مروری بر بیومتریال در پریودنتولوژی و ایمپلنت دندان

مروری بر بیومتریال در پریودنتولوژی و ایمپلنت دندان 3

مقدمه

التهاب لثه از بیماری‌های شایع پریودنتال و بیماری التهابی است که به بافت نرم آسیب می‌زند و موجب تخریب پریودنتیوم می‌شود. پسرفت لثه یا خوردگی حفره‌های استخوانی، که با التهاب لثه بوجود می‌آیند، چالشی برای دندان‌پزشکان و محققان محسوب می‌شوند. طی سال‌ها، گزارشاتی مبنی بر موفقیت برخی استراتژی‌ها مانند کورتاژ لثه، هموار کردن ریشه و دبرید فلپ باز در بازسازی پریودنت دریافت شده است. اما این روش‌های درمانی بدون وجود مواد پایه، محدودیت‌هایی در بازسازی بافت در محل‌های در معرض خطر می‌شود. با پیشرفت در این زمینه، روش‌های جدیدتری مانند پیوند استخوان، فاکتورهای رشد، سد غشایی و اقدامات ترکیبی برای بازسازی لثه توسعه یافتند. بازسازی هدایت‌شده لثه(GTR) و بازسازی هدایت‌شده استخوان(GBR) نیز برای بازسازی بافت پریودنتال در محل‌های آسیب‌دیده با استفاده از مواد بیولوژیکی مختلف معرفی شدند.

