本文關(guān)鍵詞：紫外線處理微弧氧化純鈦種植體早期成骨作用的組織學(xué)探討，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《南方醫(yī)科大學(xué)》 2013年

紫外線處理微弧氧化純鈦種植體早期成骨作用的組織學(xué)探討

丁婧文  

【摘要】：研究背景： 在日常生活中,人們常常由于齲病、牙周病、外傷等造成牙列缺損、缺失,失牙后不同程度地影響美觀、咀嚼、發(fā)音等功能,長期牙缺失會對肌肉關(guān)節(jié)造成影響,嚴(yán)重時使口頜系統(tǒng)失調(diào)。而種植體發(fā)展至今,以其固位力強(qiáng)、咀嚼效率高、美觀舒適等優(yōu)點(diǎn),已成為口腔醫(yī)學(xué)中首選的修復(fù)方法。根據(jù)瑞典哥德堡大學(xué)的Perlngvar Branemark和瑞士伯爾尼大學(xué)的Andre Schroeder各自的研究組完成的基礎(chǔ)實驗研究,牙種植體替代部分或全部缺失牙已經(jīng)成為科學(xué)所接受的治療方案。在20世紀(jì)60年代末和70年代所發(fā)表的里程碑性的論文中,兩個研究組均描述了鈦種植體的骨整合現(xiàn)象,其特點(diǎn)為活性骨直接沉積在鈦表面。種植體的表面處理已獲得大量被認(rèn)可的研究結(jié)果,那為什么我們還要繼續(xù)優(yōu)化其表面處理方式呢?因為現(xiàn)代牙種植學(xué)的研究目標(biāo)是使種植體具備良好的初期穩(wěn)定性,并在早期即實現(xiàn)初期骨整合,以在最早時間內(nèi)獲得最佳、最穩(wěn)定的種植體—骨整合界面,最大限度地保存周圍骨質(zhì),以提高種植義齒的遠(yuǎn)期成功率。 微弧氧化法(Microarc Oxidation, MAO)屬于電化學(xué)方法的一種,在用于種植體表面改性方法以來,在膜層結(jié)合強(qiáng)度、晶相磷灰石含量等方面都體現(xiàn)出優(yōu)勢。上世紀(jì)90年代末期利用微弧氧化技術(shù)對純鈦進(jìn)行表面處理成為熱點(diǎn)。研究表明經(jīng)微弧氧化處理的鈦種植體材料表面對成骨細(xì)胞的生長無毒性作用,有利于成骨細(xì)胞在其表面的生長、增殖與分化,具有優(yōu)于純鈦種植材料的細(xì)胞生物相容性,使新生骨質(zhì)與微弧氧化膜成為機(jī)械嵌合結(jié)構(gòu),穩(wěn)定了成骨界面。 但是,根據(jù)目前文獻(xiàn)報道,種植體形成早期骨整合后骨整合面積不足,僅(45±16)%,最多50%-75%,經(jīng)過微弧氧化處理后早期種植體的骨-種植體接觸率(Bone-Implant Contact, BIC)也僅有(49±12)%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于100%。因此,如何提高微弧氧化處理的種植體表面活性成為研究熱點(diǎn)。 1972年,A.Fujishima和K. Honda在n型半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光電催化(Photocatajytic Reaction)分解作用,并以此為契機(jī),開創(chuàng)了多相光催化研究的新紀(jì)元。1997年,A. Fujishima在Nature上報道了TiO2具有光誘導(dǎo)超親水性現(xiàn)象。由于TiO2氧化膜是鈦種植體獲得骨整合的重要膜層,而紫外線照射后恰能誘導(dǎo)TiO2氧化膜表面產(chǎn)生高親水性能,同時降低氧化膜表面碳水化合物等有機(jī)污染。因此,近年來人們越來越多的探索經(jīng)過紫外線照射改性TiO2氧化膜的方法,并應(yīng)用于口腔種植材料。