[論文レビュー] The interplay between tissue healing and bone remodeling around immediately loaded tooth replacement implants

Soroush Irandoust, Sinan Müftü|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2019

Dental Implant Techniques and Outcomes参考文献 49被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、即時負荷歯科インプラント周囲の組織修復および骨変形を模擬するために、力学的調節型ポーラエラスティックモデルが用いられ、制御されたミクロモーションが骨形成を最適化することを明らかにした。低ミクロモーションでは初期の骨形成が促進されるが、その後吸収が生じる。一方、高ミクロモーションでは軟部組織形成が促進されるが、残存骨の密度が向上する。これは、機能的統合を促進する最適なミクロモーション範囲が存在することを示唆している。

ABSTRACT

Long-term bone healing/adaptation after a dental implant treatment starts with diffusion of mesenchymal stem cells to the fracture callus and their subsequent differentiation. The healing phase is followed by the bone-remodeling phase. In this work, a mechano-regulatory cellular differentiation model was used to simulate tissue healing around an immediately loaded dental implant. All tissue types were modeled as poroelastic in the healing phase. Material properties of the healing region were updated after each loading cycle for 30 cycles (days). The tissue distribution in the healed state was then used as the initial condition for the remodeling phase during which regions healed into bone adapt their internal density with respect to a homeostatic remodeling stimulus. The short- and long-term effects of micro-motion on bone healing and remodeling were studied. Development of soft tissue was observed both in the coronal region due to high fluid velocity, and on the vertical sides of the healing-callus due to high shear stress. In cases with small implant micromotion, tissue between the implant threads differentiated into bone during the healing phase, but resorbed during remodeling. In cases with large implant micromotion, higher percentage of the healing region differentiated into soft tissue resulting in less volume available for bone remodeling. But, the remaining bone region developed higher density bone tissue. It was concluded that an optimal range of controlled micromotion could be designed for a given implant in order to achieve the desired functional properties.

研究の動機と目的

• 即時歯科インプラント負荷後の組織修復と骨変形の相互作用を理解すること。
• インプラントのミクロモーションレベルの変化が、組織の分化と骨適応に与える影響を特定すること。
• 機能的骨形成と長期的なインプラント安定性を促進する最適なミクロモーション範囲を同定すること。

提案手法

• 治癒期間のシミュレーションにポーラエラスティックモデルを適用し、30回の負荷サイクルごとに組織特性を更新した。
• 細胞の分化は、流体速度やせん断応力などの機械的刺激に基づく力学的調節モデルに従った。
• 治癒後の組織分布を骨変形期間の初期条件とした。
• 骨密度適応は、変形期間中にホメオスタシス的変形刺激に基づいてシミュレートされた。
• ミクロモーションレベルを体系的に変化させ、組織タイプの分布と骨密度への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 即時負荷インプラント周囲の治癒期間におけるミクロモーションは、組織分化にどのように影響するか？
• RQ2 ミクロモーションは、治癒領域における軟部組織と骨の分布にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 長期的変形期間におけるミクロモーションは、骨密度適応にどのように影響するか？
• RQ4 機能的骨形成を最大化する最適なミクロモーション範囲を特定できるか？
• RQ5 軟部組織発達を駆動する機械的要因（例：流体速度、せん断応力）は何か？

主な発見

• 冠部領域における高い流体速度が、血行動力学的力により軟部組織形成を促進した。
• 治癒キャリュスの垂直側面における高いせん断応力が、軟部組織形成に寄与した。
• 小さなミクロモーションでは、治癒期間中にインプラントリブ間の組織が骨に分化したが、変形期間中に吸収された。
• 大きなミクロモーションでは、治癒領域の割合が高くなり、骨変形に利用可能な体積が減少した。
• 残存骨領域では、機械的刺激の増加に伴い密度が上昇した。
• 組織分化と骨密度のバランスを最適化するミクロモーション範囲が存在し、インプラント統合の向上に寄与する。