Ảnh hưởng của các phương pháp khử trùng đến đặc điểm bề mặt và sự hình thành màng sinh học trên zirconia in vitro (Phần 1)

Zirconia gốm là một vật liệu thường dùng cho nha khoa bởi chúng có màu sắc giống răng và độ dẻo dai cao.
Kết luận từ các nghiên cứu khác nhau về ứng dụng và hiệu suất của cấy ghép zirconia đang gây tranh cãi. Một nghiên cứu lâm sàng của Roehling et al. đã khảo sát hiệu suất của cấy ghép zirconia và kết luận rằng cấy ghép zirconia cho thấy tỷ lệ thành công là 77,6% . Một nghiên cứu khác của Hashim et al. kết luận rằng các nghiên cứu lâm sàng sâu hơn là cần thiết để thiết lập kết quả lâu dài và xác định nguy cơ biến chứng kỹ thuật và sinh học. Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã thông báo rằng cấy ghép zirconia có khả năng osseointegration tương tự so với cấy truyền thống titan và có thể là sự thay thế cho cấy ghép titan - một giải pháp cấy ghép phi kim loại. Do đó, zirconia ngày càng được sử dụng phổ biến trong nha khoa cấy ghép do tính thẩm mỹ của nó cũng như tính chất cơ học tốt và tính tương hợp sinh học cao.
Cấy ghép việc phẫu thuật tiếp xúc mật thiết với xương, cần phải được khử trùng đúng cách. Tiệt trùng được coi là quy trình cuối cùng vì nó có thể ảnh hưởng đến bề mặt que cấy và sự biến đổi của nó, tức là các đặc tính hóa lý của bề mặt que cấy có thể bị thay đổi và do đó có tác động lâm sàng quan trọng. Hơn nữa, tiệt trùng cũng được áp dụng như một bước thiết yếu trước khi xét nghiệm sinh học in vitro , vì đây là quá trình giúp thiết bị không có vi sinh vật sống sót, ngăn ngừa sự sinh sôi và tích tụ của các vi sinh vật không liên quan.
Có nhiều vấn đề cần được xem xét khi lựa chọn phương pháp khử trùng cho một điều kiện ứng dụng cụ thể. Mục đích cuối cùng là tiệt trùng vật liệu và thiết bị cấy ghép đúng cách mà không làm ảnh hưởng đến các đặc điểm bề mặt chính cũng như sự tương tác của chúng với mô xung quanh. Các phương pháp khử trùng khác nhau đã được sử dụng trong nha khoa, tùy thuộc vào ứng dụng mong muốn và tính chất vật liệu chẳng hạn như hấp tiệt trùng bằng hơi nước và chiếu xạ the là những quy trình khử trùng được sử dụng phổ biến nhất để bảo quản vật liệu cấy ghép vì chúng an toàn. Ngoài ra, chức năng tăng cường nguyên bào xương đã được xác nhận trên zirconia được chiếu tia cực tím.
Các kỹ thuật tiệt trùng có thể được phân loại theo phương pháp vật lý và hóa học. Các phương pháp vật lý bao gồm khử trùng bằng nhiệt khô, khử trùng bằng nồi hơi nước, bức xạ UV và chiếu tia gamma. Xử lý bằng hóa chất như ethylene oxide (EO), ozone, formaldehyde và phenol thuộc phương pháp khử trùng hóa học. Tuy nhiên, các hóa chất lạnh để khử trùng dụng cụ thường xuyên không được Hiệp hội Nha khoa Hoa Kỳ khuyến nghị, vì việc theo dõi dung dịch có thể khó khăn và hiệu quả của chúng có thể bị hạn chế do không thể bọc dụng cụ trong một gói vô trùng. Do đó, các phương pháp vật lý được coi là phù hợp nhất để khử trùng implant.
Hấp tiệt trùng bằng hơi nước là một phương pháp tiệt trùng thường được sử dụng trong lĩnh vực nha khoa, do tính tiện lợi, chi phí thấp và hiệu quả tiệt trùng đáng tin cậy. Khử trùng bằng nhiệt khô có nhược điểm là khi độ ẩm trong nồi hấp hơi nước gây ra ăn mòn và hư hỏng vật liệu. Do đó, các kỹ thuật khử trùng khác như chiếu xạ gamma (γ) và chiếu xạ tia cực tím (UV) được ưu tiên sử dụng. Chiếu xạ gamma từ nguồn coban-60 (Co-60) có thể gây chết tất cả các dạng vi sinh vật và nó có ưu điểm là khử trùng mà không có nhiệt độ và áp suất cao, hóa chất hoặc khí. Bức xạ UV được chia thành bốn vùng phổ riêng biệt theo bước sóng đó là: UV-chân không (100–200 μnm), UVC (200–280 μnm), UVB (280–315 μnm) và UVA (315–400 μnm), như vậy UVC được phát hiện có khả năng kháng khuẩn cao.
Sự kết dính của tế bào và vi khuẩn nhạy cảm với các đặc tính bề mặt của vật liệu cấy ghép và các phương pháp xử lý khử trùng khác nhau có thể ảnh hưởng đến hóa học bề mặt và khả năng thấm ướt, do đó ảnh hưởng đến tế bào. Một nghiên cứu của Vezeau et al. đã khám phá tác động của việc khử trùng đối với đặc điểm bề mặt titan và sự gắn kết nguyên bào sợi trong ống nghiệm . Họ báo cáo rằng các đặc điểm bề mặt titan có thể được thay đổi bằng cách khử trùng bằng nồi hấp hơi nước và ít bám vào nguyên bào sợi hơn so với chiếu tia UV. Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào được công bố về ảnh hưởng của các phương pháp xử lý khử trùng khác nhau lên các đặc điểm bề mặt của zirconia, cũng như các phản ứng sinh học của sự hình thành màng sinh học.
Mục đích của nghiên cứu này gồm hai mục đích: kiểm tra tác động của các phương pháp khử trùng, tức là khử trùng bằng nồi hấp hơi nước, khử trùng bằng nhiệt khô, chiếu xạ UVC và chiếu xạ tia gamma, trên các đặc điểm bề mặt của zirconia. Hơn nữa, sau bốn lần xử lý khử trùng khác nhau, sự hình thành màng sinh học in vitro trên bề mặt zirconia đã được so sánh.

