The Application of Computational Chemistry and Chemometrics to Developing a Method for Online Monitoring of Polymer Degradation in the Manufacture of Bioresorbable Medical Implants

Bioresorbable polymers such as PLA have an important role to play in the development of temporary implantable medical devices with significant benefits over traditional therapies. However, development of new devices is hindered by high manufacturing costs associated with difficulties in processing the material. A major problem is the lack of insight on material degradation during processing. In this work, a method of quantifying degradation of PLA using IR spectroscopy coupled with computational chemistry and chemometric modeling is examined. It is shown that the method can predict the quantity of degradation products in solid-state samples with reasonably good accuracy, indicating the potential to adapt the method to developing an on-line sensor for monitoring PLA degradation in real-time during processing.

Nanoscale reinforced orthopaedic bone cement with graphene oxide - a possible solution to aseptic loosening of cemented hip implants? Preliminary results of an ongoing study

Hip replacement surgery is amongst the most common orthopaedic operations performed in the UK. Aseptic loosening is responsible for 40% of hip revision procedures. Aseptic loosening is a result of cement mantle fatigue. The aim of the current study is to analyse the effect of nanoscale Graphene Oxide (GO) on the mechanical properties of orthopaedic bone cement. Study Design A experimental thermal and mechanical analysis was conducted in a laboratory set up conforming to international standards for bone cement testing according to ISO 5583. Testing was performed on control cement samples of Colacryl bone cement, and additional samples reinforced with variable wt% of Graphene Oxide containing composites – 0.1%, 0.25%, 0.5% and 1.0% GO loading. Pilot Data Porosity demonstrated a linear relationship with increasing wt% loading compared to control (p<0.001). Thermal characterisation demonstrated maximal temperature during polymerization, and generated exotherm were inversely proportional to w%t loading (p<0.05) Fatigue strength performed on the control and 0.1 and 0.25%wt loadings of GO demonstrate increased average cycles to failure compared to control specimens. A right shift of the Weibull curve was demonstrated for both wt% available currently. Logistic regression analysis for failure demonstrated significant increases in number of cycles to failure for both specimens compared to a control (p<0.001). Forward Plan Early results convey positive benefits at low wt% loadings of GO containing bone cement. Study completion and further analysis is required in order to elude to the optimum w%t of GO which conveys the greatest mechanical advantage.

ORBITAL MIXING IN CO CHEMISORPTION ON TRANSITION-METAL SURFACES

The chemisorption of CO on metal surfaces is widely accepted as a model for understanding chemical bonding between molecules and solid surfaces, but is nevertheless still a controversial subject. Ab initio total energy calculations using density functional theory with gradient corrections for CO chemisorption on an extended Pd{110} slab yield good agreement with experimental adsorption energies. Examination of the spatial distribution of individual Bloch states demonstrates that the conventional model for CO chemisorption involving charge donation from CO 5 sigma states to metal states and back-donation from metal states into CO 2 pi states is too simplistic, but the computational results provide direct insight into the chemical bonding within the framework of orbital mixing (or hybridisation). The results provide a sound basis for understanding the bonding between molecules and metal surfaces.

Improving antimicrobial release kinetics from hydrophobic polymer implants via ion pairing to combat biomedical-device related infection

