Materiál implantátu: klíčový faktor pro krátkodobý i dlouhodobý úspěch implantátu

Porozumění osseointegraci

Naše porozumění procesům řídícím osseointegraci prošlo pozoruhodným vývojem [1]. Původně byla osseointegrace vnímána především jako ničím nerušená tvorba kosti kolem bioinertních materiálů [1–3]. V devadesátých letech se výzkum v oblasti buněčné a molekulární biologie začal soustředit na osteogenní buňky adherující na povrchu a později také na osteoklasty, což umožnilo popsat osseointegraci a nárůst periimplantátové kosti jako výslednou bilanci mezi procesy kostní novotvorby a resorpce [4].

V současnosti začínají výzkumníci popisovat osseointegraci komplexnějším způsobem [5, 6]. Imunitní systém – dříve často přehlížený faktor – je dnes stále více uznáván jako klíčový regulátor a zprostředkovatel procesů řídících krátkodobou i dlouhodobou integraci implantátů [7, 8]. Tento nový osteoimunologický pohled na osseointegraci zároveň poukazuje na důležitost makrofágů [9, 10]. Významným zjištěním bylo, že makrofágy se v závislosti na prostředí mohou přepínat z prozánětlivého sekretorického fenotypu „M1“ na regenerační fenotyp „M2“. Fenomén polarizace makrofágů je nyní považován za klíčový determinant typu, intenzity a trvání zánětlivé reakce na implantovaný materiál [9–11]. Ve spojení s dalšími procesy pak určuje, zda se zánětlivá reakce vyvine ve vzorec hojení a osseointegrace, nebo přetrvává a spustí procesy jako je fibrózní ohraničení, kostní resorpce a nakonec selhání osseointegrace [12].

Zánětlivé procesy mohou hrát při osseointegraci dvojí roli. Na jedné straně jsou přechodné zánětlivé reakce zásadní pro podporu tvorby kosti a integrace implantátu. Na druhé straně je přetrvávající zánět úzce spojen se vzorcem kostní resorpce, který může mít negativní dopad na dlouhodobou životnost a úspěšnost osseointegrovaných implantátů [12–14]. Bylo zjištěno, že komponenty vrozené i adaptivní imunity ovlivňují tvorbu i úbytek periimplantátové kosti. Toto zjištění podporuje představu, že zánětlivý stav a reakce v okolí implantátu jsou dynamické, komplexní a individuální u každého pacienta [8, 13].

Materiál implantátu – a jeho možné uvolňování do periimplantátových tkání – se v poslední době dostává do popředí zájmu jako možný zánětlivý podnět nesouvisející s plakem, který se podílí na ztrátě periimplantátové kosti [8, 13, 15–18]. Přestože je příčinný vztah mezi tímto procesem a ztrátou periimplantátové kosti nadále předmětem diskuse, samotná existence tohoto jevu podporuje význam volby materiálu implantátu [13, 19].

Ovlivňují vlastnosti implantátu imunomodulaci?

Výzkumníci teprve nedávno zjistili, že účinek vlastností implantátu (tj. samotného materiálu, povrchové topografie a úprav) na jeho schopnost osseointegrace je ve značné míře založen na imunomodulačních efektech [1]. Bylo prokázáno, že specifické úpravy povrchu implantátu (např. hydrofilita) modulují fenotypovou odpověď adherujících makrofágů – současně stimulují osteoblastickou tvorbu kosti a inhibují osteoklastickou kostní resorpci [12, 14, 20].

Další studie uvedly, že modifikovaný titan a titan-zirkoniové slitiny byly nejúčinnější při navození protizánětlivého fenotypu u adherujících makrofágů, což bylo indikováno výraznými změnami v genové expresi cytokinů a jejich sekrečním profilu [10]. Přesto je výběr materiálu implantátu často považován za předem danou volbu, i když se podle některých studií může jednat o nejzásadnější proměnnou, která ovlivňuje osseointegraci [21].

