Tłumaczenie oryginalnego artykułu: Emerging titanium surface modifications: The war against polymicrobial infections on dental implants, Valentim A. R. Barão, Raphael C. Costa, Jamil A. Shibli, Martinna Bertolini, and João Gabriel S. Souza
Braz Dent J. 2022 Jan-Feb; 33(1): 1–12.
Published online 2022 Mar 7. doi: 10.1590/0103-6440202204860
Źródło: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9645147/
Streszczenie
Implanty dentystyczne wykonane z materiału tytanowego (Ti) są uznawane za wiodącą opcję leczenia dla pacjentów z bezzębiem, charakteryzującą się wysokim wskaźnikiem sukcesu i długotrwałością kliniczną. Jednak powierzchnia implantu dentystycznego działa jako platforma do adhezji i gromadzenia mikroorganizmów po ekspozycji na jamę ustną. Tworzenie biofilmu na powierzchniach implantów dentystycznych zostało uznane za główny czynnik etiologiczny prowadzący do wystąpienia chorób zapalnych, znanych jako zapalenie błony śluzowej okołoiimplantacyjnej i periimplantatyt; to drugie jest uznawane za kluczową przyczynę późnego niepowodzenia implantu dentystycznego. Różne czynniki, takie jak produkcja matrycy biofilmu, źródło ekspozycji na węglowodany i interakcje międzykrólestwowe, przyczyniły się do zwiększonej akumulacji mikroorganizmów na implantach dentystycznych, prowadząc do zmiany mikrobiologicznej społeczności z stanu zdrowego na patogenny, zwiększając stan zapalny i sprzyjając uszkodzeniu tkanek. Te czynniki w połączeniu z przestrzenną organizacją biofilmów, zmniejszoną podatnością na antybiotyki, złożonym składem mikrobiologicznym i nieregularną topografią implantów utrudniają kontrolę biofilmów i eliminację mikroorganizmów. Pomimo dobrze znanego etiologicznego podłoża, nadal nie ma zgody co do najlepszego klinicznego protokołu kontroli akumulacji mikroorganizmów na powierzchniach implantów dentystycznych i leczenia chorób okołoimplantacyjnych. W tym sensie różne powłoki i zabiegi na powierzchni Ti zostały zaproponowane w celu zmniejszenia obciążenia mikroorganizmami i kontroli infekcji polimikrobowych na urządzeniach implantowalnych. Dlatego też niniejsza krytyczna recenzja ma na celu omówienie obecnych dowodów na akumulację biofilmu na implantach dentystycznych i kluczowych czynników związanych z procesem patogenezy zakażeń związanych z implantami. Ponadto omówione są potencjalne modyfikacje powierzchni z właściwościami przeciwbiofilmowymi dla urządzeń implantowanych w celu rzucenia światła na obiecujące strategie kontrolowania periimplantatytu.
Słowa kluczowe: tytan, implant dentystyczny, biofilm, infekcja, powłoka
Wstęp
Tytan (Ti) od dawna jest pionierskim materiałem do produkcji implantów dentystycznych, szeroko stosowanym w celu zastąpienia brakujących zębów i przywrócenia funkcji żucia, zgryzu i estetyki. Pomimo że implanty dentystyczne oparte na Ti są dobrze ugruntowaną opcją leczenia, charakteryzującą się wysokim długoterminowym przeżyciem (>92%), materiał Ti jest podatny na proces zużycia/korozji (tj. tribokorozję) oraz stałe wyzwanie mikrobiologiczne w środowisku jamy ustnej. Zgodnie z ostatnimi raportami konsensusowymi, biofilm związany z implantami dentystycznymi jest głównym czynnikiem etiologicznym prowadzącym do infekcji związanych z implantami, znanych jako zapalenie błony śluzowej okołoiimplantacyjnej i periimplantatyt. Te stany patologiczne zwiększają ryzyko późnych niepowodzeń implantu, stanowiąc istotny problem dla zdrowia jamy ustnej, zwłaszcza u pacjentów bezzębnych. Wszystkie terapie nienaruszające w tych przypadkach stanowią wyzwanie z powodu trudnego dostępu do miejsc choroby, złożonej mikro- i makrotopografii powierzchni implantu oraz ze względu na to, jak ściśle przylegają te biofilmy do powierzchni implantów. To może wyjaśniać nieskuteczność terapii nienaruszających dla przypadków periimplantatytu, nawet w połączeniu z antybiotykami ogólnoustrojowymi. Dlatego też, w celu zapobiegania i kontrolowania adhezji i akumulacji mikroorganizmów na powierzchniach implantów dentystycznych, projektowanie modyfikacji powierzchni Ti o właściwościach przeciwbiofilmowych przyciągnęło uwagę badaczy, widząc możliwość uniknięcia tych infekcji, a nie ich leczenia.
Oprócz poprawy procesu gojenia się kości okołoiimplantacyjnej, modyfikacje powierzchni Ti mogą promować pożądane efekty przeciwbiofilmowe. Związki przeciwbakteryjne, takie jak bioaktywne pierwiastki, nanocząstki metaliczne i jony, antybiotyki, substancje przeciwinfekcyjne, peptydy przeciwbakteryjne (AMP) i polimery terapeutyczne, są rutynowo włączane na powierzchnie Ti za pomocą licznych metod osadzania. Poprzednie badania potwierdziły obiecujące wyniki tych powierzchni na kontrolowanie akumulacji biofilmu i infekcji mikroorganizmami w modelach zwierzęcych. Jednak do tej pory brakuje modyfikacji powierzchni Ti o wiarygodnych właściwościach przeciwbiofilmowych dla zastosowań implantów dentystycznych w ustawieniu klinicznym.
W związku z tym niniejsza krytyczna recenzja ma na celu zaoferowanie zaktualizowanej perspektywy infekcji związanych z implantami oraz rozwoju modyfikacji powierzchni Ti o pożądanych właściwościach przeciwbiofilmowych dla zastosowań implantów dentystycznych. Ponadto prospektujemy, że ta recenzja dostępnych dowodów naukowych będzie stymulować badaczy do racjonalnego inżynierii bezpieczniejszych powierzchni implantów, skupiając się na przeniesieniu ich do realnych zastosowań.
Akumulacja biofilmu na implantach dentystycznych: wróg, którego należy pokonać
Biofilmy to dobrze zorganizowane społeczności mikroorganizmów otoczone trójwymiarową macierzą zewnątrzkomórkową, które tworzą odpowiednie środowisko i architekturę z liczymi korzyściami dla kolonizujących gatunków, takimi jak ochrona przed antybiotykami, poprawiona koagregacja, metabolizm mikroorganizmów i właściwości interakcji. Akumulacja biofilmu na powierzchniach biotycznych i abiotycznych jest wieloaspektowym procesem, który jest pośredniczony przez właściwości powierzchni materiałów, odpowiedź gospodarza i warunki środowiskowe. Dlatego mikroorganizmy rodzime z mikrobiomu jamy ustnej, żyjące w stanie wzajemnym z gospodarzem i przylepione do dowolnej powierzchni w jamie ustnej, są bezpośrednio dotknięte lokalnymi lub środowiskowymi zmianami gospodarza, co może prowadzić do nadmiernego wzrostu patogennych gatunków i często prowadzi do rozwoju chorób jamy ustnej. Dlatego każda powierzchnia wprowadzona do środowiska jamy ustnej, takie jak implanty dentystyczne, może działać jako dodatkowy substrat do adhezji i akumulacji mikroorganizmów.