目前研究表明,TiO2表面的光致超親水性起源于其表面結(jié)構(gòu)的變化：TiO2銳鈦礦對應(yīng)的禁帶寬度(價帶與導(dǎo)帶之間的能量差Eg)為3.2ev,它在波長短于380nm的紫外線照射下,TiO2價帶(充滿電子的最高能帶Valence Band, VB)電子被激發(fā)到導(dǎo)帶(未充滿電子的最低能帶Conduction Band, CB),電子和空穴向表面遷移,電子與Ti4+反應(yīng),空穴則與表面的氧離子反應(yīng),分別形成Ti3+和氧空位。這時,空氣中的水解離吸附在氧空位中,成為化學(xué)吸附水(即羥基,OH-屬于親水性基團(tuán),易于物理吸附水形成氫鍵,使材料表面親水性增強(qiáng)),化學(xué)吸附水可進(jìn)一步吸附空氣中的水分,形成物理吸附層。于是在Ti3+缺陷周圍形成了高度親水的微區(qū),而表面剩余區(qū)域仍保持疏水性,這樣就在TiO2表面構(gòu)成了具有均勻分布的納米尺寸區(qū)分的親水區(qū)、疏水區(qū),類似于二維的毛細(xì)管現(xiàn)象。由于水液滴的尺寸遠(yuǎn)大于親水區(qū)面積,宏觀上表現(xiàn)為水在其表面的接觸角變小。目前已有報道,使用UVC波段紫外線照射酸蝕純鈦后,產(chǎn)生了超親水性表面,促進(jìn)成骨細(xì)胞在材料表面的黏附、增殖與分化。動物實驗中第四周BIC即由51.7%提高至98.2%。本課題組前期實驗中,使用UVC和UVA波段紫外線分別處理微弧氧化純鈦表面,相對于UVA波段紫外線-微弧氧化組及不光照-微弧氧化組比較而言,UVC波段紫外線-微弧氧化組能明顯增加蛋白吸附,利于MG-63細(xì)胞在其表面的黏附、伸展、增殖并能增強(qiáng)ALP活性。然而,目前尚無使用UVC波段紫外線處理微弧氧化種植體表面并植入動物體內(nèi),觀察其早期成骨狀態(tài)的研究報道。因此,本實驗旨在通過上述方法,在成骨早期、中期階段觀察種植體與兔脛骨的骨整合情況,以便在成骨早期即可獲得初期骨整合的方法,為長久地保持種植體成功率提供可能性。 目的： 觀察成骨早期的成骨方式及成骨各階段的骨整合狀態(tài),以達(dá)到紫外線照射微弧氧化種植體后,早期即能促使種植體表面緊密吸附大量成骨細(xì)胞而生長成新生骨質(zhì),促進(jìn)骨組織與種植體的接觸成骨。 方法： 1.種植體制備及表面處理分組 種植體分為兩組：對照組為微弧氧化組(MAO),實驗組為UVC波段紫外線照射微弧氧化組(UVC+MAO)。用商業(yè)二級純鈦鈦棒加工出一定規(guī)格的特殊的種植體,此植體有兩個骨環(huán),可以突出顯示表面處理后成骨情況；用無水丙酮、無水乙醇、去離子水依次超聲清洗。以甘油磷酸鈉和乙酸鈣配成電解液,低溫下行微弧氧化處理。處理參數(shù)如下：電壓350V,頻率800HZ,占空比20%,氧化時間30S,去離子水超聲清洗；無菌環(huán)境下使用15W UVC滅菌燈,距離材料表面5cm,對微弧氧化純鈦種植體表面照射48h。兩組皆在去離子水中儲存,γ射線消毒后備用。 2.實驗動物的選擇和分組： 實驗組為UVC+MAO組,對照組為MAO組。每只兔子隨機(jī)抽取左側(cè)脛骨植入對照組MAO植體,右側(cè)脛骨植入實驗組UVC+MAO植體。將26只新西蘭兔隨機(jī)抽出一只作為一周實驗?zāi)Ｐ?一周后處死,采用同種滅菌處理的實驗組(UVC+MAO組)和對照組(MAO組)種植體植入相同位點(diǎn)。隨機(jī)抽出一只作為四周實驗?zāi)Ｐ?4周后處死,采用同種滅菌處理的實驗組(UVC+MAO組)和對照組(MAO組)種植體植入相同位點(diǎn)。剩余的24只兔分為2、4、6周三個組,每組8只,采用同種滅菌處理的實驗組(UVC+MAO組)和對照組(MAO組)種植體植入相同位點(diǎn)。 