Diş eksikliklerinin restorasyonu için değişik implant materyallerinin kullanımı eski tarihlerde başlamış vegelişerek günümüzde değerli ve güvenilir bir tedavi haline gelmiştir. Birçok araştırmacı tarafından zaman içerisinde bazen sadece araştırmalar için bazen de ticari olarak üretilmek üzere metal ve metal alaşımları, polimer esaslı malzemeler, seramikler, cam ve karbonmalzemelerden yapılmış implantlar kullanılmıştır.
Yirminci yüzyılın başında 1906 yılında Greenfield tarafından ilk “hollow” (ortası boş) iridium-platinum alaşımından yapılmış implant tanıtılmıştır. Bu tarihten1930’lı yıllara kadar paslanmaz çelik ve kobalt-krom-molibden (Vitallium) alaşımların geliştirilmesi ile beraber bu malzemelerden üretilmiş implantlar kullanılmıştır. Strock Vitallium’dan implantları kemik içerisine yereştirmeyi başarmış ve onbeş yıl gibi uzun bir süre boyunca bu implantlar ile yapılmış restorasyonların başarılı bir şekilde kullanıldığını bildirmiştir. Bu araştırmacı bazı metallerin vücut sıvılarında galvanik akım sonucu korozyona uğradığını ve implantların biolojik olarak uyumlu olması gerekliliğini bildirmiştir. O tarihlerde vücut sıvılarında elektrolitik bir aktivite göstermeyen tek metal alaşımı Vitalliumdan yivli implantlarla restorasyonlar yapan Strock, ayrıca implantların aksiyel yükler altında kalmasının önemini ve implant üzerine gelen aksiyel olmayan kuvvetlerin azaltılması gerektiğini de belirtmiştir. Aynı dönemde başka araştırmacılar tamamen farklı bir yönde ilerleyerek artık günümüzde kullanılmayan subperiosteal implantları geliştirmeye başlamışlardır. 1940’lı yıllarda Dahl tarafından geliştirilen bu implantlarda bir çok komplikasyon ile karşılaşılmış olmakla beraber çok uzun süre ağızda kalan restorasyonlarda bildirilmiştir. 1950’li yılarda Dr. Branemark yaptığı çalışmalar sonucunda titanyum implantların gelişimini sağlayarak diş implantasyonu için kullanmıştır. Branemark ilk olarak düzgün “machined” yüzeyli titanyum implantlar kullanmıştır. Ancak daha sonra bu implantlar çeşitli yüzey uygulamaları kullanılarak daha başarılı hale getirilmiştir. Bu amaçla partikül püskürtme, asit etch, plasma spray, hidroksiapatit plasma spray yada bunların kombinasyonu kullanılmıştır. Böylece yüzey alanı artırılarak kısa vade de daha başarılı bir osseointegrasyon oluşturulması hedeflenmiştir. Fonksiyonel yükler altında organize canlı kemik dokusu ile implant yüzeyi arasındaki direk yapısal ve fonksiyonel bağlantı olarak tanımlanan osseintegrasyon, kulanılan implant malzemelerinin başarısı için en önemli kriterdir. İmplant tedavisinin başarısı için uygun materyal seçimi ve implantın yerleştirileceği dokuda mukozal inflamasyon ve infeksiyon belirtisi olmaması ve implantı çevreleyen kemik miktarının niceliği ve niteliği de çok önemlidir. Bu amaçla kullanılacak materyalde bulunması gereken özellikler:
1. Çevre dokular ile uyumlu olmalı
2. Korozyona dirençli olmalı
3. Alerji yapmamalı
4. Mekanik yüklere karşı dayanıklı olmalı
5. Steril edilebilmeli
6. Kolay üretilebilmeli
7. Ekonomik olmalı
İmplant materyalleri:
Dental ve maksilofasiyal implant yapmak için çok çeşitli malzemeler kullanılmıştır. Bu malzemeler metaller ve alaşımları, polymer esaslı malzemeler, seramikler, cam ve karbonlar olarak sayılabilir. Bu malzemelerden elde edilen implantların hepsi ticari olarak kullanılmamış bazıları sadece araştırma amaçlı kullanmıştır. Bazıları sadece günümüzde artık kullanılmayan periosteal implantların yapımında kullanılmıştır.
