Der Einsatz von Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Hydrophilie und Benetzbarkeit von Knochenersatzmaterialien und resorbierbaren Membranen: Eine In-vitro-Studie

Zusammenfassung

Hintergrund/Ziele: Wir wollten in vitro bewerten, ob die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung von Knochenersatzmaterialien und resorbierbaren Membranen die Hydrophilie und Benetzbarkeit der getesteten Materialien verbessern könnte.

Methoden: Insgesamt wurden 28 sterilisierte Proben für diese Forschung berücksichtigt und in drei Gruppen unterteilt. Sechs Proben wurden für die SEM-EDS-Analyse verwendet. Die anderen 22 Proben wurden zufällig in die Testgruppe (plasma-behandelt, n = 11) und die Kontrollgruppe (keine Behandlung, n = 11) eingeteilt. Die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung wurde in der Testgruppe vor der SEM-EDS-Analyse mit dem ACTILINK reborn und einem Materialhalter (Plasmapp Co., Ltd., Daejeon, Republik Korea) durchgeführt. Plasmatreat (Plasmatreat, Steinhagen, Deutschland) Tinten wurden verwendet, um die Unterschiede in der Hydrophilie zwischen der Test- und der Kontrollgruppe zu bewerten. Die Ergebnisparameter waren die Absorptionszeit, der Benetzungsgrad und der Grad der Dekontamination nach verschiedenen Zeitzyklen.

Ergebnisse: Nach der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung verringerte sich die Absorptionszeit der Tinten statistisch in allen Untergruppen (p < 0,05), während der Benetzungsgrad anstieg. Die SEM-EDS-Analysen zeigten eine erhöhte Reduktionsrate von Kohlenstoffverunreinigungen nach bis zu drei Zyklen der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung. Darüber hinaus zeigte die SEM-EDS-Analyse keine Bereiche von Schäden, die durch die mehrfachen Behandlungen verursacht wurden.

Schlussfolgerungen: Innerhalb der Grenzen dieser In-vitro-Studie erhöhte die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung die Hydrophilie und Benetzbarkeit der getesteten Biomaterialien. Partikelknochen-Transplantate und Knochenblöcke sollten mit längeren Zeitprogrammen behandelt werden. Weitere gut durchgeführte randomisierte klinische Studien mit Berechnungen der Stichprobengröße sind erforderlich, um diese vorläufigen Ergebnisse zu bestätigen.

Einleitung

Die orale Implantologie wird als sichere und vorhersehbare klinische Methode anerkannt, die langfristige Ergebnisse im Bereich der oralen Rehabilitation gewährleisten kann. Die Osseointegration von Zahnimplantaten hat ihren Ursprung in den frühen 1950er Jahren, als Prof. Per-Ingvar Brånemark, ein schwedischer Orthopäde, ursprünglich orthopädische Experimente an Hasenbeinen durchführte. Derzeit wird ein Implantat als osseointegriert angesehen, wenn es keine progressive

relative Bewegung zwischen dem Implantat und dem Knochen, mit dem es direkten Kontakt haben sollte. In der Vergangenheit war eines der wichtigsten Aspekte zur Erreichung der Osseointegration die primäre Stabilität während der Implantation. Von seinen Anfängen bis heute hat sich die Literatur auf rein biologisch orientierte Prinzipien konzentriert. In Bezug auf Letzteres wurden zahlreiche Oberflächenbehandlungsverfahren untersucht und implementiert, um die biologischen Oberflächenmerkmale der Implantate zu verbessern, einschließlich Modifikationen der Oberflächenrauhigkeit des Implantats und Verbesserungen der Hydrophilie im Rahmen des Osseointegrationsprozesses. Laut aktuellen Studien scheinen beide Behandlungen den Osseointegrationsmechanismus zu verbessern, mit stärkerer und schnellerer Knochenbildung, die eine schnellere Osseointegration und erfolgreiche Langzeitergebnisse ermöglicht.

