《BIOMATERIALS RESEARCH》：In Vitro and In Vivo Evaluation of Yttria–Niobia-Stabilized Zirconia Sandblasted Surface at Bone–Implant Interface with 3-Dimensional Visualization via Advanced Hard Tissue Clearing
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钛因其优异的生物相容性和骨整合能力被广泛认为是牙科种植体的“金标准”。然而，它受到金属过敏可能性、美学问题（如通过薄牙龈可见的灰色变色）以及腐蚀风险的限制。为克服这些限制，无金属种植体材料，特别是氧化钇-氧化铌稳定四方氧化锆多晶体((Y,Nb)-TZP)，引起
钛因其优异的生物相容性和骨整合能力被广泛认为是牙科种植体的“金标准”。然而，它受到金属过敏可能性、美学问题（如通过薄牙龈可见的灰色变色）以及腐蚀风险的限制。为克服这些限制，无金属种植体材料，特别是氧化钇-氧化铌稳定四方氧化锆多晶体((Y,Nb)-TZP)，引起了越来越多的关注。氧化锆因其优势而闻名，包括有前景的力学性能、生物相容性、美学和减少细菌粘附。尽管有这些发现，但关于喷砂大颗粒酸蚀(SLA)钛和(Y,Nb)-TZP的比较研究有限。本研究旨在使用三维评价比较喷砂(Y,Nb)-TZP种植体与常规SLA钛种植体的体外成骨潜能和体内骨整合。尽管表面粗糙度显著较低，(Y,Nb)-TZP种植体表现出与SLA钛相当的体外和体内结果。在(Y,Nb)-TZP上观察到早期细胞附着和铺展，而碱性磷酸酶(ALP)活性和晚期成骨基因表达在两组中随时间增加，无组间差异。在体内实验中，骨-种植体接触(BIC)、骨面积(BA)和动态骨重塑指数未观察到显著的组间差异。基于三维的分析揭示了相似的总体骨重塑体积，但种植体螺纹周围新骨的空间分布不同，为皮质下种植体周围骨区域提供了额外的见解。研究人员总结，喷砂(Y,Nb)-TZP种植体表现出与SLA钛种植体相当的成骨潜能和骨整合，支持(Y,Nb)-TZP作为替代种植体材料的潜在临床适用性。
**研究背景与目的**
钛因其优异的生物相容性和骨整合能力被公认为牙科种植体的“金标准”。然而，钛种植体存在金属过敏风险、美学缺陷（如薄牙龈透出灰色变色）及腐蚀隐患等局限。为克服这些不足，无金属种植体材料，特别是氧化钇-氧化铌稳定四方氧化锆多晶体((Y,Nb)-TZP)，因兼具良好的力学性能、生物相容性、美学效果及低细菌粘附性而受到关注。然而，关于喷砂大颗粒酸蚀(SLA)钛与(Y,Nb)-TZP的系统比较研究仍有限。本研究旨在通过三维评价，系统比较喷砂(Y,Nb)-TZP种植体与常规SLA钛种植体的体外成骨潜能及体内骨整合效果，以评估其作为替代材料的潜在临床适用性。该论文发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》。
**主要技术方法**
本研究采用以下关键技术：1) 表面表征：利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和能量色散X射线光谱(EDS)分析SLA钛与(Y,Nb)-TZP的表面形貌、粗糙度(Sa)及元素组成。2) 体外细胞实验：使用MC3T3-E1小鼠前成骨细胞系，通过荧光染色和CLSM评估细胞附着与铺展，利用MTT法检测增殖，通过碱性磷酸酶(ALP)活性测定评估成骨分化，采用逆转录定量实时聚合酶链反应(RT-qPCR)分析成骨标志基因（ALP、COL1A1、OCN、RUNX2）表达。3) 体内动物实验：在6只新西兰白兔的胫骨中植入SLA钛和(Y,Nb)-TZP种植体，采用分口设计以最小化位置偏倚。通过组织形态计量学分析骨-种植体接触(BIC)和骨面积(BA)，并利用四环素和二甲酚橙序贯荧光标记评估动态骨重塑参数（矿物质沉积率MAR、矿化表面比MS/BS、骨形成率BFR/BS）。4) 三维可视化：采用聚乙二醇相关溶剂系统(PEGASOS)硬组织透明化技术处理样本，结合光片荧光显微镜(LSFM)成像和Imaris软件进行三维重建，定量分析种植体周围骨体积及荧光标记骨的空间分布。
**研究结果**
1. **Surface roughness and characteristics**：SEM显示SLA钛呈典型微孔蜂窝状结构，(Y,Nb)-TZP呈不规则颗粒状。CLSM定量表明(Y,Nb)-TZP的表面粗糙度(1.0–1.6 μm)显著低于SLA钛(2.0–2.4 μm)。EDS证实SLA钛以Ti为主，(Y,Nb)-TZP以Zr、Y和Nb为主。
2. **Cell attachment**：CLSM图像显示，第1天(Y,Nb)-TZP组细胞附着数和铺展面积均显著高于SLA钛组；第3天细胞铺展面积仍显著更大，但细胞数无差异；第5天SLA钛组细胞数更高，铺展面积无组间差异。
3. **Cell proliferation and osteoblastic differentiation**：MTT分析显示，两组细胞活力均随时间增加，第5天(Y,Nb)-TZP组的MTT值显著更高。ALP活性在两组中均随时间显著增加，但组间无显著差异。
4. **RT-qPCR**：成骨基因ALP和OCN表达在两组中随时间增加，无组间差异；COL1A1和RUNX2表达在两组中随时间下降，其中(Y,Nb)-TZP组COL1A1在第14天显著低于SLA钛组，但其他基因无组间差异。
5. **Histomorphometry and fluorescence**：组织形态计量显示，2周和6周时BIC和BA在两组均显著增加，但组间无差异。荧光标记分析显示，MAR、MS/BS和BFR/BS在两组间无显著差异。
6. **Three-dimensional-based analysis**：基于PEGASOS的三维可视化显示，(Y,Nb)-TZP种植体周围荧光信号呈局灶性聚集，而SLA钛呈断续薄长状。三维定量分析表明，两组在四环素标记（2周）和二甲酚橙标记（4周）的骨体积及总荧光骨体积上无显著差异，但新骨空间分布不同。
**讨论与结论**
讨论部分指出，(Y,Nb)-TZP尽管表面粗糙度较低，仍展现出与SLA钛相当的体外成骨潜能和体内骨整合能力。喷砂处理产生的适度粗糙度（约1–1.6 μm）有利于细胞附着和功能。三维可视化揭示了(Y,Nb)-TZP特有的激光诱导荧光信号，需在陶瓷种植体荧光分析中谨慎解读。局限性包括：未进行先验功效分析、样本量较小、脱钙步骤省略影响了皮质骨细节、不同取材流程的宏观结构差异未标准化。本研究结论：新型(Y,Nb)-TZP种植体表现出与临床成熟的SLA钛相当的生物相容性和骨整合能力。三维硬组织透明化分析提供了传统方法无法获取的额外信息。这些发现支持(Y,Nb)-TZP在种植体周围骨重塑中的显著潜力，并突显三维分析在评估种植体-骨相互作用中的价值，超越了常规二维评估。