Adsorpcja białek na biomateriałach została wskazana jako początkowa odpowiedź biologiczna organizmu ludzkiego, a ten proces jest odpowiedzialny za pośredniczenie kolejnych zdarzeń komórkowych, takich jak adhezja mikroorganizmów i komórek gospodarza. Co ciekawe, właściwości chemiczne i fizyczne powierzchni Ti mają bezpośredni wpływ na profil proteomiczny białek adsorbowanych z śliny i osocza. Dlatego oczekuje się istotnych różnic między powierzchniami jamy ustnej a powierzchniami biomateriałów w zakresie adsorpcji białek i dalszej adhezji mikroorganizmów, a zatem kompleksowa wiedza zdobyta z akumulacji mikroorganizmów na powierzchniach dentystycznych nie może być po prostu przeniesiona na pole implantów dentystycznych przed przetestowaniem jej eksperymentalnie.
Biorąc pod uwagę, że jama ustna jest siedliskiem prawie tysiąca gatunków bakterii wykrywalnych za pomocą sekwencjonowania 16S rRNA, implanty dentystyczne będą narażone na złożoną społeczność mikroorganizmów, gdy zostaną pokryte początkową warstwą białek śliny/plazmy. W związku z tym, chociaż zęby i implanty dzielą tę samą środowiskową jamę ustną, mogą różnić się w swoich ekosystemach mikrobiologicznych, głównie pod względem gatunków mikroorganizmów. Na implantach dentystycznych gatunki Streptococcus, Fusobacterium i Capnocytophaga zostały opisane jako pierwsze kolonizatory bezpośrednio po założeniu implantu, podczas gdy w początkowym tworzeniu płytki nazębnej na zębach biorą udział liczne gatunki streptokoków, a także gatunki niestreptokokowe, takie jak Neisseria, Rothia i Gemella. Zatem interakcje między różnymi gatunkami i późnymi kolonizatorami, uznawanymi za proces koagregacji, który będzie prowadził do dojrzewania biofilmu, mogą znacząco różnić się między implantami dentystycznymi a zębami, będąc bardzo specyficznymi dla miejsca. Po dojrzeniu biofilmy tworzą dobrze ustaloną i stabilną „społeczność klimaksową”, znana z tego, że jest bardzo stabilna w czasie.
Infekcje związane z implantami: powszechny i trudny do rozwiązania problem
Zgodnie z ostatnią klasyfikacją chorób związanych z implantami dentystycznymi opublikowaną w 2018 roku, obecne dowody pokazują, że polimikrobowe biofilmy są odpowiedzialne za indukowanie procesów chorób zapalnych w miejscach okołoiimplantacyjnych, zwanych zapaleniem błony śluzowej okołoiimplantacyjnej i periimplantatyt. Podczas gdy zapalenie błony śluzowej okołoiimplantacyjnej charakteryzuje się odwracalnym zapaleniem w błonie śluzowej okołoiimplantacyjnej bez utraty kości zębowej, periimplantatyt prowadzi do postępującej utraty kości podporowej, do której przyczepione są implanty. Dlatego infekcje związane z implantami, głównie periimplantatyt, uznawane są za główny powód niepowodzeń w leczeniu implantów dentystycznych, dotykając od 40% do 22% implantów z zapaleniem błony śluzowej okołoiimplantacyjnej i periimplantatyt.
Warto zauważyć, że niedawna adaptacja „hipotezy ekologicznej płytki nazębnej” na powierzchniach zębów została wykorzystana do opisania przejścia od zdrowego do chorobowego stanu w błonie śluzowej okołoiimplantacyjnej i tkankach kostnych. Ta hipoteza biologiczna, oparta na obecnym dowodzie, opisuje różne czynniki, które mogą wywoływać/przyczyniać się do zakłócenia stanu symbiotycznego biofilmów związanych z implantami, prowadząc do nadmiernego wzrostu gatunków o potencjale patogennym, wywołując procesy zapalne lub przyczyniając się do postępu choroby. Pokazaliśmy, że kilka czynników może przyczyniać się do tego procesu, takich jak ekspozycja na węglowodany, która sprzyja produkcji matrycy wzrostu biofilmu i interakcja międzygatunkowa między bakteriami a Candida albicans, prowadząca do kolejnych zmian środowiskowych i wyższej odpowiedzi prozapalnej. Dlatego te czynniki, w połączeniu z złożoną architekturą biofilmów jamy ustnej, szerokim składem mikrobiologicznym, obniżoną podatnością na antybiotyki i nieregularną topografią implantów dentystycznych, sprawiają, że jest to złożona choroba do kontrolowania i zwalczania. Ponadto może to wyjaśniać brak zgody co do optymalnego klinicznego protokołu leczenia periimplantatytu i nieskuteczność terapii nienaruszających. Dlatego powłoki i zmiany w właściwościach chemicznych/fizycznych powierzchni Ti stają się obiecującymi podejściami do poprawy potencjału przeciwbakteryjnych właściwości implantów opartych na Ti i zapobiegania infekcjom związanym z implantami.
Inżynieria powierzchni implantów w celu kontroli biofilmu związanego z implantami dentystycznymi
Modyfikacje powierzchni Ti zostały szeroko zaproponowane w celu poprawy jakości procesu osteointegracji i/lub wywarcia właściwości przeciwbakteryjnych w celu uniknięcia infekcji implantów. Ogólnie modyfikacje powierzchni implantów zmieniają topografię materiału poprzez makro-, mikro-, lub nano-teksturowanie z lub bez włączenia związków przeciwbakteryjnych. Te modyfikacje powierzchni implantów mogą być przeprowadzane za pomocą licznych technik, które mogą być mechaniczne, fizyczne, chemiczne lub kombinacją wszystkich. Pod względem właściwości przeciwbakteryjnych należy wziąć pod uwagę cztery główne mechanizmy powierzchni: i) modulacja biofilmu mikrobiologicznego (powierzchnie bioaktywne); ii) właściwości odpychające/mikroorganizmy nieprzylegające (powierzchnie antyobrozne), iii) związki zabijające lub uwalniające związków zabijających (powierzchnie załadowane związkami przeciwbakteryjnymi), i iv) dostawa związków przeciwbakteryjnych na żądanie (inteligentne powierzchnie). W celu niniejszej recenzji, modyfikacje powierzchni Ti zostały sklasyfikowane na podstawie wymienionych powyżej mechanizmów przeciwbakteryjnych, jak wcześniej opisano gdzie indziej.