Paslanmaz çelik (Fe-Cr-Ni):
Cerrahi olarak austenitic formunda kullanılmakta olup %18 Cr ve %8 oranında nikel ve %2 C içeriğine sahiptir. Yapısındaki Cr
çeliği korozyona daha dayanıklı bir hale getirirken Ni içeriği materyali kırılmaya dayanıklı bir hale getirmektedir. Paslanmaz çelik yüksek dayanıklılık ve çekilebilirlik özelliğine sahiptir. Bu materyal ucuz olması ve fabrikasyonunun kolay olmasına rağmen implant diş hekimliğinde geniş bir kullanım alanına sahip değildir.
Nikelin alerjik özelliği ve korozyona olan dayanıksızlığı ve korozyon sonucunda ortaya çıkan iyonların vücudun diğer bölgelerinde immün cevabı başlatması ve ağız içerisinde kullanılan başka bir materyalle galvanik akım meydana getirmesi nedeniyle tercih edilmezler.
Bu nedenle nikele alerjisi olan hastalarda kullanılmamalıdır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarda nikel içermeyen Nitrojen austenitic paslanmaz çeliğin normal paslanmaz çeliğe göre korozyona olan dayanık lılığının daha fazla olduğu gösterilmiştir. Paslanmaz çeliğin hidroksiapatit ile yüzey muamelesi sonucunda korozyon rezistansının arttığı ve bunun osseointegrasyonu olumlu yönde etkilediği belirtilmiştir.
Krom-Kobalt-Molibden(Cr-Co-Mo):
İlk 1929 yılında Vitalyum adı ile piyasaya sunuldu. İçeriğinde %63 kobalt, %30 Cr, %5 molibden ve az miktarda Ni, W, Mn,Fe,Ti,Ta,Sİ bulunmaktadır. Molibden stabilize edici, krom korozyonu önlemek için pasifleştirici olarak ve karbonda materyali sertleştirmek için kullanılır. Elastik modülü yüksektir. Molibden ve tungsten alaşımı güçlendirir. Nikelin %2.5 üzerine çıkması doku hassasiyetine neden olur. Demir oranı arttıkça korozyon dayanıklılığı azalır. En çok döküm restorasyonlar için kullanılır. Bu nedenle subperiosteal implant yapımında çok kullanılmıştır. Doğru bir şekilde hazırlandığında biyolojik olarak uyumlu olmaktadır. İlk yerleştirildiğinde herhangi bir elektrokimyasal aktivite ya da doku reaksiyonu meydana gelmez. Ancak Vitallium kronik inflamasyon ve mobilite ile birlikte seyreden fibröz en kapsulasyon meydana getirmektedir. Materyalin perormasyonunu artırmak için aluminyum oksit seramikler yüzeye eklenmiştir. Aluminyum oksit ve zirkonyum oksit kaplamanın Vitallium üzerine biyolojik olarak olumlu bir etkisi olmamıştır. Cr-Co-Mo alaşımı ve paslanmaz çelik, titanyumun çok daha biyouyumlu olmasına rağmen dökülebilirlik ve maliyet açısından subperiosteal implant vakaları gibi daha büyük implantların yapımında tercih edilebilmektedirler.
Polimerler:
İmplant materyali olarak polimetilmetakrilat ve polietilfloroetilen ilk kez 1930’lu yıllarda kullanılmıştır. Bu materyaller birbirine kovalent bağlarla bağlanarak polimer yapıyı oluşturan monomerlerden meydana gelir. Genelikle yüksek molekül ağırlığına sahip kompleks moleküllerdir ancak diğer biyomateryaller ile karşılaştırıldığında daha yumuşak, fleksible ve daha düşük elastisite modülüne sahiptirler. Polimerlerin düşük mekanik özellikleri implant materyali olarak kullanımlarını engellemektedir. Bununla birlikte sağlıklı bir diş ile osteointegre bir implant arasındaki en belirgin farklılıklardan biri olan periodontal ligamentin etkisini yaratmak ve araştırmak üzere bazı in vitrove hayvan çalışmalarında implantların dış yüzeylerini kaplayan polimerlerden yararlanılmıştır. Polimerler, dental implantlar için bazı komponentlerin yapımında ve klinik olarak bazı implant sistemlerinde (IMZ implant sistemi) sadece implant gövdesinin iç kısmında periodontal ligamenti taklit etmek ve şok absorblamak amacıyla kullanılmışlardır.