Mehrere Studien haben die Oberflächenbehandlung von Zahnimplantaten und Abutments bewertet. Die Aktivierung der Oberfläche eines Titanimplantats durch Plasmabehandlung könnte eine positive Strategie zur Entfernung von Verunreinigungen von zahnärztlichen Abutments und zur Minimierung des peri-implantären Knochenabbaus darstellen, sowie die Prozentsätze neuen Knochens in engem Kontakt mit der Oberfläche des Implantats erhöhen. Dieses Phänomen wurde in vitro durch die zunehmende Proteinadsorption und Osteoblastenadhäsion auf der Titanoberfläche vermittelt. Allerdings hat nach dem besten Wissen der Autoren und zum Zeitpunkt des Schreibens noch keine Forschung Behandlungen evaluiert, die in der Lage sind, die Energieoberfläche von Knochenersatzmaterialien und Membranen zu erhöhen. In einer Tierstudie bewerteten Ho Jik Yang et al. den Effekt der Vakuum-Plasmabehandlung auf eine menschliche acelluläre dermale Matrix und hoben den potenziellen Effekt der Behandlung zur Verbesserung der Ergebnisse der rekonstruktiven Chirurgie hervor. Die Vakuum-Plasmabehandlung hat auch eine Verbesserung der Zelladhäsion gezeigt, indem sie die Benetzbarkeit der Oberfläche der Titanplatte modifiziert, mit einer Reduktion des Kontaktwinkels zwischen biologischen Flüssigkeiten und der Oberfläche des Implantats, die die Diffusion von osteoblastischen Zellen begünstigt und nach der Behandlung keine Rückstände hinterlässt. Einige Veränderungen der physikochemischen Eigenschaften wurden berichtet, wie die freie Oberflächenenergie, der Kohlenwasserstoffgehalt und funktionelle Hydroxylgruppen, die potenziell die Entzündungsreaktion im peri-implantären Gewebe beeinflussen könnten. In einer klinischen randomisierten kontrollierten Studie zeigte die Argon-Plasmabehandlung eine Reduktion der peri-implantären Knochenremodellierung, mit statistisch stärkeren Ergebnissen bei bis zu 5 Jahren Nachbeobachtung.

Das Hauptziel dieser In-vitro-Studie war es zu bewerten, ob die Vakuumplasma-Oberflächenbehandlung von Knochenersatzmaterialien und resorbierbaren Membranen, die häufig für die Erhaltung von Alveolen und GBR-Verfahren verwendet werden, die Oberflächenenergie (Hydrophilie) und die Benetzbarkeit der getesteten Materialien verbessern könnte. Die Nullhypothese war, dass die Vakuumplasma-Oberflächenbehandlung keinen Einfluss auf die Absorptionszeit oder die Benetzbarkeit hatte. Ein sekundäres Ziel war es, mithilfe von SEM-EDS-Analysen den Grad der Dekontamination nach verschiedenen Zeitzyklen zu bewerten. Diese Studie wurde gemäß den CRIS-Richtlinien (Checkliste für die Berichterstattung über In-vitro-Studien) berichtet.

Materialien und Methoden

2.1 Proben

In dieser In-vitro-randomisierten (Test- und Kontroll-) Forschung wurden insgesamt 28 sterilisierte Proben berücksichtigt. Es wurde keine Berechnung der Stichprobengröße durchgeführt, da in der wissenschaftlichen Literatur keine anderen Studien biomaterialien mit und ohne Vakuumplasma-Oberflächenbehandlung verglichen haben. Die maximale Anzahl von Proben wurde entsprechend der Verfügbarkeit der Abteilung verwendet. Die Proben umfassten verschiedene Biomaterialien, die häufig während der Erhaltung von Alveolen und/oder GBR-Verfahren verwendet werden, und werden wie folgt berichtet:

• Vierzehn RE-BONE-Blöcke von 10 × 10 × 10 (8) und 10 × 10 × 20 (6) mm (UBGEN SRL, Vigonza, Italien);
• Vier HEART-Perikardmembranen (Bioteck SPA, Arcugnano, Italien);
• Zwei spongiöse Granulate, 0,5 g~1 cc, 0,25–1 mm, OSTEOXENON (Bioteck SPA, Italien);
• Vier spongiöse Granulate, 0,5 g, 0,25–1 mm (nicht-kollagen), BIO-GEN (Bioteck SPA, Italien);
• Vier XC-Kollagen-Xenomatrixen (Bioteck SPA).

Insgesamt wurden 6 von 28 Proben (RE-BONE-Blöcke [UBGEN SRL, Vigonza, Italien]) für die SEM-EDS-Analyse verwendet. Die anderen 22 Proben wurden zufällig in zwei gleich große Gruppen von 11 Proben (Test, plasmabehandelt, und Kontrolle, keine Behandlung) aufgeteilt und getestet, um die Absorptionszeiten und Benetzungsgrade zu bewerten. Alle Messungen wurden am Department of Medicine, Surgery, and Pharmacy der Universität Sassari, Italien, durchgeführt. Die SEM-EDS-Analyse von drei der plasmabehandelten RE-BONE-Blöcke (UBGEN SRL) wurde am Plasmapp R&D Center (Plasmapp Co, Republik Korea) durchgeführt.

