インプラント表面に対する洗浄能力と異なる除染方法の影響を評価するパイロット in vitro 試験

Summary

本試験中の パイロット試験では 、口腔バイオフィルムの存在を模倣するために永久赤インクを用いた3種類の異なる除染ツールの洗浄効果と処理後の表面変化を評価することを目的としました。

Abstract

インプラント周囲炎治療の重要な要素の一つは、インプラント表面の効果的な除染です。理想的な除染技術は、インプラント表面を損傷することなく安全かつ効率的にバイオフィルムを除去するべきです。このパイロット研究は、3つの機械的除染プロトコルに関連する洗浄効果および表面変化を評価することを目的としました。ここでは、12個のインプラントが消えない赤インクで染色され、水平方向のインプラント周囲の欠損を模倣するためにアクリルブロックに取り付けられました。同じ検査官が以下の機器を用いて2分間表面除染を行いました:チタンブラシ(TiB)、キトーサンブラシ(ChB)、またはチタンキュレット(TiC)。機械工具と組み合わせて化学除染剤は使用されませんでした。除染前後に、頬側および口腔正面からの標準化された写真、ならびに30°および60度の角度で撮影されました。未洗浄のインプラント表面積はデジタルで計算されました。走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて表面形態の評価を行いました。テストされたいずれの方法もインクの染みを完全に除去することはできませんでした。染色の残留率は75.98%±2.42%でしたが、TiBは口腔および口腔正面の観察で最も高い清掃効果を示し(p = 0.027)、次いでTiC(80.3%±、0.86%残留)、ChB(90.34%±6.07%残留)でした。ChB群とTiB群間で有意差が認められました(p = 0.022)。SEM解析により、TiCが最も大きな表面損傷を引き起こし、TiBは最小限の変化しかもたらさないことが明らかになりました。このパイロット研究の制約の中で、TiBはインプラント表面の形態を保存しつつ効果的な洗浄を実証しました。これらの発見は、チタン製ブラシがインプラント周囲炎治療中のより安全で効率的な機械的除染手段である可能性を示唆しています。しかし、洗浄効果を高めるために機械的および化学的技術の組み合わせを評価するさらなる研究が必要です。

Introduction

インプラント周囲炎とは、インプラント周囲粘膜の炎症と進行性の骨の喪失を伴うことを指します。これは歯科インプラント周囲の組織に影響を与えるバイオフィルム関連の疾患^です。重度の歯周炎の既往がある患者、口腔衛生不良、またはインプラント治療後の定期的なメンテナンス不足がある患者は、インプラント周囲炎を発症するリスクが高い^1,2。Diazらによると、患者レベルでのインプラント周炎症の平均有病率は19.53%であったのに対し、インプラントレベル³では4.8%〜23.0%であり、このデータは臨床症例定義2の制限を除いても大きな変動^{を示しました。}糖尿病や歯周炎の既往歴はインプラント周囲炎のリスク指標とされています。しかし、インプラント周囲炎と喫煙、インプラントの上部構造、角化粘膜の量については合意が^{ありません。}現在、インプラント周炎の予防に標準化され実証された方法は存在しませんが、予防、適切な口腔衛生、定期的なメンテナンスの遵守が最も重要なステップと考えられています^3,4。

複雑な組織病理学的特徴と予測不能で急速な進行を考慮すると、インプラント周囲炎はすべての^{臨床医にとって}課題^{となります。}インプラント周周炎治療の主な目的は炎症を抑制し、インプラント周の骨の減少を止めることです。臨床的な目的は、プロービング深さ(PD)を減らし、プロービング時の出血(BoP)、および/または膿の排出を除去^{することです。}インプラント周囲炎治療の重要な部分は、インプラント表面の除染です。理想的な除染技術は、^{バイオフィルムの}除去に効果的であるべきでありながら、患者に怪我やインプラントの損傷を与えずに安全に使用できるべきです。しかし、インプラントの表面形態や特性が理想的な除染を妨げ、治療の成功を制限します。なぜなら、影響を受けた部位への総アクセスは主にインプラント表面特性によって制限されているからです。^5,8。これらの状況では、インプラント周囲炎の治療において適切な除染のための新しい材料や技術が必要となります。

