1 T.C. İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ (DOKTORA TEZİ ) DENTAL İMPLANTOLOJİDE KULLANILAN TİTANYUM GRADE 4 ÜZERİNDE OLUŞTURULAN FARKLI YÜZEYLERİN, OSSEOİNTEGRASYON DÜZEYLERİNİN DENEYSEL OLARAK ARAŞTIRILMASI MERVE ÖZGÜL DANIŞMAN PROF. DR. HAKKI TANYERİ AĞIZ, DİŞ, ÇENE CERRAHİSİ ANABİLİM DALI AĞIZ, DİŞ, ÇENE HASTALIKLARI PROGRAMI İSTANBUL-2014
2 BEYAN Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün safhalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmayla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığı beyan ederim. Merve Özgül
3 İTHAF Şükran borcumu asla ödeyemeyeceğim, Hayatım boyunca her zaman yanımda olan, sonsuz sabır ve sevgileri ile beni kuşatan ve hayata hazırlayan değerli babam Şahin ÖZGÜL e ve sevgili annem Vahide ÖZGÜL e ithaf ediyorum.
4 TEŞEKKÜR Doktora eğitimim boyunca bilgi, yetenek ve deneyimleri ile bana rehberlik eden, değerli tecrübelerinden faydalandığım değerli hocam Sayın Prof. Dr. Hakkı TANYERİ ye, Mesleki eğitimim boyunca bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım kıymetli hocam Sayın Prof. Dr. Ahmet Bülent KATİBOĞLU na ve değerli hocalarım; Sayın Prof. Dr. Meral ÜNÜR, Sayın Prof. Dr. Gülsüm AK, Sayın Doç. Dr. Meltem Koray, Sayın Doç. Dr. Sertan ERGUN a, Çalışmamın tüm aşamalarında, yardımlarını esirgemeyen, emek sarf eden, değerli bilgilerinden faydalandığım Sayın Doç. Dr. Mustafa RAMAZANOĞLU na, Viyana Teknik Üniversitesi Makine ve Endüstri Mühendisliği Fakültesi nde öğretim üyesi olan Kalite Yönetimi ve Ölçme Tekniği Bölümü ve Nano Teknoloji Laboratuvarı Başkanı Sayın Prof. Dr. M. Numan DURAKBAŞA ya, İstanbul Üniversitesi, İstanbul Tıp Fakültesi, Enstitüsü çalışanlarına, Deneysel Tıp Araştırma Tez çalışmama katkılarından dolayı Mode Medikal Ticaret A.Ş. ye, Doktora eğitim boyunca destek olan TÜBİTAK Bilim İnsanı Destekleme Daire Başkanlığı na, Bütün hayatım boyunca varlıklarını hep yanımda hissettiğim, benden sevgilerini ve desteklerini hiç esirgemeyen ve bana olan güvenlerini her daim hissettiğim canım aileme sonsuz teşekkür ederim. Bu çalışma, İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: 30906
5 SEMBOLLER / KISALTMALAR LİSTESİ mm: Milimetre nm: Nanometre µm: Mikrometre im: İntramuskuler Ti: Titanyum TPS: Titanyum plazma sprey HA: Hidroksiapatit TiO 2 : Titanyum dioksit BCP: Bifazik kalsiyum fosfat H 2 O 2 : Hidrojen peroksit SLA: Sand-blasted and acid etch, kumlanmış ve asitle dağlanmış C: Santigrat derece BCC: Body centered cubic CpTi: Commercially pure titanium, Saf titanyum PO: Primer osteonlar OC: Osteoklastlar V: Vasküler yapılar OB: Osteoblastlar SO: Sekonder osteonlar Ti-6AI-4V: Titanyum grade 5 CrCo: Krom kobalt Ti-Mo: Titanyum molibden Sa: Pürüzlülük açısı XPS: X-ışını destekli fotoelektron spektroskopisi TAEM: Taramalı elektron mikroskobu SEM: Scanning electron microscope TCP: Trikalsiyum fosfat Al 2 O 3 : Alüminyum oksit TGF: Transforming growth factor, makrofaj kaynaklı büyüme faktörü
6 TNF: Tumour necrosis factor, tümör nekroze edici faktör IL: Interloucin, İnterlökin Ncm: Newton santimetre Pa: Pascal Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 : Hidroksiapatit HCl: Hidrojen klorür GD: Glow-Discharge ml: Mililitre kg: Kilogram mg: Miligram kv: Kilovolt RFA: Rezonans frekans analizi RTV: Removal torque value, Geri çevirme tork değeri ISQ: Implant quality quotient %: yüzde R a : Ortalama yüzey pürüzlülüğü R z : Yüzey pürüzlülüğünde, ölçüm uzunluğunun 5 en yüksek tepesi ile en derin 5 vadisinin ortalama mutlak değeridir. R t : Yüzey pürüzlülüğünde, tüm ölçüm uzunluğu için maksimum yükseklik ile maksimum derinliğin toplamıdır. R q : Yüzey pürüzlülüğünde, aritmetik ortalama sapmaların karakökü anlamında bir parametredir.
