Наноинновации в стоматологии: как нанотехнологии меняют область имплантации и протезирования зубов



В статье рассматривается применение нанотехнологий и наноматериалов в стоматологии с целью улучшения процесса вживления зубных имплантатов в костную ткань. Исследуются современные подходы к использованию данных методик, а также анализируется их влияние на успешность стоматологического лечения. Особое внимание уделяется изучению свойств наноматериалов и механизмов их взаимодействия с биологическими системами, что способствует повышению надежности и продолжительности результатов имплантации. Работа предназначена для стоматологов, научных исследователей и студентов, проявляющих интерес к инновационным подходам в области медицины.

Ключевые слова: стоматология, имплантат, костная ткань, нанотехнология, протезирование.

Применение нанотехнологий в стоматологии является одним из самых перспективных направлений в области имплантологии. Основная задача, которую решают нанотехнологии в стоматологии — это создание биосовместимых материалов для имплантов, снижающих риск отторжения и воспалений.

Зубная имплантация и протезирование — это важные аспекты стоматологии, которые помогают восстановить утраченную функцию и эстетику зубов. С появлением нанотехнологий в медицине, в том числе и стоматологии, этот процесс стал еще более точным, безопасным и эффективным. Нано-инновации в стоматологии предлагают ряд преимуществ, которые значительно улучшают качество зубных имплантов и протезов.

Давайте рассмотрим, какие именно важные изменения произошли в области имплантации и протезирования зубов благодаря нанотехнологиям:

1. Увеличенный срок службы имплантов: Нанотехнологии позволяют создавать более долговечные зубные импланты, которые устойчивы к коррозии и износу. Это дает пациентам возможность использовать импланты в течение более длительного времени без необходимости замены.
2. Улучшенная остеоинтеграция: Остеоинтеграция — это процесс сращивания импланта с костной тканью, который становится более эффективным благодаря использованию наночастиц. Импланты, созданные с использованием нанотехнологий, более благоприятны для остеоинтеграции, что обеспечивает их прочность и стабильность. Проиллюстрируем процесс остеоинтеграции имлантата на рис. 1.

Рис. 1. Процесс остеоинтеграции имплантата под электронным микроскопом

3. Снижение риска отторжения имплантов: Использование нанотехнологий позволяет создавать импланты с улучшенными биосовместимыми свойствами, что снижает вероятность их отторжения организмом.
4. Улучшение эстетических результатов: Нанотехнологии также позволяют создавать зубные протезы и импланты с более высоким уровнем эстетики, что делает их менее заметными и улучшает внешний вид улыбки.
5. Биосовместимость нанотехнологичных имплантов: Композитные материалы и наночастицы, которые используются при создании зубных имплантов, обладают высокой степенью биосовместимости, не вызывая аллергических реакций и отторжения иммунной системой.
6. Возможность ранней диагностики: Нанотехнологии в стоматологии предоставляют возможность ранней диагностики состояния зубных имплантов и протезов с помощью наночувствительных датчиков и нанопокрытий, которые обнаруживают микроскопические изменения в структуре имплантов на ранних стадиях и сигнализируют о возможных проблемах.
7. Повышение точности планирования: Компьютерная томография и 3D-моделирование позволяют стоматологам определить оптимальное расположение имплантатов и создать копию пациентской анатомии для изготовления протезов.

Имплантирование — это одна из наиболее востребованных современных методик стоматологии, позволяющая восстановить потерянные зубы. Одним из наиболее интересных направлений развития нанотехнологий в стоматологии являются имплантационные наносистемы. Эти системы представляют собой наночастицы или нановолокна, выполняющие определенные функции после имплантации. Например, они могут контролировать уровень воспаления и высвобождать медикаменты для ускорения заживления. При этом, необходимо учитывать риски и ограничения применения нанотехнологий в стоматологии. Некоторые наноматериалы могут иметь токсичные свойства, поэтому важно проводить необходимые исследования и обеспечивать высокую безопасность для пациентов. В данном исследовании мы рассмотрим использование нанотехнологий и материалов в области имплантологии и протезирования.

На сегодняшний день имеется несколько видов нанотехнологичных покрытий для зубных имплантатов. Среди них можно выделить алмазное, покрытие с гидроксиапатитом и металлокерамику. Однако лишь немногие производители предлагают имплантаты с применением нанотехнологий для обработки поверхности. Несмотря на это, лабораторные и доклинические исследования показали, что эффективность фиксации имплантатов с нанопокрытием значительно выше по сравнению с классическими имплантатами.