現在までに、多数のインプラント表面除染剤・方法が導入されており、その効果や適用方法はまだ調査中^です。インプラント周りの表面除染技術は一般的に機械的・物理的および化学的手法に分類されており、これらの技術の優位性を示す明確な科学的証拠^{はまだ得られ}ていません^7,8。最近のメタアナリシスの結果、インプラント表面デブリードメント専用に製造されたチタンコーティングされたキュレットは、インプラント表面と同様の硬度を持ち、安全に除染に使用できるため表面に傷を生まないと報告されています。同じメタアナリシスでは、回転チタンブラシ単独でインプラント表面の除染を行うことで、PDやBoPの減少など臨床歯周パラメータの有意な改善が示されています。インプラント表面からのスチールおよびプラスチック製キューレット、超音波ブラシ、チタン製ロータリーブラシのバイオフィルム除去効果を比較したランダム化臨床試験で、Tomaらはロータリーブラシの方が臨床的に効果的であり、表面の形態を保持していることを報告しました¹⁰。チタンブラシ(TiB)はニッケルチタン(NiTi)毛で構成されており、インプラント表面よりも弾性率が低く、ブラシに柔軟性を与え、イン^{プラント表面を}傷つけるリスクを低減します。もう一つの有望な除染剤は、キチン由来の天然多糖類キトサンから作られた無毒・生分解性ブラシで、生体適合性、生分解性、静菌性、抗炎症特性で評価されています。キトサンは細菌定菌および抗炎症特性を示し、インプラント周病の治療において臨床パラメータの有意な改善をもたらすと報告されています¹²。金属製の器具とは異なり、研磨性がなく、生物学的および^{機械的に細菌}の負荷を減らすことを意図しています^5,12。しかし、理想的なインプラント除染剤¹³についてはまだ明確な合意が得られておらず、インプラント周治療の除染段階におけるこれらの新しいキトーサンブラシの効果を評価するためにはさらなる研究が必要です。

インプラント表面除染に関する広範な研究があるにもかかわらず、表面の完全性を保ちつつ最適な洗浄効果を達成できる除染方法・薬剤の特定は依然として重要な臨床課題です。この観点から、本研究の目的は、3つの異なる機械的除染プロトコルの洗浄能力および表面修飾を評価することです。帰無仮説は、TiB、キトーサンブラシ(ChB)、チタンキュレット(TiC)が、機械的除染後のインプラント表面の洗浄性能や表面変化に有意な差がないというものです。

Protocol

注:本調査の手順は、 in vitro 実験の標準化に関する推奨基準に従って実施^{されました。}倫理的承認は必要ありませんでした。なぜなら、この研究は市販のインプラント表面を使用していたからです。この研究には直径3.2mm、長さ10mmのインプラントが含まれ、サンドブラストされた大粒度酸エッチング(SLA)表面を特徴としています。寸法や表面特性の異なるインプラントは除外されました。サンプルサイズの計算はKhalilら¹⁵に基づいて実施されました。効果量は0.90、アルファ誤差は0.05、統計的検出力95%で各グループに8名の被験者が検出されました。

1. 研究サンプルの準備

1. インプラントを受講器に浸し、赤い永久インクでインプラント表面を完全に覆い、10秒間浸し、ドライバーハンドピースで自然乾燥させてインクが均等に分布するようにします。Sanz-Martinら¹⁶ が説明しています。
2. 室温¹⁷度で48時間乾燥した後、乾燥後に赤インクが均一に染まるか確認してください。
3. インプラントを20 x 20 x 20 mmの寸法のアクリルブロックに5 mm手動で挿入し、インプラント本体の5 mm深さまで制御された挿入と均一な位置を確保します。これはクラスI水平インプラント周辺欠陥を模倣^{しています(}図1A)。
4. 一定の角度と垂直位置を維持するために、特注の平行距離計ガイドを使って、インプラントの長軸をアクリルブロック面に垂直(90°)に合わせます。
   注意:インプラントの表面は乾燥作業中、手の接触から保護し、ドライバーのハンドピースで隔離する必要があります。

