Pilotstudie in vitro zur Bewertung der Reinigungsfähigkeit und der Auswirkungen verschiedener Dekontaminationsmethoden auf Implantatoberflächen

Summary

Die vorliegende Pilotstudie in vitro hatte zum Ziel, die Reinigungswirksamkeit von drei verschiedenen Dekontaminationswerkzeugen und mögliche Oberflächenveränderungen nach der Behandlung zu bewerten, wobei dauerhaft rote Tinte verwendet wird, um das Vorhandensein von oralem Biofilm nachzuahmen.

Abstract

Ein wesentlicher Bestandteil der Periimplantitis-Behandlung ist die effektive Dekontamination der Implantatoberflächen. Die ideale Dekontaminationstechnik sollte Biofilm sicher und effizient entfernen, ohne die Implantatoberfläche zu beschädigen. Diese Pilotstudie hatte zum Ziel, die Reinigungswirksamkeit und Oberflächenänderungen im Zusammenhang mit drei mechanischen Dekontaminationsprotokollen zu bewerten. Hier wurden 12 Implantate mit unauslöschlicher roter Tinte gefärbt und in Acrylblöcke montiert, um horizontale peri-implantale Defekte zu simulieren. Die Oberflächendekontamination erfolgte 2 Minuten lang vom selben Prüfer mit einem der folgenden Geräte: Titanbürste (TiB), Chitosanbürste (ChB) oder Titankurette (TiC). Es wurden keine chemischen Dekontaminationsmittel in Kombination mit den mechanischen Werkzeugen verwendet. Standardisierte Fotos wurden vor und nach der Dekontamination aus buckalen und oralen Frontansichten sowie bei 30°- und 60°-Winkeln aufgenommen. Die ungereinigte Implantatoberfläche wurde digital berechnet. Die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) wurde zur Beurteilung der Oberflächenmorphologie eingesetzt. Keine der getesteten Methoden erreichte die vollständige Entfernung des Tintenflecks. Obwohl 75,98 % ± 2,42 % der Flecke verblieben, zeigte TiB die höchste Reinigungswirksamkeit an der Stirn- und Stirnansicht des Munds (p = 0,027), gefolgt von TiC (80,3 % ± 0,86 % Verfärbung übrig) und ChB (90,34 % ± 6,07 % Flecken). Signifikante Unterschiede wurden zwischen den ChB- und TiB-Gruppen beobachtet (p = 0,022). Die SEM-Analyse zeigte, dass der TiC den größten Oberflächenschaden verursachte, während der TiB nur minimale Veränderungen verursachte. Im Rahmen der Einschränkungen dieser Pilotstudie zeigte TiB eine effektive Reinigung bei gleichzeitiger Erhaltung der Implantatoberflächenmorphologie. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Titanbürsten während der Behandlung der Periimplantitis eine sicherere und effizientere mechanische Dekontaminationsoption darstellen könnten. Weitere Studien sind jedoch angebracht, um Kombinationen mechanischer und chemischer Techniken zu bewerten, um die Reinigungswirksamkeit zu verbessern.

Introduction

Peri-Implantitis wird definiert als eine Entzündung der Peri-Implantat-Schleimhaut, begleitet von fortschreitendem Knochenverlust. Es handelt sich um eine biofilmassoziierte Erkrankung, die das Gewebe rund um Zahnimplantate betrifft¹. Patienten mit einer Vorgeschichte schwerer Parodontitis, schlechter Mundhygiene oder mangelnder regelmäßiger Wartung nach der Implantattherapie haben ein höheres Risiko, eine Periimplantitis ^1,2 zu entwickeln. Die durchschnittliche Prävalenz der Peri-Implantitis wurde von Diaz et al. auf Patientenebene mit 19,53 % angegeben, während sie auf Implantatstufe³ bei 4,8 % bis 23,0 % lag, und diese Daten waren trotz der Einschränkungen der klinischen Falldefinition² sehr variabel. Die Vorgeschichte von Diabetes und Parodontitis gilt als Risikoindikatoren für Peri-Implantitis. Es gibt jedoch keinen Konsens über die Zusammenhänge zwischen Peri-Implantitis und Rauchen, der Implantat-Superstruktur und der Menge der keratinisierten Schleimhaut ^2,3. Obwohl es derzeit keine standardisierten Methoden zur Vorbeugung von Peri-Implantitis gibt, gelten Prophylaxe, angemessene Mundhygiene und regelmäßige Pflege als die wichtigsten Schritte ^3,4.

