The Potential of a Dual-Function Coating: Magnesium–Gelatin Infused Antibacterial Agent for Enhancing Osseointegration of Titanium Dental Implants (An In Vitro Study)

Dyah Anindya Widyasrini, Prof. Dr. drg. Widowati Siswomihardjo, MS.; Prof. Lakshman Samaranayake, DSc., FRCPath, DDS (Glas), FDSRCS (Edin), FRACDS, FDSRCPS, FHKCPath, FCDSHK; Prof. Dr. drg. Siti Sunarintyas, M.Kes

2025 | Disertasi | S3 Kedokteran Gigi

Latar Belakang. Kebutuhan masyarakat akan pengganti gigi terus meningkat, sehingga penggunaan implan gigi titanium semakin banyak. Implan ini dikenal memiliki tingkat keberhasilan yang tinggi dan harga yang cukup terjangkau. Namun, keberhasilan jangka panjang implan bergantung pada proses penyatuan tulang (osseointegrasi) yang dapat terganggu oleh pembentukan lapisan bakteri (biofilm) di permukaannya. Untuk mengatasi hal tersebut, dilakukan penelitian terhadap pelapisan permukaan implan dengan bahan magnesium yang memiliki sifat merangsang pertumbuhan tulang dan antibakteri, serta gelatin yang membantu memperlambat degradasi magnesium dan mendukung proses pembentukan tulang.

Tujuan. Mengevaluasi kemampuan pelapisan nano-Mg(OH)?–gelatin dalam meningkatkan osseointegrasi dan efek antibakteri pada implan gigi titanium.

Metode. Penelitian in vitro ini terdiri dari dua tahap. Tahap pertama adalah pelapisan plat titanium murni berukuran 1x1 cm dengan metode electrospinning. Tahap kedua adalah pengujian in vitro di laboratorium. Sampel dibagi menjadi empat kelompok berdasarkan konsentrasi pelapis: 0% (kontrol), 4%, 6%, dan 8%. Pengujian meliputi pelepasan ion magnesium, sudut kontak, proliferasi sel, aktivitas enzim alkaline phosphatase (ALP), dan efek antibakteri. Ketebalan dan morfologi pelapis dianalisis menggunakan mikroskop SEM, dan data dianalisis secara statistik dengan ANAVA atau ANAVA dua arah (p=0,05). Efek antibakteri diuji terhadap bakteri S. mutans dan S. sanguinis, serta dicari konsentrasi magnesium yang paling aman dan efektif.

Hasil. SEM menunjukkan pelapis terbentuk merata dengan pola menyerupai jaring laba-laba dan ketebalan sekitar 110–120 µm. Pelepasan ion magnesium tertinggi terjadi pada 24 jam pertama dan menurun secara bertahap hingga 240 jam. Semakin tinggi kadar magnesium, semakin baik daya serap air permukaan, dengan hasil terbaik pada konsentrasi 6%. Pertumbuhan sel tulang MC3T3-E1 meningkat seiring peningkatan konsentrasi pelapis, dengan 8% menunjukkan pertumbuhan tertinggi, sementara aktivitas ALP paling tinggi pada konsentrasi 6%. Jumlah koloni bakteri S. mutans dan S. sanguinis juga menurun paling banyak pada kelompok 6%, menandakan kemampuan antibakteri yang optimal.

Kesimpulan. Pelapis nano-Mg(OH)?–gelatin, khususnya pada konsentrasi 6%, terbukti mampu meningkatkan aktivitas biologis permukaan titanium secara in vitro, baik dari sisi osseointegrasi maupun kemampuan antibakterinya.

Background. The increasing demand for tooth replacement has led to a rise in the use of titanium dental implants, renowned for their high success rate and affordability. Long-term implant stability of these implants relies on successful osseointegration, which can be hindered by biofilm formation on their surfaces. To address this, a coating strategy was evaluated that combines magnesium—known for its bone-regenerative and antibacterial properties—with gelatin which helps to slow magnesium degradation and supports bone growth.

Aim. To evaluate osseointegrative and antibacterial activity of nano-Mg(OH)2 – gelatin as a titanium dental implant coating material.

Method. This in vitro study comprised two phases: In the first phase 1x1 cm pure titanium plates were electrospun-coated for the second phase, in vitro testing. Samples were divided into four groups 0% (control), 4%, 6%, and 8% nano-Mg(OH)? - gelatin coating, and evaluated for Mg ion release, hydrophilicity by contact angle measurement, cell proliferation, alkaline phosphatase (ALP) activity, and antibacterial activity. Coating thickness and morphology were examined via SEM; Ratio scaled data were further analyzed statistically using ANOVA or two-way ANOVA (p=0.05). The antibacterial effect of the preparation was evaluated against S. mutans and S. sanguinis and the optimal biologically compatible concentration of Mg(OH)2 was evaluated.

Result. SEM analysis revealed a uniform, spiderweb-like implant coating of the preparation of ~110–120 µm thickness. Mg ion release showed an initial burst, peaking at 24 hours and tapering off by 240 hours. Hydrophilicity improved with increasing Mg content, with 6% showing optimal wettability. MC3T3-E1 cell proliferation improved as the concentration of nano-Mg(OH)?–gelatin coating increased, with 8% providing the highest level of support, while 6% enhanced ALP activity. Additionally, the reduction in S. mutans and S. sanguinis colonies suggested that 6% concentration of the coating preparation offered optimal antibacterial efficacy.

Conclusion. The nano-Mg(OH)?–gelatin coating, especially at 6% concentration, significantly enhances the bioactivity of the Ti surface in vitro. 

Kata Kunci : nano-magnesium hydroxide, coating system, osseointegration, antibacteria