Bruno dos Santos Pavei

Endereço correspondente: Bruno dos Santos Pavei- Araranguá, SC – Brazil – E-mail: paveibruno@hotmail.com

Submissão: 01 de Fevereiro, 2022 – Modificação: 15 de Março, 2022 – Aceito: 23 de Março, 2022

DOI: https://doi.org/10.55703/27644006020105

RESUMO

Este artigo teve como objetivo analisar os estudos que utilizaram o dióxido de titânio na fase anatase em implantes dentários, com foco nas propriedades de molhabilidade e fotocatálise e suas melhorias na osseointegração. Para o desenvolvimento do estudo, a estratégia de busca utilizou combinações de palavras-chave: titaniumdioxide and dental implant and osseointegration and anatase and hydrophilicity, nas bases de dados Pubmed, Medline, Cochrane, Scielo, Scopus e Lilacs. Os melhores resultados foram confirmados por 14 estudos in vivo com animais e estão diretamente relacionados ao dióxido de titânio na fase anatase pelo método de anodização eletroquímica, ao ataque ácido e irradiado por luz UV e à fotocatálise que promove molhabilidade. Ao finalizar, pôde-se confirmar melhorias e benefícios por tratamento de superfície em implantes dentários com utilização de dióxido de titânio. Analisou-se ângulo de contato, rugosidade e formação óssea (BIC ou BMC) para verificar os fatores para aceleração e melhorias de osseointegração.

Palavras-chave: Implantes dentários; Dióxido de titânio; Osseointegração.

A busca por materiais e técnicas associadas aos implantes dentários tem como objetivo a melhora da aceleração na osseointegração, a fim de evitar falhas nos implantes e próteses dentárias. Diante disso, a Odontologia e a Ortopedia estão passando por inovações para fornecer implantes mais confiáveis, melhor estabilidade inicial, longa duração e qualidade de vida aos pacientes(1).

Esta revisão da literatura é resultado da pesquisa realizada em 2018 para o desenvolvimento da Dissertação no Curso de Mestrado na São Leopoldo Mandic (SLMANDIC), em Curitiba/PR, para obtenção do título de Mestre em Implantodontia. No processo de pesquisa foram selecionados 14 estudos in vivo em animais, que comprovaram os seguintes aspectos: o titânio e suas ligas são atualmente utilizados extensivamente no campo dos implantes dentários devido as suas boas propriedades mecânicas e excelente biocompatibilidade(1); os tratamentos de superfícies em implante dentário melhoram a molhabilidade e adsorção de proteínas extracelulares; o dióxido de titânio anodizado quando irradiado com luz UV produz uma super molhabilidade(2-4); e a molhabilidade em superfícies de implantes dentários apresenta vantagens na fase inicial de cicatrização no processo de osseointegração(5).

Estes estudos nortearam o desenvolvimento desta revisão com intuito de responder a seguinte pergunta clínica: “Os estudos apresentaram melhorias de osseointegração a partir da utilização da luz UV e dióxido de titânio?”

Analisar os estudos in vivo que utilizaram o dióxido de titânio na fase anatase em implantes dentários, com foco nas propriedades de molhabilidade e fotocatálise e suas melhorias na osseointegração.

Para identificar e selecionar os artigos utilizou-se a estratégia de busca, com base nas diretrizes do Prisma Statement Guidelines, adotando-se o idioma inglês, sendo utilizadas palavras-chave, tais como: titaniumdioxide, dental implant, osseointegration, anatase e hydrophilicity, com foco em implantes dentários, fundamentais para a seleção, pois determinaram a direção e a assertividade para atender o objetivo e responder a pergunta clínica. A coleta dos materiais teve início em maio de 2016 e finalizou em março de 2018.

