Pilot in vitro onderzoek om de reinigingscapaciteit en effecten van verschillende decontaminatiemethoden op implantaatoppervlakken te beoordelen

Summary

De huidige pilot in vitro had als doel de reinigingseffectiviteit van drie verschillende decontaminatie-instrumenten en mogelijke oppervlaktewijzigingen na behandeling te evalueren, waarbij permanente rode inkt werd gebruikt om de aanwezigheid van orale biofilm na te bootsen.

Abstract

Een essentieel onderdeel van de behandeling van peri-implantitis is de effectieve ontsmetting van implantaatoppervlakken. De ideale decontaminatietechniek moet biofilm veilig en efficiënt verwijderen zonder het implantaatoppervlak te beschadigen. Deze pilotstudie had als doel de reinigingseffectiviteit en oppervlaktewijzigingen te evalueren die samenhangen met drie mechanische decontaminatieprotocollen. Hier werden 12 implantaten gekleurd met onuitwisbare rode inkt en in acrylblokken gemonteerd om horizontale peri-implantaatdefecten te simuleren. De oppervlaktedecontaminatie werd 2 minuten uitgevoerd door dezelfde onderzoeker met een van de volgende apparaten: titanium borstel (TiB), chitosanborstel (ChB) of titanium curette (TiC). Er werden geen chemische ontsmettingsmiddelen gebruikt in combinatie met de mechanische gereedschappen. Gestandaardiseerde foto's werden genomen vóór en na de ontgifting vanuit buccale en orale frontale aanzichten, evenals bij 30° en 60° hoeken. Het ongereinigde implantaatoppervlak werd digitaal berekend. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) werd gebruikt om de oppervlaktemorfologie te beoordelen. Geen van de geteste methoden heeft de inktvlek volledig verwijderd. Hoewel 75,98% ± 2,42% van de vlek achterbleef, toonde TiB de hoogste reinigingseffectiviteit bij buccale en orale frontale aanzichten (p = 0,027), gevolgd door TiC (80,3% ± 0,86% vlek over) en ChB (90,34% ± 6,07% vlek overgebleven). Significante verschillen werden waargenomen tussen de ChB- en TiB-groepen (p = 0,022). SEM-analyse toonde aan dat de TiC de grootste oppervlakteschade veroorzaakte, terwijl de TiB minimale veranderingen veroorzaakte. Binnen de beperkingen van deze pilotstudie toonde TiB effectieve reiniging aan terwijl de morfologie van het implantaatoppervlak behouden bleef. Deze bevindingen suggereren dat titanium borstels mogelijk een veiligere en efficiëntere mechanische ontsmettingsoptie zijn tijdens de behandeling van peri-implantitis. Verdere studies zijn echter nodig om combinaties van mechanische en chemische technieken te evalueren en zo de reinigingseffectiviteit te verbeteren.

Introduction

Peri-implantitis wordt gedefinieerd als ontsteking van het peri-implantaat slijmvlies, gepaard met progressief botverlies. Het is een biofilm-gerelateerde aandoening die de weefsels rondom tandimplantaten aantast¹. Patiënten met een voorgeschiedenis van ernstige parodontitis, slechte mondhygiëne of gebrek aan regelmatig onderhoud na implantaattherapie lopen een hoger risico op het ontwikkelen van peri-implantitis ^1,2. De gemiddelde prevalentie van peri-implantitis werd door Diaz et al. gerapporteerd op 19,53% op patiëntniveau, terwijl deze 4,8%-23,0% was op implantaatniveau³, en deze gegevens waren zeer variabel zelfs na beperkingen op de klinische case^{definition 2}. Diabetes en parodontitis worden genoemd als risico-indicatoren voor peri-implantitis. Er is echter geen consensus over de relaties tussen peri-implantitis en roken, de superstructuur van het implantaat en de hoeveelheid keratiniseerde mucosa ^2,3. Hoewel er momenteel geen gestandaardiseerde methoden zijn voor de preventie van peri-implantitis, worden profylaxe, adequate mondhygiëne en naleving van regelmatig onderhoud beschouwd als de belangrijkste stappen om dit te bereiken ^3,4.

