A Novel Approach for Dental Implant Technology

Abstract

Al giorno d’oggi la zirconia è un materiale molto utilizzato nelle applicazioni mediche in particolare nel campo della implantologia dentale grazie alle sue proprietà di biocompatibilità, resistenza a frattura e resistenza alla degradazione. In questo contesto si è riscontrato un problema sempre più frequente, l’utilizzo di superfici rugose che velocizzano l’osteointegrazione dell’impianto dentale ma allo stesso tempo aumentano la possibilità di perimplantiti ovvero dell’adesione di batteri sulla superficie. Date queste premesse abbiamo cercato un’alternativa che riducesse il problema sopra esposto tramite l’utilizzo di un materiale ceramico attivo: il nitruro di silicio. Nello specifico, si è valutata l’idea di un coating alla zirconia mantenendone così le sue proprietà caratteristiche ma riducendo il problema grazie alla bioattività del nitruro di silicio. Sono stati introdotti in primo luogo i concetti quali materiali ceramici avanzati, biomateriale e fornita un’analisi delle proprietà di Si3N4 e ZrO2; è stato poi introdotto il concetto di tessuto osseo per dare una visione dettagliata sul processo di osteointegrazione cellulare e definita l’azione dei batteri su protesi dentali. All’interno del paper vengono descritti i batteri stafilococco epidermidi e le linee cellulari osteosarcoma SaOS-2 che sono stati utilizzati per questo lavoro. I diversi campioni di zirconia e zirconia coated nitruro di silicio sono stati testati in ambienti biologici utilizzando linee cellulari: osteosarcoma (SaOS-2). Dapprima è stata fatta la caratterizzazione di ceramiche ZrO2 trattate in superficie e rivestite con diversi strati di Si(3+x)N(4-y) non stechiometrico per indurre un effetto antibatterico e stimolare la proliferazione cellulare. Si sono studiate quattro tipologie di substrati: zirconia polished; zirconia rough; zirconia coated di nitruro di silicio e nitruro di silicio come positive control. Per valutare la morfologia e proprietà superficiali, i campioni sono stati pre-caratterizzati con tecniche spettroscopiche e microscopiche quali: Laser microscopie, Raman, FT-IR, XPS e SEM. I risultati hanno mostrato una scarsa concentrazione di nitruro di silicio nel coating con zirconia. Successivamente i campioni sono stati caratterizzati utilizzando test in vivo con vari marcatori biologici e batterici e tecniche di imaging. La spettroscopia Raman, il microscopio a fluorescenza e SEM sono stati gli strumenti che hanno consentito la caratterizzazione dell’efficacia antibatterica, ovvero l’adesione di batteri sulla superficie dei campioni e il processo di osteointegrazione, ovvero la formazione e la crescita di idrossiapatite (HA). I risultati hanno evidenziato una scarsa attività antibatterica per tutti i campioni, caratteristica prevedibile nella zirconia la quale non presenta per natura attività antibatterica, un altro discorso va invece fatto per il coating di nitruro di silicio che presenta questa caratteristica per una scarsa concentrazione di nitruro sulla superficie. Successivamente si è evidenziata la presenza di composti biologici e HA in diverse quantità in tutti i campioni confermando le buone proprietà di biocompatibilità e osteointegrazione di nitruro di silicio e zirconia. Il campione di coating di nitruro di silicio ha invece dimostrato la migliore osteointegrazione, Data la bassa attività di nitruro di silicio emersa al termine dell’esperimento, si è compreso che è possibile migliorare la superficie delle protesi dentarie attraverso un coating sulla zirconia dal punto di vista antibatterico e osteointegrativo.