As bases de dados consultadas foram Pubmed, Medline, Cochrane, Scielo, Scopus e Lilacs, sendo identificados 181 artigos, sendo 156 na Pubmed, 12 na Medline, 4 na Cochrane, 4 na Sicelo, 3 na Scopus e 2 na Lilacs, excluindo-se as duplicidades. Desse total, 172 artigos foram analisados por título e resumo por dois pesquisadores, restando 137. Para elegibilidade foram analisados os artigos que estudaram os dados de formação óssea (BIC ou BMC), ângulo de contato e rugosidade, restando 35 artigos e, destes, 21 foram excluídos por razões objetivas. Assim, apenas 14 estudos in vivo em animais foram incluídos nesta revisão da literatura.

Como critério de inclusão foram analisadas as informações de títulos e resumos dos artigos que respondessem a pergunta clínica, considerando-se dióxido de titânio em fase anatase irradiados por luz UV para implantes dentários, buscando-se as melhorias de osseointegração por meio da propriedade de supermolhabilidade; e de exclusão, foram descartados os estudos que utilizaram o dióxido de titânio em implantes dentários, mas que os resultados foram baseados em análises voltadas para engenharia de materiais e, aqueles que não relacionaram a propriedade de molhabilidade para melhoria da osseointegração ou fase anatase.

O risco de viés foram descartados quando: em função dos artigos relacionados na pesquisa, pois atenderam ao tema; de publicação, pois todos os artigos inclusos na pesquisa foram publicados; de tempo, pois os trabalhos citaram o tempo de pesquisa e acompanhamento dos casos em semanas; de múltipla publicação, pois utilizou-se somente pesquisa em base de dados eletrônica, sendo excluídos as duplicidades; de localização; de linguagem, pois foi definido somente pesquisa no idioma inglês e o fato do tema ser inovador; de desfecho, pois todos os estudos apontaram resultados de acordo com a pesquisa para busca de melhorias de osseointegração.

Dos 14 estudos in vivo em animais selecionados, os 6 primeiros indicaram os estudos com foco no objetivo e na pergunta clínica deste trabalho de pesquisa e os 8 restantes são complementares ao tema, pois realizaram estudo na área de interesse (Quadro 1).

Analisando os 14 estudos in vivo em animais, fazendo referência ao Dióxido na Fase Anatase – Osseointegração, extraiu-se que os resultados de topografia da superfície e ângulo de contato demostraram que o dióxido de titânio com iluminação ultravioleta (UV) apresentou a característica de super molhabilidade, os quais condizem com os relatos de estudos referentes à osseintegração e aceleração do processo de cicatrização(2). Neste estudo foi depositado dióxido de titânio pelo método de implantação íons plasma sobre a superfície de discos e implantes dentários, aumentando a camada superficial e, posteriormente, com iluminação ultravioleta, é ativada a fotocatálise.

A adsorção de proteínas de sangue em implantes dentários tem sido um fator de fundamental importância para osseointegração, sendo que a análise de formação óssea (BIC) pode-se constatar que a maior diferença e aumento significativo de BIC é encontrado nas duas primeiras semanas de cicatrização (29,1% e 43,5%, respectivamente para amostra controle e amostra teste), após 4 semanas não existe alteração significativa (31,3% e 39,3%, respectivamente para amostra controle e amostra teste)(2). Portanto, pode-se concluir que a completa-molhabilidade é ativada pela fotocatálise, ou seja, superfície de dióxido de titânio com iluminação de luz UV acelera o processo inicial de osseintegração, contribuindo para o sucesso do tratamento e maior conforto aos pacientes e qualidade de vida.

Foi investigado o comportamento inicial de células e a formação óssea com a propriedade de completa molhabilidade na fase anatase do dióxido de titânio aplicando-se a fotocatálise. Os resultados de rugosidade tanto nas amostras controle como nos testes não apresentaram resultados com diferenças significativas. Já na verificação do ângulo de contato os resultados das amostras tratadas (testes) apresentaram ângulo de contato de 0.5º, ou seja, apresentam uma completa molhabilidade na superfície. A adesão e proliferação de células, também, foi objeto de estudo no qual os resultados mostraram que o grupo teste que recebeu iluminação UV (D+UV) apresentou um número significativamente maior de adesão do que os discos de controle (DTi) e ainda comparado com os discos tratados com dióxido de titânio (D-UV, esses não receberam luz UV)(3). Sendo assim, a fotocatálise por meio da iluminação UV proporciona melhor adesão de células e também maior proliferação.