2. 写真の標準化のための体制の構築

1. カメラのパラメータを設定してください:ISO 100、絞りf/32、露出1/80秒。マニュアルフォーカスモードでは、焦点距離100mmのマクロレンズを使いましょう。
2. リングフラッシュ(デュアルポイントマクロフラッシュ、デイライトバランス5500 K)をインプラント表面に対して45°の角度で配置し、均一な照明を確保し反射を最小限に抑えます。ディフューザーを使って光を和らげ、金属の表面からのまぶしさを減らしましょう。
3. カメラをインプラント表面から15cm離れた場所に置き、各インプラントの頬面と口腔面の縦軸から正面(0°)から標準化された写真を撮影します(図1B)。
4. 各撮影セッション前にキャリブレーションルーラーでカメラの位置合わせを確認してください。
5. カメラをインプラント長軸に対して30°(上視点)および60°(下視点)で配置し、冠状および頂端の糸を標準化された方法で評価するカスタムメイドのアクリルスプリントを準備します(図1C)。

3. 治療の適用および写真取得

1. インプラントごとに露出した頬面および口腔表面に3つの異なる除染方法(材料 表参照)を適用します(4つのインプラントから8つの表面)を、1人のオペレーターが2分間用い、バイアスを除去します(図2)。計器の時間はストップウォッチで制御する。
2. すべての処置は、化学物質が洗浄効果や表面の完全性に与える混雑効果を排除するためのみ、無菌食塩水灌漑下でのみ実施してください。
   1. TiCの場合は、タイプ11/12ミニグレーシーキュレットを表面に対して60°の横方向圧力で適用します。
   2. 治療前に滅菌生理食塩水に浸したChBを、800rpmに設定された低速ハンドピースに置き、円を描くように優しく探る動作で塗布します。
   3. TiBを800rpmの低速ハンドピースにセットし、円を描くように優しく探ります。
3. 手順2(図3)で説明されているように、再度治療後の標準化された写真を入手してください。

4. 写真の分析

1. すべての写真が取得されたら、イメージングソフトウェア(ImageJ v 1.54f)でデジタル化し、キャリブレーションを行います。インプラントはアクリルに垂直に5mm埋め込まれていたため、写真に写っている残りの5mm部分と標準の直径3.2mmをStraight-Lineツールを使ってプログラムに入力し、校正を確実にします。
2. 露出したインプラント表面の残りの5mmだけをトリミングし、関心領域(ROI)を表します。
3. 画像は赤、緑、青(RGB)カラーモードで処理します。赤色に染まった部分を分離するには、残留インクを表す >画像>タイプRGBスタック に変換してください。
4. 赤いチャンネルを選んでください。色のしきい値を適用するには、 画像>をクリックして色閾値を調整>色の閾値に適用してください。色相の0°-25°および330°-360°の範囲、彩度50-255、明るさ30-255を使ってください。ダー クバックグラウンド オプションを有効にして、シミの正確な検出を確保しましょう。
5. 背景を除き、ポリゴン選択ツールを使ってインプラントボディを手動で区画します。ROIマネージャーの「 分析>ツール 」をクリックして選択した領域をROIマネージャーに保存>、同じ表面積が一貫して分析されるようにしてください。
6. 「分析」>「面積測定」をクリックして、インプラントの全表面積と赤インクの残留を計算 >。
7. インクの完全な除去は、ROI内に赤く染まったピクセルが完全に存在しない状態を指します。画像解析中は標準化のために設定を一定に保ちましょう。
8. 残留染色率はImageJ(図4)を用いて、残留染色×100÷インプラント総表面積として計算します。

5. インプラント表面の形態の解析

1. サンプルをコードし、エタノールで脱水し、カーボンテープでアルミのスタブに取り付け、イオンスパッタリング装置に入れます。
2. 露出したインプラント表面の中央3分の1をSEM解析のROIとして定義します。
3. サンプルに20nmの金層をスパッターコーターで90秒コーティングし、真空チャンバーに10〜3トーの真空圧、10mAの出力で置きます。常に防護具を着用し、試料準備中は十分な換気を確保してください。
4. 金被覆された試料を走査型電子顕微鏡の真空チャンバーに入れ、0°傾き角度、5 kV加速電圧、9 mmの作動距離で検査します。
5. 20倍、500倍、1000倍、5000倍の拡大倍率でSEM顕微鏡をキャプチャし、地形変化を評価します。