Powierzchnie implantów bioaktywnych Początkowo badania skupiały się na tzw. „powierzchniach bioaktywnych”. Na tych powierzchniach, związki funkcjonalne [np. Ca, PO₄³⁻, Si, Mg, Zn, Na, N, C, Ta, Se, hydroksyapatyt, szkła bioaktywne, czynniki wzrostu i inne] były włączane na powierzchnię Ti, zmieniając właściwości powierzchni materiału i bezpośrednio poprawiając jego odpowiedzi biologiczne. W porównaniu do powierzchni kontrolnych (materiał obrabiany mechanicznie, żrące kwasem lub piaskowanie Ti), powierzchnie bioaktywne wykazały dobre zachowanie mechaniczne/tribologiczne, wyższą wydajność antykorozyjną, z pobudzającą komórki kostne zdolnością, oraz szybszym wzrostem apatytu in vitro. Powierzchnie bioaktywne również promują większą degradację macierzy kostnej w miejscu styku implant-tkanka, co dokumentowano w modelach zwierzęcych. Chociaż powierzchnie bioaktywne mogą być wskazane do skrócenia początkowego okresu osteointegracji, co jest klinicznie istotne dla terapii implantowej z protokołami natychmiastowego/wczesnego obciążenia, te powierzchnie mają ograniczony efekt antybiofilmowy ze względu na brak związków przeciwbakteryjnych. Obecnie głównym wyzwaniem jest włączenie pierwiastków przeciwbakteryjnych do materiału Ti zdolnego do promowania niezawodnego i długotrwałego efektu przeciwbakteryjnego, bez utraty ich zdolności bioaktywnych w czasie lub osiągania stężeń subinhibicyjnych, które mogą sprzyjać powstawaniu nadmiernie odpornych szczepów, tworząc znacznie większy problem.
W odniesieniu do właściwości przeciwbakteryjnych powierzchni bioaktywnych, badacze nie tylko myślą o tworzeniu powierzchni, które mogłyby zabijać bakterie, ale również o pozytywnym wpływie na skład przyłączonego biofilmu poprzez wybór zdrowych gatunków bakteryjnych. W tym kontekście nasza grupa niedawno zaprojektowała powłokę na bazie szkła bioaktywnego poprzez utlenianie elektrolityczne w plazmie (PEO-BG), która była w stanie poprawić odpowiedzi biologiczne oraz promować pozytywną modulację polimikrobowego biofilmu. PEO-BG wywołał zmianę mikrobiologiczną na powierzchni implantu, promując zmniejszenie różnorodności i stopniowe wyczerpywanie bakterii związanych z patologią oraz wzbogacenie zdrowej mikrobiologicznej społeczności stałej. Pokazaliśmy, że chemia powierzchni i wzory topograficzne PEO-BG prowadzą do zmiany z patologii na zdrowo związane z komunitetem mikrobiologicznym, który po osiągnięciu stabilności, może zapobiegać infekcjom związanym z implantami. Powierzchnie z mechanizmem modulacji biofilmu wydają się również obiecujące w unikaniu coraz większego problemu oporności bakteryjnej na wszczepione biomateriały i warto je bardziej szczegółowo zbadać, aby uzyskać pogłębione badania w celu późniejszego stosowania u pacjentów.
Powierzchnie implantów antyobrozne
Ponieważ adhezja mikroorganizmów jest pierwszym etapem formowania się biofilmu, projektowanie powierzchni antyobroznych może pomóc w unikaniu infekcji związanych z implantami już na początku, tworząc powierzchnię wolną od biofilmu. Właściwości powierzchni implantów, takie jak mokrość, chropowatość powierzchni i wzory topograficzne, odgrywają kluczową rolę w interakcjach mikroorganizmów z powierzchnią i bezpośrednio wpływają na adhezję i kolonizację bakterii. Na przykład zwiększenie hydrofobowości powierzchni może zmniejszyć siły adhezji między bakteriami a powierzchnią implantu, uniemożliwiając mikroorganizmom dotarcie do powierzchni i tworzenie biofilmów. Jednak głównym zmartwieniem dotyczącym tych powierzchni antyobroznych w dziedzinie implantologii jest możliwy negatywny wpływ na początkową adsorpcję białek i, co ważniejsze, na procesy adhezji komórek gospodarza. Zauważalnie Souza i in. 2020 r. Opracowali jednokrokowy protokół oparty na technologii plazmy niskociśnieniowej wyładowania iskrzącego, w celu wytworzenia powłoki o superhydrofobowej (kontaktowy kąt wody powyżej 150°) dla powierzchni Ti zdolnej do dramatycznego zmniejszenia początkowej adhezji bakteryjnej, umożliwiając jednocześnie kolonizację i proliferację komórek fibroblastów ludzkich. Ta nowo opracowana powierzchnia antyobrozna umożliwiła również zabijanie bakterii poprzez bezpośredni kontakt z bakteriami jamy ustnej przyłączonymi do powierzchni Ti, testowane in vitro i in situ (około 8-krotne zmniejszenie w porównaniu z powierzchnią nieleczonej). Ponadto ta powierzchnia sprzyjała adhezji komórek fibroblastów (po 1, 3 i 4 dniach hodowli), prawdopodobnie ze względu na wysoką chropowatość powierzchni, jak wcześniej przeglądano. Bazując na zasadach Wenzela i Cassel-Baxtera, hydrofobowość powierzchni jest określana głównie przez chropowatość powierzchni; dlatego ta powierzchnia jest przykładem, w którym modyfikacja powierzchni Ti prowadziła do zmiany właściwości fizykochemicznych (powierzchnie silnie chropowate; Ra > 3,0 μm) z bezpośrednim efektem przeciwbakteryjnym. Ponadto inni wykazali, że efekt bakteriobójczy jest bardziej wyraźny na powierzchniach z wyższymi strukturami.
Oprócz powierzchni superhydrofobowych, inspirowane naturą powierzchnie biomimetyczne również wykazują silne właściwości antyobrozne, aby zapobiec akumulacji mikroorganizmów. W kontekście wzorów topograficznych istnieje związek między skalą bakterii a charakterystycznymi wymiarami tekstury powierzchni, aby promować efekt antybiofilmowy. Ogólnie bakterie preferencyjnie przylegają i kolonizują w rowkach i przestrzeniach mikrostruktury, ale tylko jeśli te zagłębione obszary są większe lub równoważne ich własnym rozmiarom, ponieważ wielkość nanostruktur wzrasta, siły adhezji bakterii maleją. W tym sensie nanostrukturalne powierzchnie Ti zostały skojarzone z efektami antyobroznymi i bakteriostatycznymi przez odpychanie bakterii, które nie mogą znaleźć miejsc do początkowego przywiązania. Wśród powierzchni biomimetycznych inspirowanych naturą, tworzenie nanopilów, nanokolumn, nanoprzewodów, nanocwieków, struktur typu włókno i typu liść lotosu ma potencjał do hamowania konkretnych gatunków bakteryjnych (takich jak Streptococcus aureus i Escherichia coli) i stanowi cenną strategię do przetestowania przeciwko oralnym polimikrobowym biofilmom związanym z powierzchniami implantów dentystycznych za pomocą in vivo badań mechanistycznych.
Powierzchnie implantów załadowane związkami przeciwbakteryjnymi
Powierzchnie załadowane związkami przeciwbakteryjnymi były głównym obszarem badań w dziedzinie implantologii w ciągu ostatnich 20 lat. Liczne związki przeciwbakteryjne [np. nanocząstki metaliczne i jony, antybiotyki, substancje przeciwinfekcyjne, peptydy przeciwbakteryjne (AMP), terapeutyczne polimery i inne] były stosowane w celu poprawy aktywności przeciwbakteryjnej powierzchni Ti. Te powierzchnie przeciwbakteryjne mogą być osiągnięte za pomocą jedno- lub wieloetapowego procesu za pomocą kilku technik osadzania, aby zapewnić odpowiednie działanie bakteriostatyczne i bakteriobójcze. Aktywność przeciwbakteryjna jest osiągana głównie poprzez fizyczne uszkodzenie błony komórkowej bakterii przypisywane związkowi przeciwbakteryjnemu na powierzchni (zabijanie kontaktowe) lub ich uwalnianie w miejscu infekcji z ich pobraniem do komórki bakteryjnej (uwolnienie zabijania). W rzeczywistości w badaniach laboratoryjnych powierzchnie załadowane związkami przeciwbakteryjnymi promują lepsze wyniki w redukcji biofilmu niż powierzchnie kontrolne. Jednak sukces każdej powierzchni implantu wykracza poza proces osadzania związków przeciwbakteryjnych.