Gezien de complexe histopathologische kenmerken en onvoorspelbare, snelle ziekteprogressie vormt peri-implantitis een uitdaging voor elke clinicus ^4,5. Het primaire doel van de behandeling van peri-implantitis is het onderdrukken van ontstekingen en het stoppen van botverlies door peri-implantaat. Klinisch is het doel om de diepte van de probing (PD) te verminderen, bloedingen bij probing (BoP) te elimineren en/of pusdrainage⁶. Een essentieel onderdeel van de peri-implantitisbehandeling is het ontsmetten van de oppervlakken van de implantaten. De ideale decontaminatietechniek moet veilig te gebruiken zijn zonder patiënten letsel of implantaatschade te veroorzaken, ook al zou deze effectief moeten zijn bij het verwijderen van biofilm⁷. De oppervlaktemorfologie en kenmerken van het implantaat belemmeren echter een ideale decontaminatie, waardoor het succes van de behandeling wordt beperkt, aangezien de totale toegang tot de getroffen locaties grotendeels wordt beperkt door de kenmerken^van het implantaatoppervlak ^5,8. Deze situaties vereisen de noodzaak van nieuwe materialen of technieken voor een juiste ontsmetting bij de behandeling van peri-implantitis.

Tot nu toe zijn talrijke implantatoppervlakte-ontsmettingsmiddelen/-methoden geïntroduceerd, en hun effectiviteit en toepassingswijzen worden nog^onderzocht. Technieken die worden gebruikt voor peri-implantaat oppervlakdecontaminatie worden over het algemeen ingedeeld onder mechanische/fysische en chemische methoden, en duidelijk wetenschappelijk bewijs voor de superioriteit van deze technieken is nog niet beschikbaar ^7,8. Resultaten van een recente meta-analyse meldden dat titaniumgecoate curettes, speciaal geproduceerd voor implantaatoppervlakdebratie, geen krassen op het oppervlak veroorzaken omdat ze een hardheid hebben die vergelijkbaar is met het implantaatoppervlak en veilig kunnen worden gebruikt voor decontaminatie⁷. In dezelfde meta-analyse is aangetoond dat het gebruik van alleen roterende titaniumborstels voor de ontsmetting van implantaatoppervlakken aanzienlijke verbeteringen biedt in klinische parodontale parameters, zoals vermindering van PD en BoP. In een gerandomiseerde klinische studie waarin de effectiviteit van het verwijderen van biofilm van staal- en plastic curettes, ultrasonische en titanium roterende borstels van implantaatoppervlakken werd vergeleken, rapporteerden Toma et al. dat roterende borstels klinisch effectiever waren en de oppervlaktemorfologie¹⁰ behielden. Titanium borstel (TiB), bestaande uit nikkel-titanium (NiTi) haren, heeft een lagere elasticiteitsmodulus dan die van het implantaatoppervlak, wat de borstel flexibiliteit geeft en het risico op krassen op het implantaatoppervlak^vermindert. Een ander veelbelovend ontsmettingsmiddel is een niet-giftige, biologisch afbreekbare borstel gemaakt van het natuurlijke polysaccharide chitosan, afgeleid van chitine, gewaardeerd om zijn biocompatibiliteit, biologische afbreekbaarheid, bacteriostatische en ontstekingsremmende eigenschappen. Chitosan zou bacteriostatische en ontstekingsremmende eigenschappen hebben en significante verbeteringen in klinische parameters veroorzaken bij de behandeling van peri-implantaat ziekten¹². In tegenstelling tot metalen instrumenten is het niet-schurend en bedoeld om de bacteriële belasting biologisch en mechanisch te verminderen ^5,12. Er is echter nog steeds geen duidelijke consensus over het ideale implantaatdecontaminatiemiddel¹³, en er zijn meer studies nodig om de effectiviteit van deze nieuwe chitosanborstels tijdens de decontaminatiefase van de peri-implantaatbehandeling te evalueren.