3.實驗過程： 手術(shù)過程：實驗兔全麻下仰臥位,分別在兔的左右脛骨干骺線近心端制備種植窩,隨機(jī)抽取兔左腿脛骨植入MAO組種植體,右腿脛骨植入UVC+MAO組種植體,植入位點(diǎn)位于脛骨干骺線偏近心端,富含骨松質(zhì),離骨髓腔較遠(yuǎn),即種植體處于骨松質(zhì)范圍內(nèi),統(tǒng)一了種植體與周圍骨質(zhì)的相對生長環(huán)境,方便日后組織學(xué)觀察比較,種植體植入深度以平齊骨面為準(zhǔn)。 按時間表開始手術(shù),建立動物模型,術(shù)后3天均予以肌注慶大霉素預(yù)防感染。4周組、6周組動物于處死前第14、13天頸部皮下注射鹽酸四環(huán)素(30mg/kg),2周組、4周組、6周組動物于處死前第4、3天頸部皮下注射鈣黃綠素(10mg/kg)。按時間表處死實驗兔,分離脛骨,獲取帶種植體的骨標(biāo)本,經(jīng)牙科CT掃描植入位點(diǎn)及大體成骨情況后置入10%福爾馬林4。C固定1周備用,流水沖洗24h。將標(biāo)本分割成1.0cm×1.0cm×1.0cm的大小,用乙醇梯度脫水,氯仿透明和甲基丙烯酸甲酯包埋。采用Leica SP1600硬組織切片機(jī)切成150-200μm厚的切片,在熒光顯微鏡下觀察熒光效果并測量新骨礦化沉積率(Bone mineralization Apposition Rate,MAR)。然后,手工磨片制作厚度為50-70gm厚的骨磨片,亞甲基藍(lán)-酸性品紅染色,用光學(xué)顯微鏡行組織學(xué)觀察并測量皮質(zhì)骨區(qū)及松質(zhì)骨區(qū)種植體-骨整合長度(BIC%),以及皮質(zhì)骨區(qū)和松質(zhì)骨區(qū)種植體兩組骨環(huán)腔范圍內(nèi)的新骨面積比(Bone Area,BA%)。 結(jié)果： 1.大體觀察 實驗動物術(shù)后生長恢復(fù)良好,各組動物均無死亡,傷口無炎癥無裂開,每只兔植入兩顆種植體,共26只兔,52顆種植體,未發(fā)現(xiàn)種植體松動、脫落。切開脛骨近膝關(guān)節(jié)處的皮膚、肌肉及骨膜后,可見6W組及4W組種植體表面全部被新骨覆蓋,2W組見種植體表面略有小部分骨質(zhì)覆蓋或完全暴露,種植區(qū)周圍骨質(zhì)可見明顯黃染,兩組無明顯區(qū)別。 2.熒光顯微鏡下觀察并計算骨礦化沉積率(MAR, μm/d) 新生骨質(zhì)附著熒光而顯示綠色(鈣黃綠素)和黃色(四環(huán)素)。2W組鈣黃綠素的綠色熒光明顯且呈網(wǎng)狀,可明顯發(fā)現(xiàn)UVC+MAO組貼近種植體骨環(huán)腔處有明顯的熒光,而MAO組的熒光多距種植體骨環(huán)腔有一定的距離。4W組的四環(huán)素黃色熒光量明顯增多,且與綠色鈣黃綠素的熒光交織成網(wǎng)狀,兩熒光標(biāo)記之間間距較小。UVC+MAO組顯示的熒光量略比MAO組的多�？梢奙AO+UVC組的熒光基本貼附于種植體骨環(huán)腔表面,也有部分熒光由周邊骨組織向種植體骨環(huán)腔分泌新骨(MAR:4.50±1.80μm/d)。而MAO組的熒光多與種植體表面有一定不規(guī)則的距離,大部分熒光來自于周圍成熟骨組織向種植體骨環(huán)腔分泌新骨(MAR:2.75±0.67μm/d)。根據(jù)獨(dú)立方差計算t值,并對自由度進(jìn)行校正,檢驗結(jié)果為：t=-4.98,v=36.769,P0.001；可認(rèn)為4周實驗組與對照組差異有顯著意義。6W組顯示的熒光比較廣泛,黃綠色熒光標(biāo)記相互交織呈圓環(huán)狀,也有呈片狀、條線狀或網(wǎng)狀,兩熒光標(biāo)記間距較4周時寬,新骨形成活躍。