lisa, y en el resto, una superficie rugosa. Este diseño tiene como objetivo disminuir la adhesión de bacterias en la posición coronal. El objetivo principal de esta tesis doctoral es caracterizar los implantes híbridos determinando la rugosidad y la mojabilidad de las superficies utilizadas en estos implantes y determinar el comportamiento de estos frente a la adhesión osteoblástica y bacteriana, y su comportamiento frente a la corrosión. Para el estudio de la rugosidad de las superficies se ha dispuesto de 180 discos de titanio grado 3, 60 de ellos de titanio liso o mecanizado, 60 con superficie rugosa, y 60 con superficie hibrida. La rugosidad de las tres superficies se determinó mediante interferometría de luz blanca. La mojabilidad se determinó mediante el estudio del método de la gota sésil y la aplicación de la ecuación de Owens y Wendt. Referente al estudio de la actividad celular sobre los diferentes tipos de superficie se han usado cultivos de osteoblastos humanos determinándose los valores de adhesión celular, proliferación y diferenciación. De igual manera se ha estudiado la actividad bacteriana mediante el cultivo de E.faecalis y S. Gordonii. En cuanto a la corrosión, se utilizaron 90 implantes con el mismo diseño macroscópico y distinto tratamiento de superficie: 30 con superficie lisa, 30 con superficie rugosa y 30 con diseño de superficie híbrida, sobre dichas muestras se ha utilizado un potenciostato Voltalab PGZ301, usando como medio la solución de Hank y a una temperatura de 37º. En los resultados obtenidos en la determinación de la rugosidad, las muestras de titanio liso o pulido mostraron una rugosidad con valor Sa de 0,23 µm y en las muestras con superficie rugosa de Sa 1,98 µm. Los ángulos de contacto han sido determinados en 61,2º en las superficies lisas y 76,1º en las rugosas, dando valores más hidrofílicos las superficies lisas. En referencia a la actividad celular, en cuanto a la adhesión, proliferación y diferenciación, ésta fue mucho más alta en las muestras de superficie rugosa que en las lisas. Con respecto a la corrosión, los resultados mostraron un estrés de compresión residual mayor en las superficies rugosas (-201,2 µPa) frente a los de superficie lisa (-20.2 µPa). Mediante microscopio se observaron zonas de pitting (picaduras) en la interfase entre la superficie lisa y la rugosa de los implantes híbridos, cosa que no se observa ni en los implantes de superficie lisa ni en los implantes de superficie rugosa. Los clínicos deberán tener en cuenta que puede haber una pérdida en la fijación del hueso alrededor del implante híbrido en la porción coronal cuando se intenta prevenir la periimplantitis usando implantes con este diseño de superficie.

Currently, the use of titanium dental implants for the prosthetic rehabilitation of patients with partial or total edentulism represents a high percentage of the total treatments performed in dental clinics. The scientific literature quantifies the implant survival rate in a range between 95% and 100%. However, implants are not free of complications, both biological and mechanical. Since implant surface treatment is considered a risk factor in peri-implantitis, in recent years hybrid surface treatment designs have emerged, which present a design in which, in the most coronal area, they present a smooth or machined surface, and in the rest, a rough surface. The purpose of this design is to reduce the adhesion of bacteria in the coronal position of the implant itself, favoring their removal if they are installed, in the coronal portion, and favoring a stronger osseointegration in the body and apex thereof. The main objective of this doctoral thesis is to characterize hybrid implants by determining the roughness and wettability of the surfaces used in these implants and to determine their behavior against important factors such as: cell, osteoblastic and bacterial adhesion, and their behavior. against corrosion. To study the roughness of the surfaces, 180 grade 3 titanium discs were available, 60 of them smooth or machined titanium, 60 with a rough surface, and 60 with a hybrid surface, half machined, and half treated. The roughness of the three surfaces was determined by white light interferometry. The wettability was determined by studying the sessile drop method and applying the Owens and Wendt equation. Regarding the study of cell activity, cultures of SaOS-2 human osteoblasts have been used and the values of cell adhesion, proliferation and differentiation were determined. In the same way, bacterial activity has been studied by culturing two common bacteria in oral infections: E.faecalis and S. Gordonii. Regarding corrosion, 90 implants with the same macroscopic design and different surface treatment were used: 30 with a smooth surface, 30 with a rough surface and 30 with a hybrid surface design. To study the effects of corrosion on these samples, a Voltalab PGZ301 potentiostat was used, using Hank's solution as the medium and at a temperature of 37º. In the results obtained in the surface characterization and roughness determination studies, the samples of smooth or polished titanium showed a roughness with a Sa value of 0.23 µm and in the samples with a rough surface of Sa 1.98 µm. The contact angles, which refer to the wettability of the surfaces, have been determined at 61.2º on smooth surfaces and 76.1º on rough ones, with smooth surfaces giving more hydrophilic values. In reference to cell activity, in terms of adhesion, proliferation and differentiation, this was much higher in the samples with a rough surface than in the smooth ones. Regarding corrosion, the results showed a greater residual compression stress on rough surfaces (-201.2 µPa) compared to smooth surfaces (-20.2 µPa). These surface stress differences create a potential difference in hybrid implants. Microscopically, pitting areas were observed at the interface between the smooth and rough surfaces of the hybrid implants, something that is not observed in either smooth-surface implants or rough-surface implants. Clinicians should be aware that there may be a loss of bone fixation around the hybrid implant in the coronal portion when attempting to prevent peri-implantitis using implants with this surface design.