チタンおよびジルコニアインプラント材料表面における経年変化の生物学的および物理化学的意味合い

Biological and physicochemical implications of the aging process on titanium and zirconia implant material surfaces.

抄録

問題提起:

インプラント材料の経年変化や口腔内環境の自然劣化による物理化学的特性の変化は、微生物のコロニー形成を促進し、インプラント表面間の軟組織密閉を乱す可能性がある。

STATEMENT OF PROBLEM: Changes in physicochemical properties because of implant material aging and natural deterioration in the oral environment can facilitate microbial colonization and disturb the soft-tissue seal between the implant surfaces.

目的:

本研究の目的は、チタン（Ti）およびジルコニア（ZrO）インプラント材料の物理化学的プロファイルに及ぼす経時変化の影響を調査することであった。さらに微生物学と細胞分析を用いて、生物学的挙動の物理化学的な意味合いについての洞察を得た。

PURPOSE: The purpose of this in vitro study was to investigate the effect of aging time on the physicochemical profile of titanium (Ti) and zirconia (ZrO) implant materials. Further microbiology and cell analyses were used to provide insights into the physicochemical implications of biological behavior.

材料と方法:

TiとZrOの円盤状試料を、非時効処理前（NA）と時効処理後（A）に、粗さ、形態、表面自由エネルギー（SFE）分析に供試した。また、自然劣化を模擬して、オートクレーブを用いて134℃、0.2MPaの圧力で20時間、低温劣化（LTD）させた。TiおよびZrO表面の生物活性は、カンジダ・アルビカンス（C.albicans）のバイオフィルムおよびヒト歯肉線維芽細胞（HGF）の細胞増殖を分析することにより決定した。微生物学的アッセイについては、Tukeyポストホックテストを用いた分散分析法（ANOVA）を使用した。細胞増殖の評価には、Kruskal-Wallis試験とDunn多重比較を使用した。

MATERIAL AND METHODS: Disk-shaped specimens of Ti and ZrO were submitted to roughness, morphology, and surface free energy (SFE) analyses before nonaging (NA) and after the aging process (A). To simulate natural aging, disks were subjected to low-temperature degradation (LTD) by using an autoclave at 134 ºC and 0.2 MPa pressure for 20 hours. The biological activities of the Ti and ZrO surfaces were determined by analyzing Candida albicans (C. albicans) biofilms and human gingival fibroblast (HGF) cell proliferation. For the microbiology assays, a variance analysis method (ANOVA) was used with the Tukey post hoc test. For the evaluation of cellular proliferation, the Kruskal-Wallis test followed by Dunn multiple comparisons were used.

結果:

Tiノンエイジング（TNA）およびZrOノンエイジング（ZNA）ディスクは親水性および親油性を示し、この効果はエイジング処理後も持続した。低温劣化により分子間相互作用は緩やかに変化し、TAでは1.06倍、ZAでは1.10倍であった。バイオフィルム形成については、同素材のNAディスクとAディスクの間に差は見られなかった。48時間後、付着したHGF細胞の生存率は、試験した材料にかかわらず、NA群とA群の生存率と非常に類似していた。

RESULTS: Ti nonaging (TNA) and ZrO nonaging (ZNA) disks displayed hydrophilic and lipophilic properties, and this effect was sustained after the aging process. Low-temperature degradation resulted in a modest change in intermolecular interaction, with 1.06-fold for TA and 1.10-fold for ZA. No difference in biofilm formation was observed between NA and A disks of the same material. After 48 hours, the viability of the attached HGF cells was very similar to that in the NA and A groups, regardless of the tested material.

結論:

経年変化によるTiとZrOの物理化学的性質の変化は、長期間の曝露でもC.albicansバイオフィルム形成とHGF細胞付着に支障をきたさない。

CONCLUSION: The changes in the physicochemical properties of Ti and ZrO induced by the aging process do not interfere with C. albicans biofilm formation and HGF cell attachment, even after long-term exposure.