Angesichts der komplexen histopathologischen Merkmale und des unvorhersehbaren, schnellen Krankheitsverlaufs stellt die Periimplantitis für jeden Kliniker eine Herausforderung^dar. Das Hauptziel der Peri-Implantitis-Behandlung ist es, Entzündungen zu unterdrücken und den Knochenabbau zu stoppen. Klinisch ist das Ziel, die Sondtiefe (PD) zu reduzieren, Blutungen beim Probe (BoP) und/oder Eiterabfluss⁶ zu beseitigen. Ein wesentlicher Bestandteil der Peri-Implantitis-Behandlung ist die Dekontamination der Oberflächen der Implantate. Die ideale Dekontaminationstechnik sollte sicher anzuwenden sein, ohne Patienten zu verletzen oder Implantatschäden zu verursachen, auch wenn sie bei der Entfernung von Biofilm⁷ wirksam sein sollte. Die Oberflächenmorphologie und Eigenschaften des Implantats behindern jedoch eine ideale Dekontamination und schränken den Behandlungserfolg ein, da der gesamte Zugang zu betroffenen Stellen meist durch die Oberflächeneigenschaften^{des Implantats 5,8} begrenzt wird. Diese Situationen erfordern die Notwendigkeit neuer Materialien oder Techniken für eine ordnungsgemäße Dekontamination bei der Behandlung von Periimplantitis.

Bis heute wurden zahlreiche Dekontaminationsmittel und -methoden für Implantatoberflächen eingeführt, deren Wirksamkeit und Anwendungsarten^{weiterhin untersucht werden}. Techniken zur Dekontamination von Peri-Implantat-Oberflächen werden im Allgemeinen in mechanische/physikalische und chemische Methoden eingeordnet, und eindeutige wissenschaftliche Belege für die Überlegenheit dieser Techniken liegen noch nicht vor. ^7,8. Ergebnisse einer aktuellen Metaanalyse ergaben, dass titanbeschichtete Curetten, die speziell für die Debridement der Implantatoberflächen hergestellt wurden, keine Kratzer auf der Oberfläche verursachen, da sie eine ähnliche Härte wie die Implantatoberfläche haben und sicher für die^{Dekontamination verwendet} werden können. In derselben Metaanalyse wurde gezeigt, dass die Verwendung von rotierenden Titanbürsten allein zur Dekontamination der Implantatoberfläche signifikante Verbesserungen der klinischen Parodontalparameter wie die Reduktion von PD und BoP ermöglicht. In einer randomisierten klinischen Studie, die die Wirksamkeit der Biofilmentfernung von Stahl- und Kunststoffkuretten, Ultraschall- und Titan-Rotationsbürsten von Implantatoberflächen verglich, berichteten Toma et al., dass Rotationsbürsten klinisch wirksamer waren und die Oberflächenmorphologie¹⁰ erhalten blieben. Die Titanbürste (TiB), bestehend aus Nickel-Titan-(NiTi)-Borsten, hat ein geringeres elastisches Modul als die Implantatoberfläche, was der Bürste Flexibilität verleiht und das Risiko von Kratzern auf der Implantatoberfläche¹¹ verringert. Ein weiteres vielversprechendes Dekontaminationsmittel ist ein ungiftiger, biologisch abbaubarer Pinsel aus dem natürlichen Polysaccharid Chitosan, gewonnen aus Chitin, das für seine Biokompatibilität, Abbaubarkeit, bakteriostatischen und entzündungshemmenden Eigenschaften geschätzt wird. Es wurde berichtet, dass Chitosan bakteriostatische und entzündungshemmende Eigenschaften aufweist und signifikante Verbesserungen der klinischen Parameter bei der Behandlung von Peri-Implantat-Erkrankungen hervorruft¹². Im Gegensatz zu metallischen Instrumenten ist es nicht abrasiv und soll die bakterielle Belastung biologisch und mechanisch^{reduzieren 5,12}. Es gibt jedoch noch keinen eindeutigen Konsens über das ideale Implantat-Dekontaminationsmittel¹³, und weitere Studien sind erforderlich, um die Wirksamkeit dieser neuartigen Chitosanbürsten während der Dekontaminationsphase der peri-implantierten Behandlung zu bewerten.

