Μελέτη της επίδρασης των ιδιοτήτων επιφάνειας και της γήρανσης κεραμικών κολοβωμάτων ζιρκονίας επιεμφυτευματικών προσθετικών αποκαταστάσεων στην βιολογική συμπεριφορά ανθρώπινων ουλικών ινοβλαστών

Abstract

Despite the wide use of titanium implant abutments, the necessity for improving the aesthetic performance of restorations in the anterior zone, has led to the use of Y-TZP ceramic zirconia abutments. The main disadvantage of zirconia is the phenomenon of low temperature degradation, the biological effect of which can affect the survival and success of prosthetic restorations. The purpose of the present study was to investigate the effect of zirconia abutments on the adhesion and proliferation of human gingival fibroblasts (HGFs) before and after in vitro aging and the comparative evaluation with other materials such as titanium and lithium disilicate ceramics. Concerning in vitro aging, the phenomenon was studied for the release of yttrium during the transformation of the crystalline structure. For this purpose, cylindrical specimens of titanium, lithium disiliate and zirconia ceramics were manufactured through the CAD/CAM process. The zirconia specimens were divided in three groups, without aging (control), after aging for 5 hours and after aging for 10 hours. Cell viability/proliferation was evaluated by the MTT assay on HGFs grown in direct contact with the specimens or in eluates of each material. Morphological evaluation was performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), while quantification of live/dead cells by immunofluorescent labelling and confocal microscopy. The surface characterization of zirconia specimens before and after aging was performed by X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy and SEM-EDS, infrared spectroscopy (FTIR), fluorescence microscopy and photoelectronic spectroscopy with X-rays (XPS).Both FTIR and XPS spectra and XRD diffraction patterns revealed that the aging process of zirconia leads to a reduction in the initial amount of oxygen vacancies but also to a decrease in yttrium on the surface of zirconia with significant yttrium release from the structure of the material. Regarding the effect of aging on the biological behavior of zirconia and under the limitations of this in vitro study, it can be concluded that aging may reduce the adhesion and proliferation rate of human gingival fibroblasts, which may adversely affect the long-term soft tissue stability around zirconia implant abutments, compared to the abutments of titanium and lithium disilicate ceramics.

Παρά την ευρεία χρήση του τιτανίου για την κατασκευή επιεμφυτευματικών προσθετικών κολοβωμάτων, η βελτίωση της αισθητικής απόδοσης των αποκαταστάσεων στην πρόσθια ζώνη, έχει οδηγήσει στην χρήση κεραμικών κολοβωμάτων ζιρκονίας σταθεροποιημένης με ύττριο (Y-TZP). Κύριο μειονέκτημα της ζιρκονίας είναι το φαινόμενο της αποδόμησης σε χαμηλή θερμοκρασία, η βιολογική επίδραση του οποίου είναι δυνατό να επηρεάσει την επιβίωση αλλά και την επιτυχία μιας προσθετικής αποκατάστασης. Σκοπός της προτεινόμενης έρευνας ήταν η μελέτη της επίδρασης των κεραμικών κολοβωμάτων ζιρκονίας στις βιολογικές διαδικασίες πρόσφυσης και πολλαπλασιασμού ανθρώπινων ουλικών ινοβλαστών πριν και μετά από in vitro γήρανση του υλικού, και η συγκριτική αξιολόγηση με άλλα υλικά όπως το τιτάνιο και τα κεραμικά διπυριτικού λιθίου. Η επίδραση της ζιρκονίας μελετήθηκε ως προς την απελευθέρωση υττρίου κατά τον μετασχηματισμό της κρυσταλλικής δομής.Για τον σκοπό της διατριβής, κατασκευάστηκαν κυλινδρικά δοκίμια ζιρκονίας καθώς και τιτανίου και διπυριτικού λιθίου τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ως μάρτυρες. Τα δοκίμια της ζιρκονίας αποτελούσαν τρεις ομάδες, χωρίς γήρανση, μετά από γήρανση για 5 ώρες και μετά από γήρανση για 10 ώρες. Μετά την καλλιέργεια ανθρώπινων ουλικών ινοβλαστών πραγματοποιήθηκε δοκιμασία αναγωγής άλατος τετραζολίου (ΜΤΤ) άμεσα πάνω σε κάθε ομάδα δοκιμίων και έμμεσα με διαλύματα έκπλυσης. Για τον έλεγχο της επιφανειακής μορφολογίας και προσκόλλησης/πρόσφυσης των κυττάρων στις επιφάνειες των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) καθώς και σήμανση ζωντανών/νεκρών κυττάρων με χρώση καλσεΐνης (calceinAM) και αιθιδίου ομοδιμερούς (EthD-1) και ποσοτική ανάλυση με συνεστιακή μικροσκοπία (confocal microscopy). Ο χαρακτηρισμός της επιφάνειας των δοκιμίων ζιρκονίας πριν και μετά τη γήρανση πραγματοποιήθηκε με περιθλασιμετρία ακτίνων Χ (XRD), με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης και στοιχειακή μικρoανάλυση ακτίνων Χ (SEM-EDS), με φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR) και με μικροσκοπία φθορισμού και με φωτοηλεκτρονική φασματοσκοπία με ακτίνες Χ (XPS). Τόσο τα φάσματα FTIR και XPS όσο και τα περιθλασιογράμματα XRD, αποκάλυψαν ότι η διαδικασία της γήρανσης της ζιρκονίας οδηγεί σε μείωση του αρχικού ποσού κενών οξυγόνου αλλά και σε μείωση του υττρίου στην επιφάνεια της ζιρκονίας με σημαντική έκλυση υττρίου από την δομή του υλικού.Ως προς την επίδραση της γήρανσης στη βιολογική συμπεριφορά του υλικού και σε σχέση με τα άλλα υλικά μελέτης, το τιτάνιο και τα κεραμικά διπυριτικού λιθίου, και λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς αυτής της in-vitro μελέτης, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η γήρανση της σταθεροποιημένης με ύττριο ζιρκονίας μπορεί να περιορίσει την πρόσφυση και τον ρυθμό πολλαπλασιασμού των ανθρώπινων ουλικών ινοβλαστών, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την μακροχρόνια σταθερότητα των μαλακών ιστών γύρω από επιεμφυτευματικά κολοβώματα ζιρκονίας, σε σύγκριση με τα κολοβώματα τιτανίου και διπυριτικού λιθίου.