Битва титановых сплавов CP-Ti и Ti6Al4V

Как мы знаем, различные производители используют для производства дентальных имплантатов и ортопедических компонентов к ним различные титановые сплавы, которые считаются производителем наиболее оптимальными в каждом случае. Так, например, титановый сплав Ti 6AL-4V ELI относящийся к категории медицинских титановых сплавов, является одним из самых используемых сплавов во всех направлениях медицины. Многие производители имплантационных систем используют именно его в т.ч. и для производства имплантатов. Например, такие как лидеры по продажам дентальных имплантатов на рынке США – американские компании 3i и Zimmer, объединившиеся недавно в одну корпорацию Zimmer Biomet. Или старейший французский стоматологический производитель Anthogyr, сегодня входящий в состав STRAUMANN GROUP. Израильская Alpha—Bio, с 2008 года принадлежащая компании Nobel Biocare (подразделение крупнейшей в мире американской медицинской корпорации Danaher Corporation). Эти и многие другие компании используют в своем производстве титановый сплав Ti 6AL-4V ELI из-за оптимального соотношения биосовместимости, устойчивости к коррозии и прочности. По этим же причинам данный сплав используют для производства эндоканальных стоматологических штифтов такие крупнейшие производители эндодонтической продукции, как швейцарская компания Maillefer входящая в состав Dentsply—Sirona и Anthogyr. Компании, использующие для производства дентальных имплантатов сплавы других категорий (например Grade 4 или Roxolid® разработанный и применяемый компанией Straumann) успешно производят из сплава Ti 6AL-4V ортопедические компоненты для постоянных и временных протезов.

Компании, использующие для производства дентальных имплантатов сплавы других категорий (например Grade 4 или Roxolid® разработанный и применяемый компанией Straumann) успешно производят из сплава Ti 6AL-4V ортопедические компоненты для постоянных и временных протезов.

Сплав Ti 6AL-4VELI (Extra Low Interstitial — супер чистый) отличается от сплавов коммерческого чистого титана CP-Ti (Grade 1-4) наличием легирующих добавок в своем составе. Легирующие добавки обеспечивают значительное увеличение прочностных характеристик сплава, что имеет важное значение при производстве имплантируемых изделий эксплуатируемых под нагрузкой. Поэтому сплав Ti 6AL-4VELI используется при изготовлении протезов для полной замены тазобедренного и коленного сустава.

Также сплав Ti 6AL-4VELI имеет более высокий порог прочности на разрыв относительно сплава коммерчески чистого титана CP-Ti (Grade 1-4). 895 МПа к 550 МПа соответственно, что выше более чем в 1,6 раза (1).

Существуют различные точки зрения на выбор того или иного титанового сплава для производства медицинских изделий, в частности дентальных имплантатов. Однако, до сегодняшнего дня определенной единой позиции научного и медицинского сообщества по данному вопросу нет. Нет и какого-то массива исследований, позволяющих однозначно определить окончательный ответ. Исследование «Промышленный чистый титан (cp-Ti) versus титановый сплав (Ti6Al4V) как материалы для имплантатов, фиксированных в кости — или один действительно лучше, чем другой?», вышедшее недавно в научном журнале Materials Scienceand Engineering C Volume 62, 1 May 2016, Pages 960-966, проведенное Фуркан А. Шах, Маргарита Тробос, Питер Томсен, Андерс Палмквист, Кафедрой биоматериалов, Институтом клинических наук, Sahlgrenska Academy в Гетеборгском университете, Гетеборг, Швеция и BIOMATCELL VINN Центром совершенствования биоматериалов и клеточной терапии, Гетеборг, Швеция (5), систематизирует отсутствие фактов превосходства одного материала над другим.

Для анализа ситуации исследование поставило три вопроса:

1. Насколько отличаются свойства поверхностей при одинаковом процессе обработки промышленного чистого титана (cp-Ti) и титанового сплава (Ti6Al4V)?
2. Реагирует ли костная ткань по-разному на два материала?
3. Реагируют ли бактерии, вызывающие биоматериал-ассоциированные инфекции, по-разному на два материала?

