Die Biokompatibilität von Nano-Glas-Zirkonoxid-Material in Dentalqualität nach der Alterung

Hintergrund

Dentalkeramiken auf Zirkonoxidbasis (z. B. 3 Mol-% Yttrium-stabilisierte tetragonale Zirkonoxidpolykristalle (3Y-TZPs)) weisen aufgrund der inhärenten Transformations-Zähigkeitsmechanismen eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und überlegene Bruchfestigkeit auf und werden häufig für die Herstellung von Prothesen verwendet [ 1]. Zirkonia-Kernmaterialien werden normalerweise mit transluzenter Verblendkeramik beschichtet, um ihr opakes Aussehen zu überdecken. Allerdings neigen geschichtete Restaurationen aus Zirkonoxid zum Versagen; Abplatzungen und Delaminationen der Verblendkeramik wurden als häufigster Grund für das Versagen von zirkonoxidbasierten Restaurationen beschrieben [2, 3]. Es wurde berichtet, dass Abplatzungen und Delaminationen der Verblendkeramik auf Fehlanpassungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten und des Elastizitätsmoduls zwischen den Zirkonoxidkernen und der Verblendkeramik zurückzuführen sind [4]. Folglich haben wir in unserer vorherigen Studie ein neues Konzept zur Verbesserung der Kern-Veneer-Bindung eingeführt, indem wir ein Nanoglas mit niedrigem Modul und einem passenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten in die aus Nano-Zirkonoxid-Partikeln gesinterte Zirkonoxidoberfläche infiltrieren, wodurch elastische gradierte Nanoglas/Zirkonoxid (G/Z)-Systeme. Die Haftfestigkeiten der G/Z-Systeme auf Verblendkeramiken waren nachweislich dreimal höher als die konventioneller Systeme auf Zirkonoxidbasis [4].

Die Alterung von Y-TZP ist allgemein bekannt. Die Alterung von Y-TZP kann durch eine orale Umgebung mit Einwirkung von Feuchtigkeit, mechanischer Belastung und niedriger Temperatur induziert werden, was zu Oberflächenaufrauhung, Mikrorissen und Freisetzung von Y-TZP-Partikeln in den Körper führt [5, 6]. In Gegenwart von Feuchtigkeit und niedriger Temperatur könnte eine Phasenumwandlung von tetragonalem zu monoklinem (t-m) Zirkonoxid ausgelöst werden. Die Volumenausdehnung des Kristalls führt zu lokalisierten Spannungen und Mikrorissen in der Materialoberfläche, wodurch Wasser weiter in das Innere des Materials eindringen kann, was zu einer zusätzlichen Phasenumwandlung und zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt [7,8,9]. Darüber hinaus ist mittlerweile allgemein bekannt, dass die physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Biomaterials wie Oberflächenrauheit und chemische Zusammensetzung einen Einfluss auf seine Biokompatibilität haben. Daher ist es notwendig, den Einfluss des Alterungsabbaus auf die Biokompatibilität von G/Z zu bewerten.

Zhanget al. [10, 11] infiltrierte Glas in eine dichte Zirkonoxid-Gerüststruktur und entwickelte ein abgestuftes Glas-Zirkonoxid-Komposit mit überlegenen mechanischen Eigenschaften. Die Biokompatibilität des abgestuften Glas-Zirkonoxid-Kompositmaterials ist jedoch unbekannt, insbesondere unter Berücksichtigung des Alterungsphänomens.

Folglich ist eine Biokompatibilitätsprüfung des neu entwickelten G/Z-Systems aufgrund der Zugabe von Glasmaterialien und den daraus resultierenden strukturellen Veränderungen für seine klinische Anwendung unerlässlich. Die Induktion des G/Z-Systems kann eine Lösung für Misserfolge von zirkonoxidbasierten Restaurationen bieten und so deren Erfolgsraten verbessern. Daher werden die Biokompatibilitätstests des G/Z-Systems vor und nach der Alterung Richtlinien zur biologischen Sicherheit für die klinische Anwendung von G/Z liefern.

In der vorliegenden Studie wurde die Biokompatibilität des G/Z-Systems vor und nach der Alterung bewertet. Die Bewertungen umfassten einen oralen Schleimhautreizungstest in Verbindung mit Analysen der Zelllebensfähigkeit, Zellmorphologie, Zelladhäsion und oxidativen Stressreaktionen.

