İmplant yüzeyine uygulanan foto-fonksiyonelizasyon işleminin osseointegrasyona etkisinin in-vitro olarak incelenmesi
In-vitro examination of the effect of photo-functionalization process applied to the implant surface on osseointegration
Yazar: MERTER GÜÇLÜ
Danışman: PROF. DR. NİLSUN BAĞIŞ
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Periodontoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry

Özet:
Günümüzde osseointegrasyon en basit tanımıyla, alveol kemik ile dental implantın yapısal ve fonksiyonel bütünleşmesi olarak tanımlanmaktadır. Titanyum sahip olduğu özelliklerden dolayı dental implant üretiminde en sık tercih edilen biyomateryaldir. Foto-fonksiyonelizasyon (FF), fizikokimyasal özelliklerin değiştirilmesi ve biyolojik kapasitenin arttırılması dahil olmak üzere, dental implant yüzeyine ultraviyole ışık uygulanmasından sonra, titanyum yüzeylerde meydana gelen yüzey modifikasyonu değişiklikleridir. Bu çalışmanın hipotezi "Titanyum implantlara uygulanan foto-fonksiyonelizasyon işlemi osteoblast hücrelerinin in-vitro osseointegrasyon kapasitesini arttırır" dır. Çalışmada, 16 dental titanyum implant ve SAOS-2 insan osteoblast hücreleri (ATCC) kullanılmıştır. Foto-fonksiyonelizasyonun sitotoksik etkileri proliferasyon ve canlılık analizleriyle, genotoksik etkileri DNA hasarının belirlenmesiyle ve osseointegrasyon kapasitesine etkileri vinkulin ifadesi ve alkalen fosfataz (ALP) aktivitesinin kantifikasyonuyla ortaya konmuştur. Deney grupları arasında farkın anlamlılığı SPSS 15.0 paket programıyla değerlendirilmiştir. Normal dağılım gösteren veriler One-way ANOVA ve Fisher's LSD testleriyle, normal dağılım göstermeyen veriler Chi-square (X2) testiyle analiz edilmiştir. p<0,05 için sonuçlar istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmiştir. FF uygulanmayan (FF) grupta hücre çoğalmasının 48. saatte implant yerleştirilmeyen kontrol grubu ve FF uygulanan (FF+) gruba göre istatistiksel anlamlı olarak azaldığı belirlenmiştir (p=0,039<0,05). Canlılık oranlarının 48. saatte FF+ grupta kontrol grubuna ve FF- grubuna göre istatistiksel anlamlı olarak yüksek olduğu izlenmiştir (p=0,002<0,05). DNA hasarı açısından değerlendirildiğinde, FF- grupta hasarlı hücre oranı diğer gruplara göre fazla olmakla birlikte, bu farkın istatistiksel olarak anlamlı olmadığı belirlenmiştir (p=0,563>0,05). Proliferasyon, canlılık ve DNA hasarı bulguları birlikte ele alındığında tüm deneylerde kontrol ve FF+ gruplar arasında fark izlenmemesi foto-fonksiyonelizasyonun; osteointegrasyonun hücresel düzeyde gerçekleşmesi için gereken temel şartları olumsuz yönde etkilemediğini ve apopitozu tetiklemediğini göstermektedir. Spektrofotometrik ölçümler sonucunda vinkulin ifadesinin hem 24, hem de 48. saatte FF- grupta kontrol ve FF+ gruplarına göre (p<0,0001) daha düşük olduğu,48. saatte FF+ grubunda vinkulin ifadesinin kontrol grubuna göre  (p<0,0001) arttığı izlenmiştir. ALP aktivitesinde kontrol ve FF- gruplarda 0. ve 48. saatler arasında istatistiksel anlamlı bir artış izlenmezken, FF+ grupta hücrelerin osseointegrasyon kapasitelerinin hem 24, hem de 48. saatte zamana paralel olarak arttığı (p<0,0001) belirlenmiştir. Bu bulgular, implant yüzeyinin yaşlanmasına bağlı hücre hasarının hücrelerin adezyon kapasitesini düşürdüğünü ve foto-fonksiyonelizasyonun hücrelerin adezyon özelliklerini olumlu yönde etkilediğini göstermektedir. Foto-fonksiyonelizasyon işlemi titanyum implantlarının yüzey özelliklerini geliştirmekte ve biyoaktiviteyi olumlu yönde etkileyerek osteoblast hücrelerinin proliferasyon, adezyon ve farklılaşma kapasitelerini arttırmaktadır. Osteoblast hücreleri üzerine sitotoksik etki göstermemekte hatta aksine biyolojik yaşlanmaya maruz kalan titanyum yüzeylerin, yüzey özelliklerini iyileştirmektedir.

Abstract:
Osseointegration is defined simply as the structural and functional integration between the alveolar bone and dental implant in today's context. Titanium is the most commonly preferred biomaterial in dental implant production due to its unique properties. Photo-functionalization (PF), involving changes in physicochemical properties and enhancement of biological capacity, refers to the surface modifications occurring on titanium surfaces after applying ultraviolet light to dental implants. The hypothesis of this study is "Photo-functionalization applied to titanium implants enhances the in-vitro osseointegration capacity of osteoblast cells." In the study, 16 dental titanium implants and SAOS-2 human osteoblast cells (ATCC, WV, USA) were utilized. The cytotoxic effects of photo-functionalization were assessed through proliferation and viability analyses, genotoxic effects by determining DNA damage, and its effects on osseointegration capacity through vinculin expression and quantification of alkaline phosphatase (ALP) activity. The significance of differences between experimental groups was evaluated using the SPSS 15.0 package program. Data with normal distribution were analyzed using One-way ANOVA and Fisher's LSD tests, while data without normal distribution were analyzed using the Chi-square (X2) test. Results were considered statistically significant for p<0.05. In the group without photo-functionalization (PF-), cell proliferation was statistically significantly lower at 48 hours compared to the control group where the implant was not placed, and the group with photo-functionalization (PF+) (p=0.039<0.05). The viability rates at 48 hours were statistically significantly higher in the PF+ group compared to the control group and PF- group (p=0.002<0.05). When evaluated in terms of DNA damage, although the damaged cell ratio was higher in the PF- group, this difference was not statistically significant (p=0.563>0.05). Considering the findings of proliferation, viability, and DNA damage together, photo-functionalization did not adversely affect the fundamental requirements for cellular-level osseointegration and did not trigger apoptosis. Based on spectrophotometric measurements, vinculin expression was lower in the PF- group than in the control and PF+ groups at both 24 and 48 hours (p<0.0001), while at 48 hours, vinculin expression in the PF+ group was higher than in the control group (p<0.0001). In ALP activity, while there was no statistically significant increase between 0 and 48 hours in the control and PF- groups, in the PF+ group, cell osseointegration capacities increased in parallel with time at both 24 and 48 hours (p<0.0001). These findings indicate that the damage to cell adhesion capacity due to the aging of implant surfaces and that photo-functionalization positively influences the adhesion properties of cells. The photo-functionalization process improves the surface properties of titanium implants, positively affecting the proliferation, adhesion, and differentiation capacities of osteoblast cells. It does not exhibit cytotoxic effects on osteoblast cells and, on the contrary, improves the surface properties of titanium surfaces undergoing biological aging.