Organisational Buying Decision Process for Biodegradable Implants

Työn tavoitteena oli selvittää organisaation ostopäätösprosessi, kun tuotteina ovat biohajoavat kasvo- ja kallokirurgian implantit. Ensin selvitettiin biohajoavien implanttien markkinapotentiaalia, biohajoavien materiaalien lisäksi implanttien valmistuksessa käytettäviä muita materiaaleja sekä implanteilta vaadittavia ominaisuuksia kirjallisuuden ja internetin sekä asiantuntijahaastatteluiden avulla. Kirjallisuuden avulla selvitettiin myös organisaatioiden ostopäätösprosessien yleisiä piirteitä ja vaiheita. Biohajoavien kasvo- ja kallokirurgian implanttien ostopäätösprosessia tutkittiin kirjallisen kyselytutkimuksen avulla, joka oli suunnattu alan asiantuntijoille Euroopassa, Yhdysvalloissa sekä Kanadassa. Tutkimuksessa selvitettiin mm. tärkeimpiä käytettävien implanttien materiaalivalintaan vaikuttavia kriteereitä, ostopäätösprosessiin osallistuvia organisaation jäseniä, sekä heidän roolejaan päätöksenteossa, implantteja koskevan informaation etsintää sekä ostopäätösprosessin vaiheita. Kirjallisuudesta, internetistä, asiantuntijahaastatteluista ja kyselytutkimuksesta saatu tieto koottiin vuokaaviomalliksi, joka kuvaa kasvo- ja kallokirurgian implanttien ostopäätösprosessia organisaatioissa. Lopuksi esitettiin myös ehdotuksia markkinointisuunnitelmaan sekä jatkotutkimusehdotukset.

Development of porous glass-fiber reinforced composite for bone implants. Evaluation of antimicrobial effect and implant fixation

Cranial bone reconstructions are necessary for correcting large skull bone defects due to trauma, tumors, infections and craniotomies. Traditional synthetic implant materials include solid or mesh titanium, various plastics and ceramics. Recently, biostable glass-fiber reinforced composites (FRC), which are based on bifunctional methacrylate resin, were introduced as novel implant solution. FRCs were originally developed and clinically used in dental applications. As a result of further in vitro and in vivo testing, these composites were also approved for clinical use in cranial surgery. To date, reconstructions of large bone defects were performed in 35 patients. This thesis is dedicated to the development of a novel FRC-based implant for cranial reconstructions. The proposed multi-component implant consists of three main parts: (i) porous FRC structure; (ii) bioactive glass granules embedded between FRC layers and (iii) a silver-polysaccharide nanocomposite coating. The porosity of the FRC structure should allow bone ingrowth. Bioactive glass as an osteopromotive material is expected to stimulate the formation of new bone. The polysaccharide coating is expected to prevent bacterial colonization of the implant. The FRC implants developed in this study are based on the porous network of randomly-oriented E-glass fibers bound together by non-resorbable photopolymerizable methacrylate resin. These structures had a total porosity of 10–70 volume %, of which > 70% were open pores. The pore sizes > 100 μm were in the biologically-relevant range (50-400 μm), which is essential for vascularization and bone ingrowth. Bone ingrowth into these structures was simulated by imbedding of porous FRC specimens in gypsum. Results of push-out tests indicated the increase in the shear strength and fracture toughness of the interface with the increase in the total porosity of FRC specimens. The osteopromotive effect of bioactive glass is based on its dissolution in the physiological environment. Here, calcium and phosphate ions, released from the glass, precipitated on the glass surface and its proximity (the FRC) and formed bone-like apatite. The biomineralization of the FRC structure, due to the bioactive glass reactions, was studied in Simulated Body Fluid (SBF) in static and dynamic conditions. An antimicrobial, non-cytotoxic polysaccharide coating, containing silver nanoparticles, was obtained through strong electrostatic interactions with the surface of FRC. In in vitro conditions the lactose-modified chitosan (chitlac) coating showed no signs of degradation within seven days of exposure to lysozyme or one day to hydrogen peroxide (H2O2). The antimicrobial efficacy of the coating was tested against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The contact-active coating had an excellent short time antimicrobial effect. The coating neither affected the initial adhesion of microorganisms to the implant surface nor the biofilm formation after 24 h and 72 h of incubation. Silver ions released to the aqueous environment led to a reduction of bacterial growth in the culture medium.