Purpose The aim of this study is to improve the drug release properties of antimicrobial agents from hydrophobic biomaterials using using an ion pairing strategy. In so doing antimicrobial agents may be eluted and maintained over a sufficient time period thereby preventing bacterial colonisation and subsequent biofilm formation on medical devices. Methods The model antimicrobial agent was chlorhexidine and the selected fatty acid counter ions were capric acid, myristic acid and stearic acid. The polymethyl methacrylate films were loaded with 2% of fatty acid:antimicrobial agent at the following molar ratios; 0.5:1M, 1:1M and 2:1M and thermally polymerized using azobisisobutyronitrile initiator. Drug release experiments were subsequently performed over a 3-month period and the mass of drug released under sink conditions (pH 7.0, 37oC) quantified using a validated HPLC-UV method. Results In all platforms, a burst of chlorhexidine release was observed over the initial 24-hour period. Similar release kinetics were observed between the formulations during the initial 28 days. However, as time progressed, the chlorhexidine baseline plateaued after 56 days whereas formulations containing the counterions appeared to continuously elute linearly with time. As can be observed in figure 1, the rank order of total chlorhexidine release in the presence of 0.5M fatty acid was myristic acid (40%) > capric acid (35%) > stearic acid (30%)> chlorhexidine baseline (15%). Conclusion The incorporation of fatty acids within the formulation significantly improved chlorhexidine solubility within both the monomer and the polymer and enhanced the drug release kinetics over the period of study. This is attributed to the greater diffusivity of chlorhexidine through PMMA in the presence of fatty acids. In th absence of fatty acids, chlorhexidine release was facilitated by dissolution of surface associated drug particles. This study has illustrated the ability of fatty acids to modulate chlorhexidine release from a model biomaterial through enhanced diffusivity. This strategy may prove advantageous for improved medical devices with enhanced resistance to infection.

Tissue healing of immediate implant placement in extraction sockets with titanium versus zirconium oxide implants : an experimental study in the beagle dog

Tese de doutoramento, Medicina Dentária (Periodontologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina Dentária, 2016

Sonication of removed breast implants for improved detection of subclinical infection.

BACKGROUND: Capsular fibrosis is a severe complication after breast implantation with an uncertain etiology. Microbial colonization of the prosthesis is hypothesized as a possible reason for the low-grade infection and subsequent capsular fibrosis. Current diagnostic tests consist of intraoperative swabs and tissue biopsies. Sonication of removed implants may improve the diagnosis of implant infection by detachment of biofilms from the implant surface. METHODS: Breast implants removed from patients with Baker grades 3 and 4 capsular contracture were analyzed by sonication, and the resulting sonication fluid was quantitatively cultured. RESULTS: This study investigated 22 breast implants (6 implants with Baker 3 and 16 implants with Baker 4 capsular fibrosis) from 13 patients. The mean age of the patients was 49 years (range, 31-76 years). The mean implant indwelling time was 10.4 years (range, 3 months to 30 years). Of the 22 implants, 12 were used for breast reconstruction and 10 for aesthetic procedures. The implants were located subglandularly (n = 12), submuscularly (n = 6), and subcutaneously (n = 4). Coagulase-negative staphylococci, Propionibacterium acnes, or both were detected in the sonication fluid cultures of nine implants (41%), eight of which grew significant numbers of microorganisms (>100 colonies/ml of sonication fluid). CONCLUSIONS: Sonication detected bacteria in 41% of removed breast implants. The identified bacteria belonged to normal skin flora. Further investigation is needed to determine any causal relation between biofilms and capsular fibrosis.

Prise en charge des troubles oculomoteurs après effraction iatrogène de l'orbite au cours d'interventions sinusiennes endoscopiques [Management of motility disorders secondary to iatrogenic orbital fracture during endoscopic sinus surgery.]

PURPOSE: Orbital wall fracture may occur during endoscopic sinus surgery, resulting in oculomotor disorders. We report the management of four cases presenting with this surgical complication. METHODS: A non-comparative observational retrospective study was carried out on four patients presenting with diplopia after endoscopic ethmoidal sinus surgery. All patients underwent full ophthalmologic and orthoptic examination as well as orbital imaging. RESULTS: All four patients presented with diplopia secondary to a medial rectus lesion confirmed by orbital imaging. A large horizontal deviation as well as limitation of adduction was present in all cases. Surgical management consisted of conventional recession-resection procedures in three cases and muscle transposition in one patient. A useful field of binocular single vision was restored in two of the four patients. CONCLUSION: Orbital injury may occur during endoscopic sinus surgery and cause diplopia, usually secondary to medial rectus involvement due to the proximity of this muscle to the lamina papyracea of the ethmoid bone. Surgical management is based on orbital imaging, duration of the lesion, evaluation of anterior segment vasculature, results of forced duction testing and intraoperative findings. In most cases, treatment is aimed at the symptoms rather than the cause, and the functional prognosis remains guarded.

