Risposta biologica in diverse superfici implantari irradiate con laser Nano-YAG

Purpose of the study: the use of lasers in the treatment of peri-implatitis has been proposed for its ability to decontaminate implant surfaces; several studies in the literature have demonstrated excellent decontamination rates with the most used devices. In addition to these properties, it is also critical to consider the characteristics of implant surfaces following laser irradiation and the resulting biological response to ensure the biocompatibility of the surface following treatment. Indeed, cell behavior is strongly influenced by surface properties, including composition, roughness, and morphology. Some studies have shown excellent decontamination ability by nano-pulsed Nd:YAG laser without causing significant surface alterations, however, there are no data in the literature regarding the effects of this laser treatment on the biological response of titanium surfaces. Therefore, the purpose of this study was to evaluate the effects of nano-pulsed Nd:YAG laser (NanoYAG) irradiation on the biocompatibility of different titanium surfaces. Materials and methods: 8 titanium discs with a smooth machined surface and 8 with a rough sandblasted and acid etched surface were treated with the Nano YAG laser with a frequency of 20,000 Hz, a power of 1.2 W, and a pulse duration of 4 ns. We used as a control groups 8 smooth and 8 rough discs wich were not treated. In order to study the biocompatibility, an ASC52hTERT (adipose-derived stem cells) cell line was used and its proliferation on the different surfaces was assessed by a cell viability assay (CellTiter-Glo® 3D Cell Viability Assay) at 24h, 72h and 6 days. A scanning electron microscope (SEM) was used to analyze the surface microscopic characteristics on one treated and one untreated disc for each surface. Results: the treatment with Nano YAG laser doesn’t change in a significant way the cell viability between the test and control groups at 24h and 72h for both surfaces; whereas, at 6 days, there was a statistically significant difference in the reduction of cell proliferation for the treated smooth disks group compared to the untreated smooth disks group. Images acquired with the scanning electron microscope show laser-induced alterations on the smooth surfaces, identifiable as areas of fusion and micro-cracks, while no significant alterations were evident on the rough surfaces. Conclusions: Whitin the limits of this study, it can be concluded that Nano YAG laser irradiation, with the parameters used in this study, does not significantly cause an alteration in the biocompatibility of rough titanium surfaces. However, the difference in viability recorded at 6 days and the alterations induced on the smooth surface, don’t allow us to define with certainty the total absence of adverse effects of the laser.

Introduzione e scopo dello studio: l’utilizzo del laser nel trattamento delle perimplatiti è stato proposto per le sue capacità di decontaminazione delle superfici implantari; diversi studi in letteratura hanno dimostrato ottime percentuali di decontaminazione da parte degli apparecchi maggiormente utilizzati. Oltre a queste proprietà, è anche fondamentale considerare le caratteristiche delle superfici implantari in seguito all’irradiazione con laser e la conseguente risposta biologica, per assicurare la biocompatibilità della superficie in seguito al trattamento. Il comportamento cellulare, infatti, è fortemente influenzato dalle proprietà della superficie, tra cui composizione, rugosità e morfologia. Alcuni studi hanno dimostrato un’ottima capacità di decontaminazione da parte del laser Nd:YAG a nanoimpulsi senza causare alterazioni di superficie significative, in letteratura però non sono presenti dati relativi agli effetti del trattamento con questo tipo di laser sulla risposta biologica delle superfici in titanio. Pertanto, lo scopo di questo studio è stato quello di valutare gli effetti dell'irradiazione con laser Nd:YAG a nanoimpulsi (NanoYAG) sulla biocompatibilità di diverse superfici in titanio. Meteriali e metodi: 8 dischetti in titanio con superficie liscia macchinata e 8 con superficie rugosa sabbiata e mordenzata sono stati trattati con il laser Nano YAG con una frequenza di 20.000 Hz, una potenza di 1,2 W e una durata d’impulso di 4 ns. 8 dischetti lisci e 8 rugosi non sono stati trattati e sono stati utilizzati come gruppi di controllo. Per studiare la biocompatibilità è stata utilizzata una linea cellulare ASC52hTERT (adipose-derived stem cells) e ne è stata valutata la proliferazione sulle diverse superfici mediante un test della vitalità cellulare (CellTiter-Glo® 3D Cell Viability Assay) a 24h, 72h e 6 giorni. Per analizzare le caratteristiche microscopiche di superficie è stato utilizzato un microscopio a scansione elettronica (SEM) su un dischetto trattato e uno non trattato rispettivamente per ogni superficie. Risultati: il trattamento con laser Nano YAG non provoca cambiamenti significativi di vitalità cellulare tra i gruppi di test e i gruppi di controllo a 24h e a 72h per entrambe le superfici; mentre, a 6 giorni, è risultata una differenza statisticamente significativa di riduzione della proliferazione cellulare per il gruppo dei dischetti lisci trattati rispetto al gruppo dei dischetti lisci non trattati. Le immagini acquisite con il microscopio a scansione elettronica mostrano delle alterazioni indotte dal laser sulle superfici lisce, identificabili come zone di fusione e micro-incrinature, mentre sulle superfici rugose non si sono evidenziate alterazioni significative. Conclusioni: Pur conoscendo i limiti di questo studio, si può concludere che l'irradiazione con laser Nano YAG, per i parametri utilizzati in questo studio, non provoca in maniera significativa un’alterazione della biocompatibilità delle superfici in titanio rugose. Tuttavia, la differenza di vitalità registrata a 6 giorni e le alterazioni indotte sulla superficie liscia, non permettono di definire con certezza la totale assenza di effetti avversi del laser.