Unidirectional fiber-reinforced composite as an oral implant abutment material: Experimental studies of E-glass fiber/BisGMA-TEGDMA polymer in vitro
Abdulmajeed, Aous Abdulhaq (2013-12-13)
Unidirectional fiber-reinforced composite as an oral implant abutment material: Experimental studies of E-glass fiber/BisGMA-TEGDMA polymer in vitro
(13.12.2013)
Annales Universitatis Turkuensis D 1097 Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-5608-1
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-5608-1
Kuvaus
Siirretty Doriasta
Tiivistelmä
Fiber-reinforced composites (FRCs) are a new group of non-metallic biomaterials showing a growing popularity in many dental and medical applications. As an oral implant material, FRC is biocompatible in bone tissue environment. Soft tissue integration to FRC polymer material is unclear.
This series of in vitro studies aimed at evaluating unidirectional E-glass FRC polymer in terms of mechanical, chemical, and biological properties in an attempt to develop a new non-metallic oral implant abutment alternative.
Two different types of substrates were investigated: (a) Plain polymer (BisGMA 50%–TEGDMA 50%) and (b) Unidirectional FRC. The mechanical behavior of high fiber-density FRCs was assessed using a three-point bending test. Surface characterization was performed using scanning electron and spinning disk confocal microscopes. The surface wettability/energy was determined using sessile drop method. The blood response, including blood-clotting ability and platelet morphology was evaluated. Human gingival fibroblast cell responses - adhesion kinetics, adhesion strength, and proliferation activity - were studied in cell culture environment using routine test conditions. A novel tissue culture method was developed and used to evaluate porcine gingival tissue graft attachment and growth on the experimental composite implants.
The analysis of the mechanical properties showed that there is a direct proportionality in the relationship between E-glass fiber volume fraction and toughness, modulus of elasticity, and load bearing capacity; however, flexural strength did not show significant improvement when high fiber-density FRC is used. FRCs showed moderate hydrophilic properties owing to the presence of exposed glass fibers on the polymer surface. Blood-clotting time was shorter on FRC substrates than on plain polymer. The FRC substrates also showed higher platelet activation state than plain polymer substrates. Fibroblast cell adhesion strength and proliferation rate were highly pronounced on FRCs. A tissue culture study revealed that gingival epithelium and connective tissue established an immediate close contact with both plain polymer and FRC implants. However, FRC seemed to guide epithelial migration outwards from the tissue/implant interface.
Due to the anisotropic and hydrophilic nature of FRC, it can be concluded that this material enhances biological events related with soft tissue integration on oral implant surface. Yhdensuuntaisilla lasikuiduilla lujitettu komposiitti hammasimplantin abutmentin materiaalina: Kokeellisia tutkimuksia E-lasikuidulla vahvistetusta BisGMA-TEGD¬MA polymeeristä in vitro
Lasikuitulujitteiset muovit ovat suhteellisen uusi ryhmä metallittomia biomateriaaleja. Kiinnostus kuitulujitteisten muovien käyttöön implanttimateriaalina on kasvanut monissa hammaslääketieteellisissä ja lääketieteellisissä hoidoissa. Kuitulujitteisesta muovista valmistettu hammasimplantti on aiemmin todettu bioyhteensopivaksi luukudoksen kanssa. Materiaalista valmistettujen implanttien kiinnittymisestä pehmytkudoksiin ei kuitenkaan ole ollut tutkittua tietoa. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli selvittää yhdensuuntaisilla lasikuiduilla vahvistetun komposiitin soveltuvuus hammasimplanttien ienkudoksen läpäisevän abutmenttiosan materiaaliksi sen mekaanisten, kemiallisten ja biologisten ominaisuuksien valossa.