Methoden

Vorbereitung der Proben

Y-TZP ist ein biokompatibles Material, das bereits für klinische Anwendungen zugelassen ist, und hier wurden Y-TZP-Proben als Kontrollgruppe eingerichtet. Alle Proben wurden als einheitliche Platten (1,5 × 1,5 × 0,2 cm) hergestellt. ISO 13356 beschreibt die Bewertung von geprüften Probekörpern mit vereinfachter Geometrie (Biegestäbe) und polierter Oberfläche.

Vorbereitung von G/Z-Proben

Glaspulver wurden mit einem Nanometer-Mahlgerät (Emax, Retsch, Haan, Nordrhein-Westfalen, Deutschland) gemahlen, bis Partikel in Nanogröße erhalten wurden. Die Hauptkomponenten und Prozentsätze (> 1 Gew.%) des infiltrierenden Glases sind in Tabelle 1 aufgeführt [4]. Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxidpulver (5,18 Gew. % Y₂ .) O₃ , TZ-3Y-E-Klasse; Tosoh, Tokio, Präfektur Tokio, Japan) wurden 2 min unter einem einachsigen Druck von 150 MPa verdichtet und anschließend 2 h bei 1350 °C in einem Muffelofen teilgesintert. Die gewünschten Oxide wurden zu 200-mesh-Pulvern kugelgemahlen. Die Y-TZP-Substratproben wurden bei 1200 °C für 2 h vorgesintert, wodurch poröse Strukturen gebildet wurden. Die geschmolzenen Glasaufschlämmungen wurden auf die obere Oberfläche der vorgesinterten porösen Y-TZP-Substratproben aufgetragen. Die beschichteten Proben wurden dann 2 h bei 1350 °C infiltriert, um eine abgestufte Glas-Zirkonoxid-Struktur zu erzeugen. Glasinfiltration und Verdichtung wurden gleichzeitig durchgeführt.

Vorbereitung von Y-TZP-Proben

Y-TZP-Rohlinge (Weiland, Weiland Dental, Pforzheim, Baden-Württemberg, Deutschland) wurden konstruiert, gefräst und mit einem CAD/CAM-System (Zenostar, Weiland Dental, Pforzheim, Baden-Württemberg, Deutschland) auf volle Dichte gesintert.

Zellkultur

Humane gingivale Fibroblasten (HGFs) wurden in Dulbeccos modifiziertem Eagle-Medium (DMEM, Nutrient Mixture F-12) kultiviert, das 10 % fötales Rinderserum, 1 % Penicillin/Streptomycin, 1 % L-Glutamin und 1 % nicht-essentielle Aminosäuren enthielt eine befeuchtete Atmosphäre von 5 % CO₂ bei 37 °C. Das Medium wurde alle 3 Tage gewechselt. Die Zellen wurden durch Spülen in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) aus den Kulturschalen entfernt und in einer Trypsin-EDTA-Lösung inkubiert. Die Zellen wurden auf jedem Testsubstrat bei 1 × 10 ⁵ . ausgesät Zellen/ml im gleichen Medium für alle Assays.

Alterung

Um die Kaubedingungen zu stimulieren, wurde eine mechanische Alterung in künstlichem Speichel bei 37 °C durchgeführt und die Belastung mit einer Dreipunkt-Biegevorrichtung bei einer Frequenz von 2 Hz aufgebracht. Die folgenden Alterungsprofile wurden verwendet:80 N Last und 10 ⁵ Zyklen für alle Proben [12, 13].

Zelllebensfähigkeit

Die Lebensfähigkeit von HGF nach ungealterter und gealterter G/Z- und Y-TZP-Exposition wurde nach 2, 24, 48 und 72 h (Expositionszeit) mit dem alamarBlue ^® . bestimmt Salzassay als 10%ige Lösung in DMEM. Vor dem Assay-Test wurden alle Proben aus dem HGF entfernt und dann 500 μL alamarBlue ^® Farbstoff wurde zugegeben, gefolgt von Inkubation für 4 h. Aliquote (100 μL) wurden in Zellkulturschalen mit 96 Vertiefungen dekantiert und die Fluoreszenzintensität wurde bei Anregungs- (530 nm) und Emissionswellenlängen (580 nm) mit einem Synergy™ H4 Mikroplatten-Spektrophotometer (BioTek, Winooski, Vermont, USA) bestimmt. Alle Experimente wurden dreimal dreimal durchgeführt. Die Lebensfähigkeit der Zellen wurde wie folgt berechnet:Lebensfähigkeit (%) = (Absorption der behandelten Vertiefungen) / (Absorption der Kontrollvertiefungen).