Các khối zirconia Y-TZP có bán trên thị được sử dụng trong nghiên cứu này. Các khối zirconia được cắt thành mẫu hình góc phần tư (bán kính 12,5 mm và dày 1 mm) bằng cưa kim cương chính xác (IsoMet ™ 5000, Buehler, Hoa Kỳ) dưới vòi nước lạnh. Sau khi được đánh bóng bằng giấy mài SiC 4000-grit, các mẫu được thiêu kết theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Sau đó, tất cả các mẫu zirconia thiêu kết hoàn toàn được làm sạch bằng siêu âm trong dung dịch etanol 70% trong 15 phút, rửa bằng nước khử ion và để khô trong không khí sạch trong 30 s. Một mẫu vật duy nhất được đánh bóng được sử dụng làm đối chứng.

Các mẫu zirconia được chia ngẫu nhiên thành năm nhóm nghiên cứu và được xử lý bằng một trong các quy trình sửa đổi bề mặt sau (Bảng 1). Liều chiếu xạ trong Nhóm γ được đặt là 25 kGy, vì nó được khuyến cáo là liều tiêu chuẩn cho các sản phẩm y tế ở Liên minh Châu Âu (EU).

Bảng 1: Điều kiện xử lý tiệt trùng của các nhóm khác nhau

Màu sắc của mẫu phẩm trước và sau khi xử lý được quan sát và đánh giá bằng mắt thường.

Một kính hiển vi điện tử quét (SU-1510, HITACHI, Nhật Bản) được sử dụng để quan sát hình thái bề mặt của các nhóm zirconia khác nhau. Các mẫu được rải vàng và các quy trình phân tích được thực hiện ở độ phóng đại 1000 ×

Ba mẫu zirconia của mỗi nhóm được đo giá trị Ra bằng máy đo profin (Surtronic3 +, Taylor-Hobson, Vương quốc Anh). Bán kính đầu bút stylus của đầu dò kim cương là 5μm. Giá trị giới hạn được đặt là 0,8 mm. Mỗi mẫu zirconia được thử nghiệm ba lần và giá trị trung bình của mỗi nhóm được tính toán.

