Tvárové implantáty a biomateriály

Rozhodnutie o výbere biomateriálu na implantáciu si vyžaduje pochopenie histopatológie interakcií medzi materiálom a tkanivom, ako aj reakcie hostiteľa. Všetky implantátové materiály indukujú tvorbu kapsuly spojivového tkaniva, ktorá vytvára bariéru medzi implantátom a hostiteľom. Nežiaduce reakcie sú výsledkom nevyriešenej zápalovej reakcie na implantovaný materiál. Správanie implantátu závisí aj od konfiguračných charakteristík miesta implantácie, ako je hrúbka prekrývajúcej kože, zjazvenie tkanivového lôžka a architektúra podkladovej kosti, čo môže vytvoriť podmienky pre nestabilitu implantátu. Napríklad implantáty umiestnené hlbšie a pokryté hrubou vrstvou mäkkého tkaniva sú menej pravdepodobné, že budú odkryté alebo posunuté. Ďalšie dôležité faktory, ako je prevencia hematómu, serómov a infekcie, a to intraoperačne aj pooperačne, prispievajú k prevencii interakcií medzi implantátom a hostiteľom a k zvýšeniu stability implantátu.

Ideálny implantát

Ideálny materiál na implantát by mal byť cenovo dostupný, netoxický, neantigénny, nekarcinogénny, prijateľný pre príjemcu a odolný voči infekcii. Mal by byť tiež inertný, ľahko tvarovateľný, tvárny, ľahko implantovateľný a schopný trvalo si zachovať svoj pôvodný tvar. Mal by sa dať ľahko pretvárať a prispôsobovať potrebám miesta príjemcu počas operácie bez toho, aby sa narušila integrita implantátu, a mal by byť odolný voči tepelnej sterilizácii.

Priaznivé povrchové vlastnosti sú nevyhnutné pre umiestnenie a stabilizáciu implantátu; paradoxne to tiež výrazne uľahčuje jeho odstránenie a výmenu bez poškodenia okolitých tkanív. Imobilizácia implantátu znamená, že bude fixovaný na mieste po celý život pacienta. Implantátové materiály, ako je silikónový elastomér, indukujú tvorbu okolitej kapsuly, ktorá drží implantát na mieste, zatiaľ čo pórovitý polytetrafluóretylén (ePTFE), ktorý je menej zapuzdrený, je fixovaný s minimálnym vrastaním tkaniva. Každý typ interakcie materiálu s organizmom príjemcu ponúka špecifické výhody v rôznych klinických situáciách. Materiály, ktoré indukujú významné vrastanie tkaniva a trvalú fixáciu, sú často nežiaduce, najmä ak si pacient želá v nasledujúcich rokoch zmeniť korekciu. Prirodzený proces zapuzdrenia silikónu a minimálne vrastanie povrchu v ePTFE implantátoch zaisťujú nehybnosť a zároveň umožňujú výmenu implantátov bez poškodenia okolitých mäkkých tkanív.

Ideálny tvar implantátu by mal mať zúžené okraje, ktoré splývajú s priľahlým povrchom kosti, čím vytvárajú nehmatateľný, nepostrehnuteľný prechod do okolitej recipientnej zóny. Plastový implantát, ktorý sa dobre prispôsobí podkladovým štruktúram, sa stáva ešte menej pohyblivým. Tvar jeho vonkajšieho povrchu by mal napodobňovať prirodzenú anatomickú konfiguráciu oblasti. Nový silikónový implantát Conform (Implantech Associates, USA) je navrhnutý tak, aby zlepšil kompatibilitu s podkladovým povrchom kosti. Napríklad implantáty odliate s novým typom sieťovaného povrchu znižujú tvarovú pamäť silikónového elastoméru a zlepšujú jeho flexibilitu. Lepšia prispôsobivosť nerovným povrchom kosti znižuje pravdepodobnosť posunutia a zabraňuje tvorbe mŕtveho priestoru medzi implantátom a podkladovou kosťou. Obnovený záujem o výskum a vývoj biomateriálov viedol k vývoju kompozitných implantátov (pozostávajúcich zo silikónu a ePTFE), ktoré sľubujú kombináciu výhod oboch biomateriálov pri použití v tvárovej chirurgii (osobná komunikácia, Implantech Associates a Gore, 1999).