6. 統計分析

1. 統計解析はSPSSソフトウェア(バージョン27)を使用して実施します。カテゴリ変数は平均±標準偏差、中央値、最小値と最大値として表現します。
2. シャピロ・ウィルク検定による分布の正規性を評価する。3つのグループ間の比較にはクルスカル・ウォリス検定を用いてください。データが正規分布でない場合、ペアワイズ比較にはボンフェローニ補正済みのマン・ホイットニーU検定を適用します。有意性を p < 0.05 に設定します。

Results

処理後、処理されたどの表面もインクの染みを完全に除去することはできませんでした。残留インクの割合は使用された装置の種類や写真の角度によって異なりました。各除染グループごとの残留染色率の比較は 表1に示されています。

口腔および口腔正面の観点では、各除染方法において最高の洗浄効果が得られました。TiBが最も効果的で、残留染色率が最も低く(75.98%±2.42%)、次いでTiC(80.3%±0.86%)、ChB(90.34%±6.07% p = 0.027)が続きました。頬側および口腔前頭側の観察でChB群とTiB群の間で有意差が認められました(p = 0.022)。統計的には有意ではありませんが、頬前頭および30度 視野では、TiBは残留染色に関してTiC群(99.02%±0.77%)およびChB群(98.05%±0.90%)と比較してより良い±パフォーマンスを示しました。60度の角度では、残りの染色率はすべてのグループで高く、TiBは93.93%±4.09%、TiCは97.97%±1.69%、ChBは98.36%...

Discussion

本研究では、3つの異なる器具法を用いたインプラント表面のデブリードメントが試験されました。3つの試験された機械的除染方法の中で、TiBはインプラント表面の洗浄効果が最も高く、表面の変質が最小限であることを示しました。SEM解析により、TiBはインプラント表面の形態をより効果的に保存し、TiCが最も表面損傷を引き起こしたことが確認され、この仮説は否定されました。その結果、利用可能な除染方法は効果が限定的であり、分析されたインプラント表面のいずれもインクの染みが完全になかったことが明らかになりました。SEM観測により、清掃実験の結果が視覚的に検証され、この手法が機械的清掃効果と地形表面の変化を相関させる方法を示しました。デジタル領域解析とSEMイメージングの組み合わせは、インプラント表面に適用される機械的除染技術の効率性と安全性を評価するための定量的および定性的の補完的な証拠を提供します。

実験モデルに関しては、バイオフィルム汚染をシミュレートするために消せない赤インクの使用が選ばれ、標準化され容易に定量化可能な表面カ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
アクリル	イミクリル	トルコ、コンヤ	写真撮影や実験的な水平欠陥用のスタンド制作に使用されます
カメラ	キヤノンEOS 80D	東京、日本	インプラントの標準化された写真取得に使用
千歳の筆	ラブリダ・バイオクリーン、ストラウマン研究所	スイス・バーゼル	インプラント表面の除染に使用され、nbsp;
フラッシュ照明システム	シグマ	ローダーマルク、ドイツ	インプラントの標準化された写真取得に使用
画像ソフトウェア	イメージJ	アメリカ国立衛生研究所(NIH)、メリーランド州、アメリカ合衆国	画像解析に使用
インプラント	ビルインプラント、PBL 3210	トルコ、イスタンブール	主な学習教材
低速ハンドピース	NSK AR-Y(アリゾナ州)	日本、日本	回転ブラシを用いた除染に使用されます
赤い永久インク	シュテードラー・ルモカラー	ドイツ、ニュルンベルク	口腔バイオフィルムを模倣するためのインプラントの染色
走査型電子顕微鏡	チョル、JSM 6335F	アメリカ合衆国マサチューセッツ州ピーボディ	表面解析に使用
スパッターコーター	ポラロン・エミテック、SC7640	イースト・エセックス、イギリス	SEMサンプルの電気充電を減らし、可能な限り最高品質のイメージングを実現します
統計ソフトウェア	SPSS 27、IBM	アメリカ合衆国ニューヨーク	結果の統計解析に使用されます
無菌生理食塩水	ポリファルマ、0.9 & nbsp;	トルコ、イスタンブール	除染作業中の灌漑に使用され、nbsp;
ティ・ブラッシュ	ニティ・ブラシ、ハンス・コリア	京畿道、韓国	インプラント表面の除染に使用され、nbsp;
Tiキュレット(11/12Tミニ)	フー・フリーディ	アメリカ合衆国シカゴ	インプラント表面の除染に使用され、nbsp;