Diagnostic et traitement des infections d'implants orthopédiques [Update on implant related infections in orthopaedic surgery. Diagnosis and treatment]

Infections associated with implants are increasingly important in modem medicine. Biofilms are the cause that these infections are more difficult to diagnose and to cure. Particularly low-grade infections are difficult to distinguish from aseptic failure, because they often present with early loosening and persisting pain. For an accurate diagnosis, clinical signs and symptoms, laboratory markers of infection, microbiology, histology and imaging examinations are needed. The treatment goal is eradication of infection and an optimal functional result. Successful treatment requires adequate surgical procedure combined with long-term antimicrobial therapy, ideally with an agent acting on biofilms.

Elliptical orbital studies of H21 and H2 molecules /|nS. K. Gupta. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

Calculations are performed on the \S <:Jd ground states of d ' + the H and HC) molecules using a basis set of non-integral ~ ~ I elliptical orbitals. Different variational wavefunctions constructed i- for H~ involved one parameter to three par~~eter variation. In order to l"'educe the ntunber of parameters in most commonly 0- used basis orbitals set, the importance of the term (,+~) Y\ over the term ;u 'Where n is a variational pararneter and the value of cr may be given by boundary condition or cusp condition is outlined in Chapters II and III. It is found that the two parameter -+

La survie implantaire suite à une réhabilitation par mise en charge immédiate d’une prothèse totale mandibulaire reliée à deux implants non jumelés : une étude pilote expérimentale

Problématique : Les connaissances théoriques et pratiques au sujet de la mise en charge immédiate d’implants non jumelés chez les édentés sont limitées. Objectifs : Cette étude avait pour but de : (1) déterminer le taux de survie implantaire de 2 implants non jumelés supportant une prothèse totale mandibulaire suite à une mise en charge immédiate, (2) évaluer les changements des niveaux osseux et de stabilité implantaire survenus sur ces 2 implants durant une période de 4 mois et les comparer à un implant témoin, et (3) décrire les complications cliniques associées à ce mode de mise en charge. Méthodologie : Chez 18 individus édentés (âge moyen de 62±7 ans), cette étude de phase I avec un design pré/post a évalué les résultats cliniques suivant la mise en charge immédiate (<48 heures) de 2 implants non jumelés par une prothèse totale mandibulaire. À l’aide de radiographies périapicales, de sondages osseux et d’analyses de la fréquence en résonnance, les niveaux osseux péri-implantaires (en mm) et les niveaux de stabilité implantairte (en ISQ) de ces 2 implants insérés dans la région parasymphysaire ont été évalués à la chirurgie (T0) et au suivi de 4 mois (T1). Un implant non submergé et sans mise en charge inséré dans la région de la symphyse mandibulaire a été utilisé comme témoin. Les données ont été analysées avec des modèles mixtes linéaires, la méthode de Tukey ajustée, l’analyse de variance de Friedman et des tests de rang signés de Wilcoxon. Résultats : De T0 à T1, 3 implants mis en charge immédiatement ont échoué chez 2 patients. Le taux de survie implantaire obtenu était donc de 91,7% (33/36) et, par patient, de 88,9% (16/18). Aucun implant témoin n’a échoué. Les changements osseux documentés radiologiquement et par sondage autour des implants mis en charge immédiatement étaient, respectivement, de -0,2 ± 0,3 mm et de -0,5 ± 0,6 mm. Les pertes d’os de support implantaire n’ont pas été démontrées statistiquement différentes entre les implants avec mise en charge immédiate et les témoins. Les niveaux moyens de stabilité implantaire ont augmenté de 5 ISQ indépendamment de la mise en charge. Les niveaux moyens d’ISQ n’ont pas été démontrés statistiquement différents entre les implants avec mise en charge immédiate et les témoins à T0 ou T1. Cinq des 18 patients n’ont expérimenté aucune complication clinique, alors que 9 en ont eu au moins deux. Hormis les échecs implantaires, aucune de ces complications n’a entraîné de changements au protocole. Conclusion : Les résultats à court terme suggèrent que : (1) le taux de survie implantaire suite au protocole immédiat est similaire à ceux rapportés lors d’un protocole de mise en charge conventionnel (2) les changements d’os de support implantaire et de stabilité ne sont pas différents comparativement à ceux d’un implant témoin, (3) un niveau élevé d’expérience clinique et chirurgicale est requis pour effectuer les procédures et pour gérer les complications associées. Ces résultats préliminaires devraient être confirmés dans une étude clinique de phase II.