Der ACTILINK wurde mit einem Materialhalter (Plasmapp Co., Ltd., Daejeon, Republik Korea) verwendet, um die Proben zu behandeln. Plasmatreat (Plasmatreat, Steinhagen, Deutschland) Tinten mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen wurden verwendet. Die Oberflächenenergie verschiedener steriler Biomaterialien mit (Test) und ohne (Kontrolle) Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung wurde durch Messung des Kontaktwinkels (zur Bewertung der Benetzbarkeit) und der Absorptionszeit (zur Bewertung der Hydrophilie) der verwendeten Tinten bewertet.

2.2 Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung

In der Testgruppe wurde die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung mit der ACTILINK-Reborn-Maschine (Abbildung 1) mit einem maßgeschneiderten Halter (einem Vortex-Halter), der für eine einfache Anwendung konzipiert wurde, durchgeführt. Gemäß dem Protokoll des Herstellers betrug die Zykluszeit der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung, die als VORTEX PLASMA-Modus bezeichnet wird, 30 s. Alle Biomaterialien in der Testgruppe durchliefen die gleiche Zykluszeit der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung. Im Gegensatz dazu erhielt keines der Biomaterialien in der Kontrollgruppe eine Art von Behandlung. In der Testgruppe wurde nach dem Öffnen der sterilen Box das getestete Biomaterial mit einer sterilen Pinzette entnommen und in den sterilen Vortex-Halter eingesetzt, und schließlich wurde es in die ACTILINK-Maschine zur Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung gelegt. Nach Abschluss der Behandlung wurden sowohl die behandelten als auch die unbehandelten Biomaterialien mit einer sterilen Pinzette in den sterilisierten Halter eingesetzt, und fünf Tropfen der Plasmatreat-Tinten mit zwei unterschiedlichen Oberflächenspannungen (56 und 72 mN/m) wurden auf jede Probe gegeben. Unmittelbar danach wurden die jeweilige Absorptionszeit und der Benetzungsgrad aufgezeichnet, fotografiert und kritisch verglichen, um die Hydrophilie und den Kontaktwinkel zwischen der Tinte und der Oberfläche der verwendeten Biomaterialien zu bewerten. Oberflächenspannungen von 56 und 72 mN/m wurden verwendet, da der Wert von 56 mN/m dem von menschlichem Blut am nächsten war.

2.3 SEM-Analyse

Um die Wirkung der Vakuum-Plasma-Behandlungszeit auf die Dekontamination (Reduzierung der Kohlenstoffverunreinigungen) einer Knochenblockoberfläche zu bewerten, wurden drei RE-BONE Blöcke (UBGEN SRL) nach bis zu drei Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlungszyklen mit dem SEM-EDS-System analysiert. Sechs RE-BONE Blöcke von 10 × 10 × 20 mm (UBGEN SRL) wurden für die SEM-EDS-Untersuchung verwendet. Zwei RE-BONE Blöcke (UBGEN SRL) wurden unter drei verschiedenen Zyklen jeweils behandelt ([A] 30 s, [B] 60 s und [C] 90 s) vor der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung. Die ACTILINK wiedergeborene Maschine wurde im VORTEX PLASMA-Modus verwendet. Nach jedem Behandlungszyklus wurden die Knochenblöcke unter einem Rasterelektronenmikroskop (SEM, Thermo Fisher Scientific, Phenom XL, Waltham, MA, USA) analysiert, das mit einem energiedispersiven Röntgenspektroskop (EDS) verbunden war, um eine gezielte Analyse der Oberflächen der Proben zu ermöglichen.

2.4 Ergebnismaße

Die Absorptionszeit und der Benetzungsgrad wurden anhand von während der Verfahren aufgenommenen Videos bewertet (Blackmagic Design Pocket Cinema Camera 4K, Blackmagic, Fremont, CA, USA). Die Test- und Kontrollgruppen wurden gleichzeitig verglichen. Zwei Forscher führten alle Tests durch (M.T. und M.T).