Karbonlar:
Karbon ve karbon bileşikleri implantolojide kullanılmak üzere 1960’lı yıllarda tanıtıldı. Vitröz karbon düşük konakçı cevabı nedeniyle biyouyumlu bir materyaldir. Çalışmalar kemikle olan bağlantısını HA kaplamalardakine benzer olduğunu göstermiştir. Metalik implantlarla karşılaştırıldığında karbon inert bir materyaldir. Ancak kırılma dayanıklıkları oldukça azdır ve elektiriksel ve termal geçirgenlikleri yüksektir. Elektrokimyasal nedenlerden dolayı karbon sadece kobalt ve titanyum alaşımları için kaplama olarak kullanılabilir.
Titanyum:
Günümüzde kullanılan en populer implant materyalidir. Doğada saf olarak bulunmaktadır. Biyouyumluluğu iyi olan bir materyaldir. Titanyum pek çok olumlu fiziksel özelliğe sahiptir. Yüzeyindeki TiO’e bağlı olarak korozyona olan direnci yüksektir.
Saf titanyum TiO, TiO2, TiO3 formlarında bulunmaktadır. En stabil olan formu TiO2’dir. Saf titanyum ve titanyum alaşımları Ti-6Al-4V ve Ti-6Al-4V(ELI) titanyumun en sık kullanılan formlarıdır. Saf titanyum gradeler halinde bulunmakta ve her gradein içeriği ve dolayısıyla özellikleri yönünden farklılıklar bulunmaktadır. Ti alaşımları okluzal kuvvetler karşısında yüksek kırılma dayanıklılığı göstermektedir. Yapısı nedeniyle kemik ile titanyum yüzeyleri arasında uygun stres dağılımı meydana gelmektedir.
Titanyum reaktif bir maddedir. Titanyum doku içinde inert kalır. Kemik doku titanyumun girintili çıkıntılı yüzeyine doğru büyüme gösterir. Titanyum yüzeyi üzerindeki etkin değişiklikler sonucunda osteointegrasyon sürecini hızlandıran yapılar elde edilmiştir. Osteointegrasyonun başarısı için makroskopik ve mikroskopik düzeydeki yüzey topografisi de, implant dizaynı ve materyal kadar önem taşımaktadır. Yüzeyi pürüzsüz olan implantlar ( Sa<0.2μm) hem yumuşak hem de sert doku ile gösterdikleri zayıf ilişki nedeni ile tercih edilmemektedir. Yüzeyi pürüzsüz, polisajlı implantlar mekanik kuvvetlere karşı direnç gösterememekte ayrıca dişeti epitelinin apikale doğru inmesine izin verdiklerinden dolayı derin peridontal ceplerin oluşmasına neden olurlar. Bununla birlikte herhangi bir yüzey işlemi uygulanmamış Branemark sistemi implantların çok başarılı bir geçmişi vardır. Dikkatli hasta ve kemik alanı secimi, titiz cerrahi yaklaşım ve uzun iyileşme süreci sonucu bu implantlar çok yüksek başarı oranları göstermişlerdir, mandibulada beş yıllık süreçte %99 ve maksillada %85 başarı oranları vardır. Bunun sebebi olarak bu implantlara herhangi bir yüzey işlemi uygulanmamasına rağmen düşük de olsa pürüzlü bir yüzeye sahip olmaları gösterilmektedir. Her ne kadar yüzeyi pürüzlendirme işlemlerine tabi tutulmamış Branemark sistemi gibi implantlarda yüksek klinik başarı oranları gösterilmiş olsa da, osseointegrasyonu hızlandırmak , iyileşme süresini kısaltmak ve düşük kemik kalitesine sahip anatomik alanlarda da kullanımı sağlamak amacıyla implantların yüzey özellikleri geliştirilmeye devam edilmiştir. Mekanik kuvvetlere karşı daha dirençli olmalarına rağmen pürüzlü yüzeye sahip implantlar plak akumulasyonuna neden olarak peri implantitis gelişimine yol açabilirler