Forskare från det europeiska projektet Laser4Surf utvecklar för närvarande en optisk modul med flera strålar för att behandla metallytorna på tandimplantat för att uppnå bästa cellvidhäftning och antibakteriella egenskaper. "Ytbehandling tillåter antingen en större yta i kontakt mellan implantatet och benet eller en bättre affinitet när det gäller den kemiska interaktionen mellan cellen och implantatet, " förklarar Marilys Blanchy, en forsknings- och utvecklingschef på Rescoll, en av projektets partners. Rescoll är ett teknikcenter, specialiserad på polymervetenskap, självhäftande beläggning och medicinsk utrustning, baserad i Bordeaux, vid Frankrikes Atlantkust.

Materialen som hittills använts inom implantat tandvård är biokompatibla med kroppen, men inert relaterad till cellvidhäftning vid anordningens yta. Trots de goda resultaten, forskare strävar efter att skapa en snabbare osseointegration, d.v.s. kopplingen mellan den medicinska apparaten och de mänskliga cellerna. En teknik som för närvarande används är syraetsning – applicering av kemiska medel för att rugga upp ytan och skapa en mer funktionell textur och en ny topografi. "Sådana kemiska behandlingar är inte biokompatibla, och måste därför tas bort före implantationen, " förklarar Marilys Blanchy. En annan metod som används för närvarande är sandblästring, där hårda partiklar avfyras på implantatets yta för att öka dess grovhet. Men här, för, experter har tagit upp kritiska frågor, eftersom sandblästring kan kontaminera implantatets yta.

Geometri i nanostorlek

Båda dessa nuvarande metoder fungerar på mikronskala, vilket är en miljondels meter, Den nya laserbaserade tekniken kommer att behandla ytan i nanoskala, vilket är en miljarddels meter. De ultrakorta pulsade laserstrålarna kan skapa regelbundna mönster på ytan, kallas laserinducerade periodiska ytstrukturer (LIPSS), vilket innebär att forskarna nu kan anpassa en mycket exakt geometri på ytan och därför även kontrollera implantatets yttopografi på nanoskala.

Celler har förmågan att känna av dessa nanostrukturer. När implantatet sätts in, cellerna kommer i kontakt med dess strukturerade yta och kan föröka sig och spridas längs mönstren. "Om implantatet har en slät, polerad yta, cellerna kommer inte att fästa bra. Å andra sidan, cellerna anpassar sig inte till en taggig yta med hårda kanter, antingen, säger Blanchy.

Lösningen är att sätta upp rätt topografi för att öka implantatets ytkontakt och ge cellerna mer utrymme att röra sig. Denna teknik är också mycket ren, eftersom det inte förändrar materialets kemiska struktur. Förändringarna är endast mekaniska och berör topografi och grovhet. "Istället för att ha det tufft, plan yta, vi kommer att ha en yta som består av toppar och dalar, säger Marilys Blanchy.

Bencellerna är naturligt vana vid en porös arkitektur, liknar ett bens mikrostruktur, så forskare har länge försökt efterlikna naturliga arkitektoniska egenskaper på implantatets yta för att stimulera cellvidhäftning.

"Hur kan vi lura benbildande celler? Ett sätt är att använda sådan laserbehandling, bevara implantatets sammansättning samtidigt som det genererar några porer på ytan, vars mått kunde ställas in, " säger professor Izabela Stancu, en forskare inom biomaterial, biofunktionalisering och bioinspirerade ställningar. Hon uppmärksammar vilken typ av grovhet som erhålls efter laserbehandlingarna som cellerna specifikt kan reagera på. Ibland, skillnader på 10 mikron eller 50 nanometer kan vara statistiskt signifikanta i det cellulära svaret.

"Fördelen med sådana laserbehandlingar är deras flexibilitet att skapa en personlig arkitektur, förbättra kontaktytan mellan levande vävnader och syntetiska implantat. När vi talar om ytkonstruktion av implanterbara produkter, oavsett om de använder mjuka eller hårda vävnader, forskare tänker på de naturliga egenskaperna som ska efterliknas vid gränssnittet mellan vävnad och biomaterial för att utlösa cellvidhäftning. Således, celler kan känna igen implantatets yta som liknar den naturliga mikromiljö de är bekanta med, " förklarar professor Stancu.

Läkare som arbetar med implantat idag rapporterar också misslyckanden i det långsiktiga underhållet av peri-implantatets (runt implantatet) hälsa. "Med tanke på att mer än 97 procent av implantaten integreras, våra ansträngningar bör inriktas på att förebygga periimplantatsjukdomar, vilket kan leda till progressiv förlust av osseontegration, leder till benförstöring, " säger Dr. Ignacio Sanz Sánchez, utbildningsprogram mentor vid European Association for Osseointegration, och professor vid Odontologiska fakulteten, Complutense University of Madrid, Spanien. Eftersom osseointegration är förutsägbar, han lägger till, "vetenskapen går framåt inom området för biologiska implantatytor, försöker påskynda läkningsprocessen och ha antibakteriella egenskaper för att förhindra peri-implantatsjukdomar."

Ändå, det finns fortfarande utmaningar innan tekniken kan ge maximala fördelar. Förutom den tillräckliga grovheten, titanimplantatet behöver också rätt hydrofilicitet, vilket är dess förmåga att absorbera eller adsorbera vatten. Cellerna är mycket hydrofila, så en hydrofil yta hjälper cellen att fästa vid implantatets yta. "Stark strävhet kan inducera viss hydrofobicitet (egenskapen att stöta bort vatten). Så vi måste hitta en kompromiss mellan grovhet och hydrofilicitet. Vi arbetar med detta idag och hoppas kunna övervinna det, säger Marilys Blanchy.

Forskning om behandlingen pågår fortfarande, och nästa steg kommer att navigera den slingrande regleringsvägen. Experiment genomförs för att verifiera om det finns några potentiella kemiska problem som kan hindra biokompatibilitet. Vivo-tester i laboratoriet kommer att utföras för att bevisa funktionaliteten på olika laserinducerade mönster. "Det finns två huvudsakliga fördelar med att använda lasern för att behandla implantatet:För det första, vi vet att materialet är biokompatibelt med kroppen, och för det andra, det kommer bättre att överensstämma med relaterade medicinska föreskrifter. Om kemin på implantatets yta inte har ändrats, själva materialet kommer inte att ha förändrats, så att produkten är säker, ", tillägger Blanchy.