Também para a análise da formação óssea foram inseridos implantes em tíbias de coelhos e após duas semanas analisados os resultados de BMC e nos implantes com tratamentos e iluminação UV (I+UV) o resultado foi de 28,2%, já os implantes tratados com dióxido de titânio, mas sem iluminação (I-UV) apresentou valor de BMC de 17,97%, ou seja, o implante tratado com iluminação apresentou valor superior ao implante sem iluminação, na qual se conclui que o dióxido de titânio na fase anatase ativado pela fotocatálise (luz UV) proporciona melhorias significativas para formação óssea promovendo melhor osseointegração. No entanto a proliferação de células não demostrou diferenças entre os discos de controle (DTi – disco de titânio comercial na liga pura) e discos tratados com dióxido de titânio, mas sem iluminação UV (D-UV) e os resultados não demostraram valores diferenciados(3). Pode-se concluir que o principal efeito para proliferação celular está relacionada à fotocatálise, pois somente a rugosidade da superfície não proporciona a proliferação celular.

Para a análise de formação óssea o valor médio de BMC em duas semanas de cicatrização foi de 30,1% para o TiU e 50,3% modTiU, ou seja, implante sem iluminação UV e com iluminação UV, respectivamente. Após 6 semanas também foram realizadas análises e os resultados foram 37,1% e 47,6% para TiU e modTiu, respectivamente(4). Pôde-se verificar que em ambos os casos os implantes tratados com luz UV apresentaram valores superiores e significativos para formação óssea, principalmente nas duas primeiras semanas.

Para formação óssea foi realizado um estudo in vivo em 30 dias e em 60 dias para os implantes do grupo controle (CG) e grupo teste (EG)(5). Nesse estudo a formação óssea não teve um resultado detalhado, pois foi informado somente 0% (zero por cento) de crescimento ósseo entre o grupo controle e testes (SLA). Mesmo assim, o grupo teste apresentou maior formação óssea, ou seja, 34% em 30 dias e 29% em 60 dias.

Na análise dos resultados de rugosidade de superfície (Ra) os valores foram 0.159 e 0.699 para os discos padrões e implante SLA, respectivamente. Foi verificado a alteração de superfície por tratamento de jateamento que seguido por ataque ácido proporciona uma superfície mais rugosa. Já com relação ao ângulo de contato o resultado indicou que o grupo de controle apresentou uma redução linear enquanto que o grupo tratado SLA ficou estável(5). Neste caso pode-se notar que houve uma melhora na rugosidade, mas não foi alcançada a super-molhabilidade, pois os ângulos de contatos ficaram entre 60º e 90º, aproximadamente.

Um estudo sugeriu que a camada de dióxido de titânio bioativa, formada por uma superfície tratada SLA, pode apresentar efeitos significativos na adesão celular e proliferação de células(6).

A grande parte dos estudos para investigação dos efeitos da molhabilidade e fotocatálise ativada pela luz UV foram focados em até 4 semanas ou 6 semanas(2,3,4). Foi estudado um período maior para uma análise de resultados em 12 semanas. Para os valores de BIC para o grupo de implantes controle e testes, os resultados foram 37.99% e 39.35%, respectivamente, após 12 semanas. Foram utilizados discos na liga pura de titânio para grupo padrão e para grupo testes a superfície do implante de titânio foi tratada com pó de dióxido de titânio, sendo composto por 80% de fase anatase e 20% de fase rutilo(7).

