Go to page
 

Bibliographic Metadata

Title
Bone response to implant surface modifications: From immediate osseointegration to subsequent bone remodeling under healthy and diabetic conditions / submitted by Wenjuan Zhou
Additional Titles
Auswirkungen modifizierter Implantatoberflächen auf die Knochenheilung: Von der primären Osseointegration zum Umbau des Knochens durch Remodeling unter physiologischen und diabetischen Bedingungen.
AuthorZhou, Wenjuan
Thesis advisorRausch-Fan, Xiaohui ; Tangl, Stefan
Published2018
Descriptionxviii, 120 Blatt : Illustrationen, Diagramme
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2018
Annotation
Paralleltitel laut Übersetzung des Verfassers
Date of SubmissionMarch 2018
LanguageEnglish
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Zahnimplantat / Osseointegration / Knochenremodeling / Typ 2 Diabetes mellitus / Zahnimplantat / Oberflächenmodifikationen von Implantaten / Histomorphometrie / Immunhistochemie
Keywords (EN)endosseous implant / osseointegration / bone remodeling / type 2 diabetes mellitus / dental implant / surface modifications of implants / histomorphometry / immunohistochemistry
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-18288 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Bone response to implant surface modifications: From immediate osseointegration to subsequent bone remodeling under healthy and diabetic conditions [10.42 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Ziele: Diverse Faktoren wie geringe Knochenquantität und Qualität sowie orale oder systemische Erkrankungen können die individuelle Knochenregeneration jedoch negativ beeinflussen. Die Osseointegration auch in Patienten mit derartigen Risikofaktoren zu fördern, werden Implantate mit verschiedensten osteokonduktiven Oberflächenmodifikationen entwickelt. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss verschiedener vielversprechender Implantatoberflächen auf die unmittelbare Osseointegration sowie den anschließenden Remodelingprozess unter gesunden und diabetischen Bedingungen zu untersuchen. Darüber hinaus sollte ein potentieller molekularer Mechanismus identifiziert werden, der in Zusammenhang mit der reduzierten Knochenheilung und damit einhergehender verringerter Osseointegration in Typ 2 Diabetes mellitus (T2DM) steht. Material und Methoden: Drei eigenständige, zusammenhängende Projekte wurden durchgeführt: In der ersten Studie wurden 12 gesunden adulten Mini-Schweinen Titan-Implantate mit drei verschiedenen Oberflächenveränderungen in die Seitenzahnregion der Mandibel implantiert. Die Osseointegration und die anschließenden Remodeling-Prozesse wurden 3, 6 und 12 Wochen nach der Operation histomorphometrisch analysiert. In der zweiten Studie wurden 33 Typ 2 diabteische (DM) Ratten -sogenannte Zucker diabetic fatty (ZDF) rats- in 3 Gruppen geteilt und erhielten entweder leidglich Implantate in den Femur, oder Implantate mit zusätzlicher Insulin-Behandlung von unterschiedlicher Dauer. Mittels Immunhistochemie wurden molekulare Signale, die im neu gebildeten Knochen um das Implantat exprimiert wurden, nach einer Heilungszeit von 7, 14, 30 und 60 Tagen analysiert. In der dritten Studie wurden Implantate mit drei verschiedenen Oberflächenmodifikationen in die Tibiae von 21 T2DM Ratten implantiert, die zuvor mit einer Hochfett-Diät gefüttert und einer niedrig dosierten Streptozotocin-Injektion behandelt wurden. Das Volumen neugebildeten Knochens (nBV/TV) und der Knochenimplantat-Kontakt (nB.I/Im.I) wurden vier Wochen postoperativ histomorphometrisch analysiert. Ergebnisse: Die erste Studie zeigte, dass Knochen-Remodeling bereits drei Wochen nach der Implantation von anodisch modifizierten Implantaten stattfindet, was deutlich früher ist als bei Implantaten mit einer herkömmlich maschinell bearbeiteten Oberfläche. Generell war das Knochen-Remodeling um Implantate mit optimierten Oberflächen weiter fortgeschritten. In der zweiten Studie konnte nachgewiesen werden, dass Integrin a5ß1 und Fibronectin an der Adhäsion von Osteoblasten ans Implantat beteiligt sind. In ZDF Ratten, die nicht mit Insulin behandelt werden, war die Expression dieser Signale verzögert. Die dritte Studie zeigte, dass Implantate mit fortschrittlicheren Oberflächen die Osseointegration bei T2DM Ratten im Vergleich zu maschinell behandelten Implantaten tendenziell begünstigen. Schlussfolgerungen: Hochentwickelte, optimierte, modifizierte Implantatoberflächen haben das Potential die Osseointegration und das darauffolgende Knochenremodeling um ein Implantat zu begünstigen und zu beschleunigen sowohl unter gesunden als auch unter diabetischen Bedingungen im Tiermodel. Die Behandlung von DM mit Insulin dient nicht nur der Stabilisierung des Blutglukosespiegels, sondern hat auch einen positiven Effekt auf die knochenbildenden Osteoblasten um Implantate. Unter bestimmten Voraussetzungen wie Diabetes mellitus ist die Wahl des richtigen Implantats von besonderer Bedeutung: Oberflächeneigenschaften, die auf die individuellen Patientenbedürfnisse abgestimmt sind, könnten der geringeren Knochenregenerations-Potential in diabetischen Patienten entgegenwirken. Darüber hinaus könnte die zeitgerechte Behandlung mit Insulin bei DM Patienten die Einheilungszeit von Implantaten verkürzen und so zu einer früheren Belastbarkeit des Implantats beitragen.