• Die Absorptionszeit wurde als das Intervall in Sekunden definiert, vom Moment, in dem der letzte Tropfen die Oberfläche des Biomaterials berührte, bis zu dem Moment, in dem alle Tintentropfen in das Biomaterial absorbiert waren. Das aufgezeichnete Video wurde mit einer Video-Bearbeitungsanwendung (iMovie für MacOS) ausgewertet, und die Absorptionszeit wurde mithilfe der erweiterten Zeitleiste gemessen. Alle Messungen wurden dreimal von zwei verschiedenen Bedienern (M.T. und M.T.) wiederholt. Der Mittelwert und die Standardabweichung (SD) wurden berechnet.
• Die Benetzbarkeit (allgemein als Hydrophilie bezeichnet) wurde als die Ausbreitung der Tintentropfen über die Oberflächen der Biomaterialien definiert, gemessen an der Flachheit eines Tropfens auf der festen Oberfläche. Die vier Grade der Benetzbarkeit wurden wie folgt definiert:

Nullgrad: Die Tintentropfen blieben in der gleichen Position, in der sie abgelegt wurden, mit einem Kontaktwinkel von 180°; Niedriger Grad: Wenn der Tintenfleck sich leicht auf der Oberfläche verbreiterte, mit einem Kontaktwinkel > 90°; Mittlerer Grad: Wenn eine moderate Ausdehnung des Tintenflecks auf der Oberfläche wahrnehmbar war und der Kontaktwinkel <90° war; Hoher Grad: Wenn der Tintenfleck definitiv absorbiert wurde, mit einem Kontaktwinkel von 0° (Abbildung 2).

• SEM-Analyse. Die Rasterelektronenmikroskopie wurde verwendet, um hochauflösende Bilder der Probenoberflächen zu visualisieren. Mit dem SEM wurde die Oberflächentopographie in den Bildern analysiert. Insbesondere wurden die SEM-Bilder verwendet, um die Reduktionsrate von Kohlenstoffverunreinigungen bei drei verschiedenen Zykluszeiten zu bewerten. Der energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) Detektor wurde verwendet, um die Energie der emittierten Photonen im Röntgen-Elektromagnetischen Spektrum zu messen und chemische Informationen (den atomaren Prozentsatz) zu erhalten.

2.5 Statistische Analyse

Die gesamte Datenanalyse wurde gemäß einem vorab festgelegten Analyseplan durchgeführt. Ein Biostatistiker mit Fachkenntnissen in der Zahnmedizin analysierte die Daten mit der Software Ky Plot 2.0 von Informer Technologies, Inc. NY, USA, ohne die Gruppencodes zu kennen. Die Mittelwerte und Standardabweichungen wurden für jede Messung berechnet. Ein Zwei-Stichproben-Kolmogorov-Smirnov-Testrechner wurde verwendet, um die Absorptionszeit zwischen den Gruppen zu vergleichen. Statistische Vergleiche wurden auf dem Signifikanzniveau von 0,05 durchgeführt.

Ergebnisse

Insgesamt wurden 28 Proben verwendet. Die Absorptionszeit und die Benetzbarkeit von 22 Proben, nachdem verschiedene Tinten mit unterschiedlichen Oberflächenspannungen aufgetragen wurden, wurden in beiden Gruppen bewertet. Die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung reduzierte statistisch signifikant die Absorptionszeit in allen behandelten Proben (p Wert < 0,05, Tabelle 1). Darüber hinaus war die Benetzbarkeit in der Testgruppe für alle Proben, mit Ausnahme der OSTEOXENON-Spongiosa-Granulate mit 56 mN/m Tinte, höher als in der Kontrollgruppe. Der größte Unterschied in der Benetzbarkeit wurde für die Perikardmembran festgestellt, mit einer hohen Benetzbarkeit in der Testgruppe im Vergleich zu einer null Benetzbarkeit in der Kontrollgruppe. Die besten Ergebnisse wurden für die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung der Knochenblöcke, Kollagenmembranen, Perikardmembranen und Kollagenknochen-Transplantate gefunden. Alle Daten sind in Tabelle 1 aufgeführt. Erläuternde Bilder sind in Abbildung 3 berichtigt.

Sechs Knochenblöcke (drei nach Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlungen und drei ohne Behandlung) wurden in der SEM-EDS-Analyse nach einem, zwei und drei Zeitzyklen bewertet. Die Reduktionsrate der Kohlenstoffverunreinigungen neigte dazu, nach drei Zeitzyklen im Vergleich zu einem und zwei Zeitzyklen zu steigen. Darüber hinaus zeigte die SEM-EDS-Analyse keine Schäden an den Biomaterialien nach mehreren (bis zu dreimal, 90 s, Abbildung 4) Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlungen, während die Oberseite der Oberfläche nach drei Zeitzyklen eine bessere Benetzbarkeit aufwies (Abbildung 5). Alle diese Daten sind in den Tabellen 2 und 3 aufgeführt.