Titan se díky svým ideálním materiálovým charakteristikám a mechanickým vlastnostem podobným kosti stal preferovaným materiálem pro dentální i ortopedické implantáty [21]. Zapojení osteoimunologických hledisek do výzkumu implantátů dále posílilo význam materiálu implantátu pro krátkodobou i dlouhodobou integraci a znovu otevřelo otázku, zda odlišné složení implantátových materiálů (např. titanové slitiny) nemůže vést k osteoimunologicky výhodnějším vlastnostem, než vykazuje čistý titan [12, 22–24].

Titan-zirkoniové slitiny se skutečně ukázaly jako cenná alternativa titanu – nabízejí lepší mechanické vlastnosti a srovnatelné biomechanické chování [25–28]. Potenciálně opomíjeným, avšak stejně důležitým rysem titan-zirkoniových slitin je jejich vynikající odolnost vůči korozi, která je připisována odolnější a ochrannější povrchové oxidové vrstvě oproti titanu [24,29–31]. Význam tohoto aspektu spočívá v potenciálu vést k příznivější imunologické interakci mezi implantátem a hostitelským organismem [32].

Straumann^® Roxolid^{® ®} – slitina Ti-15Zr

Slitina titanu a zirkonia obsahující 13–15 % zirkonia, známá pod obchodním názvem Straumann^® Roxolid^® a dále označovaná jako Ti-15Zr, byla uvedena v roce 2008 a od té doby si získala uznání díky své vynikající mechanické pevnosti. Tato vlastnost umožnila zmenšit rozměry implantátů, čímž se ošetření stalo méně invazivním a dlouhodobě spolehlivějším.

Ve snaze objasnit možné osteoimunologické rozdíly mezi titanem a Ti-15Zr srovnávali výzkumníci polarizační stavy a uvolňování cytokinů z makrofágů v kontaktu s odpovídajícími povrchy implantátů. Výsledky ukázaly, že makrofágy v kontaktu s Ti-15Zr vykazovaly nejvíce protizánětlivé mikroprostředí a nejnižší uvolňování prozánětlivých faktorů ze všech testovaných materiálů implantátů [20, 33].

Navíc in vivo studie opakovaně prokázaly, že hojení v okolí implantátů ze slitiny Ti-15Zr probíhá dynamičtěji než u čistého titanu – projevuje se vyšší hladinou osteogenních růstových faktorů i zánětlivých cytokinů, což svědčí o aktivnější regeneraci a imunitní odpovědi tkání [26, 34–38]. Další výzkumy porovnávající hojení kosti kolem implantátů z Ti-15Zr a titanu rovněž naznačily, že složení materiálu implantátu ovlivňuje kvalitu kosti v jeho okolí, což se mimo jiné projevilo vyššími hodnotami točivého momentu při pokusném vyjímání laboratorně integrovaných implantátů z Ti-15Zr. [37, 39].

Tato zjištění naznačují, že implantáty Ti-15Zr vykazují výraznou převahu nad titanem jak v mechanických vlastnostech, tak v biokompatibilitě. Proto není pozorované zlepšení dlouhodobé klinické výkonnosti implantátů Ti-15Zr ve srovnání s titanem [40] nijak překvapivé ani neočekávané a odpovídá výše popsaným výzkumným poznatkům.

Jak se mohou esteoimunologické výhody promítnout do přínosů pro lékaře a pacienty?

Zdá se, že tvrzení o mechanické převaze slitiny Ti-15Zr nad čistým titanem je dobře podloženo vědeckými důkazy. Ucelenější pohled na osseointegraci v kontextu osteoimunologických souvislostí a vlastností, které ovlivňují související krátkodobé i dlouhodobé výsledky zavedených implantátů, naznačuje, že hodnota slitiny Ti-15Zr nemusí spočívat pouze v jejích lepších mechanických vlastnostech, ale také v potenciální biologické a imunologické výhodě oproti titanu.

Lze také předpokládat, že implantáty s příznivými osteoimunologickými charakteristikami mohou méně přispívat k zesílené imunologické odpovědi. Takové implantáty tedy mohou být vhodnou volbou pro pacienty s imunologicky rizikovým profilem – včetně osob s genetickými predispozicemi, užívajících specifické medikace, nebo pro pacienty a indikace se zvýšeným rizikem selhání implantátu.