Bioabsorbable materials for osteosynthesis and small joint arthroplasty in the hand

Fractures and arthritic joint destruction are common in the hand. A reliable and stable fracture fixation can be achieved by metal implants, which however, become unnecessary or even harmful after consolidation. The silicone implant arthroplasty is the current method of choice for reconstruction of metacarpophalangeal joints in rheumatoid patients. However, the outcome tends to worsen with long-term follow-up and implant-related complications become frequent. To address these problems, bioabsorbable implants were designed for the hand area. Aims of the studies were: 1) to evaluate the biomechanical stabilities provided by self- reinforced (SR) bioabsorbable implants in a transverse and an oblique osteotomy of small tubular bones and to compare them with those provided by metal implants; 2) to evaluate the SR poly-L/DL-lactide 70/30 plate for osteosynthesis in a proof-of-principle type of experiment in three cases of hand injuries; and 3) to evaluate the poly-L/D-lactide (PLA) 96/4 joint scaffold, a composite joint implant with a supplementary intramedullary Polyactive® stem and Swanson silicone implant in an experimental small joint arthroplasty model. Methods used were: 1) 112 fresh frozen human cadaver and 160 pig metacarpal bones osteotomised transversally or obliquely, respectively, and tested ex vivo in three point bending and in torsion; 2) three patient cases of complex hand injuries; and 3) the fifth metacarpophalangeal joints reconstructed in 18 skeletally-mature minipigs and studied radiologically and histologically. The initial fixation stabilities provided by bioabsorbable implants in the tubular bones of the hand were comparable with currently-employed metal fixation techniques, and were sufficient for fracture stabilisation in three preliminary cases in the hand. However, in torsion the stabilities provided by bioabsorbable implants were lower than that provided by metal counterparts. The bioabsorbable plate enhanced the bending stability for the bioabsorbable fixation construct. PLA 96/4 joint scaffolds demonstrated good biocompatibility and enabled fibrous tissue in-growth in situ. After scaffold degradation, a functional, stable pseudarthrosis with dense fibrous connective tissue was formed. However, the supplementary Polyactive® stem caused a deleterious tissue reaction and therefore the stem can not be applied to the composite joint implant. The bioabsorbable implants have potential for use in clinical hand surgery, but have to await validation in clinical patient series and controlled trials.

Kädessä murtumat ja nivelrikko ovat yleisiä. Murtumahoidossa metallisilla kiinnittimillä saavutetaan stabiili ja luotettava kiinnitys. Metalliset kiinnittimet aiheuttavat kuitenkin kädessä myöhäisongelmia kuten jänneärsytystä, ja ne joudutaan usein poistamaan uudessa toimenpiteessä. Käden tuhoutuneet nivelet voidaan korvata erilaisilla menetelmillä, kuten jännesykeröllä tai erilaisilla proteeseilla. Sormen tyvi- eli rystysnivelissä silikoniproteesit aiheuttavat usein luukatoa ja vierasesinereaktioita, ja suuri osa niistä rikkoutuu ajan kuluessa. Väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli kehittää elimistössä liukenevia implantteja käden alueelle. Näin voidaan ehkäistä implanttien aiheuttamia pitkäaikaiskomplikaatiota, koska elimistöön ei jää pysyvää vierasta materiaalia. Väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin maitohappopolymeeri- eli polylaktidipohjaisia biohajoavia sauvoja, ruuveja ja minilevyjä käden murtumakiinnitykseen. Tutkimuksessa verrattiin niillä saavutettavaa kiinnitysstabiliteettia perinteisiin metallisiin kiinnitysmenetelmiin. Tutkimus osoitti, että itselujittuneilla biohajoavilla kiinnittimillä saavutetaan metallisiin kiinnittimiin verrattava alkustabiliteetti. Biohajoavien kiinnitysmetelmien kiertolujuus oli kuitenkin heikompi kun vastaavilla metallisilla implanteilla. Biohajoavat levyt lisäsivät kiinnityksen taivutuslujuutta. Kehitettyjä biohajoavia minilevyjä käytettiin menestyksellisesti käden murtumakiinnitykseen pienessä potilassarjassa. Liukenevat niveltyynyt ovat uusi Suomessa kehitetty menetelmä käden nivelten muovauksessa. Polylaktidista (PLA 96/4) valmistettuja niveltyynyjä on käytetty reumaatikkojen rystysnivelten muovauksessa vuodesta 1997 lähtien lupaavin tuloksin. Väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin kokeellisessa mallissa PLA 96/4 -niveltyynyn mikroskooppista rakennetta elimistössä, liukenemista ja muovatun nivelen uudiskasvua. Niveltyynyn osoitettiin ohjaavan ympäröivän sidekudoksen kasvua. Niveltyynyyn kasvanut sidekudos tiivistyi tyynyn liukenemisen myötä. Lopulta niveltyyny korvautui kokonaan potilaan omalla kudoksella ja paikalle muodostui tiivis sidekudoksinen valenivel. Kudosyhteensopivuus PLA 96/4 -niveltyynyllä oli hyvä eikä merkittäviä tulehduksellisia kudosreaktioita tai luukatoa todettu implantin ympärillä. Muokkasimme tutkimuksessa liukenevaa niveltyynyä lisäämällä implanttiin Polyactive®-varsiosan, mutta Polyactive®-varsi aiheutti voimakkaan vierasesinereaktion ja luukadon eikä Polyactive®-varsi näin ollen sovellu kliiniseen käyttöön.