Diskussion

Diese Studie hatte zum Ziel zu bewerten, ob die Wirkung der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung auf verschiedene Biomaterialien, die für die Socket-Erhaltung und GBR-Verfahren verwendet werden, deren Hydrophilie und Benetzbarkeit verbessern könnte. Die Hydrophilie wurde durch die Tintenabsorptionszeit und den Benetzungsgrad gemessen. Die Tintenabsorptionszeit der plasma-behandelten Proben war signifikant kürzer als die der unbehandelten Proben. Daher wurde die Nullhypothese, dass es keinen Unterschied gibt, teilweise verworfen. Diese ersten in vitro-Tests zeigten, dass die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung einen positiven Effekt auf die Knochenblöcke, Perikardmembranen, Kollagenmatrizen und Kollagenknochen-Transplantate hinsichtlich sowohl der Absorptionszeit als auch des Benetzungsgrads hatte. Im Gegensatz dazu konnte die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung die Absorptionszeit für nicht-kollagene Knochen-Transplantate nicht reduzieren. Dies deutet darauf hin, dass die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung die Oberflächen der getrockneten Biomaterialien von hydrophob zu hochhydrophilen Oberflächen umgewandelt hat. Allerdings sind die anfänglichen Oberflächenmerkmale wichtig für die Definition der erwarteten Ergebnisse.

Die Erhöhung der gesamten Behandlungszeit auf bis zu drei Zeitzyklen verbesserte die Ergebnisse. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Kohlenstoffverunreinigungen nach drei Zeitzyklen tendenziell abnehmen. In vivo zeigte die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung einer menschlichen akzellularen dermalen Matrix eine verbesserte Fibroblasteninfiltration, was auf eine verbesserte Biokompatibilität hinweist. In der vorliegenden Forschung wies die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung einige positive Effekte in Bezug auf die Dekontamination der behandelten Biomaterialien und in Bezug auf die Aktivierung der Oberflächen auf, indem sie die Verunreinigungen reduzierten und ihre Hydrophilie steigerten.

Mehrere Studien in der Literatur haben die Wirksamkeit von Plasmaprozeduren in Bezug auf Zelladhäsion und Fibroblastenaktivität bestätigt. Die Hauptthemen dieser Studien waren jedoch Zahnabutments und Implantatoberflächen.

Die Oberflächenbenetzbarkeit ist eines der wichtigsten Parameter, die die biologische Reaktion auf ein implantiertes Material beeinflussen, und wirkt sich auf die Proteinadsorption, die Thrombozytenadhäsion/-aktivierung, die Blutgerinnung sowie die Zell- und Bakterienadhäsion aus. In der vorliegenden Forschung wurden Tinten verwendet, um die Absorptionszeit und den Benetzungsgrad der getesteten Biomaterialien zu messen. Die Oberflächenspannung des Blutes spielt eine wichtige Rolle im menschlichen Körper. Laut Hrncír und Rosina betrug die Oberflächenspannung des Blutes, die in einer Gruppe von 71 gesunden Probanden mit der Tropfenmethode bei einer Temperatur von 22 Grad Celsius bewertet wurde, 55,89 × 10⁽⁻³⁾ N × m⁽⁻¹⁾, mit einer SD = 3,57 × 10⁽⁻³⁾ N × m⁽⁻¹⁾. Da Veränderungen im Verhalten der Oberflächenspannung von menschlichen biologischen Flüssigkeiten bei einigen Krankheiten charakteristisch sind, wurden für die vorliegende Forschung Tinten mit Oberflächenspannungen von 56 mN/m und 72 mN/m verwendet.

Bei der Analyse der in der vorliegenden Forschung gesammelten Daten wurde festgestellt, dass in der Kontrollgruppe die Tinte mit einer höheren Oberflächenspannung (72 mN/m) schneller von den Knochenblöcken und Kollagen-Xenomatrixen absorbiert wurde als die Tinte mit einer niedrigeren Oberflächenspannung (56 mN/m), jedoch nicht von den nicht-kollagenen Knochenersatzmaterialien. Im Gegensatz dazu war in der Testgruppe der Unterschied nicht relevant. Diese Ergebnisse könnten bedeuten, dass nach der Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung Variationen in der Oberflächenspannung für den Heilungsprozess weniger relevant sein könnten.

