Biyomimetik Dental İmplantlar; tasarım, üretim, in vivo an in vitro results

Abstract

Dental implantlar ve eklemeli üretim tekniklerinin son dönemde popülaritesi giderek artmıştır. Karmaşık geometrilerin, eklemeli üretim teknikleri ile elde edilmesi, kompleks makro ve mikro geometrilere sahip medikal ürünlerin de bu yolla üretilmesi fikrinin doğmasına neden olmuştur. Dental implantların kemik ile temas eden yüzeylerinde, hem yüzey alanının arttırılıp daha güçlü bir osseointegrasyon elde etmek hem de tarafımızca tasarlanmış yüzey gözenekliliği eklemeli üretim sayesinde elde ederek, titanyumun elastik modülüsünün doğal kemiğe yaklaştırılması ve biyomimetik bir yüzey elde etmek amacıyla bu proje hayata geçirilmiştir. Bu amaçla, 2 adet farklı yüzey özelliğine sahip dental implant eklemeli üretim tekniği ile üretilmiştir. Bu implantlar, konvansiyonel ticari bir dental implant ile hem invivo hem de invitro şartlarda karşılaştırılmıştır. Ayrıntılı bir tasarım ve üretim sürecinden sonra, invitro şartlarda, hücre kültürü testleri ve biyomekanik testler uygulanırken, invivo olarak hayvan çalışması, mikro BT analizi ve histomorfometrik çalışmalar yapılmıştır. Yeni tasarımı yapılan implantlarda gyroid tipde gözeneklilik tercih edilmiştir. Üretimi yapılan implantlarda tüm yüzeyde ve orta üçlü kısmında gözeneklilik tasarlanmış ve üretilmiştir. Tasarlanan yeni implantların, aynı boyutta ticari implanta göre yüzey alanının ve hacminin sırası ile % 44-% 60 oranında arttığı tespit edilmiştir. Bu tipte gözenekliliğin, hücre kültürü düzeyinde, artmış osteojenik aktiviteye neden olduğu tespit edilmiştir. Biyomekanik testlerde en az konvansiyonel implant kadar dayanım gösteren gözenekli implantlar bazı parametrelerde daha performanslı sonuç vermişlerdir. İnvivo şartlarda, hayvan deneyleri başarı bir şekilde tamamlanmış ve tüm implantlarda osseointegrasyon sağlanmıştır. Bu durum invivo mikro-BT ve histomorfometri analizleri ile gösterilmiştir. Sonuç olarak, piyasada hali hazırda satılmakta olan dental implant ile hem mekanik hem de biyolojik olarak eşdeğere yakın iken özellikle hücre kültürü ve bazı mekanik testlerde ise daha üstün sonuçlar veren gözenekli dental implant tasarımları ileriye dönük ümit vaat etmektedir.

Recently, the popularity of dental implants and additive manufacturing techniques has increased. Obtaining complex geometries with additive manufacturing techniques has led to the idea of producing medical products with complex macro and micro geometries in this way. This project has been implemented in order to both increase the surface area and obtain a stronger osseointegration on the surfaces of dental implants in contact with the bone, as well as to obtain the surface porosity designed by us, to bring the elastic modulus of titanium closer to the natural bone and to obtain a biomimetic surface. For this purpose, dental implants with 2 different surface properties were produced with the additive manufacturing technique. These implants were compared with a conventional commercial dental implant both in vivo and in vitro analysis. After a detailed design and production process, in vitro animal studies, micro CT analysis and histomorphometric studies were performed while cell culture tests and biomechanical tests were applied. Gyroid type porosity is preferred in newly designed implants. Porosity is designed and produced on the entire surface and middle third part of the manufactured implants. It has been determined that the surface area and volume of the newly designed implants have increased by 44 % - 60 %, respectively, compared to the commercial implant of the same size. This type of porosity has been found to cause increased osteogenic activity at the cell culture level. In biomechanical tests, porous implants, which showed at least as much strength as conventional implants, gave better performance in some parameters. In vivo conditions, animal experiments were successfully completed and osseointegration was achieved in all implants. This was demonstrated by in vivo micro-CT and histomorphometry analyses. As a result, porous dental implant designs are promising for the future, while they are close to the dental implant currently sold in the market, both mechanically and biologically, while providing superior results especially in cell culture and some mechanical tests.