Ondanks het uitgebreide onderzoek naar de ontgifting van implantaatoppervlakken blijft het identificeren van een decontaminatiemethode/-middel dat optimale reinigingseffectiviteit bereikt terwijl de oppervlakteintegriteit behouden blijft, nog steeds een aanzienlijke klinische uitdaging. Vanuit dit perspectief is het doel van de huidige studie het evalueren van de reinigingscapaciteit en oppervlaktemodificatie van drie verschillende mechanische decontaminatieprotocollen. De nulhypothese is dat de TiB, chitosanborstel (ChB) en titanium curette (TiC) geen significant verschil maken in schoonmaakprestaties of oppervlaktewijzigingen op implantaatoppervlakken na mechanische ontgifting.

Protocol

OPMERKING: De procedures van dit onderzoek zijn uitgevoerd in overeenstemming met de aanbevolen criteria voor standaardisatie van in vitro-experimenten¹⁴. Ethische goedkeuring was niet nodig, omdat de studie commercieel verkrijgbare implantaatoppervlakken gebruikte. De studie omvatte implantaten met een diameter van 3,2 mm en een lengte van 10 mm, met een zandgestraald, grot-korrelig, zuurgeëtst (SLA) oppervlak. Implantaten met verschillende afmetingen en oppervlaktekenmerken werden uitgesloten. De steekproefgrootteberekening werd uitgevoerd volgens Khalil et ^al.15. De effectgrootte werd genomen als 0,90, alfa-fout als 0,05, en 95% statistische kracht leverde acht proefpersonen per groep op.

1. Voorbereiding van studiemonsters

1. Dompel implantaten onder in een ontvanger met rode permanente inkt die het implantaatoppervlak 10 seconden volledig bedekt en laat ze aan de lucht drogen om een gelijkmatige verdeling van de inkt over de implantaatoppervlakken te bereiken, beschreven door Sanz-Martin et ^al.16 , met een driverhandstuk.
2. Na 48 uur droog bij kamertemperatuur¹⁷, controleer dan de gelijkmatige dekking van de rode inkt zonder dat het zich na het drogen ophoopt.
3. Plaats de implantaten 5 mm in de acrylblokken met afmetingen van 20 x 20 x 20 mm handmatig met een implantaatdriver om gecontroleerde plaatsing en uniforme positionering te garanderen tot aan de 5 mm dieptemarkering op het implantaatlichaam, wat klasse I horizontale peri-implantaatdefecten¹⁸ nabootst (Figuur 1A).
4. Om een consistente hoek en verticale positionering te behouden, gebruik je een op maat gemaakte parallelometergeleider om de lange as van het implantaat tijdens het plaatsen loodrecht (90°) op het acrylblokoppervlak uit te lijnen.
   OPMERKING: Implantaatoppervlakken moeten beschermd worden tegen handcontact en geïsoleerd worden met de driverhandstukken tijdens het droogproces.

2. Het creëren van de opzet voor de standaardisatie van foto's

1. Stel de cameraparameters in: ISO 100, diafragma f/32 en belichting 1/80 s. Gebruik in handmatige scherpstelmodus een macrolens met een brandpuntsafstand van 100 mm.
2. Plaats de ringflits (dual-point macro flits, daglichtgebalanceerde 5500 K) onder een hoek van 45° ten opzichte van het implantaatoppervlak om een uniforme verlichting te garanderen en reflecties te minimaliseren. Gebruik een diffuser om het licht te verzachten en de schittering van het metalen oppervlak te verminderen.
3. Plaats de camera 15 cm van het implantaatoppervlak en maak gestandaardiseerde foto's vanuit frontaal zicht (0°) vanaf de longitudinale implantaatas bij de buccale en orale oppervlakken van elk implantaat (Figuur 1B).
4. Controleer de uitlijning van de camera met een kalibratieliniaal voor elke beeldsessie.
5. Bereid een op maat gemaakte acrylspalk voor om de camera te positioneren met hoeken van 30° (bovenaanzicht) en 60° (onderaanzicht) ten opzichte van de lengteas van het implantaat om de coronale en apicale schroefdraad op een gestandaardiseerde manier te beoordelen (Figuur 1C).