7 ÖZET Özgül, M. Dental implantolojide kullanılan titanyum grade 4 üzerinde oluşturulan farklı yüzeylerin, osseointegrasyon düzeylerinin deneysel olarak araştırılması. İstanbul Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Ağız, Diş, Çene Cerrahisi ABD. Doktora Tezi. İstanbul 2014. Çalışmamızda, aynı makro özelliklere sahip, yüzey özellikleri farklı; TiO 2 ile kumlanmış yüzey dental implantlar, BCP ile kumlanmış yüzey dental implantlar ve yeni oluşturulan BCP ile kumlanmış+h 2 O 2 ile dağlanmış yüzey dental implantlar ve kontrol grubu olarak Parlatılmış yüzey dental implantlar kullanılarak bu üç farklı yüzeyin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Farklı yüzey özelliklerine sahip dental implantlar 28 adet Yeni Zelanda tavşanının sağ ve sol femoral epifizlerine randomize olarak yerleştirilmiştir. Operasyondan 3 ve 6 hafta sonra sakrifikasyon gerçekleştirilerek farklı zamanlarda osseointegrasyon düzeyleri Rezonans Frekans Analizi ve Geri Çevirme Tork Testi ile değerlendirilmiştir. Viyana Teknik Üniversitesi, Nano Teknoloji Laboratuvarında optik yöntemler kullanılarak (Keyence 3D laser) üç boyutlandırma tekniği aracılığıyla yüzeyin morfolojik incelemesi gerçekleştirilmiştir. Tüm yüzeylerin temaslı stylus profilometre cihazı ile ortalama R a yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Daha hassas yüzey görüntülerinin elde edilmesi amacıyla bir de TAEM ile yüzey topografyası incelenmiştir. Bu yöntemler ile hem yüzey modifikasyonları sonrasında oluşan morfolojinin homojenitesi değerlendirilmiş olunup hem de pürüzlülük değerleri incelenmiştir. Çalışmamızda, BCP ile kumlanmış+h 2 O 2 ile dağlanmış yüzeye sahip implantlar tüm deneysel analizlerde TiO 2 ile kumlanmış yüzey implantlara göre, TiO 2 ile kumlanmış yüzey implantlar ise kontrol grubuna göre daha başarılı bulunmuştur. 6 hafta sonra yapılan ölçümlerde BCP ile kumlanmış ve BCP ile kumlanmış+h 2 O 2 ile dağlanmış yüzeye sahip implantlar için yeterli ISQ ve RTV değerlerine ulaşılması sebebiyle 6. haftadan sonra bu yüzeylere sahip dental implantların yüklemeye başlanabileceği görüşü ortaya konmuştur. Anahtar Kelimeler : dental İmplantlar, yüzey modifikasyonları, osseointegrasyon, tavşan, geri çevirme tork testi, rezonans frekans analizi Bu çalışma, İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: 30906
8 ABSTRACT Ozgul, M. Experimental evaluation of osseointegration levels of grade 4 titanium alloys used in dental implantology with different surface properties. İstanbul University, Institute of Health Science, Department of Oral Surgery PhD Thesis. İstanbul. 2014. In our study, our aim was to observe osseointegration performance of dental implants with different surface characteristics. Three different implant surfaces were manufactured which have similar macro characteristics but different surface properties: implants with TiO 2 sandblasted surfaces, implants with BCP sandblasted surfaces, recently produced implants with BCP sandblasted and H 2 O 2 dispensed surfaces. Also control group was used with polished surfaces as a fourth specimen group. Surface characteristics of specimen groups were investigated by 3D and 2D methods. Average Ra surface roughness values of all surfaces were measured with contact stylus profilometer device. To achieve more accurate surface images, surface topographies were also investigated with scanning electron microscope (SEM). 