Työssä verrattiin kahta erilaista materiaalia: (a) Pelkkä polymeeri komposiitti (BisGMA 50%-TEGDMA 50%) ja (b) Lasikuitulujitteinen komposiitti. Korkean kuitupitoisuuden vaikutus komposiitin mekaanisiin ominaisuuksiin tutkittiin kolmipistetaivutusta käyttämällä. Materiaalien pintarakenne analysoitiin pyyhkäisyelektroni- ja konfokaalimikroskooppi tutkimuksilla. Komposiiteissa käytettyjen monomeerien konversioaste selvitettiin FTIR spektrometrilla. Materiaalien pintaenergia tutkittiin kosketuskulmamittausta käyttämällä. Materiaalien käyttäy-tymistä verikontaktissa selvitettiin tutkimalla materiaalin pinnan vaikutus hyytymän muodostumiseen sekä verihiutaleiden kiinnittymiseen ja morfologiaan. Ihmisen ikenen fibroblastien kiinnittymistä ja jakautumista komposiittien pinnoilla tutkittiin rutiinikäytössä olevilla soluviljelymalleilla. Väitöskirjatyössä kehitettiin lisäksi uusi kudosviljelymalli, jonka avulla seurattiin sian ienkudoksen kiinnittymistä kokeellisten komposiitti-implanttien pinnoille.
Mekaanisten ominaisuuksien analyysi osoitti, että E-lasikuitujen suhteellisella määrällä on suora yhteys komposiitin elastiseen modulukseen, sitkeyteen sekä kuormankanto kykyyn. Taivutuslujuus ei kuitenkaan lisääntynyt suorassa suhteessa suuria kuitutiheyksiä käytettäessä. Lasikuitulujitteisen komposiitin pinta osoittautui hydrofiiliseksi materiaalin pinnalla olevien lasikuitujen ansiosta. Veri hyytyi nopeammin ja verihiutaleet aktivoituivat paremmin kuitulujitteisen komposiitin pinnalla pelkkään polymeerin verrattuna. Fibroblastien todettiin kiinnittyvän ja jakautuvan selvästi paremmin kuitulujitteisen komposiitin pinnalla. Kudosviljelytyö osoitti, että ienkudoksen epiteeli ja sidekudos kiinnittyvät suoraan sekä kuitulujitteisen että pelkän komposiitin pinnalle. Kuitulujitteisten materiaalien paljastuneet lasikuidut kuitenkin ohjasivat ikenen epiteeliä kasvamaan iensiirteen ja implantin kontaktipinnasta pois päin.
Yhteenvetona voidaan todeta, että anisotrooppisten ja hydrofiilisten ominaisuuksiensa ansiosta kuitulujitteinen materiaali edesauttaa implantin pehmytkudosliitoksen muodostumiseen johtavia biologisia mekanismeja.
This series of in vitro studies aimed at evaluating unidirectional E-glass FRC polymer in terms of mechanical, chemical, and biological properties in an attempt to develop a new non-metallic oral implant abutment alternative.
Two different types of substrates were investigated: (a) Plain polymer (BisGMA 50%–TEGDMA 50%) and (b) Unidirectional FRC. The mechanical behavior of high fiber-density FRCs was assessed using a three-point bending test. Surface characterization was performed using scanning electron and spinning disk confocal microscopes. The surface wettability/energy was determined using sessile drop method. The blood response, including blood-clotting ability and platelet morphology was evaluated. Human gingival fibroblast cell responses - adhesion kinetics, adhesion strength, and proliferation activity - were studied in cell culture environment using routine test conditions. A novel tissue culture method was developed and used to evaluate porcine gingival tissue graft attachment and growth on the experimental composite implants.
The analysis of the mechanical properties showed that there is a direct proportionality in the relationship between E-glass fiber volume fraction and toughness, modulus of elasticity, and load bearing capacity; however, flexural strength did not show significant improvement when high fiber-density FRC is used. FRCs showed moderate hydrophilic properties owing to the presence of exposed glass fibers on the polymer surface. Blood-clotting time was shorter on FRC substrates than on plain polymer. The FRC substrates also showed higher platelet activation state than plain polymer substrates. Fibroblast cell adhesion strength and proliferation rate were highly pronounced on FRCs. A tissue culture study revealed that gingival epithelium and connective tissue established an immediate close contact with both plain polymer and FRC implants. However, FRC seemed to guide epithelial migration outwards from the tissue/implant interface.
