Как нанотехнологии совершенствуют свойства поверхностей зубных имплантатов

08.01.20 08 января 2020 1

Качество изделия определяют даже самые незаметные детали. Это правило в прямом смысле можно применить к сфере нанотехнологий, в центре внимания которой – мельчайшие частицы. Сегодня нанотехнологии используют в самых разных областях – от разработки «умных» тканей (способных эффективно сохранять тепло) до исследования новых способов лечения рака. Нанотехнологии нашли свое применение и в стоматологии. Так, наноматериалы используют для производства пломбировочных материалов для стоматологических реставраций, эндодонтических процедур и др. В сфере зубной имплантологии наноматериалы применяют для регенерации тканей, в качестве материалов для производства имплантатов, а также для модификации поверхностей имплантатов, которые будут способствовать лучшей остеоинтеграции.

Как нанотехнологии совершенствуют свойства поверхностей зубных имплантатов

Автор концепции нанотехнологий, или как его называют «отец нанотехнологий» - доктор Эрик Дрекслер. В 1981 году он опубликовал работу, описывающую основные принципы молекулярной инженерии и направления научной мысли для становления нанотехнологий. Нанотехнологию определили как науку создания и применения материалов, наименьшие частицы которых составляют не менее нанометра. Технологии начали активно применять в медицинских исследованиях, поэтому вскоре на нее обратили внимание и стоматологи. По словам д-ра Катаржины Гуржавска, преподавателя дисциплин по челюстно-лицевой хирургии в стоматологической школе Университета Бирмингем, основателем исследований в области наностоматологии стал Роберт Фрейтас. В 2000 году он опубликовал статью о потенциальном использовании нанороботов для ортодонтии и регенерации дентина, применении наноматериалов в продуктах для гигиены полости рта. «Несмотря на то, что большинство идей Фрейтаса – не более чем научная фантастика, некоторые из них уже были реализованы», - говорит К. Гуржавска.

Нанотехнологии в сфере зубной имплантации

Нанотехнологии все чаще применяют для разработки новых типов поверхностей зубных имплантатов. Поверхность изделия играет важную роль для его надежной и долговременной фиксации в костной ткани. Поверхности, модифицированные наночастицами, способствуют значительно лучшей остеоинтеграции, лучшему формированию кости, а также обладают противомикробными свойствами. «По результатам исследований in vivo и in vitro было показано, что наноструктуры воздействуют на формирования костной ткани и активность костных клеток, способствуя лучшей адгезии и пролиферации этих клеток. В конечном итоге, именно от данных показателей зависит успешность имплантации», - говорит проф. Анн Веннерберг, преподающая на факультете зубного протезирования в академии Сахлгренска при шведском Университете Гетеборга.

Известный швейцарский производитель имплантатов – компания Straumann заявила, что первый имплантат с модифицированной поверхностью был создан 14 лет назад: «Имплантаты SLActive отличаются более быстрым приживлением и прогнозируемым результатом лечения. Сегодня изделия широко применяется в сложных клинических случаях, когда необходима максимальная интеграция имплантата».

По словам д-ра Гуржавска, механизм действия наночастиц на поверхности имплантата не до конца понятен. «Однако ученые полагают, что наночастицы повторяют естественную структуру молекул человека, что стимулирует рост костных клеток вокруг имплантата».

На сегодняшний день разработаны несколько типов нанопокрытий для поверхностей зубных имплантатов: алмазное покрытие, покрытие с гидроксиапатитом, покрытие из металлокерамики. Только несколько производителей выпускают имплантаты с обработкой поверхности наночастицами. В ряде лабораторных и доклинических исследований было доказано, что результаты фиксации имплантатов с наномодифицированной поверхностью намного выше, по сравнению с обычными имплантатами. Тем не менее, на данный момент не проводилось масштабных рандомизированных клинических исследований, которые могли бы подтвердить высокие показатели приживаемости и долговечности имплантатов с поверхностью, обработанной наночастицами.

Популярность нанотехнологий у производителей стоматологических изделий

Наиболее известные производители стоматологических изделий с использованием нанотехнологий: Nobel Biocare, Dentsply Sirona, Straumann, 3M, Danaher, Ivoclar, Heraeus Kulzer и Zimmer Biomet Dental. Компании активно инвестируют в развитие проектов, связанных с наномодификацией поверхностей зубных имплантатов, чтобы сохранить высокие объемы продаж на рынке в будущем.

Согласно экспертным отчетам, спрос на имплантаты с наномодифицированной поверхностью будет расти в ближайшие годы, что вызвано результатами исследований, подтверждающих преимущества данного продукта. Также росту объемов продаж будет способствовать рост числа пожилых людей с адентией в западных странах и повышение доходов людей в странах Азии, Африки и Южной Америки. Кроме того, медицинское сообщество широко популяризует информацию о важности поддержания здоровья зубов и десен и связи болезней ротовой полости с другими системными заболеваниями. Все эти факторы приведут к росту продаж на рынке имплантатов с нанопокрытием. На данный момент большинство продаж приходится на страны Европы и Северной Америки, причем прогрессирующий рост наблюдается с момента экономического кризиса 2009 года.

