Vezelgaas van titanium leidt tot gunstig botgedrag bij implantaten

Promotie J. Li

Flexibel titaniumvezelgaas (TFM), samengesteld uit gesinterde niet-geweven microvezels van commercieel zuiver titanium, wordt beschouwd als een geschikt dragermateriaal voor botreconstructie. Daarnaast blijkt dat de proliferatie, osteogene differentiatie en extracellulaire matrixmineralisatie op TFM verbeterde onder mechanische belasting, wat het idee ondersteunt dat TFM belasting effectief kan overbrengen op omliggende cellen. Dit concludeert promovendus Jinmeng Li in zijn proefschrift. 

Allereerst keek Li naar de huidige kennis van mechanische eigenschappen van metalen orale implantaten en de relatie met osseo-integratie. De succesvolle osseo-integratie en de klinische levensduur van implantaten worden bepaald door de manier waarop mechanische spanningen op het omringende bot worden overgedragen. Het ontwerp van een implantaat kan doelbewust gekozen worden, waardoor de mechanische belasting op het bot vermindert. Dit leidt lokaal tot een superieure omgeving voor osseo-integratie.

Zowel de porositeit als de elasticiteitsmodulus van de vezelgaasstructuur van TFM kunnen worden aangepast door de vezeldiameter van het gaas te veranderen. De stijfheid van vezelgaasjes met een diameter van 22 en 35 μm, en met de hoogste porositeit, kwam overeen met de waarde van corticaal bot. Titaniumvezelgaas van alle typen stijfheid en elasticiteit, was in staat om mesenchymale stromale celgroei en osteogene differentiatie te ondersteunen. Mechanische belasting leidde na 21 dagen kweek tot de vorming van extracellulaire matrix (ECM) met mineralisaties afgescheiden door stromale cellen van beenmerg (BMSC). Proliferatie, osteogene differentiatie en ECM-mineralisatie van BMSC’s waren allemaal significant verbeterd in de dynamische omstandigheden ten opzichte van voor de belasting.

Toegepaste histologische en histomorfometrische analyses bij konijnen, gedurende een implantaatperiode van 14 weken, wezen op een gunstig botgedrag voor het TFM-ontwerp in vergelijking met de controles. Voor de TFM-gecoate implantaten werd een aanzienlijk groter botoppervlak en bot-implantaatcontact gevonden in vergelijking met de controlegroep. Daarnaast suggereerden de resultaten dat bij een TFM-implantaat met een vezeldiameter van 22 μm, een verbeterde botvorming verband houdt met een positief effect van de belastingsoverdracht.

Het afzetten van TFM-vezels met een homogene hydroxyapatietcoating op implantaten is mogelijk door elektrochemische afzetting. Dit is een proces waarbij onder andere stroomsterkte, elektrolyt-pH, concentratie en temperatuur worden geoptimaliseerd. De coating bleef relatief stabiel met een beperkte calciumafgifte gedurende de incubatieperiode van 21 dagen. 

Op 8 april 2021 promoveerde Jinmeng Li aan de Radboud Universiteit op zijn proefschrift ‘Osteopromotive titanium fibre mesh applicable for dental implants’. Promotors waren prof. dr. J.A. Jansen en prof. dr. X.F. Walboomers. Copromoter was dr. ing. J.J.J.P. van den Beucken.