W kontekście infekcji związanych z implantami, które są przewlekłymi stanami związanymi z ciągłym gromadzeniem się biofilmu patogennego i wielolekoopornego, powierzchnia załadowana musi być stabilna w warunkach jamy ustnej, zapewniać długotrwałe i stałe uwalnianie substancji przeciwbakteryjnej, które mogą pokryć zarówno wczesne, jak i późne infekcje, idealnie z możliwością ponownego załadowania, gdy jest to konieczne, aby utrzymać odpowiedni efekt terapeutyczny w warunkach klinicznych. To kolosalne wyzwanie może wyjaśnić dlaczego tylko kilka opracowanych powierzchni przeciwbakteryjnych przechodzi do badań klinicznych. Nasza niedawna systematyczna recenzja wykazała, że tylko powłoki przeciwbakteryjne z chlorheksydyną, jonami srebra i dwutlenkiem tytanu do implantów dentystycznych zostały przetestowane w badaniach klinicznych, wykazując ograniczony wpływ na kontrolę infekcji w długoterminowej perspektywie. Dlatego większość proponowanych powierzchni z dobrymi wynikami w badaniach przedklinicznych są trudne do skalowania i mogą znacząco podnieść cenę implantów, bez jak dotąd znanych korzyści klinicznych.
Inteligentne powierzchnie implantów
Biorąc pod uwagę bieżące ograniczenia związane z krótkoterminowym działaniem powierzchni załadowanych substancjami przeciwbakteryjnymi, inżynieria inteligentnych powierzchni rozwija się jako nowa generacja podejść przeciwbakteryjnych dla zastosowań implantacyjnych. Teoretycznie inteligentne powierzchnie to materiały odpowiadające na bodźce wewnętrzne/zewnętrzne, które uwalniają substancję przeciwbakteryjną tylko wtedy, gdy obecne są infekcje. Ta strategia może dostarczyć idealne stężenia przeciwbakteryjne w precyzyjnym momencie i miejscu infekcji, zmniejszając toksyczność i oporność mikroorganizmów. Niektóre bodźce zewnętrzne (np. ultradźwięki, temperatura, światło, pole magnetyczne i impulsy elektryczne) oraz wewnętrzne (np. potencjał redoks, aktywność enzymatyczna, poziom O2 i pH) zostały przetestowane w zastosowaniach biomedycznych do aktywacji tych opracowanych inteligentnych powierzchni, pokazując się jako niezawodna strategia dostarczania leków z właściwością ponownego użycia, aby zagwarantować aktywację powierzchni kilka razy, w razie potrzeby. Ponadto, aby zwiększyć optymalizację tych powierzchni, proponuje się niedawno dualne podejścia do bodźców, aby przyspieszyć zarówno etapy zapobiegania, jak i leczenia klinicznego infekcji stomatologicznych i ortopedycznych. W skrócie, inżynieria inteligentnych powierzchni implantów to stosunkowo nowy obszar, bardzo obiecujący, ale wciąż musi być dogłębnie i systematycznie badany w terapii implantów dentystycznych w najbliższej przyszłości.
Ostateczne uwagi, wyzwania i perspektywy na przyszłość
Istotnym zmartwieniem wynikającym z obecnej stomatologii implantologicznej jest wzrostowa występowalność infekcji przyimplantacyjnych i brak konsensusu co do najskuteczniejszej techniki terapeutycznej w leczeniu tych chorób. Często chorym implantom trzeba usunąć, niszcząc kość i tkanki podporowe oraz tworząc większy problem do rozwiązania przed możliwością nowego umieszczenia implantu. Aby przezwyciężyć ten problem, konieczne jest opracowanie nowych strategii kontroli biofilmu przyimplantacyjnego, mających na celu przewidywalność długoterminową leczenia implantacyjnego. W tym kontekście pojawiające się modyfikacje powierzchni z właściwościami przeciwbakteryjnymi i/lub przeciwdziałającymi osadzaniu się biofilmu przyciągnęły naszą uwagę w tej recenzji, aby odzwierciedlić, co jest obecnie dostępne, i jakie są przyszłe kierunki w tej dziedzinie.
Nie ma wątpliwości, że pierwsze opracowane powierzchnie przeciwbakteryjne związane z inkorporacją pierwiastków bioaktywnych lub leków przeciwbakteryjnych zniechęciły nas do pewnego stopnia. Takie powierzchnie działają według zasady zabijania w kontakcie lub uwalniania leku, ale ich działanie przeciwbakteryjne nie jest wystarczająco długotrwałe, aby sprostać przewlekłemu procesowi infekcji przyimplantacyjnych. Aby pogorszyć scenariusz, do tej pory nie odniesiono sukcesu w tworzeniu powierzchni, które mogłyby być ponownie załadowane świeżą substancją przeciwbakteryjną, zastępując uwalnianą na powierzchnie implantów dentystycznych, częściowo z powodu trudności w dostępie do tych miejsc. Ważne jest również zauważenie, że niekontrolowane uwolnienie leków może wpłynąć na rozwój szczepów bakterii opornych i może prowadzić do cytotoksyczności wobec otaczających komórek gospodarza. Staramy się również skonfrontować się z wieloma badaniami wykorzystującymi niewiarygodne modele in vitro i in vivo, które nie odzwierciedlają środowiska jamy ustnej, ludzkiego mikrobiomu i złożonej natury choroby. Nic więc dziwnego, że te powierzchnie nie zostały szeroko przetestowane w randomizowanych kontrolowanych badaniach klinicznych ani nie zdobyły rynku implantów, chociaż może to być punkt zwrotny w walce z taką chorobą.
Obecnie w interdyscyplinarnym i wielowątkowym podejściu badacze poświęcili swoje wysiłki na opracowanie tzw. inteligentnych powierzchni. Są to powierzchnie reagujące na określone bodźce, aby uwalniać substancję przeciwbakteryjną dokładnie wtedy, gdy jest to konieczne, w sposób specyficzny dla miejsca infekcji. Jednakże, biorąc pod uwagę, że choroba przyimplantacyjna ma charakter immunoinflammacyjny, tylko kontrolowanie biofilmu nie wystarczy i konieczne jest włączenie substancji immunomodulujących o właściwościach przeciwzapalnych, aby kontrolować odpowiedź gospodarza. Powinno to być zdecydowanie brane pod uwagę, gdy te tak zwane inteligentne powierzchnie będą wystarczająco zaawansowane, aby mogły również modulować zbyt wybuchową obronę gospodarza, często odpowiedzialną za niszczenie tkanek. Co ciekawe, pojawiają się dowody sugerujące ważną rolę modulacji immunologicznej gospodarza, gdy implanty prezentują utratę kości wokół nich, ponieważ mogą być one postrzegane jako ciała obce, które wywołują odpowiedź ciała obcego po umieszczeniu w kontakcie z tkanką kostną. Podobne reakcje, obejmujące przewlekłe zapalenie, mogą być również obserwowane w interfejsie implantów ortopedycznych, chociaż nie zawsze są one narażone na bakterie, prowadząc do luźności aseptycznej, często związanej z reaktywacją układu zapalnego-immunologicznego.