Abstract (English)

Objectives: Great progress in the field of dental implantology/dentistry made the dental implant a save tooth replacement strategy for the vast majority of patients. However, there are diverse factors that negatively impact the individual bone healing capacity such as reduced quantity and quality of host bone, oral and systemic diseases. To promote the osseointegration process in patients with such risk factors, implants with various osteoconductive surface modifications are developed. The scope of this thesis was to investigate the influence of several promising implant surface modifications on the immediate osseointegration and the subsequent peri-implant bone remodeling under healthy and diabetic conditions. In addition, it was aimed to identify one potential molecular mechanism that is associated with decreased bone healing and concomitant decreased osseointegration in type 2 diabetes mellitus (T2DM). Materials and methods: Three independent but related projects were conducted: In the first study, titanium implants with three different surface modifications were inserted in the mandibular side-tooth region of 12 healthy adult mini-pigs. Osseointegration and subsequent remodeling processes were histomorphometrically analysed 3, 6 and 12 weeks after implantation. In the second study, 33 Zucker diabetic fatty (ZDF) rats were divided into three groups and treated with either fermoral implants alone or with implants and different durations of insulin treatment. Immunohistochemistry was used to identify molecular signals that were expressed in the newly formed bone around the implants after a healing period of 7, 14, 30 and 60 days. In the third study, implants with three different surface modifications were inserted into the tibia of 21 T2DM rats treated with a high-fat diet and a low-dose of streptozotocin. The volume of new bone formation (nBV/TV) and bone-to-implant contact (nB.I/Im.I) were histomorphometrically analysed four weeks after implantation. Results: The first study demonstrated that bone remodeling started as early as three weeks around anodically modified implants which is notably earlier than around implants with a machined surface. Generally, bone remodeling tended to be in a more advanced stage around implants with optimized surfaces. In the second study, integrin a5ß1 and fibronectin were identified to participate in the adhesion of osteoblasts to the titanium implant surface. The expression of these signals was deferred in ZDF rats without glycaemic control. In the third study, implant surface with advanced modifications resulted in a slight though statistically not significant- increase of osseointegration compared to the machined surface implants in T2DM rats. Conclusions: Advanced, optimized, modified implant surfaces have the potential to improve and accelerate the process of osseointegration and subsequent peri-implant remodeling under both, healthy and diabetic conditions in animal models. Insulin treatment in order to control plasma glucose concentrations in DM was demonstrated to have a positive effect on the bone forming osteoblasts around implants. Under certain indications such as DM, the choice of implants seems to be of particular importance: Surface characteristics that are matched to the respective patients needs might help to counteract the reduced bone healing capacity in diabetic patients. Furthermore, the timely insulin treatment might lead to a shortening of the healing period after implantation and thus allow for earlier loading.

Stats
The PDF-Document has been downloaded 4 times.