基于高精度选择性激光熔融技术的个性化根形种植体的制造与生物学性能评价

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牙齿治疗的主要目的是为了增强和维护患者健康。过去牙齿缺失,通常用固定义齿或者活动假牙来修复口腔内缺失的牙齿和支持组织,但随着种植修复技术的发展,种植牙已成为目前修复牙齿缺失的最佳修复体。在各类种植技术中,即刻种植被认为可以缩短治疗时间,减少手术次数,维持软组织的量,并尽可能的保存了周围骨组织体积,在术中术者可以利用拔牙窝来指导种植体的植入方向。该种植方式也越来越多的代替了延期种植在一些病例中的应用。但是由于传统种植体与拔牙窝的形态不匹配,即刻种植中种植体的初始稳定性不佳,技术敏感性较高,术后反应相对明显,恢复时间也相对延长。本研究基于精度提高后的选择性激光熔融(Selective laser melting,SLM)技术,制造了一种可用于即刻种植且与形状与拔牙窝匹配的个性化根形种植体(Root analogue implant,RAI),增加了即刻种植术中种植体的初始稳定性,从而改善了传统即刻种植方式由于种植体与牙槽窝形状不匹配而引起的问题。通常用SLM打印的RAIs表面粗糙度高于传统酸蚀喷砂形成的表面,而且不同区域粗糙度也存在着很大的差异。本研究首先优化了RAIs的成型工艺,获得最高达到99.73%的钛材料相对致密度,并且通过控制线性能量密度(Line energy density,LED)和偏移量,结合梯度成型的方式将同一个RAI表面的不同区域粗糙度均匀的控制在Sa≈13μm。使用优化后的参数,打印获得的标准钛片(3D-Ti组),与光滑钛片(S-Ti组)、酸蚀喷砂钛片(SLA-Ti组)进行微观形貌、组成元素、表面粗糙度、亲水性以及蛋白吸附能力比较,并在各组钛片表面培养人的骨髓间充质干细胞(Human Bone marrow mesenchymal stem cells,h-BMSCs),比较了h-BMSCs在各组中的粘附能力、细胞骨架排列状况、细胞铺展情况、细胞增殖能力以及细胞成骨向分化的能力。研究发现,3D打印钛片表面为亲水表面,粗糙度而且具有良好的生物相容性,可促进细胞增殖与成骨向分化。接着,通过锥体束CT(Cone beam computed tomography,CBCT)扫描Beagle犬的下颌骨,再用逆向技术获得目标牙的基台、牙根的三维模型,最后利用SLM技术分别打印出目标牙的基台、牙根。利用上述获得的骨水平RAIs与传统螺纹柱状种植体对比,在Beagle犬体内实验均获得了90%以上的存留率。3个月和6个月的显微CT和硬组织切片结果提示,相比传统螺纹柱状种植体,RAIs的植入不会损伤牙槽窝周围的重要解剖结构,而且表面形成的新骨更为连续,与旧骨结合面积更大。两组3个月和6个月种植体的BIC和BV/TV没有显著性差异。最后,本研究在3条Beagle犬颌骨内的骨水平种植体上部进行氧化锆冠修复,使其咀嚼能力得到了一定的恢复。综上所述,为了改善传统即刻种植手术中种植体与牙槽窝不匹配所带来的问题,本研究提高了SLM技术打印精度,制造出致密度高且表面粗糙度小而均匀的个性化骨水平根形种植体。获得的种植体具有良好的生物相容性以及促进骨髓间充质干细胞成骨分化的能力,并在Beagle犬颌骨内形成稳定的骨结合。最后,设计了基台与牙根的连接结构,在RAIs上进行牙冠修复,在一定程度上恢复了Beagle犬的咀嚼功能。因此,这种基于高精度选择性激光熔融技术制造的个性化根形种植具有一定的临床应用前景。
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