Evaluation of the Biocompatibility of Poly (ortho ester), Copolymer of ε-caprolactone/D,L-lactide and the Composite of Copolymer of ε-caprolactone/D,L-lactide and Tricalciumphosphate as Bone Filling Material

The purpose of this series of studies was to evaluate the biocompatibility of poly (ortho) ester (POE), copolymer of ε-caprolactone and D,L-lactide [P (ε-CL/DL-LA)] and the composite of P(ε-CL/DL-LA) and tricalciumphosphate (TCP) as bone filling material in bone defects. Tissue reactions and resorption times of two solid POE-implants (POE 140 and POE 46) with different methods of sterilization (gamma- and ethylene oxide sterilization), P(ε-CL/DL-LA)(40/60 w/w) in paste form and 50/50 w/w composite of 40/60 w/w P(ε-CL/DL-LA) and TCP and 27/73 w/w composite of 60/40 w/w P(ε-CL/DL-LA) and TCP were examined in experimental animals. The follow-up times were from one week to 52 weeks. The bone samples were evaluated histologically and the soft tissue samples histologically, immunohistochemically and electronmicroscopically. The results showed that the resorption time of gamma sterilized POE 140 was eight weeks and ethylene oxide sterilized POE 140 13 weeks in bone. The resorption time of POE 46 was more than 24 weeks. The gamma sterilized rods started to erode from the surface faster than ethylene oxide sterilized rods for both POEs. Inflammation in bone was from slight to moderate with POE 140 and moderate with POE 46. No highly fluorescent layer of tenascin or fibronectin was found in the soft tissue. Bone healing at the sites of implantation was slower than at control sites with the copolymer in small bone defects. The resorption time for the copolymer was over one year. Inflammation in bone was mostly moderate. Bone healing at the sites of implantation was also slower than at the control sites with the composite in small and large mandibular bone defects. Bone formation had ceased at both sites by the end of follow-up in large mandibular bone defects. The ultrastructure of the connective tissue was normal during the period of observation. It can be concluded that the method of sterilization influenced the resorption time of both POEs. Gamma sterilized POE 140 could have been suitable material for filling small bone defects, whereas the degradation times of solid EO-sterilized POE 140 and POE 46 were too slow to be considered as bone filling material. Solid material is difficult to contour, which can be considered as a disadvantage. The composites were excellent to handle, but the degradation time of the polymer and the composites were too slow. Therefore, the copolymer and the composite can not be recommended as bone filling material.

Tutkimuksen tausta Kasvojen ja leukojen alueella luupuutoksia voi syntyä trauman, tulehdusten ja synnynnäisten epämuodostumien seurauksena. Kasvainten poiston jälkeen tarvitaan myös luuta korvaamaan menetettyä kudosta. Luuta voidaan menettää myös hampaiden kiinnityskudossairauksissa sekä hampaiden poistojen seurauksena. Nykyisin luupuutosten korvaamiseen käytetään potilaan omaa luuta, toisesta henkilöstä saatua luuta tai erilaisia luuta korvaavia materiaaleja. Suu- ja leukakirurgiassa käytetään useimmiten potilaan omaa luuta korvaamaan kudospuutosta. Luusiirteitä voidaan ottaa luuston eri kohdista mm. suoliluusta, kylkiluusta, sääriluusta sekä ala- tai yläleuasta. Lisäksi voidaan käyttää erilaisia vieraan henkilön luusta valmistettuja luuvalmisteita sekä kalsiumfosfaattiyhdisteitä, bioaktiivista lasia sekä erilaisia polymeerejä. Henkilön omaa luuta käytettäessä vaatii kirurginen toimenpide enemmän aikaa ja saattaa