Reconstruction of cranial bone defects with fiber-reinforced composite–bioactive glass implants

A cranial bone defect may result after an operative treatment of trauma, infection, vascular insult, or tumor. New biomaterials for cranial bone defect reconstructions are needed for example to mimic the biomechanical properties and structure of cranial bone. A novel glass fiber-reinforced composite implant with bioactive glass particulates (FRC–BG, fiber-reinforced composite–bioactive glass) has osteointegrative potential in a preclinical setting. The aim of the first and second study was to investigate the functionality of a FRC–BG implant in the reconstruction of cranial bone defects. During the years 2007–2014, a prospective clinical trial was conducted in two tertiary level academic institutions (Turku University Hospital and Oulu University Hospital) to evaluate the treatment outcome in 35 patients that underwent a FRC–BG cranioplasty. The treatment outcome was good both in adult and pediatric patients. A number of conventional complications related to cranioplasty were observed. In the third study, a retrospective outcome evaluation of 100 cranioplasty procedures performed in Turku University Hospital between years 2002–2012 was conducted. The experimental fourth study was conducted to test the load-bearing capacity and fracture behavior of FRC–BG implants under static loading. The interconnective bars in the implant structure markedly increased the load-bearing capacity of the implant. A loading test did not demonstrate any protrusions of glass fibers or fiber cut. The fracture type was buckling and delamination. In this study, a postoperative complication requiring a reoperation or removal of the cranioplasty material was observed in one out of five cranioplasty patients. The treatment outcomes of cranioplasty performed with different synthetic materials did not show significant difference when compared with autograft. The FRC–BG implant was demonstrated to be safe and biocompatible biomaterial for large cranial bone defect reconstructions in adult and pediatric patients.

Transmission oflight through individually formed fiber- reinforced composite post (Yksilöllisesti muotoillun kuitukomposiittinastan valonläpäisevyys)

Kuitukomposiitista valmistettuja juurikanavanastoja käytetään apuna, kun restauroidaan juurihoidettuja ja kruunuosastaan runsaasti kudosta menettäneitä hampaita. Kliinisen kestävyyden kannalta on tärkeää että nasta kiinnittyy hampaaseen hyvin. Tarvittavan valomäärän saattaminen valokovetuksella pimeään juurikanavaan on vaikeaa ja sen vuoksi nastojen kiinnittämiseen suositellaan kaksoiskovetteista yhdistelmämuovisementtiä, joka kovettuu vain osittain valolla. Jotta nasta ja sementti polymeroituisivat hyvin, nastan hyvä valonläpäisy- ja sirontakyky olisi eduksi. Tehdasvalmisteisten nastojen valonläpäisykyvyn on todettu heikkenevän niiden pituuden kasvaessa. Yksilöllisesti muotoilluilla kuitukomposiittinastoilla, joilla on osittaislomittaismuoviverkostorakenne (semi-IPN) polymeerimatriisi, on todettu tehdasvalmisteisia kuitunastoja parempi sidos nastan ja yhdistelmämuovisementin välillä. Yksilöllisesti muotoilluilla kuitunastoilla näyttäisi myös olevan hyvä valonjohtamiskyky, mutta lisätutkimuksia tarvitaan. Tässä tutkimuksessa selvitettiin yksilöllisesti muotoillun kuitukomposiittinastan (EverStick Post) ja kahden tehdasvalmisteisen (Relyx Fiber Post ja GC Fiber Post) kuitukomposiittina stan valonläpäisevyyttä sekä pituuden vaikutusta niiden valonläpäisykykyyn laboratorio- olosuhteissa. Tutkimushypoteesi oli, että nastojen valonläpäisykyky heikkenee niiden pidentyessä. Tutkimuksessa kaikista nastatyypeistä valmistettiin eripituisia nastoja (4, 8, 12 ja 16 mm). Nastoille tehtiin samanpituiset testikappaleet muoviputkesta ja polyvinyylisiloksaanista, ja nastat asetettiin niiden sisään. Tämän jälkeen nastoja kovetettiin valokovettimella 10 sekuntia, ja läpi päässyt valo mitattiin MARC Resin Calibrator -laitteella. Kontrollina käytettiin tyhjää testikappaletta ilman nastaa. Keskeiseksi tulokseksi saatiin, että yksilöllisesti muotoillulla kuitukomposiittinastalla oli kaikissa pituusryhmissä muita nastoja merkitsevästi parempi valonläpäisykyky. Tulokset osoittivat myös, että kaikkien nastojen valonläpäisevyys laski merkitsevästi nastan pituuden lisääntyessä aina 12 millimetriin asti. Tulosten perusteella yksilöllisesti muotoillulla kuitukomposiittinastalla on tehdasvalmisteista nastaa parempi valonläpäisykyky. Kuitukomposiittinastojen valonläpäisykyky heikkenee niiden pituuden kasvaessa aiempien tutkimusten mukaisesti. Jatkotutkimuksissa tulisi selvittää, miten valonläpäisevyys ja siroaminen vaikuttavat nastan ja sementin polymeroitumiseen ja siten kliiniseen lopputulokseen.