Для поиска ответа на первый вопрос был использованы данные полученные методом (XPS)–  (РФЭС). Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия— полу количественный спектроскопический метод исследования элементного состава, химического и электронного состояния атомов, на поверхности изучаемого материала. Данный метод исследования может использоваться в том числе для анализа разницы состояния вещества, как в спокойном состоянии, так и после его обработки.

В нашем случае рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) показала, что поверхность Ti6Al4V в основном состоит из TiO 2 с небольшим количеством Аl в трехвалентной катионной конфигурации (Аl3 +), при этом не был обнаружен ванадий в спонтанно образовавшейся оксидной пленке [2].

Поверхности ср-Тi и Ti6Al4V имеют умеренную смачиваемость и гидрофильность со сходными свойствами водопоглощения [3]. Микроструктура поверхности, образуемая вследствие воздушно-абразивной обработки, протравливания кислотой, или анодизации уменьшает смачиваемостьи ср-Тi, и Ti6Al4V [4].

Второй вопрос, касающийся костной реакции на оба сплава, был проработан с помощью глубоко анализа литературы по результатам экспериментальных исследований, который был направлен на выявление неоспоримых преимуществ одного материала (ср-Ті, или Ti6Al4V) по сравнению с другим для подтверждения этой гипотезы. Принимались во внимание только сравнительные исследования invivo, в которых оценивали титановый сплав (Ti6Al4V) Grade-5 класса и ср-Ті (как контрольный материал). Известны лишь несколько сравнительных исследований тканевых реакции на чистый титан, или титановые сплавы. В большинстве исследований использовали другие материалы или поверхности в тех же публикациях, или не было точной статистической оценки, или анализ не выявил статистического различия (5).

Большинство имеющихся исследований проводили на кролях, бабуинах и крысах. Оценивали период заживления продолжительностью от 3 дней до 12 месяцев с такими конечными анализами: (I) контакт имлантат-кость (BIC) (II) участок кости между витками резьбы (ВА) 4 (III) толщина кости (IV) крутящий момент удаления (RTQ) (V) предел прочности; (VI) резонансно-частотный анализ (RFA) и (VІІ) ультраструктурный анализ поверхности. Из анализированных публикаций, в одной не указаны существенные различия в ВА, или BIC между ср-Тi и Ti6Al4V [6]. В трех публикациях указаны более высокие значения RTQ для ср-Тi [9, 7, 8], в двух из которых также указывается соответственно более высокие значения предела прочности [9, 7] — гибридный параметр основывается на значениях RTQ и ВІС, тогда как в третьей публикации этот параметр не учтен [8]. Напротив, в нескольких исследованиях указаны более высокие значения RTQ для Ti6Al4V имплантатов, но без статистического анализа [8, 10]. Более того, трудно сравнивать фактические значения, полученные в разных исследованиях, поскольку измерения не проводили сравнительным, или стандартизированным способом.

С точки зрения гистологической оценки по данным большинства публикаций, не обнаружено никаких гистологических доказательств различий между ср-Тi и Ti6Al4V относительно костного ответа в контрольных периодах (5).

Вопрос бактериального взаимодействия. На сегодняшний день проведено недостаточно сравнительных исследований инфекций invivo между материалами ср-Тi и Ti6Al4V. Физические, химические и топографические свойства биоматериала, как и виды бактерий и вирулентных свойств культур, могут влиять на бактериальное прикрепление и образование биопленки в биоматериал-ассоциированных инфекциях (5).

