Bone Healing Dynamics of Niobia-modified Yttria-stabilized Zirconia Compared with Clinically Established Implant Surfaces = 니오비아 첨가 이트리아 안정화 지르코니아 표면에서의 골 치유 역학: 임상적으로 확립된 임플란트 표면과의 비교 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

PURPOSE. The objective of this study was to investigate the osseointegration properties of niobia-modified yttria-stabilized tetragonal zirconia ((Y,Nb)-TZP) implants, with those of titanium and 3Y-TZP implants as reference, in a rabbit tibia model.

MATERIALS AND METHODS. Sandblasted (Y,Nb)-TZP implants (YNb group), sandblasted and acid-etched (Ti group) titanium implants, and smooth-surface 3D-printed 3Y-TZP implants (3Y group) were fabricated following an identical design. Surface morphology was analyzed using scanning electron microscopy and confocal laser scanning microscopy. Implants from each group were placed into the tibiae of 16 rabbits, with 8 rabbits each sacrificed at 2 and 6 weeks, respectively. At each time point, the experiment was divided into two comparisons: Comparison 1 (Ti group vs YNb group) and Comparison 2 (3Y group vs YNb′ group), with four rabbits allocated to each comparison. For the rabbits sacrificed at 6 weeks, tetracycline and xylenol orange were injected to evaluate periodic bone remodeling at 2 and 4 weeks post-surgery. Undecalcified sections were prepared to calculate the periodic bone remodeling ratio (PBR), and Goldner’s trichrome staining was used for histomorphometric analysis of bone-to-implant contact (BIC) and bone area (BA). Data were analyzed using one-way analysis of variance with Bonferroni post hoc test and the Wilcoxon signed-rank test, with significance level set at 0.05.

RESULTS. Surface characterization showed that the YNb implants exhibited the highest Sa (2.32 µm) and intermediate Sdr values, whereas the Ti group demonstrated the highest Sdr (303.78%) and the 3Y group showed the lowest roughness parameters. PBR values were slightly higher in the YNb and YNb′ groups (Comparison 1: YNb (2.146) vs Ti (2.029); Comparison 2: YNb′ (2.717) vs 3Y (2.586)) without statistical significance. BIC values were significantly higher in the YNb and YNb′ groups at both 2 weeks (69.71% vs 60.98%; 71.16% vs 62.92%) and 6 weeks (92.41% vs 71.44%; 84.63% vs 63.98%) compared with Ti and 3Y groups, whereas BA values showed no significant differences.

CONCLUSION. Sandblasted (Y,Nb)-TZP implants demonstrated superior osseointegration compared with SLA titanium and smooth-surface 3D-printed 3Y-TZP implants, supporting their clinical potential as a next-generation material for zirconia implants.

국문 초록 (Abstract)

연구 목적. 본 연구의 목적은 니오비아가 첨가된 이트리아 안정화 정방정계 지르코니아((Y,Nb)-TZP) 임플란트 표면의 골유착 특성을 티타늄 및 3Y-TZP 임플란트와 비교하여 평가하는 것이다.

재료 및 방법. 샌드블라스트 처리된 (Y,Nb)-TZP 임플란트(YNb), 샌드블라스트 및 산부식 처리된 티타늄 임플란트(Ti), 그리고 3D 프린팅 된 평활 표면의 3Y-TZP 임플란트(3Y)가 준비되었다. 각 군 표면의 미세형상은 주사전자현미경과 공초점 레이저 주사 현미경을 이용하여 분석하였다. 총 16마리의 토끼 경골에 임플란트를 식립하였으며, 각각 2주와 6주에 8마리씩 희생하여 평가를 진행하였다. 각 시점 별로 비교 1(Ti vs. YNb)과 비교 2(3Y vs. YNb′) 두가지 실험이 진행되었으며, 각 비교에 4마리의 토끼가 배정되었다. 6주 희생군에는 임플란트 주변 골의 기간별 리모델링을 평가하기 위해 테트라사이클린과 자일레놀 오렌지를 투여하였다. 비탈회 절편을 제작하여 골의 기간별 리모델링 비율(PBR)을 계산하였고, 골드너 삼염색(Goldner’s Trichrome)을 이용한 조직형태계측 분석을 통해 골-임플란트 접촉비율(BIC)과 골면적비율(BA)을 평가하였다. 데이터는 일원배치 분산분석 및 Bonferroni 사후검정, 그리고 Wilcoxon 부호순위 검정을 사용하여 분석하였고, 유의수준은 0.05로 설정하였다.

결과. 표면 분석에서 YNb 임플란트는 가장 높은 Sa 값(2.32 µm)과 중간 수준의 Sdr 값을 나타낸 반면, Ti 그룹은 가장 높은 Sdr 값(303.78%)을 보였고 3Y 그룹은 가장 낮은 거칠기 값을 나타냈다. PBR 값은 YNb 임플란트에서 다소 높게 나타났으나(비교 1: YNb (2.146) vs Ti (2.029); 비교 2: YNb′ (2.717) vs 3Y (2.586)) 통계적 유의성은 없었다. BIC 값은 2주(69.71% vs 60.98%; 71.16% vs 62.92%) 및 6주(92.41% vs 71.44%; 84.63% vs 63.98%) 모두에서 YNb 그룹이 Ti 및 3Y 그룹보다 유의하게 높았으나, BA 값은 그룹 간 유의한 차이를 보이지 않았다.

결론. 샌드블라스트 처리된 (Y,Nb)-TZP 임플란트는 SLA 처리된 티타늄 및 3D 프린팅된 평활표면 3Y-TZP 임플란트보다 우수한 골유착을 보였다. 이는 기존의 연구결과들과 더불어 (Y,Nb-TZP)의 차세대 지르코니아 임플란트 재료로서의 임상적 가능성을 뒷받침한다.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT
• 1. BACKGROUND 1
• 2. INTRODUCTION 7
• 3. MATERIALS and METHODS 10
• 4. RESULTS 24
• 5. DISCUSSION 38
• 6. CONCLUSIONS 45
• PUBLISHED PAPER related to THIS STUDY 46
• REFERENCES 47
• APPENDIX 53
• ABSTRACT (Korean)