Niedawno zgromadzone dowody sugerują, że obecność produktów Ti wokół implantów dentystycznych może przyczyniać się do dysbiozy mikrobiologicznej i peri-implantitis, a nawet w warunkach aseptycznych (bez obecności biofilmu bakteryjnego) produkty Ti uwalniane z powierzchni mogą prowadzić do uszkodzenia tkanek gospodarza poprzez negatywny wpływ na homeostazę komórek, zwiększając reakcję zapalną w otaczających tkankach, utratę kości i odklejenie implantu. Dlatego blokowanie zarówno zapalenia, jak i osteoklastogenezy lokalnie poprzez powolne uwalnianie substancji na powierzchni Ti może być interesującą opcją dla modulacji gospodarza w celu zapobiegania utracie kości wokół implantów. Chociaż jeszcze nie zostało to eksperymentalnie przetestowane, może to być obiecujące podejście terapeutyczne dla klinicznego zarządzania utratą kości przyimplantacyjnej. Ważne jest również, aby niezależnie od tego, jak są opracowywane te nowe powierzchnie, uwzględnić ich stabilność w środowisku jamy ustnej, aby uniknąć uwalniania cząstek Ti i produktów degradacji do tkanek jamy ustnej i niejamowych, pogłębiając dalszy proces zapalny.
Innym obszarem badań z obiecującymi wynikami są powierzchnie inspirowane naturą, które zapewniają aktywność antyobrzękową w bezpiecznych warunkach. Istnieje szeroki wybór topografii powierzchni do zbadania, dedykowanych mikro- i nanoswiatu, które oddziałują z bakteriami w różny sposób. Jednakże zauważalne jest, że te powierzchnie mogą również wpływać na zachowanie się komórek ludzkich; dlatego równowaga w właściwościach antyobrzękowych jest niezbędna do osiągnięcia zgodności powierzchni w in vivo. W tym kontekście algorytmy uczenia maszynowego do projektowania niezawodnych powierzchni są strategią w rękach, aby lepiej badać nowe architektury powierzchni.
W końcu, aby mądrze wygrać nigdy się niekończącą wojnę z infekcjami polimikrobowymi na implantach dentystycznych i zdobyć potencjalne przełomy w inżynierii powierzchni implantów, ważne jest głębokie rozpoznanie strategii naszego wroga, zrozumienie dokładnego mechanizmu etiopatogenezy oraz czynników ryzyka choroby przyimplantacyjnej. Czy wygramy tę wojnę? Nie wiemy dokładnie, ale znacząca wiedza nadal czeka na odkrycie poprzez dobrze zaprojektowane badania.
Źródła
1. Adell R, Lekholm U, Rockler B, Brånemark PI. A 15-year study of osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Int J Oral Surg. 1981;10:387–416. [PubMed] [Google Scholar]
2. Brånemark PI, Hansson BO, Adell R, Breine U, Lindström J, Hallén O, et al. Osseointegrated implants in the treatment of the edentulous jaw. Experience from a 10-year period. Scand J Plast Reconstr Surg Suppl. 1977;16:1–132. [PubMed] [Google Scholar]
3. Frisch E, Wild V, Ratka-Krüger P, Vach K, Sennhenn-Kirchner S. Long-term results of implants and implant-supported prostheses under systematic supportive implant therapy: A retrospective 25-year study. Clin Implant Dent Relat Res. 2020;22:689–696. [PubMed] [Google Scholar]
4. Howe M-S, Keys W, Richards D. Long-term (10-year) dental implant survival: A systematic review and sensitivity meta-analysis. J Dent. 2019;84:9–21. [PubMed] [Google Scholar]
5. Costa RC, Abdo VL, Mendes PHC, Mota-Veloso I, Bertolini M, Mathew MT, et al. Microbial Corrosion in Titanium-Based Dental Implants: How Tiny Bacteria Can Create a Big Problem? J Bio Tribo Corros. 2021;7:136–136. [Google Scholar]
6. Dini C, Costa RC, Sukotjo C, Takoudis CG, Mathew MT, Barão VAR. Progression of Bio-Tribocorrosion in Implant Dentistry. Front Mech Eng. 2020:6–6. [Google Scholar]
7. Lang NP, Brägger U, Walther D, Beamer B, Kornman KS. Ligature-induced peri-implant infection in cynomolgus monkeys. I. Clinical and radiographic findings. Clin Oral Implants Res. 1993;4:2–11. [PubMed] [Google Scholar]
8. Mombelli A, Décaillet F. The characteristics of biofilms in peri-implant disease. J Clin Periodontol. 2011;38(Suppl 11):203–213. [PubMed] [Google Scholar]
9. Berglundh T, Armitage G, Araujo MG, Avila-Ortiz G, Blanco J, Camargo PM, et al. Peri-implant diseases and conditions: Consensus report of workgroup 4 of the 2017 World Workshop on the Classification of Periodontal and Peri-Implant Diseases and Conditions. Journal of Clinical Periodontology. 2018;45:S286–S291. [PubMed] [Google Scholar]
10. Schwarz F, Alcoforado G, Guerrero A, Jönsson D, Klinge B, Lang N, et al. Peri-implantitis: Summary and consensus statements of group 3. The 6th EAO Consensus Conference 2021. Clinical Oral Implants Research. 2021;32:245–253. [PubMed] [Google Scholar]
11. Daubert DM, Weinstein BF. Biofilm as a risk factor in implant treatment. Periodontology 2000. 2019;81:29–40. [PubMed] [Google Scholar]
12. Schwendicke F, Tu Y-K, Stolpe M. Preventing and Treating Peri-Implantitis: A Cost-Effectiveness Analysis. J Periodontol. 2015;86:1020–1029. [PubMed] [Google Scholar]
13. Derks J, Tomasi C. Peri-implant health and disease. A systematic review of current epidemiology. J Clin Periodontol. 2015;42:S158–S171. [PubMed] [Google Scholar]
14. Ntrouka VI, Slot DE, Louropoulou A, Van der Weijden F. The effect of chemotherapeutic agents on contaminated titanium surfaces: a systematic review. Clin Oral Implants Res. 2011;22:681–690. [PubMed] [Google Scholar]
15. Suárez-López Del Amo F, Yu S-H, Wang H-L. Non-Surgical Therapy for Peri-Implant Diseases: a Systematic Review. J Oral Maxillofac Res. 2016;7:e13–e13. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
16. Shibli JA, Ferrari DS, Siroma RS, Figueiredo LC de, Faveri M de, Feres M, et al. Microbiological and clinical effects of adjunctive systemic metronidazole and amoxicillin in the non-surgical treatment of peri-implantitis: 1 year follow-up. Brazilian Oral Research. 2019;33 [PubMed] [Google Scholar]
17. Alipal J, Mohd Pu’ad NAS, Nayan NHM, Sahari N, Abdullah HZ, Idris MI, et al. An updated review on surface functionalisation of titanium and its alloys for implants applications. Materials Today: Proceedings. 2021 [Google Scholar]
18. Xue T, Attarilar S, Liu S, Liu J, Song X, Li L, et al. Surface Modification Techniques of Titanium and its Alloys to Functionally Optimize Their Biomedical Properties: Thematic Review. Front Bioeng Biotechnol. 2020;8:603072–603072. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
19. Souza JGS, Bertolini MM, Costa RC, Nagay BE, Dongari-Bagtzoglou A, Barão VAR. Targeting implant-associated infections: titanium surface loaded with antimicrobial. iScience. 2021 Jan 22;24:102008–102008. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
