Multifunktionaalinen implanttimalli osteokonduktiivisuuden parantamiseksi ja infektioalttiuden vähentämiseksi

Väitöskirja tarkastettiin 20.2.2015 Turun yliopistossa

Experimental studies on composite bone implants with a special reference to Staphylococcal biofilm infections

Vastaväittäjä: Heimo Ylänen, professori, FT, Tampereen teknillinen yliopisto

Kustos: Hannu T. Aro, professori, LT, Turun yliopisto

Esitarkastajat: Juha Tuukkanen, professori, HLT, Oulun yliopisto, Minna Kellomäki, professori, FT, Tampereen teknillinen yliopisto,

Ohjaaja: Hannu T. Aro, professori, LT, Turun yliopisto

Biohajoavista tai biostabiileista polymeereistä valmistetut implantit ovat useissa kirurgisissa toimenpiteissä vaihtoehtoja perinteisille metallisille implanteille. Esimerkkejä ovat tähystyskirurgiassa käytössä olevat biohajoavat ommelankkurit sekä biostabiilit implantit, joita käytetään kalloluun korjauksessa.

Lyhytaikaisissa kliinisissä sovelluksissa biohajoavien implanttien etu verrattuna perinteisiin metallisiin implantteihin on se, että implanttien kirurgista poistamista ei tarvita. Biostabiileista kuitulujitteisista polymeereistä voidaan vuorostaan valmistaa kuormaa kantavia implantteja, joiden mekaaniset ominaisuudet on säädetty luun kanssa samankaltaisiksi, jotta implanttia ympäröivän luun alikuormitus voitaisiin välttää.

Polymeereistä valmistettuihin implantteihin liittyy kuitenkin ratkaisemattomia ongelmia, nimittäin riittämätön kyky muodostaa uudisluuta (osteokonduktiivi- suus) ja stafylokokki-infektion riski. Staphylococcus aureus ja Staphylococcus epidermidis ovat tyypillisiä patogeenejä, jotka aiheuttavat implantteihin liittyviä infektoitumisia. Nämä patogeenit kolonisoivat implantin pintaa ja muodostavat itseään suojelevan kalvon, eli "biofilmin". Sellaisia infektioita on vaikea diagnosoida tai hoitaa.

Tässä väitöskirjassa keskityttiin multifunktionaalista implanttimallia koskevaan tutkimukseen, jossa pyrkimyksenä oli saada parannettua implantin osteokonduktiivisuutta ja samalla vähentää infektioalttiutta. Osteokonduktiivisuutta pyrittiin parantamaan seostamalla β-trikalsiumfosfaatin (β-TCP) partikkeleita biohajoavaan polylaktidiglysidyyliin.

Minisikamallissa todettiin, että β-TCP-partikkeleiden koko ei vaikuttanut implantin kiinnittymiseen luuhun. Biohajoavan polylaktidikaprolaktonin (PLCL) seospolymeerimatriisista valmistetusta implantista vapautuva anabolinen lääkeaine (selektiivinen androgeenimodulaattori, SARM) ei vastoin odotuksia edistänyt paikallista uudisluun muodostumista rotan luuablaatiomallissa.

Väitöskirjassa tutkittiin myös biomateriaaliperäisten infektioiden diagnosointiin ja ehkäisyyn liittyviä asioita. Kehitettiin nimittäin menetelmä, jonka avulla voidaan samanaikaisesti seurata biofilmin ja hydroksiapatiitin muodostumista bio-stabiilin bisfenoli-A-glysidyylidimetakrylaatin, trietyleeniglykolidimetakrylaatin (BisGMA-TEGDMA) ja bioaktiivisen lasin seoksesta valmistetunyhdistelmämateriaalin pinnalla.

Seuraavaksi todettiin, että positroniemissiotomografian (PET) uusi kuvausmerkkiaine pystyy tunnistamaan stafylokokkien (S. epidermidis- ja S. aureus -kannat) aiheuttamat implantti-infektiot. Minisikamallissa osoitettiin, että nanokoon hopeapartikkeleita sisältävä laktoosimodifioitu kitosaani (Chitlac) -pinnoite estää bakteerien kasvun (S. aureus- ja Pseudomonas aeruginosa -kannat) BisGMA-TEGDMA:sta valmistetun implantin pinnalla.

Väitöstutkimus on tehty Turun yliopiston ortopedisessä tutkimusyksikössä.

Verkkojulkaisun osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-6001-9