Mini-UAV:n käyttö lentotukikohdan valvonnassa

Mini-UAV on miehittämätön pienoisilma-alus, joka tarjoaa käyttäjälleen mahdollisuuden reaaliaikaiseen tilannekuvaan, laajojen vastuualueiden valvontakykyyn ja iskun jälkeiseen tiedusteluun. Pienen kokonsa puolesta järjestelmä kulkee joukkojen mukana valvontatehtä-vällä ja se on helppo lähettää suorittamaan tehtävää laukaisukatapultilta tai kädestä. Mini-UAV:n modulaarinen rakenne mahdollistaa vaurioituneiden osien nopean huollon sekä pa-rantaa taistelunkestävyyttä. Sensorit luovat valvonta- ja tiedustelukyvyn rungon, sillä lennokki itsessään on vain lavetti, joka kuljettaa sensorit valvottavan kohteen ylle. Videokameralla varustetut päiväsensorit pystyvät havaitsemaan kohteen ja seuraamaan sitä reaaliajassa. Yösensoreissa käytettävät valonvahvistimet mahdollistavat operoinnin hämärällä ja yöaikana. Sensoreissa voidaan hyödyntää myös lämpökameraa, joka mahdollistaa kohteiden havaitsemisen peitteisestä maastosta. Lentotukikohdan toimintaympäristö luo laajuudellaan ja peitteisyydellään haasteita valvon-taa suorittaville toimijoille. Laajaa ja vaikeakulkuista aluetta ei pystytä valvomaan aukot-tomasti, vaan pyritään estämään vapaa kulku alueella. Erikoisjoukkouhka luo lentotukikoh-dalle haasteita, jotka tulee kiistää tehokkaalla valvonnalla. Lentotukikohdan kriittisten koh-teiden maalittamisen perusteella iskut toteutetaan ilmalavetin toimittamana asekuormana tai risteilyohjuksin. Toimintaympäristö luo haasteita mini-UAV:n toiminnalle. Peitteinen maasto hankaloittaa valvontaa ja mahdollistaa erikoisjoukkojen oman toiminnan salaamisen. Kesän ja talven ai-kana vallitsevat huonon lentosään olosuhteet rajoittavat lennokilla suoritettavaa tiedustelua. Iskun jälkeisessä tiedustelussa lennokki tarjoaa mahdollisuuden nopeaan tilannekuvan muodostamiseen. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta mini-UAV:n olevan tehokas valvontatyökalu lento-tukikohdan valvontaa suorittaville toimijoille. Toimintaympäristön tuomat haasteet tulee ottaa huomioon valvonnan suunnittelussa ja organisoinnissa, jolloin heikkoudet voidaan minimoida.

Experimental Studies on Non-Metallic Composite Bone Implants With a Special Reference to Staphylococcal Biofilm Infection

Non-metallic implants made of bioresorbable or biostable synthetic polymers are attractive options in many surgical procedures, ranging from bioresorbable suture anchors of arthroscopic surgery to reconstructive skull implants made of biostable fiber-reinforced composites. Among other benefits, non-metallic implants produce less interference in imaging. Bioresorbable polymer implants may be true multifunctional, serving as osteoconductive scaffolds and as matrices for simultaneous delivery of bone enhancement agents. As a major advantage for loading conditions, mechanical properties of biostable fiber-reinforced composites can be matched with those of the bone. Unsolved problems of these biomaterials are related to the risk of staphylococcal biofilm infections and to the low osteoconductivity of contemporary bioresorbable composite implants. This thesis was focused on the research and development of a multifunctional implant model with enhanced osteoconductivity and low susceptibility to infection. In addition, the experimental models for assessment, diagnostics and prophylaxis of biomaterial-related infections were established. The first experiment (Study I) established an in vitro method for simultaneous evaluation of calcium phosphate and biofilm formation on bisphenol-Aglycidyldimethacrylate and triethylenglycoldimethacrylate (BisGMA-TEGDMA) thermosets with different content of bioactive glass 45S5. The second experiment (Study II) showed no significant difference in osteointegration of nanostructured and microsized polylactide-co-glycolide/β-tricalcium phosphate (PLGA /β-TCP) composites in a minipig model. The third experiment (Study III) demonstrated that positron emission tomography (PET) imaging with the novel 68Ga labelled 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid (DOTA) CD33 related sialic-acid immunoglobulin like lectins (Siglec-9) tracer was able to detect inflammatory response to S. epidermidis and S. aureus peri-implant infections in an intraosseous polytetrafluoroethylene catheter model. In the fourth experiment (Study IV), BisGMATEGDMA thermosets coated with lactose-modified chitosan (Chitlac) and silver nanoparticles exhibited antibacterial activity against S. aureus and P. aeruginosa strains in an in vitro biofilm model and showed in vivo biocompatibility in a minipig model. In the last experiment (Study V), a selective androgen modulator (SARM) released from a poly(lactide)-co-ε-caprolactone (PLCL) polymer matrix failed to produce a dose-dependent enhancement of peri-implant osteogenesis in a bone marrow ablation model.