Quanto ao tipo de Tratamento de Superfície do Implante Dentário na oxidação anódica, também chamada de anodização eletroquímica ou simplesmente anodização, ocorre um processo eletroquímico que resulta em uma camada de dióxido de titânio com formação de nano-tubos (poros). Essa fina camada de dióxido de titânio que se forma na superfície do implante dentário reduz a liberação de íons de metais. Os implantes dentários são submersos em uma solução ácida e são aplicadas cargas (voltagem) positiva e negativa que criam um campo elétrico resultando na formação de filme óxido na superfície. O processo de anodização promove melhorias de molhabilidade, aumento da adesão de osteoblastos e, consequentemente, resulta em melhor osseointegração. A anodização também é capaz de regular as texturas de superfícies por alteração de diferentes parâmetros de voltagens(8).

Foram estudados os efeitos da irradiação ultravioleta para implantes anodizados em relação à ação bactericida. Primeiramente foram preparadas as amostras teste e controle pelo processo de anodização. Então as amostras testes foram anodizadas seguidas de irradiação UV por 24 horas. Para os valores de rugosidade não se obteve diferenças significativas nos resultados com e sem iluminação UV (Ra 0.83 e Ra 0.85, respectivamente). Já para o ângulo de contato as amostras com UV apresentaram maior molhabilidade do que as amostras controle (sem UV) e os resultados foram 22.69º e 77.43º, respectivamente(9).

Foram comparados 4 grupos com tratamentos de superfície: a) superfície polida mecanicamente; b) jateamento com partículas de alumina; c) anodização; e d) jateamento seguido de anodização, sendo realizadas as medições de ângulo de contato. Estes tratamentos incluem rugosidade de superfície por jateamento ou jateamento seguido por ataque ácido que se forma na superfície chamada SLA. O jateamento ocorre pela inclusão de partículas de dióxido de titânio (TiO2) na superfície do implante dentário, criando uma alteração de rugosidade por abrasão(8). Esse tratamento pode ser seguido de ataque ácido utilizando uma solução de ácido clorídico/sulfúrico (HCL/H2SO4)(5,10). Os resultados indicam que as superfícies tratadas pelo processo de anodização por meio da formação de nano-tubos apresentam maior molhabilidade.

O polimento produz uma superfície muito densa e lisa e tratamentos por jateamento (sandblasting), uma superfície relativamente mais rugosa e densa e a anodização desenvolve uma superfície nano-tubular(8). Nesse estudo foi demonstrado a resposta do titânio por meio de anodização apresentando excelente molhabilidade resultando em aceleração da osseointegração. Na formação óssea os valores de BIC foram 54,8% e 61% para os grupos anodizado e jateamento/anodizado, respectivamente.

Outro estudo focou na análise da resposta de aderência de células osteoblásticas pelo processo de anodização. Foi investigado o comportamento de amostras padrão de titânio, amostras tratadas por jateamento seguido de ataque ácido e amostras anodizadas após o processo de tratamento (SLA)(6). Nesse estudo os resultados demonstram que para osseintegração o processo de anodização e tratamento por jateamento e ácidos em conjunto têm um alto potencial para a melhoria deste processo, pois indicam superfícies mais rugosas e menores ângulos de contato.

Um estudo investigou a alteração de superfície por laser para modificar a rugosidade, obtendo respostas positivas para melhoria de formação óssea em estudos de 2, 4 e 6 semanas de cicatrização. Também foi comparada a formação óssea em implantes de titânio (controle), implantes tratados com laser (alteração de rugosidade) e anodização. Foi confirmada a presença de fase anatase de dióxido de titânio nos resultados de difração de raios-X e identificado a composição dos materiais em titânio, carbono, oxigênio, cálcio e fósforo. Os implantes de titânio referentes ao grupo controle apresentam superfícies lisas, enquanto os implantes tratados apresentam superfícies rugosas, e essas características são muito importantes para o aumento da formação óssea e crescimento celular(11).

Com relação à fase anatase do dióxido de titânio para promover osseintegração em implantes, foi realizado um estudo in vivo e puderam constatar que a anatase é a forma mais estável para uso em implantes dentários e que promove a melhoria de osseointegração (resultado de BIC 55,5% de osso novo formado na área de contato do implante). Estudaram o comportamento da fase anatase e melhorias de osseintegração em implantes dentários em estudo in vivo, mostrando que existem três tipos de formas alotrópicas do dióxido de titânio: brookite, rutilo e anatase.

