Emerging titanium surface modifications: The war against polymicrobial infections on dental implants

ABSTRACT

Abstract Dental implants made of titanium (Ti) material is recognized as the leading treatment option for edentulous patients' rehabilitation, showing a high success rate and clinical longevity. However, dental implant surface acts as a platform for microbial adhesion and accumulation once exposed to the oral cavity. Biofilm formation on implant surfaces has been considered the main etiologic factor to induce inflammatory diseases, known as peri-implant mucositis and peri-implantitis; the latter being recognized as the key reason for late dental implant failure. Different factors, such as biofilm matrix production, source of carbohydrate exposure, and cross-kingdom interactions, have encouraged increased microbial accumulation on dental implants, leading to a microbiological community shift from a healthy to a pathogenic state, increasing inflammation and favoring tissue damage. These factors combined with the spatial organization of biofilms, reduced antimicrobial susceptibility, complex microbiological composition, and the irregular topography of implants hamper biofilm control and microbial killing. In spite of the well-known etiology, there is still no consensus regarding the best clinical protocol to control microbial accumulation on dental implant surfaces and treat peri-implant disease. In this sense, different coatings and Ti surface treatments have been proposed in order to reduce microbial loads and control polymicrobial infections on implantable devices. Therefore, this critical review aims to discuss the current evidence on biofilm accumulation on dental implants and central factors related to the pathogenesis process of implant-related infections. Moreover, the potential surface modifications with anti-biofilm properties for dental implant devices is discussed to shed light on further promising strategies to control peri-implantitis.

RESUMO

Resumo Implantes dentários em titânio (Ti) são reconhecidos como principal modalidade terapêutica para a reabilitação oral de pacientes edêntulos, demonstrando uma alta taxa de sucesso e longevidade clínica. No entanto, após inserção no ambiente bucal, os implantes dentários agem como substrato para adesão e acúmulo microbiano. A formação de biofilmes em implantes dentários tem sido considerada o principal fator etiológico para induzir doenças inflamatórias conhecidas como mucosite peri-implantar e peri-implantite, sendo está última reconhecida como principal razão para falha tardia dos implantes dentários. Diferentes fatores têm sido atribuídos por promover o acúmulo microbiano em implantes dentários, levando a uma mudança microbiológica e favorecendo o dano tecidual, como a matriz do biofilme, exposição a carboidratos e interação entre reinos. Esses fatores combinados com a organização espacial de biofilmes, reduzida suscetibilidade microbiana, complexa composição microbiológica e a superfície irregular dos implantes dificultam o controle do biofilme e a morte microbiana. Apesar da etiologia bem conhecida, ainda não há consenso sobre o melhor protocolo clínico para controlar o acúmulo microbiano nas superfícies dos implantes dentários e tratar a doença peri-implantar. Nesse sentido, diferentes coberturas e tratamentos de superfície no Ti têm sido desenvolvidos objetivando a redução dos níveis microbianos e o controle das infecções polimicrobianas em implantes. Portanto, essa revisão crítica objetiva discutir a atual evidência em relação ao acúmulo de biofilmes em implantes dentários e fatores chave relacionados ao processo patogênico das infecções peri-implantares. Além disso, o potencial de alterações de superfícies com propriedades antimicrobianas para implantes dentários é discutido para ressaltar futuras estratégias promissoras no controle da peri-implantite.