بیومتریال در پریودنتولوژی

  1. مهندسی بافت در پریودنتولوژی. مهندسی بافت مبحثی بین رشته‌ای است که از توسعه بیومتریال‌ها برای ترمیم یا حفظ عملکرد بافت یا ارگان اختلال یافته نشات گرفته است. مهندسی بافت روشی برای ترمیم و بازسازی بافت از بین رفته است. این روش بیشتر بر بافت نرم دهانی و بازسازی حفره استخوانی تمرکز می‌کند. اینها با سه کلید اصلی به بازسازی بافت‌ها کمک می‌کنند: سلول‌های بنیادی، ماتریکس پشتیبان و مولکول‌های نشان‌دار.
    1. درمان زخم بافت نرم دهانی: ترمیم و بازسازی. التیام بافت نرم اطراف دندان، ایمپلنت دندان و لبه قسمتی که دندان آن کشیده شده، از الگویی شبیه به التیام زخم پوست پیروی میکند که شامل بند آوردن خون، التهاب، تکثیر سلولی و بلوغ می‌باشد. ترمیم بافت نرم با تشکیل اپیتلیوم اتصالی بین سطح ریشه و بافت هم‌بند لثه، خروجی ترمیم زخم است. با این حال ترمیم زخم از طریق بازسازی با تشکیل سمنتوم جدید و رباط پریودنتال(PDL) و با اتصال کوتاه اپیتلیوم که واحد لثه را تشکیل میدهد، صورت می‌گیرد. برای بازسازی بافت، فناوری‌های مختلفی با استفاده سد غشایی برای کلونیزاسیون انتخابی سلولی، فاکتورهای رشد برای جایگزینی ریزمحیط که موجب افزایش التیام بافت نرم می‌شوند و اسکافولد برای بهبود رشد سلولی و حفظ فضای پیوندی ایجاد شده‌اند.
  • سدغشایی. کاربردی سدی که از اصل GTR (روشی است برای جای‌گذاری سد غشایی بین فلپ جراحی و سطح ریشه) نشات گرفته، بکارگیری انتخاب سلولی و تشکیل سمنتوم، PDL و استخوان جدید را فراهم می‌کند. این سدها اصل مصنوعی یا طبیعی دارند و به دو دسته قابل باز جذب در مقابل غیر قابل باز جذب تقسیم می‌شوند. اولین سدی که ایجاد شد، غیرقابل بازجذب بود، اما اقدامات جراحی دیگری که برای حذف این سد صورت گرفت، به توسعه سد قابل بازجذب انجامید. سدهای قابل بازجذب، معمولا منشا حیوانی دارند یا از پلیمرهای مصنوعی تولید می‌شوند. این سدها به سهولت قابل استفاده هستند، نیازی به جراحی اضافه ندارند و به تدریج به ورژن‌های ساده‌تری تبدیل می‌شوند. سدهای قابل بازجذب، نسبت به غیرقابل بازجذب‌ها، اجازه برخورد و مواجهه کمتری می‌دهند، در نتیجه خطر ابتلا به عفونت باکتریایی در منطقه پیوند خورده کاهش می‌یابد. اما، حمایت طولانی مدت از مواد پیوندی کار دشواری است. از سوی دیگر، سدهای غیرقابل بازجذب توانایی حفظ و نگه‌داری این فضا را دارند. در نتیجه یک انتخاب متناسب با شرایط بافت آسیب‌دیده نیاز است تا به نتیجه بالینی مطلوب برسیم.
  • عوامل رشد یا تمایز
    • مشتق ماتریکس مینای دندان، عصاره‌ای است که از ماتریکس مینای دندان مشتق شده شامل آملوژین می‌باشدکه برای تحریک بیومیمیکی بافت‌های نرم و سخت اطراف دندان برای بازسازی بافت‌ها پس از تخریب آن‌ها استفاده می‌شود.
    • پلاسمای غنی از پلاکت(PRP) کنسانتره پلاکت است که موجب تسریع بهبودی بافت نرم و سخت می‌شود. ماده اصلی فاکتور رشد مشتق از پلاکت (PDGF) است، که با تحریک آنژیوژنزیس، لخته کردن خون، تشکیل بافت گرانول و  موجب ترمیم و التیام زخم می‌شود. GEM21S جهت استفاده بالینی در دسترس است. این محصول شامل محلول غلیظی از PDGF-BB نوترکیب خالص انسانی و بتا تری‌کلسیم فسفات (𝛽-TCP) به عنوان اسکافولد می‌باشد.
    • پروتئین بنمورفوژنتیک سایتوکین مهمی برای رشد استخوان و غضروف است. BMP-2 و BMP-7 از BMP های استئواندیاکتیو هستند که موجب تحریک تمایز استئوبلاست می‌شوند. BMP-2  نوترکیب انسانی (rhBMP-2) در جراحی ارتوپدی و بازسازی بافت پریودنتال استفاده می‌شود.
  • مواد پیوند استخوان. پیوند استخوان، روشی است برای جایگزینی استخوان از دست رفته با مواد جایگزین. مواد پیوند استخوان به عنوان اسکافولد یا پرکننده برای تقویت ساختار استخوان و ترمیم زخم استفاده می‌شوند. این مواد به آلوگرافت، زنوگرافت، اتوگرافت و آلوپلاست تقسیم می‌شوند و می‌توانند به عنوان یک مخزن معدنی به تشکیل استخوان جدید کمک کنند.

 