Trotz umfangreicher Forschung zur Dekontamination von Implantatoberflächen bleibt die Identifizierung einer Dekontaminationsmethode/eines Mittels, das eine optimale Reinigungswirksamkeit bei gleichzeitiger Erhaltung der Oberflächenintegrität erreicht, weiterhin eine bedeutende klinische Herausforderung. Aus dieser Perspektive ist das Ziel der vorliegenden Studie, die Reinigungsfähigkeit und Oberflächenmodifikation von drei verschiedenen mechanischen Dekontaminationsprotokollen zu bewerten. Die Nullhypothese ist, dass TiB, Chitosanbürste (ChB) und Titankurette (TiC) nach der mechanischen Dekontamination keinen signifikanten Unterschied in der Reinigungsleistung oder Oberflächenmodifikationen an Implantatoberflächen aufweisen.

Protocol

HINWEIS: Die Verfahren dieser Untersuchung wurden gemäß den empfohlenen Kriterien zur Standardisierung von In-vitro-Experimenten ^{durchgeführt 14}. Eine ethische Genehmigung war nicht erforderlich, da die Studie kommerziell erhältliche Implantatoberflächen verwendete. Die Studie umfasste Implantate mit einem Durchmesser von 3,2 mm und einer Länge von 10 mm, die eine sandstrahlende, großkornige, säuregeätzte (SLA)-Oberfläche aufweisen. Implantate mit unterschiedlichen Dimensionen und Oberflächenmerkmalen wurden ausgeschlossen. Die Berechnung der Stichprobengröße wurde gemäß Khalil et ^al.15 durchgeführt. Die Effektgröße wurde mit 0,90, der Alpha-Fehler mit 0,05 gemessen, und 95 % statistische Stärke ergab acht Probanden pro Gruppe.

1. Vorbereitung von Studienproben

1. Tauchen Sie Implantate in einen Behälter mit roter permanenter Tinte, die die Implantatoberfläche für 10 Sekunden vollständig bedeckt, und lassen Sie sie an der Luft trocknen, um eine gleichmäßige Verteilung der Tinte über die von Sanz-Martin et ^al.16 beschriebenen Implantatflächen mit einem Treiberhandstück zu erreichen.
2. Nach 48 Stunden Trocknen bei^{Raumtemperatur 17} stets die gleichmäßige Deckung der roten Tinte ohne Ansammlungen nach dem Trocknen überprüfen.
3. Setzen Sie die Implantate 5 mm in die Acrylblöcke mit den Maßen 20 x 20 x 20 mm manuell mit einem Implantattreiber ein, um eine kontrollierte Insertion und gleichmäßige Positionierung bis zur 5-mm-Tiefenmarke am Implantatkörper sicherzustellen, was die Klasse-I-Horizontaldefekte¹⁸ (Abbildung 1A) nachahmt.
4. Um eine gleichmäßige Winkelung und vertikale Positionierung zu gewährleisten, verwenden Sie eine maßgefertigte Parallelometerführung, um die lange Achse des Implantats während der Einsetzung senkrecht (90°) zur Acrylblockoberfläche auszurichten.
   HINWEIS: Implantatoberflächen sollten während des Trocknungsprozesses vor Handkontakt geschützt und mit den Treiberhandstücken isoliert werden.

2. Erstellung des Aufbaus für die Standardisierung von Fotografien

1. Stellen Sie die Kameraparameter ein: ISO 100, Blende f/32 und Belichtung 1/80 s. Im manuellen Fokusmodus verwenden Sie ein Makroobjektiv mit einer Brennweite von 100 mm.
2. Positionieren Sie den Ringblitz (Dual-Point-Makroblitz, Tageslichtbalancierte 5500 K) in einem Winkel von 45° relativ zur Implantatoberfläche, um eine gleichmäßige Beleuchtung zu gewährleisten und Reflexionen zu minimieren. Verwenden Sie einen Diffusor, um das Licht zu mildern und die Reflexion von der metallischen Oberfläche zu reduzieren.
3. Platzieren Sie die Kamera 15 cm von der Implantatoberfläche entfernt und machen Sie standardisierte Fotos aus frontaler Ansicht (0°) von der Längsachse des Implantats an den Mund- und Mundflächen jedes Implantats (Abbildung 1B).
4. Überprüfen Sie die Ausrichtung der Kamera vor jeder Bildaufnahmesitzung mit einem Kalibrierungslineal.
5. Bereiten Sie eine maßgefertigte Acrylschiene vor, um die Kamera mit Winkeln von 30° (Oberansicht) und 60° (unten) zur Längsachse des Implantats zu positionieren, um die koronalen und apikalen Gewinde standardisiert zu bewerten (Abbildung 1C).