Biomateriály pre implantáty

• Polymérne materiály/monolitické polyméry
  • Silikónové polyméry

Od 50. rokov 20. storočia má silikón dlhú históriu širokého klinického použitia s konzistentným, vynikajúcim profilom bezpečnosti/účinnosti. Chemický názov silikónu je polysiloxán. V súčasnosti je možné individuálne spracovávať iba silikónový elastomér pomocou 3D počítačového modelovania a technológie CAD/CAM (počítačom podporovaný dizajn/počítačom podporovaná výroba). Výrobné charakteristiky majú vplyv na stabilitu a čistotu produktu. Napríklad čím je implantát tvrdší, tým je stabilnejší. Implantát s tvrdosťou v durometre menšou ako 10 sa blíži k vlastnostiam gélu a časom sa „leptá“ alebo stráca časť svojho vnútorného molekulárneho obsahu. Najnovšie štúdie silikónových gélových prsných implantátov však nepreukázali žiadne objektívne súvislosti medzi silikónom a rozvojom sklerodermie, systémového lupus erythematosus, systémovej vaskulitídy, kolagenóz alebo iných autoimunitných ochorení. Hustý silikónový elastomér má vysoký stupeň chemickej inertnosti, je hydrofóbny, extrémne stabilný a nespôsobuje toxické ani alergické reakcie. Reakcia tkaniva na hustý silikónový implantát je charakterizovaná tvorbou vláknitej kapsuly bez vrastania tkaniva. V prípade nestability alebo umiestnenia bez dostatočného krytia mäkkými tkanivami môže implantát spôsobiť mierny zápal nízkeho stupňa a prípadne tvorbu sérómu. Kapsulárna kontraktúra a deformácia implantátu sú zriedkavé, pokiaľ nie je implantát umiestnený príliš povrchne alebo nemigroval smerom k prekrývajúcej koži.

• • Polymetylmetakrylátový (akrylový) polymér

Polymetylmetakrylátový polymér sa dodáva ako prášková zmes a po katalýze sa stáva veľmi tvrdým materiálom. Tuhosť a tvrdosť akrylátových implantátov je problémom v mnohých situáciách, keď je potrebné zavádzať veľké implantáty cez malé otvory. Hotový implantát sa ťažko prispôsobuje kontúre podkladovej kosti.

• • Polyetylén

Polyetylén sa môže vyrábať v rôznych konzistenciách; v súčasnosti je najobľúbenejšou formou porézny. Pórovitý polyetylén, známy aj ako Medpore (WL Gore, USA), je stabilný s minimálnou zápalovou reakciou. Je však hustý a ťažko sa formuje. Pórovitosť polyetylénu umožňuje výrazné vrastanie vláknitého tkaniva, čo zabezpečuje dobrú stabilitu implantátu. Je však mimoriadne ťažké ho odstrániť bez poškodenia okolitého mäkkého tkaniva, najmä ak sa implantát nachádza v oblastiach s tenkým pokrytím mäkkými tkanivami.

• • Polytetrafluóretylén

Polytetrafluóretylén zahŕňa skupinu materiálov, ktoré majú svoju vlastnú históriu klinického použitia. Známym obchodným názvom bol Poroplast, ktorý sa už v Spojených štátoch nevyrába kvôli komplikáciám spojeným s jeho použitím v temporomandibulárnych kĺboch. Pri výraznom mechanickom namáhaní sa materiál rozpadol, po čom nasledoval intenzívny zápal, infekcia s tvorbou hrubej kapsuly a nakoniec vypudenie alebo explantácia.

• • Pórovitý polytetrafluóretylén

Tento materiál bol pôvodne vyrobený na použitie v kardiovaskulárnej chirurgii. Štúdie na zvieratách ukázali, že umožňuje obmedzené vrastanie spojivového tkaniva bez tvorby kapsuly a s minimálnou zápalovou reakciou. Časovo sledovaná zápalová reakcia sa priaznivo porovnáva s mnohými materiálmi používanými na kontúrovanie tváre. Zistilo sa, že materiál je vhodný na augmentáciu podkožného tkaniva a na výrobu tvarovaných implantátov. Vzhľadom na absenciu významného vrastania tkaniva má ePTFE výhody pri augmentácii podkožného tkaniva, pretože sa dá v prípade infekcie opätovne upraviť a odstrániť.