ve bu nedenle implantın pürüzlü yüzeyi açığa çıkarsa implant başarısız olur. Yüzey pürüzlülüğü ya aşındırma işlemleri ya da kaplama yöntemleri ile elde edilir. Aşındırma işlemleri genelde kumlama, asit ile pürüzlendirme ve ya her ikisinin kombinasyonunu kapsar. En sık kullanılan kaplama yöntemi ise plasma spray’dir. Günümüzde en yaygın olarak kullanılan yüzey pürüzlendirme işlemi kısaca SLA (sand-blasted,large-grit,acid-etch) olarak bilinen ve kumlamayı takiben sıcak asit banyosunu içeren yöntemdir. Bu yöntemleimplant yüzeylerinde ortalama Sa=1.8μm lık bir yüzey pürüzlülüğü elde edilebilmektedir. Bu sistemin implantları kullanılarak elde edilen klinik başarılar dikkat çekicidir.
Nobel Biocare firmasının TiUnite model implantında ise yüzey pürüzlülüğü elektrolitik solusyonda yapılan anodik oksidasyon sonucu elde edilmektedir. Yüzey pürüzlülüğü apikale doğru artmakta ve ortalama olarak Ra=1.2μm dir. Bu implantlardaki klinik başarı yumuşak kemik ve immediate yüklemede olmasına rağmen dört sene sonunda %97 dir.
En pürüzlü implant yüzeyleri plasma spray yöntemi ile edilenlerdir. Yüzey pürüzlülüğü üretici firmaya göre değişkenlik göstermekle beraber ortalama olarak 6μmdır. Bu implantlardaki aşırı pürüzlülük mekanik kuvvetlere karşı direnci arttırmakla birlikte, peri implant enflamasyonun ve resesyonunda sebebi olabileceği bildirilmiştir. İmplant yüzeyi ile ilgili son yenilikler genellikle nanotek nolojik boyutta olmaktadır. Nanoteknolojik müdaheleler implant yüzeyini yanlızca topografik olarak değil kimyasal olarak da değiştirmektedir. Bu yüzey işlemleri implant yüzeyinin ionlar, biomolleküler ve hücrelerle olan etkileşimine etki ederek osseointegrasyon sürecini geliştirmeyi hedeflemektedir. Ticari olarak piyasaya sürülmüş az sayıda nanoteknolojik implant yüzeyi vardır. Bunlardan birisi AstraTech firmasının geliştirdiği Osseospeed implant yüzeyidir. Kısaca TiO2 ile pürüzlendirmeyi takiben hidroflorik asit muamelesini içeren bu yüzey 50 ile 100 nm boyutta yüzey pürüzlülüğüne sahiptir. Bu nanotopografiye sahip implantlar ile ilgili ilk klinik çalışma %98.7 lik bir başarı oranı bildirilmiştir.
Bir diğer nanotopografiye sahip ticari olarak mevcut implant yüzeyi ise 3i İnnovations firmasının geliştirdiği nanotite implantlardır. Bu yüzey işlemi CaP tanecikleri ile yüzeyin kaplanmasını içerir. Bu implant ile yapılan hayvan deneylerinde bu yöntemin kemik gelişimini dört ve sekiz haftalık süreç içinde arttırdığı bildirilmiştir.
Seramikler:
Kemik defektleri, kemik agumentasyonu, osteoporotik lezyonların tedavisinde kullanılan pek çok sentetik ve biyolojik materyal bulunmaktadır. Bu materyaller ayrıca implant yüzeyinin kaplanarak termodinamik olarak stabil ve hidrofilik bir iyonik seramik yüzeyin elde edilmesi için kullanılmaktadır. Bu özellikleriyle kemik ve çevreleyen dokularla güçlü bir bağlantı yapabilmektedirler. Bu seramikler plasma spray yada kaplama yaparak implant üzerine uygulanarak bioaktif yüzeyler elde edilmektedir. Bu materyaller genellikle kırılgandırlar, yüksek elastik modülü, düşük tensilestrenghte sahiptirler.