3. Anwendung von Behandlungen und Beschaffung von Fotografien

1. Wenden Sie drei verschiedene Dekontaminationsmethoden (siehe Materialtabelle) pro Implantat auf die freiliegenden Mund- und Mundflächen an (8 Flächen von 4 Implantaten), die häufig bei der Behandlung von Peri-Implantitis verwendet werden, für 2 Minuten durch einen einzelnen Operator, um Verzerrungen zu eliminieren (Abbildung 2). Kontrollieren Sie die Messzeit mit einer Stoppuhr.
2. Führen Sie alle Verfahren nur unter steriler Kochsalzlösungsbewässerung durch, um potenzielle störende Auswirkungen chemischer Mittel auf die Reinigungswirksamkeit oder Oberflächenintegrität zu eliminieren.
   1. Für TiC tragen Sie die Typ 11/12 Mini Gracey Curette mit seitlichem Druck in einem Winkel von 60° zur Oberfläche auf.
   2. Tragen Sie ChB auf, das vor der Behandlung in steriler Kochsalzlösung eingeweicht wurde, in ein Langsam-Handstück mit 800 U/min, mit einer sanften, kreisförmigen Bewegung.
   3. Trage TiB an, das in ein Handstück mit niedriger Geschwindigkeit auf 800 U/min eingestellt ist, mit einer sanften Rundbewegung.
3. Erhalten Sie erneut standardisierte Fotos nach der Behandlung, wie in Schritt 2 (Abbildung 3) beschrieben.

4. Analyse von Fotografien

1. Sobald alle Fotos vorliegen, digitalisieren und kalibrieren Sie sie mit Bildgebungssoftware (ImageJ v 1.54f). Da die Implantate 5 mm vertikal in das Acryl eingebettet waren, geben Sie das verbleibende 5-mm-Teil, das auf den Fotos zu sehen ist, zusammen mit dem Standarddurchmesser von 3,2 mm mit dem Line-Tool zur Kalibrierung in das Programm ein.
2. Schneiden Sie die Fotos so zu, dass nur noch die verbleibenden 5 mm der freiliegenden Implantatoberfläche enthalten sind, die die Interessenregion (ROI) darstellen.
3. Verarbeiten Sie die Bilder im Farbmodus rot, grün und blau (RGB). Konvertiere in Farbstapel, indem du auf Bild > Typ > RGB-Stack klickst , um die rot gefärbten Bereiche zu isolieren, die die Resttinte darstellen.
4. Wähle den roten Kanal. Wenden Sie eine Farbschwelle an, indem Sie >auf Bild > Farbgrenze anpassen klicken, wobei Sie den Farbbereich 0°-25° und 330°-360°, Sättigung 50-255 und Helligkeit 30-255 verwenden. Aktivieren Sie die Option Dunkler Hintergrund, um eine genaue Erkennung des Flecks sicherzustellen.
5. Definieren Sie den Implantatkörper manuell mit dem Polygon-Auswahl-Werkzeug, ohne den Hintergrund. Speichern Sie den ausgewählten Bereich im ROI-Manager, indem Sie auf Analysieren > Tools > ROI-Manager klicken, um sicherzustellen, dass derselbe Oberflächenbereich konsistent analysiert wird.
6. Berechnen Sie die gesamte Implantatoberfläche und die roten Tintenreste, indem Sie auf Analysieren > Messen > Fläche klicken.
7. Vollständige Tintenentfernung wird auf das völlige Fehlen rot gefärbter Pixel innerhalb der ROI bezogen. Halten Sie die Einstellungen während der Bildanalyse konstant zur Standardisierung.
8. Berechnen Sie den Restfleckenprozentsatz als: Restfleck x 100/Gesamtfläche des Implantats mit ImageJ (Abbildung 4).