3D morphological investigations were applied with three dimensional modelling by means of optic microscope (Keyence 3D laser) in Vienna Technical University, Nano Technology Laboratory. Both the homogeneity of surface morphology achieved with surface modifications and the roughness values of surfaces were evaluated by these methods. For in vivo test, dental implants with different surface properties were randomly placed in right and left femoral epiphyses of 28 New Zealand rabbits. In postoperative 3rd and 6th weeks rabbits were sacrificed and osseointegration levels in different time intervals were evaluated using Resonance Frequency Analysis and Removal Torque Test methods. In this experimental study, BCP sandblasted and H 2 O 2 dispensed surface implants were found to be more successful than TiO 2 sandblasted surface implants and TiO2 sandblasted surface implants were found to be more successful than control group implants in all experimental analysis. In 6 th postoperative week, BCP sandblasted surface and BCP sandblasted and H2O2 dispensed surface implants reached desired 1SQ and RTV values. Therefore its suggested that dental implants with such surface properties may be prosthetically loaded after six weeks. Key Words: dental implants, surface modifications, osseointegration, rabbit, removal torque test, resonance frequency analysis The present work was supported by the Research Fund of Istanbul University. Project No:30906
9 1. GİRİŞ VE AMAÇ Dental implantlar kaybedilen dişlerin rehabilitasyonunda, kraniofasiyel iskeletin rekonstrüksiyonunda, ortodontik tedavide ankraj olarak ve distraksiyon osteogenezi işlemlerinde kullanılmaktadır (33). Son yıllarda dünya genelinde dental implant kullanımı giderek artmaktadır. Dental implantların klinik başarısı, iyileşme dönemi sonrasındaki osseointegrasyonu ile ilişkilidir. Dental implantların kısa ve uzun dönem başarısında, mikro (yüzey özellikleri) ve makro (geometri k dizaynı) yapısı önemli rol oynamaktadır ( 4, 196). Teknolojiyle beraber geliştirilen bu özelliklere ek olarak dikkatli planlama ve atravmatik cerrahi de başarı için önemli kriterlerdendir. İmplantın kemik içerisine yerleştirilmesinden sonra, implant yüzeyi ve komşu vücut dokuları arasında biyolojik etkileşimler oluşmaktadır. İmplantasyondan sonra biyolojik etkileşimler sonucu iki farklı cevap oluşabilmektedir. Birincisi; implant çevresinde fibröz doku kapsülü oluşumudur. Bu fibröz doku kapsülü, uygun biyomekanik fiksasyonun oluşmasına engel olur ve dental implantın başarısızlığına yol açar. İkincisi, arada bağ dokusu olmadan direkt kemik-implant kontağı oluşmasıdır. Bu durum osseointegrasyon olarak adlandırılmaktadır (20, 39, 66, 107). Osseointegrasyon, Branemak ve ark. (27), tarafından canlı kemik dokusu ile implant yüzeyi arasında fibröz bağ dokusu olmaksızın oluşan ve ışık mikroskobu düzeyinde görülen direkt bağlantı olarak belirtilmiştir. Daha sonra Albrektsson ve ark. (4), osseointegrasyonu canlı kemik ve yük taşıyan bir implant yüzeyi arasında direkt bir fonksiyonel ve yapısal bağlantı olarak tanımlamışlardır. Titanyum implantlarda osseointegrasyonun oranı ve kalitesi, yüzey özellikleri ile ilişkilidir. Bu amaçla implant yüzeylerinde farklı teknikler kullanılarak; yüzey kompozisyonu, hidrofilik özelliği, pürüzlendirme parametreleri ile biyoaktivitesi arttırılarak osseointegrasyon kalitesi ve süresinde olumlu gelişmeler sağlanabilmektedir (107).