Aluminyum oksit inert olması, iyon salınımı ve immun cevap oluşturmaması nedeniyle seramik implantlar için altın standart olarak gösterilmiştir. Metalik yüzeyli implantlarla karşılaştırıldığında yüksek yüzey ıslanabilirliği göstermektedir. Bioaktif materyaller değildir ve kemik formasyonunu indüklemezler. Alfaaluminoksit kristalleri canlı dokuda toksik değildir. Oksijen iyonları arasında yerleşmiş küçük aluminyum iyonları bulunmaktadır. Oksijen iyonları safirin dış kısmında yerleşir ve materyalin su moleküllerine afinetisini dolayısıyla biyouyumluluğu artırır. Yeteri kadar dayanıklı materyaller olmamaları nedeniyle implant materyali olarak kullanılmazlar. Alüminyum oksit dental implantların klinik uygulamalarına Tübingen endoosseoz implantlar örnek verilebilir. Bu implantlarla yapılan 5 yıllık takip çalışmalarında %85 oranında başarı gösterilmiştir. Bu implantlar aluminyum oksitin mekanik özelliklerinden dolayı sıkıştırma tipi kuvvetelere karşı dayanıklı olmasına rağmen bükülme, çekme tipi kuvvetelere karşı dayanıksızdırlar. Bu nedenle implantın geometrik boyutları özellikle alt anterior bölgede kullanılmalarına izin vermemektedir. Sonuç olarak kısıtlı endikasyonları kullanımlarını sınırlandırmıştır. Bununla birlikte klinik çalışmalarda yüzey özelliklerinin sert ve yumuşak dokuda iyileşme sürecinin başarılı olduğunu göstermiştir. Kalsiyum fosfat seramikler de biyouyumlu materyallerdir. Hidroksiapatit dişlerin ve kemiğin doğal yapısı olan kalsiyum fosfat seramiktir. Biyouyumlu materyallerdir ve resorbe olmaz. Blok yada granuler formlarda kemik grefti ve augmentasyon için kullanılırlar. Hidroksiapatit oldukça zayıf bir materyal olduğu için tek başına dental implant olarak kullanılamaz. Dolayısıyla metal implantlar hidroksiapatitle kaplanarak kemiğe olan bağları güçlendirilmiştir. Bu materyallerin kristalin içeriğinin osteokonduktif etkiyi artırdığı belirtilmiştir. Trikalsiyum fosfat resorbe olabilen kalsiyum fosfat materyalidir. Belirli hızda resorbe olabilmesi ve yerini kemiğe bırakması nedeniyle kemik grafti olarak kullanımı yaygındır. Kalsiyum fosfatların implant yüzeyi kaplamasında kullanılma nedeni kristal özellikleridir. Ne kadar kristalin yapıda olurlarsa klinik çözünmeye o kadar dirençli olurlar. Bu tip seramik kaplamaların en büyük avantajı kemikle implant yüzeyinin adaptasyonunu sağlayarak metal yüzeyli implantlara göre daha yakın kemik implant kontağı sağlamasıdır.
Bioglass(silika bazlı cam) diğer bir bioaktif seramiktir. Kalsiyum, sodyum, Silika partikülleri çeren yoğun bir
seramik materyaldir. 1967 yılında Florida Üniversitesinde Hench tarafından geliştirilmiştir. İçeriğindeki kalsiyum ve fosfata bağlı olarak karbonohidroksiapatit bir tabaka oluşturmaktadır. Yüzeydeki ph değişimlerine bağlı olarak bu tabakadan dokulara doğru kalsiyum, fosfat, silika ve sodyum iyonu salınımı meydana gelmektedir. Yüzeyde silikadan zengin bir jel meydana gelir. Bunun üzerinde ise kalsiyum ve fosfattan zengin bir tabaka meydana gelir. Yüzeyde osteoblastlar çoğalır ve kollajen lifler meydana gelir. Bu tabaka 100- 200 μm kalınlığında olup oldukça güçlü bir bağ meydana getirir. Güçlü bir bağ meydana gelmesine rağmen oldukça kırılgan bir materyal olması nedeniyle tek başına implant materyali olarak kullanılmasını engeller. Kemik formasyonunu indüklemesi nedeniyle graft materyali olarak kullanımı yaygındır. Bioglassın metal yada seramik ile olan bağlantısının zayıf olması nedeniyle implant yüzeyi kaplanmasında tercih edilmez.