• Zosieťované polyméry

Sieťované polyméry ako Marlex (Davol, USA), Dacron a Mersilene (Dow Corning, USA) majú podobné výhody – ľahko sa skladajú, zošívajú a tvarujú; umožňujú však vrastanie spojivového tkaniva, čo sťažuje odstránenie sieťky. Polyamidová sieťka (Supramid) je derivát nylonu, ktorý je hygroskopický a nestabilný in vivo. Spôsobuje slabú reakciu cudzieho telesa zahŕňajúcu viacjadrové obrovské bunky, čo časom vedie k degradácii a resorpcii implantátu.

• Kovy

Kovy sú prevažne nehrdzavejúca oceľ, vitalium, zlato a titán. Okrem niekoľkých prípadov, ako sú pružiny horných viečok alebo zubné výplne, kde sa používa zlato, je titán kovom voľby pre dlhodobú implantáciu. Je to vďaka jeho vysokej biokompatibilite a odolnosti voči korózii, pevnosti a minimálnemu útlmu röntgenového žiarenia počas počítačovej tomografie.

• Fosforečnan vápenatý

Materiály na báze fosforečnanu vápenatého alebo hydroxyapatity nestimulujú tvorbu kostí, ale poskytujú substrát, na ktorý môže kosť rásť zo susedných oblastí. Granulovaná forma kryštálov hydroxyapatitu sa používa v maxilofaciálnej chirurgii na augmentáciu alveolárneho výbežku. Bloková forma materiálu sa používa ako interpozičný implantát pri osteotómiách. Ukázalo sa však, že hydroxyapatit je menej vhodný na augmentáciu alebo onlay aplikácie kvôli svojej krehkosti, ťažkostiam s tvarovaním a tvarovaním a neschopnosti prispôsobiť sa nerovnostiam povrchu kosti.

Autotransplantáty, homografty a xenotransplantáty

Použitie autotransplantátov, ako sú autológne kosti, chrupavky a tuk, je brzdené komplikáciami v mieste odberu a obmedzenou dostupnosťou darcovského materiálu. Spracovaný chrupavkový homograft sa používa na rekonštrukciu nosa, ale časom podlieha resorpcii a fibróze. Komerčne dostupné sú aj iné materiály a injekčné formy.

Tkanivové inžinierstvo a tvorba biokompatibilných implantátov

V posledných rokoch sa tkanivové inžinierstvo stalo interdisciplinárnym odborom. Vlastnosti syntetických zlúčenín sa modifikujú tak, aby sa agregáty oddelených buniek dostávali do príjemcov, čo môže viesť k vytvoreniu nového funkčného tkaniva. Tkanivové inžinierstvo je založené na pokrokoch v mnohých oblastiach vrátane prírodných vied, tkanivových kultúr a transplantácií. Tieto techniky umožňujú suspendovanie buniek, čím sa vytvára trojrozmerné prostredie pre tvorbu tkanivovej matrice. Matrica zachytáva bunky, podporuje výmenu živín a plynov a následne vzniká nové tkanivo vo forme želatínového materiálu. Na základe týchto nových princípov tkanivového inžinierstva bolo vytvorených množstvo chrupavkových implantátov. Patria sem kĺbová chrupavka, chrupavka tracheálneho prstenca a chrupavka ucha. Injekcie alginátu podávané injekčnou striekačkou sa úspešne použili na vytvorenie chrupavky in vivo na liečbu vezikoureterálneho refluxu. To viedlo k vytvoreniu nepravidelne tvarovaných hniezd chrupavkových buniek, ktoré bránili spätnému toku moču. Tkanivové inžinierstvo dokáže poskytnúť presne tvarovanú chrupavku a v súčasnosti sa vyvíjajú rôzne typy kontúrovaných tvárových implantátov, ktoré pozostávajú z imunitne kompatibilných buniek a intersticiálnej látky. Zavedenie takýchto technológií zníži počet komplikácií v darcovských oblastiach a rovnako ako pri aloplastických implantátoch skráti trvanie operácií.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]