20. Chouirfa H, Bouloussa H, Migonney V, Falentin-Daudré C. Review of titanium surface modification techniques and coatings for antibacterial applications. Acta Biomater. 2019;83:37–54. [PubMed] [Google Scholar]
21. Ao H, Yang S, Nie B, Fan Q, Zhang Q, Zong J, et al. Improved antibacterial properties of collagen I/hyaluronic acid/quaternized chitosan multilayer modified titanium coatings with both contact-killing and release-killing functions. J Mater Chem B. 2019;7:1951–1961. [PubMed] [Google Scholar]
22. Chen J, Shi X, Zhu Y, Chen Y, Gao M, Gao H, et al. On-demand storage and release of antimicrobial peptides using Pandora’s box-like nanotubes gated with a bacterial infection-responsive polymer. Theranostics. 2020;10:109–122. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
23. Gao Q, Feng T, Huang D, Liu P, Lin P, Wu Y, et al. Antibacterial and hydroxyapatite-forming coating for biomedical implants based on polypeptide-functionalized titania nanospikes. Biomater Sci. 2019;8:278–289. [PubMed] [Google Scholar]
24. Hong L, Liu X, Tan L, Cui Z, Yang X, Liang Y, et al. Rapid Biofilm Elimination on Bone Implants Using Near-Infrared-Activated Inorganic Semiconductor Heterostructures. Advanced Healthcare Materials. 2019;8:1900835–1900835. [PubMed] [Google Scholar]
25. Huang B, Tan L, Liu X, Li J, Wu S. A facile fabrication of novel stuff with antibacterial property and osteogenic promotion utilizing red phosphorus and near-infrared light. Bioactive Materials. 2019;4:17–21. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
26. Li D, Li Y, Shrestha A, Wang S, Wu Q, Li L, et al. Effects of Programmed Local Delivery from a Micro/Nano-Hierarchical Surface on Titanium Implant on Infection Clearance and Osteogenic Induction in an Infected Bone Defect. Adv Healthc Mater. 2019;8:e1900002–e1900002. [PubMed] [Google Scholar]
27. Costa RC, Nagay BE, Bertolini M, Costa-Oliveira BE, Sampaio AA, Retamal-Valdes B, et al. Fitting pieces into the puzzle: The impact of titanium-based dental implant surface modifications on bacterial accumulation and polymicrobial infections. Advances in Colloid and Interface Science. 2021;298:102551–102551. [PubMed] [Google Scholar]
28. Bowen WH, Burne RA, Wu H, Koo H. Oral Biofilms: Pathogens, Matrix, and Polymicrobial Interactions in Microenvironments. Trends in Microbiology. 2018;26:229–242. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
29. Costerton JW, Lewandowski Z, Caldwell DE, Korber DR, Lappin-Scott HM. Microbial biofilms. Annu Rev Microbiol. 1995;49:711–745. [PubMed] [Google Scholar]
30. Karygianni L, Ren Z, Koo H, Thurnheer T. Biofilm Matrixome: Extracellular Components in Structured Microbial Communities. Trends Microbiol. 2020;28:668–681. [PubMed] [Google Scholar]
31. Song F, Koo H, Ren D. Effects of Material Properties on Bacterial Adhesion and Biofilm Formation. J Dent Res. 2015;94:1027–1034. [PubMed] [Google Scholar]
32. Dewhirst FE, Chen T, Izard J, Paster BJ, Tanner ACR, Yu W-H, et al. The human oral microbiome. J Bacteriol. 2010;192:5002–5017. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
33. Rabe M, Verdes D, Seeger S. Understanding protein adsorption phenomena at solid surfaces. Advances in Colloid and Interface Science. 2011;162:87–106. [PubMed] [Google Scholar]
34. Pantaroto HN, Amorim KP, Matozinho Cordeiro J, Souza JGS, Ricomini-Filho AP, Rangel EC, et al. Proteome analysis of the salivary pellicle formed on titanium alloys containing niobium and zirconium. Biofouling. 2019;35:173–186. [PubMed] [Google Scholar]
35. Souza JGS, Bertolini M, Costa RC, Lima CV, Barão VAR. Proteomic profile of the saliva and plasma protein layer adsorbed on Ti-Zr alloy: the effect of sandblasted and acid-etched surface treatment. Biofouling. 2020;36:428–441. [PubMed] [Google Scholar]
36. Dabdoub SM, Tsigarida AA, Kumar PS. Patient-specific analysis of periodontal and peri-implant microbiomes. J Dent Res. 2013 Dec;92:168S–175S. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
37. Fürst MM, Salvi GE, Lang NP, Persson GR. Bacterial colonization immediately after installation on oral titanium implants. Clinical Oral Implants Research. 2007;18:501–508. [PubMed] [Google Scholar]
38. Diaz PI, Chalmers NI, Rickard AH, Kong C, Milburn CL, Palmer RJ, et al. Molecular characterization of subject-specific oral microflora during initial colonization of enamel. Appl Environ Microbiol. 2006;72:2837–2848. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
39. Ihara Y, Takeshita T, Kageyama S, Matsumi R, Asakawa M, Shibata Y, et al. Identification of Initial Colonizing Bacteria in Dental Plaques from Young Adults Using Full-Length 16S rRNA Gene Sequencing. mSystems. 2019;4:e00360–e00319. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
40. Marsh PD, Moter A, Devine DA. Dental plaque biofilms: communities, conflict and control. Periodontol 2000. 2011;55:16–35. [PubMed] [Google Scholar]
41. Socransky SS, Haffajee AD. Dental biofilms: difficult therapeutic targets. Periodontol 2000. 2002;28:12–55. [PubMed] [Google Scholar]
42. Rosier BT, Marsh PD, Mira A. Resilience of the Oral Microbiota in Health: Mechanisms That Prevent Dysbiosis. J Dent Res. 2018;97:371–380. [PubMed] [Google Scholar]
43. Salvi GE, Cosgarea R, Sculean A. Prevalence and Mechanisms of Peri-implant Diseases. J Dent Res. 2017;96:31–37. [PubMed] [Google Scholar]
44. Costa RC, Souza JGS, Bertolini M, Retamal-Valdes B, Feres M, Barão VAR. Extracellular biofilm matrix leads to microbial dysbiosis and reduces biofilm susceptibility to antimicrobials on titanium biomaterial: An in vitro and in situ study. Clinical Oral Implants Research. 2020;31:1173–1186. [PubMed] [Google Scholar]
45. Souza JGS, Cury JA, Ricomini AP, Filho, Feres M, Faveri M de, Barão VAR. Effect of sucrose on biofilm formed in situ on titanium material. J Periodontol. 2019;90:141–148. [PubMed] [Google Scholar]
46. Souza JGS, Bertolini M, Thompson A, Mansfield JM, Grassmann AA, Maas K, et al. Role of glucosyltransferase R in biofilm interactions between Streptococcus oralis and Candida albicans. ISME J. 2020;14:1207–1222. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
47. Arciola CR, Campoccia D, Montanaro L. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion. Nature Reviews Microbiology. 2018;16:397–409. [PubMed] [Google Scholar]