UVC+MAO組(MAR:6.91±2.36μm/d)發(fā)出的熒光總量比MAO組(MAR:4.42±1.21μm/d)的多。此時兩組的熒光顯示周圍骨壁向種植體表面分泌的新骨與緊貼種植體表面生長的新骨連成一片,無明顯分界。檢驗結(jié)果為：t=-5.13,v=43.311,P0.001；可認(rèn)為6周實驗組與對照組差異有顯著意義。 3.組織學(xué)觀察并計算種植體-骨整合率(BIC%)及新骨面積比(BA%) 用光學(xué)顯微鏡觀察亞甲基藍(lán)-酸性品紅染色片。種植體植入2周時,新生骨量較少,UVC+MAO組近骨皮質(zhì)表面的種植體骨環(huán)腔中,新生骨量略多于位于松質(zhì)骨區(qū)骨環(huán)腔中的成骨量。此時無明顯大塊成骨,多為不規(guī)則骨小梁,且可見緊貼種植體表面略有細(xì)長骨小梁生成,同時周圍骨組織凸向骨環(huán)腔里分泌新骨。而MAO組中骨環(huán)腔里大部分為深藍(lán)色成骨細(xì)胞、類骨質(zhì)、纖維組織或肌肉組織,且這些組織離種植體表面有一定距離,部分周圍成熟骨組織分泌的新骨凸向骨環(huán)腔。兩組間皮質(zhì)骨區(qū)的種植體-骨整合率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=7.285,P0.001),實驗組BIC%(48.156±19.058)顯著高于對照組(10.452±8.080)。兩組間松質(zhì)骨區(qū)的種植體-骨整合率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=5.57,P0.001),實驗組BIC%(31.009±16.714)顯著高于對照組(6.815±4.750)。兩組間皮質(zhì)骨區(qū)新骨面積百分?jǐn)?shù)(BA%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=5.415,P0.001),實驗組BA%(42.890±21.061)顯著高于對照組(13.355±5.691)。兩組間松質(zhì)骨區(qū)新骨面積百分?jǐn)?shù)(BA%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=5.046,P0.001),實驗組BA%(20.461±11.592)顯著高于對照組(5.102±3.723)。種植體植入4周時,UVC+MAO組中新生骨量略多,有部分骨環(huán)腔可見周圍成熟骨組織凸向骨環(huán)腔形成的新骨與種植體表面新骨連成一片。MAO組骨環(huán)腔中仍有大部分藍(lán)色類骨質(zhì)以及少量的新生骨小梁。兩組間皮質(zhì)骨區(qū)的種植體-骨整合率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=3.282,P=0.003),實驗組BIC%(52.934±20.482)顯著高于對照組(31.288±16.622)。兩組間松質(zhì)骨區(qū)的種植體-骨整合率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=4.572,P0.001),實驗組BIC%(51.025±20.369)顯著高于對照組(25.061±10.059)。兩組間皮質(zhì)骨區(qū)新骨面積百分?jǐn)?shù)(BA%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=3.683,P=0.001),實驗組BA%(53.160±21.831)顯著高于對照組(29.185±14.194)。