Oxidativer Stress

Der Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) von G/Z- und Y-TZP-behandeltem HGF vor und nach der Alterung wurde mit Chemilumineszenz unter Verwendung des Reactive Oxygen Species Assay Kit (Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute, Nanjing, Jiangsu) identifiziert.

Zellenhaftung

HGFs wurden 2 h lang auf G/Z- und Y-TZP-Probenoberflächen vor und nach dem Altern kultiviert. Nach der Fixierung wurden die Zellkerne mit 4',6-Diamidino-2-phenylindol-dihydrochlorid (DAPI) (Yeasen, Shanghai, Shanghai District, China) gefärbt. Bilder wurden mit einem invertierten LSM 510 Fluoreszenzmikroskop (Carl Zeiss, Jena, Tuttlingen, Deutschland) aufgenommen. Die adhärierten Zellen wurden in zufällig ausgewählten Bereichen in fünf Abschnitten (450 μm × 450 μm) bei einer Vergrößerung von × 200 analysiert. Die Zelladhäsionsraten wurden durch die Anzahl der adhärierten Zellen geteilt durch die Gesamtzahl der ausgesäten Zellen bestimmt.

Zellmorphologie

HGFs wurden 2 h lang auf ungealterten und gealterten G/Z-Probenoberflächen vor und nach dem Altern kultiviert. Nach der Fixierung wurden die Zellen auf filamentöses Aktin (F-Aktin) unter Verwendung von Rhodamin-Phalloidin (1:100 in 3% BSA in PBS) gefärbt. Bilder wurden mit einem invertierten LSM 510 Fluoreszenzmikroskop (Carl Zeiss, Jena, Tuttlingen, Deutschland) aufgenommen. Die Proben wurden auf Deckgläsern aus Glas unter Verwendung von DAPI (Yeasen, Shanghai, Shanghai District, China) zur Visualisierung von Zellkernen aufgebracht. Die Zellmorphologien auf G/Z- und Y-TZP-Oberflächen vor und nach der Alterung wurden auch mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit einem XL-30 ESEM (Philips, Eindhoven, Nordbrabant, Niederlande) beobachtet.

Test auf orale Schleimhautreizung

Der orale Schleimhautreizungstest wurde nach den Medizinstandards YY/T 0127.13-2009 der Volksrepublik China durchgeführt. Für diesen Test wurden zehn männliche Wistar-Mäuse ausgewählt. Die gealterte G/Z-Probe wurde für jedes Tier als Testmaterial in eine Backentasche gegeben, während die ungealterte G/Z-Probe als Kontrolle auf der kontralateralen Seite platziert wurde. Die Tiere wurden nach 2 Wochen getötet und die Beutel nach Entfernung der Scheiben makroskopisch untersucht. Weiterhin wurden histologische Analysen der Wangenschleimhaut an Kryoschnitten durchgeführt, die mit Hämatoxylin und Eosin gefärbt wurden. Es wurden die Durchschnittsnoten für alle makroskopischen und mikroskopischen Beobachtungen erhalten. Der Durchschnitt der Kontrollgruppe wurde vom Durchschnitt der Testgruppe abgezogen, um den Reizungsindex zu erhalten.

Statistische Analysen

Eine Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) wurde für die gepoolten (alle Expositionszeiten) Daten zur Zellviabilität, zum oxidativen Stress und zur Zelladhäsionsrate zur Bewertung einzelner Zahnproben verwendet (SPSS 22.0; SPSS Inc., Chicago, IL, USA ).