Góc tiếp xúc được xác định bằng phương pháp thả không xoắn (Máy phân tích hình dạng giọt DSA100, KRÜSS, Đức). Nước tinh khiết và diiodomethane được sử dụng làm chất lỏng thăm dò. Ba mẫu zirconia của mỗi nhóm được thử nghiệm. Năng lượng tự do bề mặt (SFE) được tính toán theo phương pháp Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (WORK)

Thành phần hóa học bề mặt của các mẫu được phân tích bằng buồng chân không cực cao của máy quang phổ quang điện tử tia X (X-ray Photoelectron Spectroscopy / ESCA, Thermo Fisher Scientific, USA). Mẫu được chiếu bằng nguồn tia X đơn sắc Al Kα (1486,6 eV) có hiệu điện thế gia tốc 15 kV. Chân không làm việc dưới chiếu xạ tia X là 2 × 10 −9 mbar. Hiệu chuẩn năng lượng được thực hiện dựa trên Ag 3d 5/2 tiêu chuẩn đỉnh cao. Các bản quét khảo sát rộng (với năng lượng vượt qua 100 eV) được ghi lại để xác định các nguyên tố hóa học của bề mặt. Sau đó, quét hẹp độ phân giải cao (năng lượng vượt qua 20 eV) được áp dụng trên các đỉnh chính để xác định trạng thái liên kết nguyên tố. Tất cả các quang phổ được sắp xếp theo thang năng lượng liên kết với cực đại C 1s (284,8 eV). Việc đánh giá định lượng thành phần hóa học của bề mặt được thực hiện với Al Thermo1 Library.

Kiểm tra nhiễu xạ tia X (Empyrean, PANalytical, Hà Lan) được sử dụng để phân tích những thay đổi của cấu trúc bề mặt tinh thể. Quá trình quét được thực hiện trong phạm vi 2 θ từ 5 ° đến 80 ° với tốc độ 10 °/phút với điện áp 40 kV và dòng điện 40 mA

Để phát triển Staphylococcus aureus ( S. a. ) một dung dịch với 107 vi khuẩn /ml trong môi trường truyền não-tim (BHI) đã được chuẩn bị và phân phối vào một đĩa vi mô 24 giếng (Corning, Hoa Kỳ) có chứa một đĩa zirconia trong mỗi giếng (1 ml / giếng). Môi trường tăng trưởng được làm mới sau mỗi 24 giờ. Sự hình thành màng sinh học được đánh giá 2 ngày sau khi cấy.
Đối với Porphyromonas gingivalis ( P. g. ), 108 vi khuẩn / ml trong P. g. nước (bao gồm 30 g TSB, 5 g chiết xuất men, 1 L nước cất, và 10 mL dung dịch gốc hemin / vitamin K) được chuẩn bị và phân phối vào các đĩa vi mô 24 giếng (Corning, Hoa Kỳ) có chứa một đĩa zirconia trong mỗi giếng (1 ml / giếng). Môi trường tăng trưởng được làm mới 3 ngày một lần. Sự kết dính của các tế bào vi khuẩn hoặc sự hình thành màng sinh học được đánh giá 7 ngày sau khi cấy.
Trong mỗi thử nghiệm, tất cả các nhóm thử nghiệm chứa ba mẫu và thử nghiệm được lặp lại 3 lần.

Tại thời điểm thu thập màng sinh học được chỉ định, các đĩa zirconia có màng sinh học được rửa một lần trong dung dịch nước muối đệm phosphat (PBS) và chuyển vào 1 ml môi trường tăng trưởng (BHI cho S. a. Và P. g. Canh cho P. g. ). Màng sinh học được lấy ra khỏi đĩa và phân tán bằng cách tạo xoáy trong 30s. Các mẫu đã pha loãng lần lượt được mạ lên đĩa thạch máu và ủ yếm khí ở 37 °C để cho phép các khuẩn lạc phát triển. Các đĩa được lấy ra khỏi tủ ấm và đếm các khuẩn lạc riêng lẻ. Phương pháp định lượng vi khuẩn trên chất nền này được phỏng theo Seil và cộng sự kết luận rằng xoáy nước là một cách hiệu quả để loại bỏ vi khuẩn khỏi bề mặt.

Dữ liệu được phân tích bởi phương pháp thống kê cho Khoa học xã hội (SPSS ® , Phiên bản 23, IBM, Hoa Kỳ). Phân tích thống kê được thực hiện bằng cách sử dụng phân tích phương sai một chiều (ANOVA) với mức ý nghĩa 5%.
Tìm hiểu thêm:
Ảnh hưởng của các phương pháp khử trùng đến đặc điểm bề mặt và sự hình thành màng sinh học trên zirconia in vitro (Phần 2)
Ảnh hưởng của các phương pháp khử trùng đến đặc điểm bề mặt và sự hình thành màng sinh học trên zirconia in vitro (Phần 3)