В последнее время разработаны технологии покрытия имплантатов гидроксиапатитом и кальциевыми фосфатами (CaP), которое обеспечивает остеокондуктивность. После имплантации CaP-соединения растворяются и усиливают ионные связи, вызывая преципитацию апатитовых кристаллов, белков и костных клеток. Остеокласты разрушают CaP-покрытие, ускоряя остеоинтеграцию и создавая прямую связь с костью.

Существуют различные способы покрытия титановых имплантатов соединениями кальция и фосфора (Ca-P), включая ионно-лучевую эпитаксию, плазменное осаждение, методы золь-геля, лазерное напыление, радиочастотную атомизацию, биомиметическую эпитаксию и осаждение под действием электростатического распыления. Из этого списка методов наиболее распространенным является плазменное осаждение. Однако данный подход сталкивается с некоторыми проблемами, включая сложности в контроле структуры покрытия, снижение прочности связи между покрытием и имплантатом и высокую температуру процесса осаждения.

Имплантат из титана подвергают обработке абразивами и травлению кислотой, что делает его поверхность шероховатой. На этой поверхности образуется множество микропор размером 15 микрон, а площадь контакта с костью увеличивается на 50 %. Проиллюстрируем это на рис. 2. Это позволяет увеличить количество точек крепления белковых волокон фибрина, вдоль которых перемещаются клетки остеобласты. Все это ускоряет процесс остеоинтеграции, то есть ускоряет вживление импланта в кость и способствует образованию более плотной костной ткани.

Рис. 2. Пористая структура имплантата под микроскопом

Проведённые исследования в данной области подтверждают, что использование нанотехнологий в обработке титановых поверхностей дентальных имплантатов оказывает существенное влияние на процессы, происходящие после имплантации, такие как адсорбция белков, образование кровяного сгустка и поведение клеток. Этот эффект, в свою очередь, сказывается на ключевых процессах, таких как миграция, адгезия, пролиферация и дифференциация мезенхимальных стволовых клеток — все это имеет критически важное значение для успеха имплантации.

Одним из важных направлений исследований в области имплантологии является создание наноструктур на поверхности имплантов. Наноструктуры обеспечивают более эффективное сращивание импланта с костной тканью, что улучшает его долговечность и стабильность. Наноструктурированные поверхности имплантатов — это искусственные материалы, которые используются в медицине для замены поврежденных или отсутствующих костей, суставов и других частей тела. Они создаются с использованием нанотехнологий, то есть технологий, которые позволяют манипулировать материалами на уровне отдельных атомов и молекул.

Наноструктуры обладают увеличенной площадью поверхности, что способствует активному образованию костной ткани вокруг имплантата. Благодаря этому, процесс остеоинтеграции проходит более успешно и быстро.

Наноструктурированные поверхности также обладают улучшенными механическими свойствами, такими как прочность, жесткость и износостойкость. Одним из главных преимуществ наноструктурированных поверхностей является их улучшенная биосовместимость. Благодаря своей наноструктуре, они способны взаимодействовать с живыми тканями организма на молекулярном уровне, что снижает риск отторжения имплантата и ускоряет процесс его приживления.

Литература:

1. Рубштейн А. П. и др. Покрытия с алмазоподобным углеродом — материал для ортопедических и дентальных имплантатов. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2018, № 6, с. 43–50.
2. Гюнтер В. Э. и др. О коррозийной стойкости и биологической совместимости металлических материалов. Имплантаты с памятью. 2004. № 3. с. 1–16.
3. Трофимов В. В., Федчишин О. В., Клименов В. А. Титан, сплавы титана и их применение в стоматологии // Сибирский медицинский журнал. — 2009. — № 7. — С.7–12.
4. Ушаков А. И. Краткий обзор доклада об исследовании поверхностей моделей имплантатов различных производителей // Проблемы стоматологии. — 2014. — № 5. — С.2–10.
5. Воложин Г. А., Алехин А. П., Маркеев А. М., Тетюхин Д. В., Козлов Е. Н., Степанова М. А. Влияние физико-химических свойств поверхности титановых имплантатов и способов их модификации на показатели остеоинтеграции // Институт стоматологии. — 2009. — № 3. — С.81–83.
6. Путляев В. И. Современные биокерамические материалы //Соросовский образовательный журнал. — 2004. — Т. 8. — №. 1. — С. 44–50.
7. Султанов А. А. и др. Физико-химические свойства имплантатов и их взаимодействие с окружающими тканями и средами полости рта (обзор литературы) //Вятский медицинский вестник. — 2019. — Т. 2. — №. 62. — С. 80–86.