兩組間松質(zhì)骨區(qū)新骨面積百分?jǐn)?shù)(BA%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=4.333,P0.001),實驗組BA%(41.931±15.445)顯著高于對照組(20.591±12.228)。種植體植入6周時,UVC+MAO組新生骨質(zhì)多于MAO組。其中皮質(zhì)骨區(qū)新生骨組織充滿骨環(huán)腔,可見板層骨和哈弗斯管,松質(zhì)骨區(qū)種植體骨環(huán)腔成骨略少,新骨不斷沉積礦化,骨板連續(xù)性較好。MAO組新骨組織改建成板層骨,成骨略少,未完全充滿骨環(huán)腔。兩組間皮質(zhì)骨區(qū)的種植體-骨整合率差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=7.067,P0.001),實驗組BIC%(63.011±7.024)顯著高于對照組(48.623±4.120)。兩組間松質(zhì)骨區(qū)的種植體-骨整合率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(F=1.978,P=0.057),實驗組BIC%(53.648±9.535),對照組(48.030±6.183)。兩組間皮質(zhì)骨區(qū)新骨面積百分?jǐn)?shù)(BA%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=6.336,P0.001),實驗組BA%(71.640±6.605)顯著高于對照組(58.237±5.289。)。兩組間松質(zhì)骨區(qū)新骨面積百分?jǐn)?shù)(BA%)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=2.866,P=0.008),實驗組BA%(64.924±12.915)顯著高于對照組(53.396±9.597)。 結(jié)論： 1.帶有環(huán)形骨腔的種植體能利用骨環(huán)處穩(wěn)定的骨缺損空間,更清晰的比較不同表面處理方法對成骨的影響,其中包括不同時間段的成骨方式及成骨量。 2.經(jīng)過紫外線處理微弧氧化純鈦種植體早期能明顯促進(jìn)種植體-骨整合,皮質(zhì)骨區(qū)種植體-骨整合率是微弧氧化組的4.8倍；松質(zhì)骨區(qū)種植體-骨整合率是微弧氧化組的4.5倍。隨著時間推移,紫外線照射的作用效果減弱,兩組的骨整合效果差異減小。 3.經(jīng)過紫外線處理的微弧氧化純鈦種植體,早期的成骨方式主要表現(xiàn)為雙向成骨(一方面種植體表面吸附成骨細(xì)胞生長成新骨,另一方面骨腔周圍成熟骨質(zhì)向骨腔內(nèi)分泌新骨)。而微弧氧化組的早期成骨方式主要表現(xiàn)為距離成骨(骨腔周圍成熟骨質(zhì)向骨腔內(nèi)分泌新骨)。2周時,紫外線處理組新骨形成面積己達(dá)到43%,而微弧氧化組僅為13%。 4.早期皮質(zhì)骨的成骨速率是松質(zhì)骨的2倍,隨著時間推移,皮質(zhì)骨區(qū)與松質(zhì)骨區(qū)的新骨形成速率差異不明顯。 5.經(jīng)過紫外線照射后,主要作用表現(xiàn)為成骨早期增加成骨細(xì)胞對種植體表面的黏附從而新生骨質(zhì),而對成骨中后期的骨礦化速率無明顯的影響。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R783.3
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：紫外線處理微弧氧化純鈦種植體早期成骨作用的組織學(xué)探討，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：149911