Foi realizado um tratamento de superfície por jateamento comparando a alteração de rugosidade de óxido de alumínio (AlO2, grupo controle) e por partículas de dióxido de titânio (TiO2, grupo teste) para produzir superfície SLA (jateamento seguido por ataque ácido)(13). Os estudos comprovaram que as rugosidades alteradas por ambos os óxidos são similares para os efeitos de ancoragem nos implantes dentários. O resultado de BIC é de 65,6% e 66,6% para amostra controle (AlO2) e teste (TiO2), respectivamente(7).

Os estudos referentes à formação de nano-tubos de dióxido de titânio, relacionados à melhoria da osseintegração, foram complementados através de um estudo de proteína morfogênica do osso humano recombinante (rhBMP-2 = recombinanthuman bone morphogeneticprotein – 2), essas células osteoblásticas têm demostrado melhorias na formação e remodelação óssea. Foram testados 4 grupos de implantes dentários, conforme descrito a seguir: a) implante de titânio comercial; b) implante com superfície SLA; c) implante de dióxido de titânio (nano-tubos pelo processo de anodização); d) implante de dióxido de titânio (nano-tubos pelo processo de anodização) com inclusão de rhBMP-2(10). Nesse estudo, o maior resultado de formação óssea (BIC) encontrado foi de 29,5% para o grupo “d” e para os grupos “c”, “b” e “a” os resultados foram 16,3%, 14,7% e 11,1%, respectivamente. O maior valor para BMC foi também para o grupo “d” no valor de 77,3% e os resultados para os grupos “c”, “b” e “a” foram 67,2%, 53,7% e 66,9%, respectivamente.

A formação de nano-tubos de dióxido de titânio pelo processo de anodização resulta em maior osseointegração do que os implantes tratados com superfície SLA. A adição de proteína (rhBMP-2) dentro dos nano-tubos de dióxido de titânio apresentou um efeito bioquímico de indução óssea(8).

No que se refere ao Ângulo de Contato – Molhabilidade, quando o ângulo de contato é maior ou igual a 90o, indica pouca molhabilidade, se o ângulo for entre 0o (zero grau) e 90º se considera uma média molhabilidade(5), e quando esse ângulo for igual a 0o (zero grau), resulta em uma completa molhabilidade(13). Os resultados de quimiluminescência mostraram que os discos tratados apresentaram significantemente maiores quantidades de adsorção de células e, isso, está diretamente relacionado à superfície com ângulo de contato igual ou menor que 0º (zero grau) e completa molhabilidade, o que proporciona uma rápida osseintegração nos estágios iniciais de cicatrização(2).

A completa molhabilidade foi comprovada pela medição do ângulo de contato, no qual os implantes tratados e com iluminação UV apresentaram ângulo de contato menor do que 1º (um grau)(2).

Foi estudado o comportamento da superfície cristalina para investigar a atividade fotocatalítica de um implante dentário comercial (TiUnite) criado pelo método de anodização. O estudo realizou uma análise em microscópio da estrutura cristalina do implante em corte de seção do implante dentário (TiUnite) no qual foi identificado a presença da fase anatase e estimada em torno de 10nm(14). Para investigar o efeito fotocatalítico foram realizados testes em discos para a medição do ângulo de contato e teste de decomposição pelo azul de metileno, constatando que os implantes TiUnite com iluminação UV apresentaram poder de decomposição, o que indica a presença da fotocatálise. A decomposição de materiais orgânicos ajuda na eliminação e redução de bactérias(14). Foi realizada a medida do ângulo de contato e o resultado para os implantes TiUnite com iluminação UV reduziram drasticamente o ângulo de contato de 44º para 11º e, essa redução, é relacionada às propriedades fotocatalíticas. Após 4 semanas de cicatrização avaliou-se a formação óssea na qual os implantes TiUnite com luz UV e Ti sem luz UV apresentaram os resultados de 47,3% e 41,3%, respectivamente para BMC (bone mineral content)(14). Nesse estudo, a redução do ângulo de contato foi 11º e não próximo de 0º (zero grau) e, por esse motivo, especula-se que a fase anatase encontrada no implante comercial TiUnite não seja suficiente para atingir a completa molhabilidade.