Представители компании Straumann рассказали, что первые исследования в области нанотехнологий для стоматологии начали проводить еще в 2010 году. Первые работы специалистов компании вышли в 2012 и 2013 годах. «Имплантаты SLActive активно устанавливают в странах Европы, Северной и Латинской Америки, в 40 странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Наибольшее число продаж приходится на Европу, США, Бразилию и Японию. На данный момент было продано более 6,5 миллионов имплантатов».

Компания Nobel Biocare производит абатменты с наноструктурированной поверхностью Xeal, представленные на рынке в Европе, Канаде, Гонконге, Австралии и Новой Зеландии, Хорватии, Турции, Греции, Индии и Вьетнама. Nobel Biocare занимались разработкой анодированных поверхностей Xeal и TiUltra на протяжении 5 лет. В 2019 году были опубликованы клинические исследования продуктов, которые продолжатся в течение еще нескольких лет.

Таким образом, очевидно, что современные технологии активно применяются для разработки продуктов, которые широко используются врачами-стоматологами. Например, как заявляют представители Nobel Biocare, наиболее популярными продуктами стали имплантаты с новыми поверхностями - NobelActive и NobelParallel.

Проф. Веннерберг ответила на вопрос о том, приходилось ли ей использовать новые типы имплантатов: «да, мы работаем с продукцией нескольких производителей, например, TiUnite от Nobel Biocare, OsseoSpeed от Dentsply Sirona и SLActive от Straumann, NanoTite с покрытием, содержащим фосфат кальция, от Zimmer Biomet».

Размер наночастиц – в чем проблема?

Несмотря на широкое применение нанотехнологий, в ряде случаев это может нести определенные риски. Наноматериалы обладают более высокой активностью, высокой проницаемостью через кожу, легкие и пищеварительный тракт. Поэтому постоянное применение таких материалов может привести к их попаданию через кровоток к разным органом и последующему накоплению в органах. В результате могут возникать воспалительные процессы и даже мутации генов.

«Действие наночастиц на организм остается неизученным. Кроме того, сложно отделить действие наночастиц от других факторов, которые влияют на клинический результат. Высвобождение частиц в кровоток рассматривают как фактор риска воспалительного процесса. Тем не менее, на сегодня нет данных о негативном влиянии наночастиц, доказанных научно», - говорит проф. Веннерберг.

В апреле 2017 года Европейский парламент ввел правила, касающиеся применения медицинских изделий, в том числе, речь шла и о нанотехнологиях. Поставили необходимость составить унифицированное описание всех наноматериалов, чтобы гарантировать безопасность их применения, законное использование материалов производителями. В регламенте ввели понятие наноматериалов как «природных, вторичных или произведенных материалов, содержащих частицы в свободном или связанном состоянии, 50% которых или более имеют внешние размеры от 1 до 100 нм».

Весной 2020 года появятся новые правила Европейского парламента, касающиеся медицинских изделий, включающие особые требования к изделиям, содержащим наноматериалы. В данном регламенте будут приведены требования снизить риски проникновения наночастиц в организм человека. Медицинские изделия, произведенные с применением наноматериалов, будут отнесены к 3 Классу безопасности – классу наиболее опасных устройств.

Д-р Гуржавска прокомментировала грядущие изменения: «я считаю, что медицинские изделия следует тщательно проверять на безопасность, они должны соответствовать стандартам ISO. Однако касательно наноматериалов стандарты ISO проработаны не до конца, поэтому необходимы лабораторные и клинические исследования, прежде чем новое изделие поступит в продажу».

Помимо вопросов, касающихся безопасности наноматериалов, их производство включает ряд других трудностей: инженерных, биологических и социальных. Во-первых, из-за мельчайшего размера, трудно осуществлять правильную компоновку частиц по заданному плану. Во-вторых, наноматериалы – пирогенны, что вызывает проблему экологичности. Третья проблема связана с тем, как общество воспримет новые типы материалов.

Время покажет

Стоматологические наноматериалы – новая область исследований, в которой преимущества и риски еще не известны. Для их оценки требуются длительные клинические исследования. Несмотря на это, имплантаты с наномодифицированной поверхностью со временем будут более популярны, что связано с текущими выдающимися результатами их установки. Большое число пожилых людей с адентией и рост благосостояния населения в ряде регионов в мире придет к росту продаж таких изделий. Некоторые исследователи утверждают, что нанотехнологии достигли такого уровня, что в будущем с их помощью можно будет полностью восстанавливать поврежденные зубы. Будем ждать, может эта невероятная идея однажды станет реальностью.

Д-р Гуржавска считает, что нанотехнологии станут применять для создания «умных» биоматериалов, позволяющих транспортировать органические и неорганические соединения, которые будут напрямую стимулировать или блокировать клетки для регенерации тканей и профилактики воспаления.

1 комментарий

Интересно узнать имя автора или источник.

Ответить 13 января 2020, 3:20 13.01.20, 3:20