  1. ترمیم استخوان در یک چشم بهم زدن. ترمیم استخوان یک فرآیند پیچیده و کاملا هماهمگ است که در آن، استخوان قدیمی مداوما با بافت جدید جایگزین می‌شود. این چرخه از 5 مرحله متوالی تشکیل شده است: مرحله اول که مرحله فعال‌سازی است که نشان‌دهنده شروع فرآیند بازسازی و ترمیم استخوان است. در مرحله جذب، استئوکلست، استخوان قدیمی را هضم می‌کند. در مرحله واژگونی محیط استئوژنیک تشکیل می‌شود. در مرحله تولید، استخوان جدید تولید می‌شود و در مرحله آخر، تشکیلات ترمیم برای چرخه ترمیم دستور توقف فعالیت صادر می‌کند. ترمیم استخوان نیاز به تعاملات نزدیک سلول‌های مختلف دارد و توسط مکانیسم‌های سلولی و مولکولی تنظیم می‌شود.
  1. تجمع استخوانی در اطراف ایمپلنت دندان. تجمع استخوانی به عنوان ارتباط مستقیم بین استخوان زنده و سطح ایمپلنت دندان بدون حضور بافت غیراستخوانی شناخته می‌شود. مفهوم تجمع استخوان در سطوح بالینی، آناتومی، ساختاری و بافتی تعریف شده است. فرآیند ترمیم استخوان اطراف ایمپلنت دندان، شامل رویدادهای زیستی سلولی و خارج سلولی است که از زمان شروع کاشت آن تا زمانی که سطح ایمپلنت به طور کامل توسط استخوان جدید پوشانده شود، ادامه می‌یابد. این اتفاقات مانند اتفاقاتی که در فرآیند ترمیم استخوان می‌افتد، فرآیندهای فعال‌سازی استئوژنیک را توسط فاکتورهای رشد و تمایز تنظیم می‌کند. تیتانیوم (Ti) از مواد ایمپلنت دندان است که به دلیل دوام و زیست‌سازگاری خود بسیار مورد قبول است. از آنجایی که تجمع استخوانی از استخوان تا رابط مواد دخیل است، مشخصه سطح، فاکتور مهمی در تسریع فرآیند تجمع استخوان محسوب می‌شود. در نتیجه مطالعات زیادی درصدد توسعه سطح تیتانیوم برآمدند. برای سختی سطح این عنصر، از ماشین‌آلات شن و ماسه‌زدایی، حکاری با اسید، قطبی کردن و اصلاحات لیزری استفاده کردند. برای پوشش سطح از مواد استئواینداکتیو مانند هیدروکسی‌آپتیت و کلسیم‌فسفات استفاده کردند. همچنین بیومولکول‌ها (BMP-2) به بهبود این تجمع کمک کردند. مولکول‌های زیستی استئواینداکتیو میتوانند تمایز بین سلول‌های مزانشیم و استئوبلاست را نمایان سازند. این متودها باعث افزایش سرعت تشکیل استخوان شوند. روش جالبی دیگری که برای استئواینداکشن وجود دارد، تقلید از ساختار بومی ماتریکس خارج سلول(ECM) است که به آن بیومیمتیک می‌گویند.
  2. بیومیمتیک. بیومیمتیک به معنای تقلید از مدل‌ها، سیستم‌ها و عناصر طبیعت برای حل مشکلات پیچیده انسانی است. بیومتریال‌ها، به عنوان اسکافولد برای نگه‌داری فضای مصنوعیECM، در بازسازی بافت نقش مهمی ایفا می‌کنند. ECM یک ریزمحیط سه‌بعدی است که پروتئین‌های مختلف، پروتئین‌های تشکیل‌دهنده فیبر مانند کلاژن و فیبر الاستیک پروتئین‌هایی غیر از پروتئین‌های تشکیل‌دهنده فیبر مانند پروتئوگلیکان (مانند گلیکوزآمینوگلیکان)، گلیکوپروتئین(مانند فیبرونکتین و اینتگرین) و دیگر فاکتورهای حل شونده، تشکیل شده است. سلول‌های ساکن در ECM از طریق گیرنده‌های سلولی به ECM متصل شده‌اند و موجب فعال‌سازی پاسخ‌های سلولی مانند مهاجرت، تمایز و تکثیر سلولی می‌شوند. بنابراین عناصر، بیومکانیک و ساختارهایی که از ECMتقلید می‌کنند، در بروز تاثیر بیولوژیکی مواد زیستی نقش بسزایی دارند.