aiheuttaa luovutuskohdan kipua. Seurauksena voi olla myös hermovaurio. Luusiirteen koko saattaa myös pienentyä merkittävästi asettamisen jälkeen. Kalsiumfosfaattiyhdisteiden, bioaktiivisen lasin ja erilaisten polymeerien käsiteltävyys on joskus hankalaa eivätkä ne ole yhtä hyviä luuta korvaavina materiaaleina kuin potilaan oma luu. Tämän vuoksi on luuta korvaavien materiaalien kehittäminen tärkeää. Näillä on tiettyjä etuja verrattuna henkilön omaan luusiirteeseen. Materiaalin saatavuus ei ole rajoitettu, valmiste on heti käyttövalmiina ja potilas välttää toisen leikkauskohdan kivun ja epämukavuuden. Tällä tavoin saavutetaan myös kustannussäästöjä. Elimistössä hajoavia polymeerejä on kehitetty jo yli 30 vuoden ajan. Niitä voidaan käyttää silloin, kun elimistössä tarvitaan väliaikaisesti keinotekoista materiaalia korvaamaan, lisäämään tai tukemaan omaa kudosta. Kudoksen parantuessa hajoaa elimistölle vieras materiaali ja korvautuu vähitellen omalla kudoksella. Elimistölle vieras materiaali aiheuttaa kuitenkin aina kudosreaktion, joka tulisi tarkasti määrittää ennen materiaalin käyttämistä luun korvikkeena. Tutkimuksen tavoite Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida kahden elimistössä hajoavan polymeerin sopivuutta luupuutosten täyttömateriaaliksi. Tehdyssä työssä tutkittiin näiden polymeerien aiheuttamia kudosreaktioita ja hajoamisaikaa. Menetelmät Koemateriaaleina käytettiin kahta erilaista polymeeria. Ensimmäinen polymeeri oli kiinteä poly (orto esteri) (POE 140 ja POE 46), joka oli steriloitu kahdella eri menetelmällä (gamma- ja etyleenioksidisterilointi). Toinen polymeeri oli tahnamainen ε-kaprolaktoni/laktidi-kopolymeeri, joko sellaisenaan tai seostettuna trikalsiumfosfaatilla (komposiitti). Komposiitissa A oli kopolymeerin ja trikalsiumfosfaatin suhde 50:50 ja komposiitissa B 27:73. Tutkimus suoritettiin koe-eläinmalleilla. Luunäytteet tutkittiin histologisesti ja radiologisesti ja pehmytkudosnäytteet histologisesti, immunohistokemiallisesti sekä elektronimikroskooppisesti. Tulokset POE 140 aiheutti lievästä kohtalaiseen tulehdusreaktion luussa ja sen hajoamisaika oli kahdeksan viikkoa gammasteriloiduilla polymeerilla ja 13 viikkoa etyleenioksidisteriloidulla polymeerilla. POE 46 aiheutti kohtalaisen tulehdusreaktion luussa ja sen hajoamisaika oli yli 24 viikkoa. Gammasteriloitu POE hajosi nopeammin kuin etyleenioksidisteriloitu POE. Kopolymeeri ja komposiitit aiheuttivat kohtalaisen tulehduksen luukudoksessa. Kopolymeerin ja komposiitti B:n hajoamisaika oli yli vuoden ja komposiitti A:n hajoamisaika oli yli neljä kuukautta. Kaikki tutkitut polymeerit ja komposiitit aiheuttivat ns. vierasesinereaktion. Solunulkopuolisten glykoproteiinien, tenaskiinin ja fibronektiinin esiintyvyys todettiin suhteellisen alhaiseksi. Elektonimikroskooppisesti arvioituna oli sidekudoksen rakenne normaali. Johtopäätökset Kiinteä gammasteriloitu POE 140 voisi sopia luudefektien täyttömateriaaliksi lyhyen hajoamisajan ja sen aiheuttaman lievän/kohtalaisen tulehdusreaktion vuoksi. Kiinteä materiaali oli kuitenkin hankala käsitellä ja asettaa luupuutosalueelle. Kopolymeerin hajoamisaika oli liian pitkä ja käsiteltävyys huono. Molemmat komposiitit olivat helppoja käsitellä. Niiden hajoamisaika oli kuitenkin liian pitkä sekä luussa että pehmytkudoksessa. Komposiitit aiheuttivat kohtalaisen tulehdusreaktion luussa. Kopolymeeriä tai komposiitteja ei voi suositella luupuutosten täyttömateriaaleiksi.Tulevaisuudessa elimistössä hajoavien ja ei-hajoavien polymeerien kehittyminen sekä kantasoluhoidot avaavat täysin uusia mahdollisuuksia leukojen alueen luupuutosten hoitoon.