Zirkonyum:
Zirconya materyali sahip olduğu üstün mekanik özellikleri nedeniyle oksit seramikler arasında özel bir yer edinmiştir. Çevresel ısıya bağlı olarak zirkonya materyali sıcaklığa bağlı olarak üç kristalografik form gösterir. Oda sıcaklığından 1170 ºC ‘ye kadar monoclinic faz, 1170 ºC ile 2370 ºC arasında tetragonal form ve 2370 ºC derece üzerinde kübik forma sahiptir. Soğutma ile birlikte tetragonal fazdan monoclinic faza dönüşüm sırasında artan hacme bağlı olarak katastrofik başarısızlıklar meydana gelir. Bu değişim geri dönüşümlüdür ve 950 ºC ‘de başlar. Saf zirkonyumun CaO, MgO, Y2O3 ve CeO2 gibi stabilize eden oksitlerle birlikte kullanılması sonucunda oda sıcaklığında tetragonal fazda kalması sağlanarak monoclinic faza dönüşüm engellenir. Bu da materyale yüksek dayanıklılık sağlar. Özellikle yttrium ile stabilize edilen zirkonya üstün mekanik özellikleriyle implant diş hekimliğinde önemli bir yere sahiptir. Yttrium ile stabilize edilmiş tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) osteoblastik hücre proliferasyonu için uygun bir materyaldir. Yüzey pürüzlendirme işlemleri ile kemik içerisinde daha yüksek stabilite göstermektedir. Zirkonyum doğada nadir bulunan bir elementtir ancak genellikle yttrium ile stabilize edilerek sentezlenebilir. Böylece stabil kristal formasyon sağlanarak yoğun, sert, dayanıklı bir yapı elde edilir. Konvansiyonel titanyum implantların porselen translusensisinde azalma ve gingival marjin bölgesinde gri renklenme meydana getirmesi nedeniyle özellikle yüksek gülme hattı ve ince mukozası olan hastalarda estetik problemler meydana getirmektedir. Yumuşak dokudaki küçük değişiklikler sonucunda marjinde titanyumu ortaya çıkmaktadır. Bu amaçla farklı yüzey özelliklerine sahip zirkonyum implantlarla yapılan bir yıllık takip çalışması sonucunda zirkonyum implantların titanyum implantlara bir alternatif olabileceği gösterilmiştir. Zirkonya boyunlu titanyum gövdeye sahip implantlarla yapılan çalışmarda iki yıllık takip sonucunda olumlu periodontal değerler elde edilmiştir. Yapılan çalışmalarda değişik bakterilerin titanyum, titanyum alaşım ve zirconya yüzeyleri üzerine adezyonu karşılaştırılmış ve adezyonun zirkonya üzerinde %40 daha az olduğugösterilmiştir. Titanyum ve zirkonya arasında yapılan karşılaştırmalı immuno-histokimyasal değerlendirmede zirkonya lehine sonuçlar elde edilmiştir. Bu da zirkonyanın periimplant yumuşak dokular için çok daha sağlıklı bir biyomateryal olduğunu göstermektedir.
Son zamanlarda bilgisayar destekli programlar kullanılarak yapılan zirkonyum abutmentlar üzerindeki çalışmalar uzun dönemli başarı ortaya koymuştur. Zirkonyum oksit yüzey kaplamalı implantlarda ostoinegrasyonun daha başarılı olduğu bulunmuştur.
Kaynakça: ADO Klinikler Bilimler Dergisi Sayfa 338-345 (Nilüfer Çelebi Beriat, Gülşah Gülay, Ahmet Atila Ertan)