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生醫材料(六):牙科植體發展新境界

牙科植體臨床治療發展至今已經快40年,目前相當成功地應用在臨床口腔與顏面贋復的重建,其中包括單顆假牙、固定牙橋、全口義齒的支撐到顏面缺損的重建,而隨著材料科技與臨床技術的進步,發展出可以加快骨頭癒合速度與同時得到更好臨床成功率的概念也在逐漸實現中
 
 
 
自1970年Bråmemark教授證實植體與骨頭之間的骨整合現象後,骨內牙科植體(endosseous dental implant)在缺牙或無牙贋復治療裡成為重要的選擇。所謂成功骨整合的定義:在光學顯微鏡觀察到,有活性的骨頭與可承受力量的植體表面,在結構與功能上的直接結合;在組織切片中則顯示骨頭與植體表面的接合類似功能性骨粘黏。許多因素都會影響骨整合的成功,例如:患者的身體狀況、患者齒槽骨的質與量、醫師手術技巧與假牙贋復技術、植體本身的組件、螺紋設計與植體的表面特性。

牙科植體的製作材料分為兩大類:金屬與陶瓷,金屬最主要為商業用的純鈦與鈦合金,當鈦金屬暴露於空氣時,表面會立刻形成厚度約2至10奈米的氧化層,因為此氧化層具有生物性惰性、穩定的厚度與抗腐蝕性,而且能夠引發化學性和生物性反應,因此具備良好生物相容性,是成功骨整合的關鍵因素。陶瓷材料可以用來製作植體,或是形成金屬表面的塗層(coating),氧化鋯因為具有較高的抗斷裂和彎曲強度,顏色也和牙齒相近,更不用擔心金屬離子釋放與過敏的情形發生,近年來開始被應用於牙科植體的製作,然而氧化鋯表面處理技術相對困難,因此限制了其發展與臨床的應用。

除了植體本身材料外,植體表面型態與其生物化學性質在骨整合癒合過程中扮演關鍵的角色,因為生物材料表面的親水性、粗糙程度與化學成分在生物體內會有直接的影響,植體的表面型態,特別是粗糙度會影響骨整合,實驗也證實植體表面1至2微米中等程度的粗糙度時,會有較佳的骨整合與生物機械強度,而改變表面粗糙度的方式分為兩大類:減法製程與加法製程,減法製程即為移除表面材料而造成孔洞或凹痕,其方式包括機械性拋光、噴砂法、酸蝕與氧化處理,而加法製程則為額外增加材料於表面,其方式包括氫氧磷灰石(hydroxyapatite)或磷酸鈣(calcium phosphate)塗層、鈦電漿噴覆(titanium plasma-sprayed)與離子堆積法。

目前市面上常見的表面處理方式:氧化鋁噴砂加酸蝕、兩種強酸的綜合處理、陽極氧化處理、雷射、電漿與氫氧磷灰石塗層處理,上述幾項表面處理方式在臨床上已經被證實有相當好的成功率。近年來,雖然牙科植體的臨床成功率從85%進展到95至100%,可是在齒槽骨條件不好的狀況下,或是患者有抽菸習慣、糖尿病與牙周病的病史時,有研究指出這些因子會讓植體的臨床失敗率提升至20~30%,因此為了改善此類情況,且為了達到更好的骨整合及更快的癒合時間,植體本身的型態設計與表面處理技術的改良也成為急需發展的目標。

新的植體表面處理發展分為兩部分,一是在表面創造奈米化結構,另一是在植體表面增加生物活性。奈米技術包括表面型態奈米化與加入奈米生物材料塗層,在奈米程度下,表面分子的作用與排列會直接影響到血液中蛋白的貼附與細胞的生長反應,實驗證明表面奈米等級 1至100 奈米的粗糙度可以增加整體表面積和表面能量,因而增加血液、纖維蛋白與生長因子的吸附貼合能力,加速骨細胞的貼附與生長分化,進而促進骨整合的能力與進行的速度。多家市面上的植體也推出新式奈米粗糙度表面的植體,其範圍從19奈米到97奈米,處理的方式有噴砂加上酸蝕、陽級氧化處理與奈米氫氧磷灰石塗層,根據2013年Dental materials的期刊指出,表面粗糙度為7.22奈米的植體在骨內癒合後,會表現出比較高的骨整合比率。然而要重複得到均質奈米化結構不容易與符合生物體內反應最理想的奈米尺寸尚未有結論,因此目前依然需要更完整的研究設計和更高解析度的儀器設備來探討。

植體表面改質的方法可在表面上覆蓋具有生物活性的材料:包括磷酸鈣、胜肽、蛋白或是生長因子,其可以直接刺激骨細胞的貼附、生長、分化與重塑,並且增加骨頭與植體間生物化學性的結合,因此骨整合的程度與長期維持都會表現得比較好,2013年Acta biomaterialia期刊的細胞實驗證實,藉由胜肽來生物性活化鈦植體表面後,骨細胞的貼附與生長能力均有顯著的提升。2013年Schlegel等學者的實驗發現,經由生物性活化的植體在仿糖尿病的動物骨頭內,能有效增加骨整合比率。然而這樣的表面處理在臨床上則尚未有完整與長期的追蹤研究。

表面處理的科技可以幫助發展更小與客製化的植體,且具有更好的功能與臨床成功率,可應用於小於5毫米的短植體與骨科植入物的發展,期待未來創新科技與技術的發展,可以造福更多有需求的患者,使得牙科植體治療能更為普遍與延長植體使用壽命。(本文由科技部補助「健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:林永昇|弘光科技大學化妝品應用系暨化妝品科技研究所
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