Nach bis zu drei Zeitzyklen zeigte die SEM-Bildgebung der Oberflächentopographie keine Veränderungen unter den Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlungen, und es wurden keine physischen Schäden beobachtet. Die Zunahme der Hydrophilie, die Reduktion des Verunreinigungsgrades und die Erhaltung der ursprünglichen Struktur, ohne physische Schäden an den plasma-behandelten Knochenblöcken, sollten als Beweis für die verbesserte Biokompatibilität und potenzielle Biointegration der getesteten Materialien angesehen werden.

Die Vakuumplasmabehandlung wird in der Medizin häufig eingesetzt, um die Biokompatibilität und Biointegration bei rekonstruktiven Eingriffen zu verbessern. Ergebnisse aus einer ähnlichen in vitro-Forschung heben das Potenzial der Plasmabehandlung hervor, die Leistung von hADMs in klinischen Anwendungen zu steigern, was einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Ergebnisse rekonstruktiver Chirurgie bietet. Darüber hinaus wird die Vakuumplasmabehandlung auch in anderen Bereichen eingesetzt, um die elektrischen Eigenschaften von Organosilikatfilmen oder die Benetzbarkeit von Polyetheretherketon (PEEK)-Polymeren zu erhöhen.

Die Hauptbeschränkung der vorliegenden Forschung ist die geringe Anzahl an Proben und natürlich die in vitro-Natur. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass der Kontaktwinkel der Benetzbarkeit anstelle des Benetzungsgrads angegeben werden sollte. Auch wenn die Ergebnisse der vorliegenden Forschung ermutigend für die Vakuumplasmabehandlung der Oberfläche sind, erlauben in vitro-Daten keine definitiven klinischen Schlussfolgerungen. Die Analyse der Daten aus der SEM-EDS-Analyse zeigte jedoch, dass die Kohlenstoffverunreinigungsrate auf den Oberflächen der Knochenblöcke tendenziell abnahm, wenn die Anzahl der Zeitzyklen erhöht wurde; daher könnte vorgeschlagen werden, die Zeitzyklen auf bis zu drei zu erhöhen, abhängig von den verwendeten Knochenersatzmaterialien. Darüber hinaus verbesserten sich die Absorptionszeit und der Benetzungsgrad nach zwei und drei Zeitzyklen ebenfalls. In Bezug auf Letzteres könnten Perikardmembranen und Knochenersatzmaterialien, insbesondere nicht-kollagene Knochenersatzmaterialien, behandelt werden, indem die Anzahl der Zyklen auf zwei oder drei erhöht wird, um den Grad der Kohlenstoffverunreinigungen zu reduzieren und ihre Hydrophilie zu erhöhen. Weitere klinische randomisierte kontrollierte Studien sind jedoch erforderlich, um diese vorläufigen Ergebnisse zu bestätigen. Eine weitere Einschränkung dieser Forschung besteht darin, dass es aufgrund der geringen Anzahl ähnlicher Studien in der wissenschaftlichen Literatur nicht einfach war, ein Kriterium zur Interpretation der Ergebnisse zu definieren, insbesondere in Bezug auf den Benetzungsgrad der getesteten Knochenersatzmaterialien und resorbierbaren Membranen. Daten aus ähnlichen in vitro- und in vivo-Studien haben die positive Wirkung der Plasmabehandlung auf Implantate und Abutments bei Verwendung von Argonplasma bestätigt. In Bezug auf Letzteres müssen die Daten dieser in vitro-Forschung als vorläufiger Bericht betrachtet werden, um weitere klinische Bewertungen zu fördern.

Schlussfolgerungen

Die Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung erhöhte statistisch die Hydrophilie der meisten getesteten Biomaterialien, verringerte die Absorptionszeit und erhöhte den Benetzungsgrad. Darüber hinaus konnte die Rate an Kohlenstoffverunreinigungen durch Verlängerung der Zykluszeit reduziert werden. Weitere randomisierte kontrollierte Studien mit Berechnungen der Stichprobengröße sind jedoch erforderlich, um diese vorläufigen Ergebnisse zu bestätigen.