48. Heitz-Mayfield LJA, Mombelli A. The therapy of peri-implantitis: a systematic review. Int J Oral Maxillofac Implants. 2014;29(Suppl):325–345. [PubMed] [Google Scholar]
49. Florea DA, Albuleț D, Grumezescu AM, Andronescu E. Surface modification – A step forward to overcome the current challenges in orthopedic industry and to obtain an improved osseointegration and antimicrobial properties. Materials Chemistry and Physics. 2020;243:122579–122579. [Google Scholar]
50. Yuan Z, He Y, Lin C, Liu P, Cai K. Antibacterial surface design of biomedical titanium materials for orthopedic applications. Journal of Materials Science and Technology. 2021;78:51–67. [Google Scholar]
51. Meng H-W, Chien EY, Chien H-H. Dental implant bioactive surface modifications and their effects on osseointegration: a review. Biomarker Research. 2016;4:24–24. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
52. López-Valverde N, Flores-Fraile J, Ramírez JM, Sousa BM de, Herrero-Hernández S, López-Valverde A. Bioactive Surfaces vs. Conventional Surfaces in Titanium Dental Implants: A Comparative Systematic Review. J Clin Med. 2020;9(7) [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
53. Marques I da SV, da Cruz NC, Landers R, Yuan JC-C, Mesquita MF, Sukotjo C, et al. Incorporation of Ca, P, and Si on bioactive coatings produced by plasma electrolytic oxidation: The role of electrolyte concentration and treatment duration. Biointerphases. 2015;10:041002–041002. [PubMed] [Google Scholar]
54. Beline T, de Almeida AB, Azevedo-Neto NF, Matos AO, Ricomini-Filho AP, Sukotjo C, et al. β-Ta2O5 thin film for implant surface modification triggers superior anti-corrosion performance and cytocompatibility of titanium. Applied Surface Science. 2020;520:146326–146326. [Google Scholar]
55. Santos-Coquillat A, Mohedano M, Martinez-Campos E, Arrabal R, Pardo A, Matykina E. Bioactive multi-elemental PEO-coatings on titanium for dental implant applications. Materials Science and Engineering: C. 2019;97:738–752. [PubMed] [Google Scholar]
56. Xiu P, Jia Z, Lv J, Yin C, Cheng Y, Zhang K, et al. Tailored Surface Treatment of 3D Printed Porous Ti6Al4V by Microarc Oxidation for Enhanced Osseointegration via Optimized Bone In-Growth Patterns and Interlocked Bone/Implant Interface. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8:17964–17975. [PubMed] [Google Scholar]
57. Polo TOB, Silva WPP, Momesso GAC, Lima-Neto TJ, Barbosa S, Cordeiro JM, et al. Plasma Electrolytic Oxidation as a Feasible Surface Treatment for Biomedical Applications: an in vivo study. Sci Rep. 2020;10:10000–10000. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
58. Romero-Ruiz MM, Gil-Mur FJ, Ríos-Santos JV, Lázaro-Calvo P, Ríos-Carrasco B, Herrero-Climent M. Influence of a Novel Surface of Bioactive Implants on Osseointegration: A Comparative and Histomorfometric Correlation and Implant Stability Study in Minipigs. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20:2307–2307. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
59. Borges GA, Costa RC, Nagay BE, Magno MB, Maia LC, Barão VAR, et al. Long-term outcomes of different loading protocols for implant-supported mandibular overdentures: A systematic review and meta-analysis. The Journal of Prosthetic Dentistry. 2021;125:732–745. [PubMed] [Google Scholar]
60. Bruchmann J, Kirchen S, Schwartz T. Sub-inhibitory concentrations of antibiotics and wastewater influencing biofilm formation and gene expression of multi-resistant Pseudomonas aeruginosa wastewater isolates. Environ Sci Pollut Res Int. 2013 Jun;20:3539–3549. [PubMed] [Google Scholar]
61. Chueca B, Berdejo D, Gomes-Neto NJ, Pagán R, García-Gonzalo D. Emergence of Hyper-Resistant Escherichia coli MG1655 Derivative Strains after Applying Sub-Inhibitory Doses of Individual Constituents of Essential Oils. Front Microbiol. 2016;7:273–273. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
62. Costa RC, Souza JGS, Cordeiro JM, Bertolini M, de Avila ED, Landers R, et al. Synthesis of bioactive glass-based coating by plasma electrolytic oxidation: Untangling a new deposition pathway toward titanium implant surfaces. J Colloid Interface Sci. 2020;579:680–698. [PubMed] [Google Scholar]
63. Belibasakis GN, Manoil D. Microbial Community-Driven Etiopathogenesis of Peri-Implantitis. J Dent Res. 2021;100(1):21–28. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
64. Haque M, Sartelli M, McKimm J, Abu Bakar M. Health care-associated infections – an overview. Infect Drug Resist. 2018;11:2321–2333. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
65. Song F, Koo H, Ren D. Effects of Material Properties on Bacterial Adhesion and Biofilm Formation. J Dent Res. 2015;94(8):1027–1034. [PubMed] [Google Scholar]
66. Lee SW, Phillips KS, Gu H, Kazemzadeh-Narbat M, Ren D. How microbes read the map: Effects of implant topography on bacterial adhesion and biofilm formation. Biomaterials. 2021;268:120595–120595. [PubMed] [Google Scholar]
67. Elias CN, Oshida Y, Lima JHC, Muller CA. Relationship between surface properties (roughness, wettability and morphology) of titanium and dental implant removal torque. J Mech Behav Biomed Mater. 2008;1:234–242. [PubMed] [Google Scholar]
68. Falde EJ, Yohe ST, Colson YL, Grinstaff MW. Superhydrophobic materials for biomedical applications. Biomaterials. 2016;104:87–103. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
69. Souza JGS, Bertolini M, Costa RC, Cordeiro JM, Nagay BE, de Almeida AB, et al. Targeting Pathogenic Biofilms: Newly Developed Superhydrophobic Coating Favors a Host-Compatible Microbial Profile on the Titanium Surface. ACS Appl Mater Interfaces. 2020;12:10118–10129. [PubMed] [Google Scholar]
70. Spengler C, Nolle F, Mischo J, Faidt T, Grandthyll S, Thewes N, et al. Strength of bacterial adhesion on nanostructured surfaces quantified by substrate morphometry. Nanoscale. 2019;11:19713–19722. [PubMed] [Google Scholar]
71. Linklater DP, Baulin VA, Juodkazis S, Crawford RJ, Stoodley P, Ivanova EP. Mechano-bactericidal actions of nanostructured surfaces. Nat Rev Microbiol. 2021;19:8–22. [PubMed] [Google Scholar]
72. Puckett SD, Taylor E, Raimondo T, Webster TJ. The relationship between the nanostructure of titanium surfaces and bacterial attachment. Biomaterials. 2010;31:706–713. [PubMed] [Google Scholar]
73. Loya MC, Brammer KS, Choi C, Chen L-H, Jin S. Plasma-induced nanopillars on bare metal coronary stent surface for enhanced endothelialization. Acta Biomaterialia. 2010;6:4589–4595. [PubMed] [Google Scholar]
