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Die Zielsetzungen dieser Studie bestanden darin, drei unterschiedlich hergestellte Anatas-Beschichtungen (SPS, PLC und PVD) zu charakterisieren, und die Einflüsse der UVA-induzierten Photokatalyse sowie der Mikro- und Nanomorphologie dieser Anatas-Beschichtungen auf die biologische Reaktion von humanen Osteoblasten zu bewerten. Als Referenzen für bereits etablierte Oberflächenmodifikationen von dentalen Titanimplantaten wurden repräsentativ sandgestrahlte (S) und sandgestrahlte und säuregeätzte (S/A) Oberflächen verwendet.
Zuerst wurde die Mikro- und Nanomorphologie der experimentellen Oberflächen durch SEM-Bilder und Rauheitsparameter charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass außer der PVD-Oberfläche, die eine ähnliche Mikromorphologie wie die ursprüngliche S-Oberfläche aufwies, alle anderen drei Modifikationen (S/A, SPS, PLC) die Mikro- und Nanomorphologie der Ausgangsoberfläche S signifikant veränderten. Die dünne PVD Beschichtung modifizierte die S-Oberfläche erheblich im Nanometerbereich.
Die photokatalytische Aktivität der getesteten Oberflächen wurde durch zwei verschiedene Effekte untersucht, durch die Induktion der Hydrophilie (Kontaktwinkelmessung) und den Abbau einer organischen Referenzsubstanz (Methylenblau). Die Ergebnisse zeigten, dass die SPS-Oberfläche die höchste photokatalytische Aktivität besaß, gefolgt von der PVD-Oberfläche, während die photokatalytische Aktivität der PLC-Oberfläche keinen signifikanten Unterschied zu den S- und S/A-Oberflächen aufwies. Außerdem zeigten die Ergebnisse der Korrosions-Immersionstests, dass die SPS- und PLC- Beschichtungen die Korrosionsbeständigkeit der ursprünglichen Oberfläche signifikant verbesserten.
Für die biologischen Tests wurden humane Osteoblasten auf den experimentellen Oberflächen (mit und ohne UVA-Vorbehandlung) kultiviert, um den Einfluss des Bestrahlungsregimes von dem der verschiedenen Oberflächenmorphologie zu unterscheiden. Die Zellproliferation, die Oberflächenkolonisierung und die osteogene Differenzierung wurden mittels XTT-Reduktionstest, Kristallviolett-Färbung beziehungsweise Alizarin-Rot-Färbung quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass abgesehen von der Zelldifferenzierung in der PLC-Gruppe, die nicht durch UVA-Belichtung verstärkt wurde, alle UVA-bestrahlten Anatas-Gruppen eine signifikant verbesserte Proliferation, flächige Ausdehnung der Osteoblasten und osteogene Differenzierung im Vergleich zu den nicht bestrahlten zeigten. Außerdem wurde die biologische Reaktion der Osteoblasten von der unterschiedlichen Oberflächenmorphologie der Anatas-Beschichtungen beeinflusst. Zum Beispiel war die überlegene Proliferation in der nicht bestrahlten PVD-Gruppe offenbar auf die durch den PVD- Prozess an der Oberfläche generierten Nanostrukturen zurückzuführen. Die UVA-Bestrahlung führte synergistisch zu einer noch weiter verbesserten Proliferation, die auf der Wirkung der Photokatalyse beruhte. Die Differenzierung in der S/A-Gruppe wurde ebenfalls durch die Mikro- und Nanostrukturen positiv beeinflusst. Die bestrahlte SPS-Oberfläche, die ähnliche Nanostrukturen wie die S/A-Oberfläche zeigte, bewirkte die höchste Steigerung der osteogenen Differenzierung unter allen experimentellen Oberflächen.
In Summe zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass die UVA-induzierte Photokatalyse in Kombination mit der Mikro-Nano-Hybrid-Morphologie der Anatas-modifizierten Titanoberflächen das Potential hat, die biologische Antwort von Osteoblasten bezüglich der knöchernen Verankerung von Implantaten signifikant zu verbessern, was für die Verbesserung der Knochenneubildung im Anfangsstadium der Osseointegration von Bedeutung sein könnte. |
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