Ergebnisse

Abgestufte Ebenenstruktur

Die Dicke der abgestuften Schicht wurde auf ungefähr 0,9–1,0 mm eingestellt. Die Struktur- und SEM-Bilder des G/Z-Systems sind in Abb. 1a, b gezeigt. Abbildung 1a, b stellen eine Morphologie dar, die aus Spuren von Restglas, glasbeschichteten Zirkonoxidkörnern und intergranularen Hohlräumen besteht, wodurch eine Oberflächenmorphologie geschaffen wurde, die ideal für die Erhöhung der Kern-Furnier-Klebefestigkeit ist. Darüber hinaus ist in Fig. 1c eine EDS-Analyse der abgestuften Schichten gezeigt, die mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche zeigt, dass der Gehalt des Zr-Elements zunahm, während der Gehalt der Si-, Al- und La-Elemente abnahm. Details wurden in unserer vorherigen Studie [4] beschrieben.

Physikalische und chemische Eigenschaften von G/Z. a Strukturdiagramm. b REM-Bild. c EDS-Analyse der funktional abgestuften Schicht

Zelllebensfähigkeit

Bei gealterten G/Z- und Y-TZP-behandelten Zellen wurden nach 72 h (P < 0,00001) (Abb. 2a). Bei gealterten G/Z-behandelten Zellen wurde nach 2 h keine signifikante metabolische Abnahme beobachtet (P = 0,47), 24 Stunden (P = 0,82) und 48 h (P = 0,53) (Abb. 2a). Bei gealterten Y-TZP-behandelten Zellen wurde nach 2 h keine signifikante Stoffwechselabnahme beobachtet (P = 0,82), 24 Stunden (P = 0,32) und 48 h (P = 0,54) (Abb. 2a). Die G/Z-Proben zeigten nach 2 h keine signifikanten Unterschiede in der Zellviabilität im Vergleich zu Y-TZP (P = 0,94, 24 Stunden (P = 0,86), 48 h (P = 0,68) und 72 h (P = 0,61) der Exposition vor dem Altern. Die G/Z-Proben zeigten nach 2 h keine signifikanten Unterschiede in der Zellviabilität im Vergleich zu Y-TZP (P = 0,98, 24 Stunden (P = 0,54), 48 h (P = 0,73) und 72 h (P = 0.50) der Exposition nach dem Altern.

Biokompatibilität von G/Z und Y-TZP vor und nach der Alterung. Daten repräsentieren den Mittelwert ± SD, n =5. a Zelllebensfähigkeit von gealtertem und ungealtertem probenbehandeltem HGF. b Ros-Produktion von gealtertem und ungealtertem, mit Proben behandeltem HGF. c Zelladhäsionsraten von gealtertem und ungealtertem probenbehandeltem HGF. Signifikanz versus Kontrollgruppe: ^# P <0,01; ^* P <0,05

Oxidativer Stress

Die Daten zum oxidativen Stress der gealterten G/Z- und Y-TZP-behandelten Zellen zeigten nach 72 h einen signifikanten Anstieg (P < 0,00001, Abb. 1b). Im Gegensatz dazu zeigten gealterte G/Z-behandelte Zellen nach 2 h keinen signifikanten Unterschied in der ROS-Produktion (P = 0,91, 24 Stunden (P = 0,42) und 48 h (P = 0,62). Darüber hinaus zeigten gealterte Y-TZP-behandelte Zellen nach 2 h keinen signifikanten Unterschied in der ROS-Produktion (P = 0,07), 24 Stunden (P = 0,40) und 48 h (P = 0,53). Die G/Z-Proben zeigten nach 2 h keinen signifikanten Unterschied in der ROS-Produktion im Vergleich zu Y-TZP (P = 0,16, 24 h (P = 0,79, 48 Stunden (P = 0,14) und 72 h (P = 0,43 der Exposition vor dem Altern. Die G/Z-Proben zeigten nach 2 h keinen signifikanten Unterschied in der ROS-Produktion im Vergleich zu Y-TZP (P = 0,27), 24 Stunden (P = 0,17), 48 h (P = 0,07) und 72 h (P = 0.15) der Exposition nach dem Altern.

