Forskning som nyligen utfördes vid Canadian Light Source (CLS) i Saskatoon har avslöjat lovande information om hur man bygger ett bättre tandimplantat, en som lättare integreras med ben för att minska risken för misslyckande.

"Det finns miljontals tand- och ortopediska implantat placerade varje år i Nordamerika och ett visst antal av dem misslyckas alltid, även hos friska personer med friska ben, sa Kathryn Grandfield, biträdande professor vid institutionen för materialvetenskap och teknik vid McMaster University i Hamilton.

Ett tandimplantat återställer funktionen efter att en tand tappats eller tagits bort. Det är vanligtvis ett skruvformat implantat som placeras i käkbenet och fungerar som tandrötter, medan en konstgjord tand placeras ovanpå. Implantatdelen är den konstgjorda roten som håller en konstgjord tand på plats.

Grandfield ledde en studie som visade att förändring av ytan på ett titanimplantat förbättrade dess anslutning till det omgivande benet. Det är ett fynd som mycket väl kan vara tillämpligt på andra typer av metallimplantat, inklusive konstruerade knän och höfter, och till och med plattor som används för att säkra benfrakturer.

Cirka tre miljoner människor i Nordamerika får tandimplantat årligen. Medan misslyckandet bara är en till två procent, "en eller två procent av tre miljoner är mycket, " sa hon. Ortopediska implantat misslyckas upp till fem procent av tiden inom de första 10 åren; den förväntade livslängden för dessa enheter är cirka 20 till 25 år, tillade hon.

"Vad vi försöker upptäcka är varför de misslyckas, och varför implantaten som är framgångsrika fungerar. Vårt mål är att förstå gränssnittet mellan ben och implantat för att förbättra designen av implantat."

Grandfields forskargrupp, som inkluderade postdoktor Xiaoyue Wang och McMaster-kollegan Adam Hitchcock från Institutionen för kemi och kemisk biologi. Teammedlemmarna använde den mjuka röntgenspektromikroskopistrålen vid CLS samt anläggningar vid Canadian Center for Electron Microscopy i Hamilton för att undersöka ett misslyckat tandimplantat som måste avlägsnas, tillsammans med en liten mängd omgivande ben, från en patient. Före implantation, en laserstråle användes för att ändra implantatet, för att rugga ytan, skapa vad som såg ut som "små vulkaner" på ytan. Efter avlägsnande från patienten, kopplingspunkten mellan ben och metall studerades sedan noggrant för att förstå hur implantatet betedde sig.

"Vad vi fann var att ytmodifieringen förändrade implantatets kemi. Modifieringen skapade ett oxidskikt, men inte ett dåligt oxidlager som rost utan ett bättre, mer fördelaktigt lager som hjälper till att integrera med benmaterial."

Forskningsresultaten publicerades i Avancerade materialgränssnitt i maj, se till att resultaten är tillgängliga "för implantatföretag som är intresserade av att använda nanoteknik för att ändra strukturen på de implantat de producerar, sa Grandfield.

Nästa steg i forskningen kommer att vara att tillämpa ytmodifieringstekniken på andra typer av implantat "för att fullt ut kunna förstå hur de fungerar." Grandfield lade till forskningen som gjordes vid CLS involverade friskt ben "så jag skulle verkligen vara intresserad av att se svaret när benet är lite mer kompromitterat av ålder eller sjukdom, som osteoporos. Vi måste hitta de bästa ytmodifieringarna ... eftersom den teknik vi har idag för att behandla patienter med friskare ben kanske inte är tillräcklig med nedsatt ben. "