Les attentes, la satisfaction et la qualité de vie des édentés suite à une réhabilitation par mise en charge immédiate d'une prothèse totale reliée à deux implants non jumelés : une étude pilote expérimentale

Problématique : La majorité des études publiées sur la réhabilitation par mise en charge immédiate de deux implants non jumelés avec une prothèse totale mandibulaire de recouvrement n’ont rapporté que des mesures cliniques objectives et très peu ont évalué les mesures centrées sur le patient, et ce, avec des erreurs de mesure. Aucune étude n’a évalué les attentes des patients vis-à-vis d'un tel protocole. Objectifs : Évaluer les attentes, le niveau de satisfaction ainsi que la qualité de vie reliée à la santé bucco-dentaire des édentés complets suite à un protocole de mise en charge immédiate. Méthodologie : Cet essai clinique de phase 1 utilise un design pré-post afin d’évaluer les mesures centrées sur le patient. Dix-huit individus, complètement édentés et âgés en moyenne de 62,39 ± 7,65 ans, ont reçu une prothèse totale mandibulaire de recouvrement sur deux implants non jumelés suite à un protocole de mise en charge immédiate, conjointement à une prothèse totale conventionnelle maxillaire. Un instrument adapté pour mesurer leurs attentes à l’aide d’échelles visuelles analogues, le questionnaire « McGill Denture Satisfaction Instrument » ainsi que le questionnaire OHIP-20 ont été remis aux patients avant de procéder aux traitements (T0), ainsi qu’aux rendez-vous de suivi à 2 semaines (T1), 1 mois (T2) et 4 mois (T3). De plus, l’inventaire de personnalité révisé (NÉO PI-R) ainsi qu’un questionnaire sociodémographique ont été remplis par les participants. Les « change scores » ont été calculés puis des tests non paramétriques et des analyses de variances en mesures répétées suivies de comparaisons par paires ont été utilisés afin d’analyser les données recueillies. La taille d’effet a été estimée. Résultats : Les participants avaient différentes attentes par rapport à la mise en charge immédiate. Certains s’attendaient à un effet positif à court terme par rapport à leur apparence esthétique (83,3 %) et à leur vie sociale (55,7 %), alors que d’autres avaient des craintes envers leur confort (5,6 %), leur habileté à mastiquer (11,1 %) et à nettoyer leur prothèse inférieure (11,1 %). À 4 mois, le protocole de mise en charge immédiate avait rencontré la majorité des attentes des patients par rapport à l’esthétique (94.4 %), la mastication (83.3 %), la phonétique (61.1 %), le confort (94.4 %), l’hygiène (88.9 %) et leur vie sociale (88.9 %). Une amélioration statistiquement significative de la satisfaction en générale, du confort, de l’esthétique, de la stabilité de la prothèse inférieure et de l’habileté à mastiquer a été notée à 2 semaines (p<0,001). Également, les comparaisons par paires ont révélé une diminution statistiquement significative du score total de l’OHIP-20 (p < 0,001) de même que la majorité des domaines de l’OHIP (p < 0.01), sauf pour l’handicap social qui n’a diminué significativement qu’après 1 mois (p = 0.01). Ces changements (pour la satisfaction et la qualité de vie) sont restés stables au cours des suivis subséquents. Indépendamment des traits de personnalité et des variables sociodémographiques, le protocole immédiat a satisfait 94,4 % des participants et a amélioré leur qualité de vie avec une large magnitude d’effet (d = 1.9; p < 0.001). Bien que deux patients aient perdu des implants au cours du traitement, 100 % des participants étaient d’accord pour recommander cette procédure à leurs pairs. Conclusions: Le protocole de mise en charge immédiate semble satisfaire les patients quelles que soient leurs attentes. Le protocole MCI peut améliorer, à court terme, la qualité de vie des patients totalement édentés. Les résultats prometteurs de la phase 1 devraient être corroborés lors de la 2e phase de cette étude.