Zellenhaftung

Die Zelladhäsionsraten von sowohl G/Z als auch Y-TZP stiegen nach dem Altern signifikant an (Abb. 2c). Die Zelladhäsionsraten von ungealtertem G/Z und Y-TZP waren nicht signifikant unterschiedlich (P = 0,71) (Abb. 2c). Die Zelladhäsionsraten von gealtertem G/Z und Y-TZP waren nicht signifikant unterschiedlich (P = 0,71) (Abb. 2c). Die Zelladhäsionsraten von G/Z und Y-TZP zeigten keine signifikanten Unterschiede nach der Alterung (P < 0,00001) (Abb. 2c). Charakteristische Fotografien der Zelladhäsion auf Y-TZP und G/Z vor und nach dem Altern sind in Abb. 3a–d gezeigt.

Zelladhäsion an G/Z und Y-TZP vor und nach der Alterung. a Im Alter von G/Z. b Ungealterte G/Z. c im Alter von Y-TZP. d Ungealtertes Y-TZP

Zellmorphologie

Fluoreszenzbilder zu unterschiedlichen Inkubationszeiten zeigten, dass Zellen an G/Z-Oberflächen angeheftet waren; auf gealterten G/Z-Oberflächen (Abb. 4a–c) war die Ausbreitung jedoch stärker, wo die Zellen abgeflacht und gut mit einer polygonalen Form ausgebreitet waren.

Anheftung, Ausbreitung und Morphologie von HGF auf G/Z vor und nach dem Altern, beobachtet mit Fluoreszenzmikroskopie. a , b Im Alter von G/Z. c Ungealterte G/Z. Die Zellen wurden 72 Stunden lang auf Substraten kultiviert und dann fixiert und auf filamentöses Aktin (F-Aktin, rot) und Zellkerne (blau) gefärbt

SEM-Bilder zeigten, dass Zellen, die auf gealterten und ungealterten G/Z-Oberflächen kultiviert wurden, mit Verlängerungen oder verlängerten Körpern und zahlreichen Mikrovilli erheblich abgeflacht waren (Abb. 5a, b). Abgerundete Kerne können beobachtet werden, was die Anheftung der Ausbreitung von Zellzytoplasma an der Probenoberfläche bestätigt (Abb. 5a).

REM-Aufnahmen der HGF-Morphologie auf G/Z vor und nach dem Altern 72 h nach der Kultur. a Im Alter von G/Z. b Ungealterte G/Z. Originalvergrößerung:× 2000

Test auf orale Schleimhautreizung

Die Punktzahlen für die makroskopischen Beobachtungen sowohl für die Test- als auch für die kontralaterale Seite waren 0, was keine daraus resultierende Reizung zeigt. Außerdem betrugen die Bewertungen aus der mikroskopischen Bewertung für beide Seiten 0, was auf keine offensichtliche Reizreaktion hinweist. Abbildung 6a, b zeigt, dass keine histopathologischen Veränderungen in der Wangenschleimhaut beobachtet wurden, die mit ungealtertem G/Z und gealtertem G/Z behandelt wurden.

Pathologische Untersuchung der mit gealtertem G/Z behandelten Schleimhaut (a ) und ungealtertem G/Z (b )

Diskussion

Metallkeramische Werkstoffe werden zunehmend durch metallfreie Werkstoffe ersetzt, da die Freisetzung von Metallionen vielfach diskutiert wird. Verschiedene Metallionen wie Silber [14], Gold [15], Titan [16] und Nickel [17] von Zahnersatz konnten in Speichel und Plasma freigesetzt werden. McGinleyet al. berichteten sogar, dass sich diffundierte Ni-Ionen aus einer dentalen Ni-Cr-Legierung durch das Epithelgewebe zur Basallamina und anschließend durch die extrazelluläre Matrix ausbreiten könnten, was zu einem Verlust der Zelllebensfähigkeit und Gewebeintegrität führt [18]. Derzeitige Studien konzentrierten sich hauptsächlich auf die Entwicklung und Verbesserung aller keramischen Materialien. Daher wurde G/Z in unserer vorherigen Studie [4] zur Verbesserung der Erfolgsraten von Zirkonoxid-basierten Materialien eingeführt. Die Biokompatibilität des G/Z-Systems unter Berücksichtigung der Alterung war jedoch unbekannt. Biokompatibilitätstests und moderate Kontrollen sind unerlässlich. Folglich wurde eine Reihe von Biokompatibilitätstests durchgeführt und mit dem Goldstandard verglichen , Y-TZP, unter Berücksichtigung der Alterung. Darüber hinaus haben sich die Oberflächentopographie sowie physikalische und chemische Eigenschaften durch Studien als einflussreich für die Zelladhäsion und Lebensfähigkeit erwiesen [19]. Alle Proben wurden daher sandgestrahlt und auf eine klinische Oberflächenrauheit poliert.