Foram utilizados discos e implantes comerciais anodizados chamados DTiU (padrão – sem iluminação) e DmodTiU (teste – com iluminação), o resultado de ângulo de contato foi de 36.6º e 4.4º respectivamente. Os discos e implantes para grupo teste receberam tratamento de superfície por NH4F-HF2 (solução fluoreto de hidróxido de amônio)(4).

Para os valores de ângulo de contato o grupo controle apresentou valor de 46.4º enquanto que os grupos tratados com nitrogênio em 2 minutos e em 10 minutos apresentaram ângulo de contato igual à zero, ou seja, apresentaram super molhabilidade. Os grupos testados com tratamento de ar em 2 e 10 minutos apresentaram valores de 26.38º e 33.81º, respectivamente(15).

Na análise de formação óssea foram realizadas avaliações de BIC em 4 e 12 semanas, após inserção de implantes em tíbias de coelhos(9). Nesse estudo, os resultados indicaram maior formação óssea para o grupo teste (com luz UV) nas 4 primeiras semanas comparado com o grupo teste (55,11% e 42,92% para valores de BIC, respectivamente) e, em 12 semanas, não houve alteração significativa (55,81% e 57,78%, amostra padrão e amostra teste, respectivamente).

Um estudo empregou a proposta bactericida com emissão de radiação UC–C (com máxima intensidade de luz de 253.7nm). Entre os componentes químicos de anodização do titânio, o carbono foi notoriamente reduzido após a irradiação ultravioleta o que sugeriu a redução de contaminação da superfície do implante dentário. Os resultados de ângulo de contato para as amostras tratadas com luz UV indicam maior molhabilidade do implante dentário(9).

Após a análise dos estudos in vivo em animais, em resposta à pergunta de pesquisa, pode-se confirmar que:

– A formação de nano-tubos do dióxido de titânio na fase anatase é o principal diferencial para obter baixo ângulo de contato e adquirir uma super-molhabilidade, ou seja, quanto mais próximo de 0o (zero grau) o ângulo de contato atinge melhores resultados de aceleração no estágio inicial de formação óssea;

– A fotocatálise é uma propriedade que contribui para os resultados que utilizaram a luz UV nos testes;

– A formação de nano-tubos de dióxido de titânio em amostras de implantes dentários pelo processo de anodização contribui para o aumento de resposta celular e promove aceleração e maior mineralização na neoformação óssea do estágio inicial de cicatrização;

– Os resultados de ângulo de contato e formação óssea indicam que a irradiação UV contribui para promover a aceleração da cicatrização da osseointegração;

– Os métodos de jateamento e ácido atuam na alteração de rugosidade da superfície dos implantes, mas os resultados são inferiores quando comparados com anodização, e, o método anodização e ácido, apresenta valores superiores para nova formação óssea no estágio inicial da cicatrização e sugere o melhor tipo de tratamento;

– Os melhores resultados estão diretamente relacionados ao dióxido de titânio na fase anatase pelo método de anodização eletroquímica seguido de ataque ácido e irradiado por luz violeta (UV);

– Os implantes dentários que receberam tratamento de superfície resultaram em melhorias, contribuindo para uma melhor osseointegração no estágio inicial de cicatrização em 2, 4, 6 e 8 semanas.

Entretanto, a utilização de dióxido de titânio em implantes dentários ainda é um assunto que necessita de continuidade nas pesquisas, pois se observou o potencial da sua aplicação na biomedicina. É preciso novos estudos para viabilizar melhorias e inovações das técnicas.

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