    1. تکنولوژی و کاربردهای اخیر روش بیومیمتیک
      1. پروتئین‌های ECM
        1. کلاژن: کلاژن نوع یک مولکول ساختاری است که در بافت هم‌بند دیده می‌شود و در تشکیل de novo استخوان نقش مهمی ایفا می‌کند.
        2. فیبرونکتین(FN): پروتئین غیرکلاژنی ECM است که عمدتا در مراحل اولیه استئوژنسیس دیده می‌شود.
      2. فاکتورهای رشد با سیستم تحویل بیومیمتیک. ترکیب فاکتورهای رشد با اسکافولدهای بیوممنتیک مانند ذرات نانو یا میکرو و کنترل فراهمی زیستی آن‌ها، کلیدهای اصلی یک روش موثر برای بهبود مهندسی بافتهاست. مواد بیوممنتیک، سازه‌هایی مانند ECM تشکیل می‌دهند. دلیل استفاده از اسکافولدهای بیوممنتیک با درنظر گرفتن این که ECM یک اسکافولد طبیعی است، این است که ECM نشانه‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی مناسبی برای پاسخ سلولی فراهم می‌کند.
      3. اصلاح سطح ایمپلنت دندان. فعال کردن سطح ایمپلنت دندان با استفاده از مولکولهای زیستی موجب افزایش سرعت ترمیم استخوان می‌شود. به طور کلی، یک پروتئین خاص ECM روی سطح ایمپلنت دندان قرار می‌گیرد و آن را می‌پوشاند و باعث تحریک تمایز یا تکثیر سلولی می‌شود. ECMنقش مهمی در اتصال سلولی دارد. این اتصال سلولی توسط گیرنده‌های چسبندگی سلول مانند اینتگرین انجام می‌شود. اینتگرین معمولا به آمینواسید RGD که عمدتا در کلاژن نوع یک، فیبرونکتین، استئوپونتین و سیالوپروتئین استخوان وجود دارد. علاوه بر این، ECM مهاجرت سلولی، تکثیر، بقا و تغییرات مورفولوژی سلول را منظم می‌کند. کلاژن نوع سه مانند اسکافولد برای مهاجرت سلولی عمل می‌کند و گلیکوپروتئین‌ها یا پروتئوگلایسن‌هایECM به سایتوکین‌ها و فاکتورهای رشد متصل می‌شوند. براساس این داده‌ها، اصلاح سطح ایمپلنت توسط عناصر EMC باید فرآیند ترمیم را سرعت ببخشد.
    2. روند تحقیقات در مواد بیوممنتیک
      1. بیوپرینت سه‌بعدی. تکنولوژی است برای خلق محیط سه‌بعدی ECM در یک فضای محدود، که در آن پاسخ سلولی به صورت ساختار پرینتی انجام می‌شود. این تکنیک پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در رشته مهندسی بافت ایجاد می‌کند. بیوپرینت سه‌بعدی نسبت به پرینت‌های سه‌بعدی دیگر پیچیده‌تر است، چرا که باید بیومتریال‌ها، انواع سلول‌ها و فاکتورهای رشد و تمایز را در نظر بگیرد.
      2. اسکافولدهای قابل بازجذب زیستی پرینت سه بعدی برای بازسازی پریودنتال. بازسازی بافت‌ها یا ارگان‌های پیچیده مانند پریودنتال، نیازمند مواد زیستی در محل آسیب دیده است، به همین دلیل قالب‌های پرینت سه بعدی با محیط مصنوعی ECM، ابزار نویددهنده‌ای برای مهندسی بافت هستند.

 

نتیجه‌گیری و چشم‌انداز

در این بررسی درمورد استفاده مواد زیستی در ایمپلنت و پریودنتولوژی صحبت شد. با وجود اینکه مهندسی بافت در پریودنتولوژی بسیار موفق شناخته شده، درک فرآیندهای زیستی در بازسازی بافت‌ها بسیار مهم‌تر است. بیوممنتیک نیز روش بسیار امیدبخشی به نظر می‌رسد و بازسازی بافت‌ها را بهبود می‌بخشد. البته این روش نیازمند تحقیق و مطالعه بیشتر می‌باشد. روش فعلی بیوممنتیک، شامل طراحی بیومتریالی می‌باشد که در آن سیستم میزبان می‌تواند به صورت موثرتر و بهتری پاسخ بدهد و این خود راه طولانی را برای توسعه این روش نشان می‌دهد.