5. Analyse der Implantatoberflächenmorphologie

1. Kodieren Sie die Proben, dehydrieren Sie sie in Ethanol und befestigen Sie die Aluminiumstücke mit Kohleband und legen Sie sie in das Ionensputtergerät.
2. Definieren Sie das mittlere Drittel der freiliegenden Implantatoberfläche als ROI für die SEM-Analyse.
3. Beschichten Sie die Proben mit einer 20-nm-Goldschicht in einem Sputter-Coater für 90 Sekunden und legen Sie sie in die Vakuumkammer bei 10–3 torr Vakuumdruck und 10 mA Leistung. Tragen Sie stets Schutzausrüstung im Labor und sorgen Sie für ausreichende Belüftung während der Probenvorbereitung.
4. Platzieren Sie die goldbeschichteten Proben in die Vakuumkammer des Rasterelektronenmikroskops und untersuchen Sie sie bei einem Neigungswinkel von 0° bei einer Beschleunigungsspannung von 5 kV und einem Arbeitsabstand von 9 mm.
5. Erfassen Sie SEM-Mikrographen mit 20-, 500-, 1000- und 5000-fachen Vergrößerungen, um topografische Veränderungen zu bewerten.

6. Statistische Analyse

1. Führen Sie die statistische Analyse mit SPSS-Software (Version 27) durch. Drücken Sie die kategorialen Variablen als Mittelwert ± Standardabweichung, Median sowie Minimal- und Maximalwerte aus.
2. Beurteile die Normalverteilung anhand des Shapiro-Wilk-Tests. Verwenden Sie den Kruskal-Wallis-Test für Vergleiche zwischen drei Gruppen. Wenden Sie den Bonferroni-korrigierten Mann-Whitney-U-Test für paarweise Vergleiche an, wenn die Daten nicht normal verteilt sind. Setzen Sie die Bedeutung auf p < 0,05.

Results

Nach den Behandlungen zeigte keine der behandelten Oberflächen eine vollständige Entfernung von Tintenflecken. Der Anteil der Resttinte variierte je nach Art des verwendeten Geräts sowie der Winkelung des Fotos. Der Vergleich der Restfärbungsprozente für jede Dekontaminationsgruppe ist in Tabelle 1 dargestellt.

An der buckalen und oralen Frontalansicht wurde bei jeder Dekontaminationsmethode die höchste Reinigungswirksamkeit erzielt. TiB war die effektivste Methode und hinterl...

Discussion

In der vorliegenden Studie wurde die Debridement der Implantatoberfläche mit drei verschiedenen Instrumentierungsmethoden getestet. Unter den drei getesteten mechanischen Dekontaminationsmethoden zeigte das TiB die höchste Reinigungswirkung und minimale Oberflächenveränderungen auf Implantatoberflächen. Die SEM-Analyse bestätigte, dass TiB die Implantatoberflächenmorphologie effektiver bewahrte, während TiC den größten Oberflächenschaden verursachte und die Studienhypothese verworfen wur...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acryl	Imicryl	Konya, Türkei	Verwendet für die Herstellung der Stative für Fotografien und experimentelle horizontale Defekte
Camera	Canon EOS 80D	Tokio, Japan	Verwendet zur Gewinnung standardisierter Fotografien von Implantaten
Chitosan-Pinsel	Labrida BioClean, Institut Straumann AG	Basel, Schweiz	Verwendet zur Dekontamination der Implantatoberflächen
Blitzbeleuchtungssystem	Sigma	Roedermark, Deutschland	Verwendet zur Gewinnung standardisierter Fotografien von Implantaten
Bildsoftware	ImageJ	NIH, MD, USA	Verwendet für die Bildanalyse
Implantate	Bilimplant, PBL 3210	Istanbul, Türkei	Hauptmaterial des Lernens
Handstück mit niedriger Geschwindigkeit	NSK AR-Y	Nippon, Japan	Verwendung bei der Dekontamination mit rotierenden Bürsten
Rote permanente Tinte	Staedtler Lumocolor	Nürnberg, Deutschland	Färbung des Implantats zur Nachahmmung des oralen Biofilms
Rasterelektronenmikroskop	Jeol, JSM 6335F	Peabody, MA, USA	Verwendet für die Oberflächenanalyse
Sputter-Coater	Polaron Emitech, SC7640	East Essex, Großbritannien	Reduzieren Sie das elektrische Laden von SEM-Proben, um die bestmögliche Bildqualität zu erreichen
Statistiksoftware	SPSS 27, IBM	New York, USA	Verwendet für die statistische Analyse der Ergebnisse
Sterile Kochsalzlösung	Polifarma, % 0,9 % & Nbsp;	Istanbul, Türkei	Zur Bewässerung während der Dekontamination verwendet
Ti Brush	NiTi Brush, Hans Korea	Gyeonggi, Korea	Verwendet zur Dekontamination der Implantatoberflächen
Ti Curette (11/12T Mini)	Hu-Friedy	Chicago, USA	Verwendet zur Dekontamination der Implantatoberflächen