10 Osseointegrasyonun gerçekleşmesi ve devamının sağlanmasında etkili olan biyomateryale yönelik faktörler; implantın makro (implantın dizaynı), mikro (y üzey özellikleri) ve ultra (yüze yin kimyasal özellikleri) sıralanabilir. İmplant yüzey topografisi mikro yapı olarak adlandırılmaktadır (2, 94, 196). Osseointegrasyonu etkileyen başlıca yüzey özellikleri; yüzey topografisi, yüzey kimyası, yüzey elektriksel yükü ve yüzey ıslatılabilirliğidir (36, 41). Dental implantların yüzey mikro yapısında yapılan değişiklikler sonucunda, konvansiyonel iyileşme sürecinin kısaltılabileceği ve başarısızlık riskinin azalacağı öne sürülmektedir. Günümüzde implant yüzeylerine tutunan kemik hücre sayısının ve kemik yapımının arttırılması ve hızlandırılması amacıyla yapılan çalışmalar her geçen gün artmaktadır (107). Literatürde (99) yapılan bu tür çalışmaların amacı hastaların toplam tedavi sürecini kısaltmak ve özellikle erken dönemde görülen başarısızlık riskinin azaltılmasını sağlamaktır. Çeşitli firmalar tarafından geliştirilen kumlanmış ve asitlenmiş implant yüzeylerinin, hidrofilik ve kimyasal özelliklerin geliştirilmesi ile iyileşme döneminin kısaltılmasında olumlu sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Bu yeni geliştirilen implantların daha kısa sürede osseointegrasyonu gerçekleşebileceği, erken dönemde kayıpların daha az olabileceği erken yükleme ve immeediyat yükleme uygulamalarında avantajlar sağlanabileceği, başarısızlık oranını azaltabileceği iddia edilmiştir (36). Bu çalışma, aynı dizayna sahip implantlar üzerinde oluşturulan 3 farklı tipte implant yüzeyinin fiziksel ve kimyasal özelliklerini anlamak ve diğer implant yüzeylerine bir alternatif olarak osseointegrasyonda rol oynayan kimyasal ve fiziksel parametreleri geliştirmek açısından önem taşımaktadır. Çalışmamızda, aynı makro özelliklere sahip, yüzey özellikleri farklı; Titanyum di oksit (TiO 2 ) ile kumlanmış yüzey dental implantlar, Bifazik kalsiyum fosfat (BCP) ile kumlanmış yüzey dental implantlar, BCP ile kumlanmış+hidrojen Peroksit (H 2 O 2 ) ile dağlanmış yüzey dental implantlar ve kontrol grubu olarak Parlatılmış yüzey dental implantlar kullanılarak bu üç farklı yüzeyin karşılaştırılması amaçlanmıştır.
11 Literatürler incelendiğinde BCP ve TiO 2 yüzeyin karşılaştırıldığı bir çalışma bulunamamıştır. Literatürlerde BCP+H 2 O 2 yüzeyle ilgili yapılan herhangi bir çalışma da bulunmamaktadır. Çalışmamızda bu yüzden osseointegrasyon başarısı kanıtlanmış TiO 2 ile kumlanmış ve BCP ile kumlanmış yüzeyler ve yeni bir nano yüzey olan BCP ile kumlanmış ve H 2 O 2 ile dağlanmış yüzey implantların karşılaştırılması amaçlanmıştır. Tedavi sürecinin kısaltılması ve erken başarısızlık riskinin azaltılması amacıyla gelecekte de yüzey modifikasyonları ve dolayısıyla implant yüzey tasarımının oral implantolojide en önemli araştırma konularından biri olacağı düşünülmektedir (36). Bizim çalışmamızın da bu alanda yapılacak yeni çalışmalara yön vereceği düşünülmektedir.