Прикрепление нескольких грамположительных (S. epidermidis и Streptococcus Sanguinis) и грамотрицательных (Serratiaspecies и Escherichiacoli) бактерий сравнимо как на ср-Тi, так и на Ti6Al4V [11]. Подобные наблюдения проведены в исследовании адгезии S. еpidermidis к Ti6Al4V сплаву и отдельно к поверхности чистого титана, алюминия и ванадия, где сходное количество бактериальных клеток прикреплялась к чистому титану и Ti6Al4V [57]. Дополнительно исследования invitro прикрепления S. еpidermidis подтвердили сходство результатов в случае ср-Тi и Ti6Al4V [12, 13].

ВЫВОД:
Рассмотрев выше указанные вопросы, коллектив авторов (Фуркан А. Шах, Маргарита Тробос, Питер Томсен и Андерс Палмквист) пришел к следующим выводам (5):

1. Обработанные поверхности ср-Тi и Ti6Al4V имеют сходную морфологию, топографию, фазовый и химический состав.
2. Бактериальная адгезия к поверхностям является мультифакторной и зависит от вида и штамма бактерий. Что важно, опыты invitro не смогли выявить различия между ср-Тi и Ti6Al4V в качестве субстрата для роста S. еpidermidis (распространенный патоген при хирургических вмешательствах). Другие исследования invitro демонстрируют противоречивые результаты, предпочитая один материал другому, в зависимости от изучаемого вида бактерий и методологического подхода.
3. Экспериментальные исследования костного ответа на обработанные материалы ср-Тi и Ti6Al4V обнаружили похожую остеоинтеграцию. Хотя в некоторых публикациях (все из одной группы) была указана более высокая биомеханическая способность ср-Тi, результаты других исследовательских групп не смогли представить убедительные доказательства качественных и количественных различий между ср-Тi и Ti6Al4V в процессе заживления кости и адаптации.
4. Очевидно, что лишь несколько клинических сравнительных исследований было выполнено для определения долгосрочных клинических различий между ср-Тi и Ti6Al4V. Основываясь на данных доступной современной литературы, можно резюмировать, что в условиях эксперимента материалы ср-Тi и Ti6Al4V демонстрируют сходную остеоинтеграцию и биомеханическое сцепление.

Список использованной литературы

1. ASTM Standard B265 — 13ae1, Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013
2. Ask, U. Rolander, J. Lausmaa, B. Kasemo, J. Mater. Res. 5 (1990) 1662–1667.
3. Ponsonnet, K. Reybier, N. Jaffrezic, V. Comte, C. Lagneau, M. Lissac, C. Martelet, Mater. Sci. Eng. C 23 (2003) 551–560.
4. N. Sela, L. Badihi, G. Rosen, D. Steinberg, D. Kohavi, Clin. Oral Implants Res. 18(2007) 630–638.
5. Furqan A. Shah, Margarita Trobos, Peter Thomsen, Anders PalmquistMaterials Science and Engineering CVolume 62, 1 May 2016, Pages 960-966
6. Saulacic, D.D. Bosshardt, M.M. Bornstein, S. Berner, D. Buser, Eur. Cell. Mater. 23(2012) 273–286 (discussion 286-278)
7. H. Han, C.B. Johansson, A. Wennerberg, T. Albrektsson, Clin. Oral Implants Res. 9(1998) 1–10.
8. B. Johansson, C.H. Han, A. Wennerberg, T. Albrektsson, Int. J. Oral Maxillofac.Implants 13 (1998) 315–321.
9. F. Stenport, C.B. Johansson, Clin. Implant. Dent. Relat. Res. 10 (2008) 191–199.
10. C. Mendes, R. Moineddin, J.E. Davies, Biomaterials 28 (2007) 4748–4755
11. Wang, University of Birmingham, Birmingham (2011).
12. Shida, H. Koseki, I. Yoda, H. Horiuchi, H. Sakoda, M. Osaki, Int. J. Nanomedicine 8 (2013) 3955–3961.
13. A. Schildhauer, B. Robie, G. Muhr, M. Koller, J. Orthop. Trauma 20 (2006) 476–484.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Последние новости:

Оставьте заявку на сотрудничество

Менеджер перезвонит Вам в рабочее время.