Signifikante metabolische Abnahmen in gealterten G/Z- und Y-TZP-behandelten Zellen wurden nach 72 h beobachtet (Abb. 2a), was beweist, dass das Altern die Zellproliferation für G/Z und Y-TZP verringert. Der Einfluss der Alterung auf die Biokompatibilität von Zirkonoxidmaterialien ist umstritten. Eine frühere Studie berichtete über die verminderte Biokompatibilität von Zirkonoxid nach der Alterung [20]. Inzwischen hat eine aktuelle Studie die Erhöhung der Biokompatibilität von gealtertem Zirkonoxid nachgewiesen [21]. Der unterschiedliche Einfluss der Alterung auf die Biokompatibilität könnte aus unterschiedlichen Alterungsverfahren resultieren, einschließlich Zyklus, Temperatur, Belastung und Häufigkeit [22]. Der Einfluss der Alterung auf die Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Zirkonoxid hängt von der Aggressivität des Alterungsverfahrens zum Abbau von Zirkonoxid ab. Um langfristige intraorale Zustände zu simulieren, basierte das Alterungsverfahren in dieser Studie auf klinischen Parametern wie der Bissbelastung und -häufigkeit, der Verwendung einer feuchten Umgebung und der Temperatur des menschlichen Körpers [22].

Die Lebensfähigkeit der Zellen hängt von der mitochondrialen Aktivität ab. Die Abnahme der Zellproliferation und die Zunahme der ROS-Produktion könnten auf die Ausbreitung der diffundierten Ionen durch das Epithelgewebe zur Basallamina und anschließend durch die extrazelluläre Matrix zurückgeführt werden, was zu einem Verlust der Zelllebensfähigkeit und Gewebeintegrität führt [6, 23].

Die Zelladhäsionsraten von sowohl G/Z als auch Y-TZP nahmen nach dem Altern zu (Abb. 2c). Charakteristische Fotografien der Zelladhäsion auf Y-TZP und G/Z vor und nach dem Altern sind in Abb. 3a–d gezeigt. Eine genaue Beobachtung der Zellanheftung an G/Z wurde durchgeführt. Doppelt markierte Fluoreszenzfärbung (Abb. 4a, b) und SEM-Ansichten (Abb. 5a, b) zeigten, dass Zellen, die sowohl auf gealtertem als auch auf ungealtertem G/Z kultiviert wurden, abgeflacht und gut verteilt waren.

Die Zelladhäsion hängt von den physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Biomaterials ab. Es ist allgemein anerkannt, dass Migration und Adhäsion biologische Parameter sind, die nicht unbedingt direkt miteinander verbunden sind. Zellen können mit sehr hoher Adhäsion langsam wandern [24, 25]. Al Qahtaniet al. [26] berichteten auch, dass die sandgestrahlte Oberfläche von Y-TZP bei Inkubation mit Saos-2-Osteoblasten eine höhere Zelladhäsion, aber eine geringe Zellproliferation aufwies. Die Oberflächenbenetzbarkeit ist ein Faktor, der auch die Präferenz der Zelladhäsion bestimmt, indem die Menge des an der Oberfläche adsorbierten Proteins reguliert wird [27]. Es wurde berichtet, dass die Zellen auf einer superhydrophilen Oberfläche sogar mit der Proliferation begannen, sobald die Adhäsion abgeschlossen war, und dieses Phänomen stand in engem Zusammenhang mit den hohen Mengen des an der hydrophilen Oberfläche adsorbierten Proteins [28]. Der Alterungsabrieb von G/Z und Y-TZP verleiht rauen Oberflächen eine starke Benetzbarkeit und ermöglicht so eine starke Adhäsion von Zellen. Diese Art von Oberfläche ist optimal für die Zahnfleischadhäsion rund um Zahnaufbauoberflächen. Im Gegensatz dazu verleihen glatte Oberflächen den Materialien eingeschränkte Haftungseigenschaften, wie es für Oberflächen geeignet ist, die die Bildung von Biofilmen in der septischen Umgebung des Mundes verhindern sollen [29]. Als Zahnersatzmaterialien erhöht daher alterungsbedingter Abrieb von G/Z und Y-TZP die Wahrscheinlichkeit der Biofilmbildung. Die Zelladhäsionsraten von G/Z und Y-TZP zeigten keine signifikanten Unterschiede vor und nach dem Altern (Abb. 2c). Dieser Befund bewies, dass G/Z und Y-TZP vor und nach der Alterung ähnliche Zellanheftungseigenschaften aufweisen, was auf die vielversprechenden biologischen Oberflächeneigenschaften von G/Z hinweist.

