Titan-Kupfer-Legierung (TiCu) macht aus Implantaten Bakterienkiller
Implantatbedingte Infektionen sind Hauptrisikofaktoren für die langfristige Verwendung von Implantaten. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, forschen chinesische Wissenschaftler seit längerem mit Implantaten aus antibakterieller Titan-Kupfer-Legierung (TiCu).
Für Labortests wurde eine SLA-TiCu-Oberfläche durch Sandstrahlen und großflächiges Ätzen (SLA) auf einer neuartigen antibakteriellen Titan-Kupfer-Legierung (TiCu) hergestellt. Im Vergleich zu den folgenden Oberflächen: 1. sandgestrahltes und geätztes Reintitan (SLA-Ti), 2. mechanisch geschliffenes Reintitan und 3. TiCu-Legierung, zeigten die Ergebnisse, dass die SLA-TiCu-Oberfläche die knochenbezogenen Genexpressionen (alkalische Phosphate (ALP), Kollagen Typ I (COL I), Runt-verwandter Transkriptionsfaktor 2 (RUN × 2) und Osteopontin (OPN)) deutlich erhöhte. Darüber hinaus konnte die SLA-TiCu-Oberfläche eine nachhaltige Freisetzung von Cu2+-Ionen gewährleisten und die Lebensfähigkeit von Bakterien wirksam hemmen. [1]
Die Oberfläche von SLA-TiCu wies eine hervorragende antibakterielle Eigenschaften auf, mit einem antibakteriellen Verhältnis von 100 % für an der Oberfläche haftende Bakterien. Das Ergebnis der Färbung zeigte, dass eine große Anzahl von Bakterien auf der Oberfläche von SLA-TiCu tot war und sich (anders auf der Oberfläche von SLA-Ti) kein Biofilm bildete. Mikroskopisch betrachtet, zeigten die Bakterien auf SLA-TiCu eine offensichtliche Auflösung der Zellmembran. Transparente und halbtransparente Bereiche erschienen innerhalb des beschädigten Bakterienkörpers. Zellwände und Zellmembranen waren beschädigt, das Zytoplasma in den Zellen floss heraus, und um die beschädigten Bakterien herum waren Partikel und Ausfällungen mit hoher Elektronendichte zu sehen. [2]
| [!] Die mit SLA behandelte TiCu-Legierung verfügt über ausgezeichnete antibakterielle Eigenschaften, die die antibakterielle Rolle der Cu-Ionen wirksam ausspielen und die an der Oberfläche haftenden Bakterien abtöten können, wodurch die Bildung von Biofilmen auf der Oberfläche verhindert wird. Daher hat SLA-TiCu mit seiner hervorragenden antibakteriellen Leistung ein großes Potenzial für die Anwendung in Zahnimplantaten. [2] |
Im Allgemeinen wird in den meisten Studien über antibakterielle Implantate ein einziger Erreger verwendet, um die Antiinfektionsfähigkeit anhand von infektiösen Tiermodellen zu testen. Zahnimplantat-assoziierte Infektionen sind jedoch polymikrobielle Erkrankungen. Chinesische Wissenschaftler kombinierten das klassische Ligaturmodell bei Hunden mit einer zuckerreichen Ernährung, um orale Infektionen durch die nativen oralen Bakterien des Hundes zu induzieren.
Im Vergleich zum Ti-Implantat zeigte das TiCu-Implantat im Tierversuch ein bemerkenswertes Antiinfektionspotenzial bei hervorragender Biokompatibilität. Die Forscher gehen davon aus, dass der dem TiCu-Implantat zugrunde liegende Antiinfektionsmechanismus mit der Aufrechterhaltung der Homöostase der oralen Mikrobiota zusammenhängt. Es wurde festgestellt, dass die Kohlenhydrate in den Plaques, die sich auf der Oberfläche des TiCu-Implantats bildeten, durch den Tricarbonsäurezyklus (TCA) verstoffwechselt wurden, was die Bildung einer sauren Mikroumgebung verhinderte und die Ansammlung von Acidogenen und Pathogenen hemmte, wodurch das Gleichgewicht der Mikroflora zwischen aeroben und anaeroben Bakterien erhalten blieb. [3]
[1] Liu H et al. Rough surface of copper-bearing titanium alloy with multifunctions of osteogenic ability and antibacterial activity. Journal of Materials Science & Technology[J], 2020, 48(0): 130-139. http://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.12.019
[2] Liu R et al. Antibacterial Performance of SLA Treated TiCu Alloy. Surface Tech 2019; 48 (7):278-284. http://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.031
[3] Liu H et al. Anti-infection mechanism of a novel dental implant made of titanium-copper (TiCu) alloy and its mechanism associated with oral microbiology. Bioact Mater 2021: 16 (8): 381-395. http://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.05.053