Due to the anisotropic and hydrophilic nature of FRC, it can be concluded that this material enhances biological events related with soft tissue integration on oral implant surface.
Lasikuitulujitteiset muovit ovat suhteellisen uusi ryhmä metallittomia biomateriaaleja. Kiinnostus kuitulujitteisten muovien käyttöön implanttimateriaalina on kasvanut monissa hammaslääketieteellisissä ja lääketieteellisissä hoidoissa. Kuitulujitteisesta muovista valmistettu hammasimplantti on aiemmin todettu bioyhteensopivaksi luukudoksen kanssa. Materiaalista valmistettujen implanttien kiinnittymisestä pehmytkudoksiin ei kuitenkaan ole ollut tutkittua tietoa. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli selvittää yhdensuuntaisilla lasikuiduilla vahvistetun komposiitin soveltuvuus hammasimplanttien ienkudoksen läpäisevän abutmenttiosan materiaaliksi sen mekaanisten, kemiallisten ja biologisten ominaisuuksien valossa.
Työssä verrattiin kahta erilaista materiaalia: (a) Pelkkä polymeeri komposiitti (BisGMA 50%-TEGDMA 50%) ja (b) Lasikuitulujitteinen komposiitti. Korkean kuitupitoisuuden vaikutus komposiitin mekaanisiin ominaisuuksiin tutkittiin kolmipistetaivutusta käyttämällä. Materiaalien pintarakenne analysoitiin pyyhkäisyelektroni- ja konfokaalimikroskooppi tutkimuksilla. Komposiiteissa käytettyjen monomeerien konversioaste selvitettiin FTIR spektrometrilla. Materiaalien pintaenergia tutkittiin kosketuskulmamittausta käyttämällä. Materiaalien käyttäy-tymistä verikontaktissa selvitettiin tutkimalla materiaalin pinnan vaikutus hyytymän muodostumiseen sekä verihiutaleiden kiinnittymiseen ja morfologiaan. Ihmisen ikenen fibroblastien kiinnittymistä ja jakautumista komposiittien pinnoilla tutkittiin rutiinikäytössä olevilla soluviljelymalleilla. Väitöskirjatyössä kehitettiin lisäksi uusi kudosviljelymalli, jonka avulla seurattiin sian ienkudoksen kiinnittymistä kokeellisten komposiitti-implanttien pinnoille.
Mekaanisten ominaisuuksien analyysi osoitti, että E-lasikuitujen suhteellisella määrällä on suora yhteys komposiitin elastiseen modulukseen, sitkeyteen sekä kuormankanto kykyyn. Taivutuslujuus ei kuitenkaan lisääntynyt suorassa suhteessa suuria kuitutiheyksiä käytettäessä. Lasikuitulujitteisen komposiitin pinta osoittautui hydrofiiliseksi materiaalin pinnalla olevien lasikuitujen ansiosta. Veri hyytyi nopeammin ja verihiutaleet aktivoituivat paremmin kuitulujitteisen komposiitin pinnalla pelkkään polymeerin verrattuna. Fibroblastien todettiin kiinnittyvän ja jakautuvan selvästi paremmin kuitulujitteisen komposiitin pinnalla. Kudosviljelytyö osoitti, että ienkudoksen epiteeli ja sidekudos kiinnittyvät suoraan sekä kuitulujitteisen että pelkän komposiitin pinnalle. Kuitulujitteisten materiaalien paljastuneet lasikuidut kuitenkin ohjasivat ikenen epiteeliä kasvamaan iensiirteen ja implantin kontaktipinnasta pois päin.
Yhteenvetona voidaan todeta, että anisotrooppisten ja hydrofiilisten ominaisuuksiensa ansiosta kuitulujitteinen materiaali edesauttaa implantin pehmytkudosliitoksen muodostumiseen johtavia biologisia mekanismeja.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2845]