In-vivo-Reizungstests sind für die langfristige Anwendung oraler Medizinprodukte von entscheidender Bedeutung. Hierbei wurden keine makroskopischen oder mikroskopischen pathologischen Veränderungen für G/Z-behandelte Schleimhäute beobachtet (Abb. 6a, b).

Die Existenz einer großen Menge von m -ZrO₂ kann zu einer Abnahme der Festigkeit von Zirkonoxid führen. Die zuverlässige Biokompatibilität des G/Z-Systems könnte auf die geringe Phasenänderung während des Infiltrationsverfahrens zurückgeführt werden, die in unserer vorherigen Studie nachgewiesen wurde [4]. Eine weitere Studie belegte die gute Alterungsbeständigkeit von infiltrierten Y-TZP-Materialien. Inokoshiet al. [30] berichtete, dass Al₂ O₃ -infiltriertes Y-TZP war nach der Alterung dank einer hohen Menge an c-ZrO₂ . hydrothermal stabil Phase an der Zwischenschichtoberfläche, obwohl es einen höheren anfänglichen monoklinen Volumenanteil im Vergleich zum Y-TZP hat.

Mehrere Studien bestätigten die zuverlässige Biokompatibilität der Glas-Zirkonoxid-Zusammensetzung. L-929-Fibroblasten- und Saos-2-Osteoblasten-ähnliche Zellen zeigten eine gute Adhäsion und Proliferation auf der Oberfläche von HAp-Al₂ O₃ -ZrO₂ (FGM), was auf die gute Biokompatibilität von FGM hinweist [31]. Ein Glas (Na₂ O-SiO₂ -B₂ O₃ -CaO)-Hap-ZrO₂ Implantatmaterial zeigte nach einer 3-monatigen Implantationsdauer im Beinknochen eines Hundes eine bessere Haftung mit dem Knochen als ein Titanimplantatmaterial [32]. Liet al. berichteten, dass das Glas-Zirkonoxid-Material eine gute Bioaktivität und keine Zytotoxizität aufwies [33]. Jüngste Studien berichteten über eine verdichtete abgestufte Glas-Zirkonoxid-Zusammensetzung mit vielversprechenden mechanischen Eigenschaften und Ästhetik [10, 11, 34]. Über die Biokompatibilität der abgestuften Glas-Zirkonoxid-Zusammensetzung wurde jedoch nicht berichtet.

Schlussfolgerungen

Laut dem oralen Schleimhautreizungstest in Verbindung mit Analysen der Zelllebensfähigkeit, Zelladhäsion, Zellmorphologie und oxidativen Stressreaktionen ist die Biokompatibilität von G/Z mit der von Y-TZP sowohl vor als auch nach der Alterung vergleichbar. Als Zahnersatzmaterial weist G/Z eine vielversprechende Zukunft in der klinischen Anwendung auf. Diese Studie ist jedoch ein vorläufiger Bericht, und weitere In-vivo- und In-vitro-Studien mit umfassenderen Testmethoden sind erforderlich, um die vorliegenden Ergebnisse zu bestätigen.

Abkürzungen

DAPI:

4′,6-Diamidino-2-phenylindol-dihydrochlorid

F-Aktin:

Filamentöses Aktin

FGM:

HAp-Al₂ O₃ -ZrO₂

D/Z:

Abgestuftes Nanoglas/Zirkonoxid

SEM:

Rasterelektronenmikroskopie

t-m:

Tetragonal bis monoklin

Y-TZP:

Yttrium-stabilisiertes tetragonales Zirkoniumdioxid-Polykristall