3. Toepassing van behandelingen en het verkrijgen van foto's

1. Pas drie verschillende decontaminatiemethoden toe (zie Materiaaltabel) op de blootgestelde buccale en orale oppervlakken per implantaat (8 oppervlakken van 4 implantaten) die vaak worden gebruikt bij de behandeling van peri-implantitis, gedurende 2 minuten door één operator om bias te elimineren (Figuur 2). Beheer de instrumentatietijd met een stopwatch.
2. Voer alle procedures uit onder steriele zoutwaterirrigatie alleen om mogelijke verstorende effecten van chemische middelen op de reinigingseffectiviteit of de integriteit van het oppervlak te elimineren.
   1. Voor TiC breng je type 11/12 mini Gracey curette aan met zijwaartse druk onder een hoek van 60° ten opzichte van het oppervlak.
   2. Breng ChB aan, geweekt in steriel zoutoplossing vóór de behandeling, geplaatst in een handstuk met lage snelheid ingesteld op 800 rpm, met een zachte proevende beweging in een cirkelvormige vorm.
   3. Breng TiB aan, geplaatst in een handstuk met lage snelheid ingesteld op 800 tpm, met een zachte proevende beweging in een cirkelvormige vorm.
3. Verkrijg opnieuw gestandaardiseerde foto's na de behandeling, zoals beschreven in stap 2 (Figuur 3).

4. Analyse van foto's

1. Zodra alle foto's zijn verkregen, digitaliseer en kalibriseer je ze met beeldvormingssoftware (ImageJ v 1.54f). Omdat de implantaten 5 mm verticaal in het acryl waren ingebed, voer je het resterende 5 mm deel dat op de foto's te zien is, samen met de standaard diameter van 3,2 mm, in het programma in met behulp van het Straight-Line-gereedschap om kalibratie te garanderen.
2. Snijd de foto's bij tot alleen de resterende 5 mm van het blootgestelde implantaatoppervlak, , die het interessegebied (ROI) vertegenwoordigt.
3. Verwerk de afbeeldingen in de rood-, groene en blauwe (RGB) kleurmodus. Converteer naar kleurstapels door te klikken op Afbeelding > Type > RGB Stack om de roodgekleurde gebieden te isoleren, die restinkt vertegenwoordigen.
4. Selecteer het rode kanaal. Pas een kleurdrempel toe door te klikken op Afbeelding > Aanpassen > Kleurdrempel gebruiken, met het bereik van Tint 0°-25° en 330°-360°, verzadiging 50-255 en helderheid 30-255. Schakel de optie Donkere Achtergrond in om nauwkeurige detectie van de vlek te garanderen.
5. Bepaal het implantaatlichaam handmatig met de Polygon Selection-tool, exclusief de achtergrond. Sla het geselecteerde gebied op in de ROI Manager door te klikken op Analyze > Tools > ROI Manager om ervoor te zorgen dat hetzelfde oppervlaktegebied consistent wordt geanalyseerd.
6. Bereken het volledige implantaatoppervlak en de rode inktresten door op Analyseren > Meet > Area te klikken.
7. Zie volledige inktverwijdering als de totale afwezigheid van roodgekleurde pixels binnen de ROI. Houd de instellingen constant tijdens beeldanalyse voor standaardisatie.
8. Bereken het residuele kleurpercentage als: residuele kleuring x 100/totale implantaatoppervlakte met behulp van ImageJ (Figuur 4).

5. Analyse van de morfologie van het implantaatoppervlak

1. Codeer de monsters, droog in ethanol en bevestig ze met koolstoftape op de aluminium stompjes, en plaats ze in het ionensputterapparaat.
2. Definieer het middelste derde deel van het blootgestelde implantaatoppervlak als de ROI voor SEM-analyse.
3. Bedek de monsters met een 20 nm goudlaag in een sputter coater gedurende 90 seconden en plaats ze in de vacuümkamer bij 10-3 torr vacuümdruk en 10 mA vermogen. Draag altijd beschermende laboratoriumkleding en zorg voor voldoende ventilatie tijdens de monstervoorbereiding.
4. Plaats de goudgecoate monsters in de vacuümkamer van de scanning-elektronenmicroscoop en onderzoek ze onder een kantelhoek van 0° bij 5 kV versnellingsspanning en een werkafstand van 9 mm.
5. Maak SEM-micrografieën met 20x, 500x, 1000x en 5000x vergrotingen om topografische veranderingen te evalueren.