Marco Tallarico, Silvio Mario Meloni, Michele Troia, Carlotta Cacciò, Aurea Immacolata Lumbau, Ieva Gendviliene, Francesco Mattia Ceruso und Milena Pisano

Literaturverzeichnis

1. Busenlechner, D.; Fürhauser, R.; Haas, R.; Watzek, G.; Mailath, G.; Pommer, B. Langzeitimplantaterfolg an der Akademie für orale Implantologie: 8-Jahres-Nachverfolgung und Risikofaktoranalyse. J. Periodontal Implant. Sci. 2014, 44, 102–108. [CrossRef] [PubMed]
2. Kim, T.-I. Ein Tribut an Dr. Per-Ingvar Brånemark. J. Periodontal Implant. Sci. 2014, 44, 265. [CrossRef] [PubMed]
3. Mavrogenis, A.F.; Dimitriou, R.; Parvizi, J.; Babis, G.C. Biologie der Implantat-Ossifikation. J. Musculoskelet. Neuronal Interact. 2009, 9, 61–71. [PubMed]
4. Peñarrocha, D.M.; Cavani, U.; Cuadrado, L. Atlas der sofortigen Zahnimplantatbelastung; Springer International Publishing: Berlin/Heidelberg, Deutschland, 2019; ISBN 9783030055462, 3030055469.
5. Wong, M.; Eulenberger, J.; Schenk, R.; Hunziker, E. Einfluss der Oberflächentopologie auf die Osseointegration von Implantatmaterialien im trabekulären Knochen. J. Biomed. Mater. Res. 1995, 29, 1567–1575. [CrossRef]
6. Wennerberg, A.; Albrektsson, T. Über Implantatoberflächen: Eine Übersicht über den aktuellen Wissensstand und Meinungen. Int. J. Oral Maxillofac. Implant. 2010, 25, 63–74. [PubMed]
7. Wennerberg, A.; Albrektsson, T. Auswirkungen der Titanoberflächentopographie auf die Knochenintegration: Eine systematische Übersicht. Clin. Oral Implant. Res. 2009, 20, 172–184. [CrossRef]
8. Beutner, R.; Michael, J.; Schwenzer, B.; Scharnweber, D. Biologische Nano-Funktionalisierung von titanbasierten Biomaterialoberflächen: Ein flexibles Werkzeug. J. R. Soc. Interface 2010, 7, S93–S105. [CrossRef]
9. Sun, X.D.; Liu, T.T.; Wang, Q.Q.; Zhang, J.; Cao, M.S. Oberflächenmodifikation und Funktionalitäten für Titan-Zahnimplantate. ACS Biomater. Sci. Eng. 2023, 9, 4442–4461. [CrossRef] [PubMed]
10. Canullo, L.; Tallarico, M.; Peñarrocha, M.; Corrente, G.; Fiorellini, J.; Peñarrocha, D. Plasma von Argon-Reinigung Behandlung an Implantat-Abutments bei parodontal gesunden Patienten: Sechs Jahre Nachbelastungsergebnisse einer randomisierten kontrollierten Studie. Int. J. Periodontics Restor. Dent. 2017, 37, 683–690. [CrossRef]
11. Canullo, L.; Tallarico, M.; Botticelli, D.; Alccayhuaman, K.A.A.; Neto, E.C.M.; Xavier, S.P. Harte und weiche Gewebeveränderungen um Implantate, die mit Plasma von Argon aktiviert wurden: Eine histomorphometrische Studie bei Hunden. Clin. Oral Implant. Res. 2018, 29, 389–395. [CrossRef]
12. Yang, H.J.; Lee, B.; Shin, C.; You, B.; Oh, H.S.; Lee, J.; Lee, J.; Oh, S.K.; Oh, S.H. Verbesserung der Biokompatibilität und Biointegration der menschlichen akzellularen dermalen Matrix durch Vakuum-Plasma-Oberflächenbehandlung. Bioengineering 2024, 11, 359. [CrossRef] [PubMed]
13. Kawai, H.; Shibata, Y.; Miyazaki, T. Glow-Entladung Plasma-Vorbehandlung verbessert die Osteoklasten-Differenzierung und -Überlebensfähigkeit auf Titanplatten. Biomaterials 2004, 25, 1805–1811. [CrossRef]
14. Shibata, Y.; Hosaka, M.; Kawai, H.; Miyazaki, T. Glow-Entladung Plasma-Behandlung von Titanplatten verbessert die Haftung von osteoblastenähnlichen Zellen an den Platten durch den integrinvermittelten Mechanismus. Int. J. Oral Maxillofac. Implant. 2002, 17, 771–777. [PubMed]