74. Sekiguchi H, Higashi Y, Yamane K, Wakahara A, Okada H, Kishino K. Fabrication and optical properties of regularly arranged GaN-based nanocolumns on Si substrate. Journal of Vacuum Science & Technology B. 2019;37:031207–031207. [Google Scholar]
75. Peng K, Xu Y, Wu Y, Yan Y, Lee S-T, Zhu J. Aligned single-crystalline Si nanowire arrays for photovoltaic applications. Small. 2005;1:1062–1067. [PubMed] [Google Scholar]
76. Yu R, Ching K-L, Lin Q, Leung S-F, Arcrossito D, Fan Z. Strong light absorption of self-organized 3-D nanospike arrays for photovoltaic applications. ACS Nano. 2011;5:9291–9298. [PubMed] [Google Scholar]
77. Cao Y, Su B, Chinnaraj S, Jana S, Bowen L, Charlton S, et al. Nanostructured titanium surfaces exhibit recalcitrance towards Staphylococcus epidermidis biofilm formation. Scientific Reports. 2018;8:1071–1071. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
78. Hasan J, Webb HK, Truong VK, Pogodin S, Baulin VA, Watson GS, et al. Selective bactericidal activity of nanopatterned superhydrophobic cicada Psaltoda claripennis wing surfaces. Appl Microbiol Biotechnol. 2013;97:9257–9262. [PubMed] [Google Scholar]
79. Truong VK, Webb HK, Fadeeva E, Chichkov BN, Wu AHF, Lamb R, et al. Air-directed attachment of coccoid bacteria to the surface of superhydrophobic lotus-like titanium. Biofouling. 2012;28:539–550. [PubMed] [Google Scholar]
80. Gollwitzer H, Ibrahim K, Meyer H, Mittelmeier W, Busch R, Stemberger A. Antibacterial poly(D,L-lactic acid) coating of medical implants using a biodegradable drug delivery technology. J Antimicrob Chemother. 2003;51:585–591. [PubMed] [Google Scholar]
81. Harris LG, Mead L, Müller-Oberländer E, Richards RG. Bacteria and cell cytocompatibility studies on coated medical grade titanium surfaces. J Biomed Mater Res A. 2006;78:50–58. [PubMed] [Google Scholar]
82. Norowski PA, Courtney HS, Babu J, Haggard WO, Bumgardner JD. Chitosan coatings deliver antimicrobials from titanium implants: a preliminary study. Implant Dent. 2011;20:56–67. [PubMed] [Google Scholar]
83. Cordeiro JM, Nagay BE, Dini C, Souza JGS, Rangel EC, da Cruz NC, et al. Copper source determines chemistry and topography of implant coatings to optimally couple cellular responses and antibacterial activity. Materials Science and Engineering: C. 2021:112550–112550. [PubMed] [Google Scholar]
84. Rokosz K, Hryniewicz T, Kacalak W, Tandecka K, Raaen S, Gaiaschi S, et al. Phosphate Coatings Enriched with Copper on Titanium Substrate Fabricated Via DC-PEO Process. Materials. 2020;13:1295–1295. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
85. Carinci F, Lauritano D, Bignozzi CA, Pazzi D, Candotto V, Santos de Oliveira P, et al. A New Strategy Against Peri-Implantitis: Antibacterial Internal Coating. Int J Mol Sci. 2019;20(16) [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
86. Odatsu T, Kuroshima S, Sato M, Takase K, Valanezhad A, Naito M, et al. Antibacterial Properties of Nano-Ag Coating on Healing Abutment: An In Vitro and Clinical Study. Antibiotics (Basel) 2020;9(6) [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
87. Cucchi A, Molè F, Rinaldi L, Marchetti C, Corinaldesi G. The Efficacy of an Anatase-Coated Collar Surface in Inhibiting the Bacterial Colonization of Oral Implants: A Pilot Prospective Study in Humans. Int J Oral Maxillofac Implants. 2018;33:395–404. [PubMed] [Google Scholar]
88. Adlhart C, Verran J, Azevedo NF, Olmez H, Keinänen-Toivola MM, Gouveia I, et al. Surface modifications for antimicrobial effects in the healthcare setting: a critical overview. Journal of Hospital Infection. 2018;99:239–249. [PubMed] [Google Scholar]
89. Nagay BE, Dini C, Cordeiro JM, Ricomini-Filho AP, de Avila ED, Rangel EC, et al. Visible-Light-Induced Photocatalytic and Antibacterial Activity of TiO2 Codoped with Nitrogen and Bismuth: New Perspectives to Control Implant-Biofilm-Related Diseases. ACS Appl Mater Interfaces. 2019;11:18186–18202. [PubMed] [Google Scholar]
90. Roy M, Loutan L, Garavaglia G, Hashim D. Removal of osseointegrated dental implants: a systematic review of explantation techniques. Clin Oral Investig. 2020;24:47–60. [PubMed] [Google Scholar]
91. Jennings JA, Beenken KE, Skinner RA, Meeker DG, Smeltzer MS, Haggard WO, et al. Antibiotic-loaded phosphatidylcholine inhibits staphylococcal bone infection. World J Orthop. 2016;7:467–474. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
92. Albrektsson T, Dahlin C, Reinedahl D, Tengvall P, Trindade R, Wennerberg A. An Imbalance of the Immune System Instead of a Disease Behind Marginal Bone Loss Around Oral Implants: Position Paper. Int J Oral Maxillofac Implants. 2020;35:495–502. [PubMed] [Google Scholar]
93. Li Y, Ling J, Jiang Q. Inflammasomes in Alveolar Bone Loss. Front Immunol. 2021;12:691013–691013. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
94. Albrektsson T, Jemt T, Mölne J, Tengvall P, Wennerberg A. On inflammation-immunological balance theory-A critical apprehension of disease concepts around implants: Mucositis and marginal bone loss may represent normal conditions and not necessarily a state of disease. Clin Implant Dent Relat Res. 2019;21:183–189. [PubMed] [Google Scholar]
95. Alrabeah GO, Brett P, Knowles JC, Petridis H. The effect of metal ions released from different dental implant-abutment couples on osteoblast function and secretion of bone resorbing mediators. J Dent. 2017;66:91–101. [PubMed] [Google Scholar]
96. Souza JGS, Costa Oliveira BE, Bertolini M, Lima CV, Retamal-Valdes B, de Faveri M, et al. Titanium particles and ions favor dysbiosis in oral biofilms. J Periodont Res. 55:258–266. [PubMed] [Google Scholar]
97. Zhou Z, Shi Q, Wang J, Chen X, Hao Y, Zhang Y, et al. The unfavorable role of titanium particles released from dental implants. Nanotheranostics. 2021;5:321–332. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
98. Eger M, Hiram-Bab S, Liron T, Sterer N, Carmi Y, Kohavi D, et al. Mechanism and Prevention of Titanium Particle-Induced Inflammation and Osteolysis. Front Immunol. 2018;9:2963–2963. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
99. Vermeulen S, Honig F, Vasilevich A, Roumans N, Romero M, Dede Eren A, et al. Expanding Biomaterial Surface Topographical Design Space through Natural Surface Reproduction. Advanced Materials. 2021;33:2102084–2102084. [PubMed] [Google Scholar]