6. Statistische analyse

1. Voer de statistische analyse uit met SPSS-software (versie 27). Druk de categorische variabelen uit als gemiddelde ± standaarddeviatie, mediaan en minimum- en maximumwaarden.
2. Beoordeel de normaliteit van de distributie met de Shapiro-Wilk-test. Gebruik de Kruskal-Wallis-test voor vergelijkingen tussen drie groepen. Pas de Bonferroni-gecorrigeerde Mann-Whitney U-test toe voor paargewijze vergelijkingen wanneer gegevens niet-normaal verdeeld zijn. Stel de betekenis in op p < 0,05.

Results

Na behandelingen vertoonde geen van de behandelde oppervlakken volledige verwijdering van inktvlekken. Het percentage resterende inkt varieerde afhankelijk van het type apparaat dat werd gebruikt, evenals de hoek van de foto. De vergelijking van de resterende kleuringspercentages voor elke decontaminatiegroep is weergegeven in Tabel 1.

Bij het buccale en orale frontale zicht werd bij elke decontaminatiemethode de hoogste reinigingseffectiviteit bereikt. TiB was de meest effect...

Discussion

In deze studie werd implantaatoppervlakdebridement getest met drie verschillende instrumentatiemethoden. Van de drie geteste mechanische ontgiftingsmethoden toonde de TiB de hoogste reinigingseffectiviteit en minimale oppervlakteverandering op implantaatoppervlakken. SEM-analyse bevestigde dat TiB de morfologie van het implantaatoppervlak effectiever behield, terwijl TiC de meeste oppervlakteschade veroorzaakte, en de studiehypothese werd verworpen. De resultaten toonden aan dat beschikb...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrylic	Imicryl	Konya, Turkije	Wordt gebruikt voor de productie van de stands voor foto's en experimentele horizontale defecten
Camera	Canon EOS 80D	Tokyo, Japan	Wordt gebruikt voor het verkrijgen van gestandaardiseerde foto's van implantaten
Chitosan borstel	Labrida BioClean, Institut Straumann AG	Basel, Zwitserland	Wordt gebruikt voor de decontaminatie van het implantaatoppervlak
Flitslichtsysteem	Sigma	Roedermark, Duitsland	Wordt gebruikt voor het verkrijgen van gestandaardiseerde foto's van implantaten
Beeldsoftware	ImageJ	NIH, MD, USA	Wordt gebruikt voor de beeldanalyse
Implantanten	Bilimplant, PBL 3210	Istanbul, Turkije	Hoofdstudiemateriaal
Laagtoerental handpiece	NSK AR-Y	Nippon, Japan	Wordt gebruikt in decontaminatie uitgevoerd met roterende borstels
Rode permanente inkt	Staedtler Lumocolor	Nuernberg, Duitsland	Vlekken van het implantaat om de orale biofilm na te bootsen
Scanning Electron Microscope	Jeol, JSM 6335F	Peabody, MA, USA	Wordt gebruikt voor de oppervlakteanalyse
Sputter coater	Polaron Emitech, SC7640	East Essex, UK	Verlaagt de elektrische lading van SEM-monsters om de hoogst mogelijke beeldkwaliteit te bereiken
Statistische software	SPSS 27, IBM	New York, USA	Wordt gebruikt voor de statistische analyse van de resultaten
Steriele zoutoplossing	Polifarma, % 0.9	Istanbul, Turkije	Wordt gebruikt voor irrigatie tijdens decontaminatie
Ti Borstel	NiTi Borstel, Hans Korea	Gyeonggi, Korea	Wordt gebruikt voor de decontaminatie van het implantaatoppervlak
Ti curette (11/12T mini)	Hu-Friedy	Chicago, USA	Wordt gebruikt voor de decontaminatie van het implantaatoppervlak