Determinants of Bone Strength and Predictors of Hip Fracture among Finnish Adults. Results from the Health 2000 Survey and the Mini-Finland Health Survey

The objective of this thesis was to identify the determinants of bone strength and predictors of hip fracture in representative samples of Finnish adults. A secondary objective was to construct a simple multifactorial model for hip fracture prediction over a 10-year follow-up period. The study was based on the Health 2000 Survey conducted during 2000 to 2001 (men and women aged 30 years or over, n=6 035) and the Mini-Finland Health Survey conducted during 1978 to 1980 (women aged 45 years or over, n=2 039). Study subjects participated in health interviews and comprehensive health examination. In the Health 2000 Survey, bone strength was assessed by means of calcaneal quantitative ultrasound (QUS). The follow-up information about hip fractures was drawn from the National Hospital Discharge Register. In this study, age, weight, height, serum 25-hydroxyvitamin D (S-25(OH)D), physical activity, smoking and alcohol consumption as well as menopause and eventual HRT in women were found to be associated with calcaneal broadband ultrasound attenuation (BUA) and speed of sound (SOS). Parity was associated with a decreased risk of hip fracture in postmenopausal women. Age, height, weight or waist circumference, quantitative ultrasound index (QUI), S-25(OH)D and fall-related factors, such as maximal walking speed, Parkinson’s disease, and the number of prescribed CNS active medication were significant independent predictors of hip fracture. At the population level, the incremental value of QUS appeared to be minor in hip fracture prediction when the fall-related risk factors were taken into account. A simple multifactorial model for hip fracture prediction presented in this study was based on readily available factors (age, gender, height, waist circumference, and fallrelated factors). Prospective studies are needed to test this model in patient-based study populations.

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.

Mini- ja mikroluokan tiedustelulennokit 2020-luvulla

Lennokkien määrä on ollut jatkuvassa kasvussa sekä taistelukentällä että siviilikäytössä. Lennokkien yleistymisen myötä myös niiden kehittyminen on jatkuvaa. Tutkimuksessa selvitetään "Miten mini- ja mikroluokan tiedustelulennokit kehittyvät 2020-luvulla?”. Tutkimus suoritetaan kirjallisuustutkimuksena, jossa analysoidaan ja käytetään aiemmin kirjoitettua aiheeseen liittyvää aineistoa oman tutkimuksen pohjana. Tutkimukseen käytetään mahdollisimman tuoreita ja ajankohtaisia lähdemateriaaleja. Tutkimus on rajattu vain miniluokkaa pienempiin kiinteä- tai pyöriväsiipisiin lennokkeihin. Miniluokkaan lasketaan lennokit, jotka kyetään lähettämään lentoon kädestä tai mukana kannettavalla apuvälineellä. Lennokeista yleistyvät suoraan pystysuoraan nousevat ja helpommin mukana kannettavat mallit. Lennokkien käyttöä pyritään helpottamaan myös tekemällä niiden ohjaamisesta helpompaa. Tähän mallia saatetaan ottaa myös siviililennokeista. Siviililennokkeja saatetaan myös käyttää tulevaisuudessa sellaisenaan taistelukentällä. Sensoreiden kehittyminen yhdessä prosessointikyvyn kanssa mahdollistavat lennokeissa konenäön parantumisen, ja sitä kautta autonomian lentoreitin etsinnässä. Kehittyvä autonomia mahdollistaa myös nanolennokeilla parvilennon kehittymisen, sillä se estää lennokkien törmäämisen toisiinsa ilmassa sekä mahdollistaa lennokkien omatoimisen parhaan paikan valinnan tiedustelutehtävää varten. Johtopäätöksenä voidaan sanoa, että 2020-luvulla suurin osa käytetyistä lennokkimalleista on vielä nykyisinkin käytössä olevia malleja tai ainakin toiminnallisuuksiltaan samankaltaisia.. Kuitenkin jo nyt on havaittu mitä tehtäviä lennokeilla halutaan toteuttaa, ja miniluokan lennokit ovat jo nyt varsin tehokkaita tehtävässään. Erilaiset taisteluympäristöt tuovat kuitenkin tarpeen myös pienemmille ja erityistehtäviin sopivimmille lennokeille.