15. Canullo, L.; Genova, T.; Mandracci, P.; Mussano, F.; Abundo, R.; Fiorellini, J.P. Morphometrische Veränderungen, die durch kalte Argon-Plasma-Behandlung an Osteoblasten, die auf verschiedenen Zahnimplantatoberflächen gewachsen sind, induziert werden. Int. J. Periodontics Restor. Dent. 2017, 37, 541–548. [CrossRef] [PubMed]
16. Noro, A.; Kaneko, M.; Murata, I.; Yoshinari, M. Einfluss der Oberflächentopographie und der Oberflächenphysikochemie auf die Benetzbarkeit von Zirkonia (tetragonales Zirkonia-Polykrystal). J. Biomed. Mater. Res. Biomater. 2013, 101, 355–363. [CrossRef]
17. Canullo, L.; Tallarico, M.; Peñarrocha-Oltra, D.; Monje, A.; Wang, H.; Peñarrocha-Diago, M. Reinigung von Implantat-Abutments durch Plasma von Argon: 5-Jahres-Nachverfolgung einer randomisierten kontrollierten Studie. J. Periodontol. 2016, 87, 434–442. [CrossRef]
18. Krithikadatta, J.; Gopikrishna, V.; Datta, M. CRIS-Richtlinien (Checkliste für die Berichterstattung über In-vitro-Studien): Ein Konzeptpapier über die Notwendigkeit standardisierter Richtlinien zur Verbesserung der Qualität und Transparenz bei der Berichterstattung über In-vitro-Studien in der experimentellen Zahnmedizin. J. Conserv. Dent. 2014, 17, 301–304. [CrossRef]
19. Canullo, L.; Genova, T.; Chinigò, G.; Iacono, R.; Pesce, P.; Menini, M.; Mussano, F. Vakuum-Plasma-Behandlungsgerät zur Verbesserung der Fibroblastenaktivität auf bearbeiteten und rauen Titanoberflächen. Dent. J. 2024, 12, 71. [CrossRef]
20. Jeon, H.J.; Jung, A.; Kim, H.J.; Seo, J.S.; Kim, J.Y.; Yum, M.S.; Gweon, B.; Lim, Y. Verbesserte Osteoblasten-Haftung und -Proliferation auf vakuum-plasma-behandelten Implantatoberflächen. Appl. Sci. 2022, 12, 9884. [CrossRef]
21. Pesce, P.; Menini, M.; Santori, G.; Giovanni, E.D.; Bagnasco, F.; Canullo, L. Foto- und Plasmaaktivierung von Titanoberflächen von Zahnimplantaten. Eine systematische Übersicht mit Meta-Analyse von präklinischen Studien. J. Clin. Med. 2020, 9, 2817. [CrossRef]
22. Lee, H.; Jeon, H.J.; Jung, A.; Kim, J.; Kim, J.Y.; Lee, S.H.; Kim, H.; Yeom, M.S.; Choe, W.; Gweon, B.; et al. Verbesserung der Osseointegrationseffizienz von Titanimplantaten durch Plasma-Oberflächenbehandlung. Biomed. Eng. Lett. 2022, 12, 421–432. [CrossRef] [PubMed]
23. Fathi-Azarbayjani, A.; Jouyban, A. Oberflächenspannung in der menschlichen Pathophysiologie und ihre Anwendung als medizinisches Diagnosewerkzeug. Bioimpacts 2015, 5, 29–44. [CrossRef] [PubMed]
24. Hrncír, E.; Rosina, J. Oberflächenspannung des Blutes. Physiol. Res. 1997, 46, 319–321. [PubMed]
25. Baklanov, M.R.; Gismatulin, A.A.; Naumov, S.; Perevalov, T.V.; Gritsenko, V.A.; Vishnevskiy, A.S.; Rakhimova, T.V.; Vorotilov, K.A. Umfassende Übersicht über die Auswirkungen der chemischen Zusammensetzung, Plasma-Behandlung und Vakuum-Ultraviolett (VUV)-Bestrahlung auf die elektrischen Eigenschaften von organosilicat Filmen. Polymers 2024, 16, 2230. [CrossRef]
26. Primc, G. Strategien zur Verbesserung der Benetzbarkeit von Polyetheretherketon (PEEK)-Polymeren durch Nicht-Gleichgewichts-Plasma-Behandlung. Polymers 2022, 14, 5319. [CrossRef]