Varmehærdet magnesiumlegering et stærkt valg til implantater

Titanium er det foretrukne materiale til kirurgiske fikseringsprocedurer lige fra udskiftning af knæ til kæbeimplantater. Imidlertid, da dette superstærke metal ikke absorberes af kroppen over tid, det kan forårsage komplikationer som infektion, fistulisering (især efter strålebehandling), forstyrrelse af skeletvækst, intolerance, termisk følsomhed, og interferens med MR og andre forestillingsprocedurer. Yderligere procedurer til at fjerne hardware er blandt de mest almindelige operationer på verdensplan og en stor omkostning for hospitaler.

Et lovende alternativ er magnesium, et sikkert biologisk nedbrydeligt metal og cofaktor for mange enzymer i DNA-reparation, der også fremmer knoglesundheden. Men mens dens fysiske egenskaber gør den velegnet til bærende steder, såsom det temporomandibulære område af kæben, dets hurtige nedbrydning i kroppen resulterer nogle gange i dannelsen af ​​brintbobler, der kan føre til alvorlige komplikationer.

I et unikt samarbejde, forskere ved NYU Tandon School of Engineering, NYU School of Medicine, og NYU Dentistry udvikler og tester legeringer af magnesium, der er behandlet for at forbedre styrken og bremse nedbrydningsprocessen, derved undgås dannelsen af ​​disse bobler.

I forskning offentliggjort i Journal of Kranio-Maxillofacial Surgery , holdet, som inkluderer Nikhil Gupta, lektor i mekanik og rumfartsteknik ved NYU Tandon; Paulo Coelho, Dr. Leonard I. Linkow professor ved NYU Dentistry; Eduardo D. Rodriguez, Helen L. Kimmel professor i rekonstruktiv plastikkirurgi og formand, Hansjörg Wyss afdeling for plastikkirurgi ved NYU School of Medicine; og Andrea Torroni, MD, lektor, Wyss Department of Plastic Surgery ved NYU School of Medicine, rapporterede om deres test af en magnesiumlegering, der i Guptas laboratorium blev udsat for en proces kaldet T-5-tempering, indebærer opvarmning ved 210 grader Celsius i 48 timer.

Efter kirurgisk implantation af små prøver af legeringen i fronto-nasale region af undersøgelsesdyr, holdet undersøgte ophobningen af ​​grundstoffet i lymfeknuderne, fandt ingen forskel mellem dyr uden implantater og undersøgelsesdyrene. Forskerne implanterede også ubehandlet - eller "som-støbt" - legering, fandt, at både de støbte prøver og T-5 varmebehandlede legeringer viste god biokompatibilitet og fremmede knoglevækst i forsøgsdyr. T-5 legeringen, imidlertid, var meget mere stabil, med en otte gange lavere nedbrydningshastighed end den støbte legering.

Gupta sagde, at han ikke var overrasket over de positive resultater, da de afspejlede det, han havde observeret under in vitro-studier på NYU Tandon.

"I vores laboratorium anbringer vi både som støbt og den varmebehandlede legering i en opløsning af natriumchlorid for at simulere kropsvæskemiljøer. Ikke overraskende, as-cast versionen tærede meget. Imidlertid, den varmebehandlede version korroderede overhovedet ikke, " sagde han. "Det, vi har opdaget, er, at vi ved at anvende varmebehandling kan ændre legeringen fuldstændigt fra en nedbrydelig, resorberbar struktur til en, der ikke nedbrydes over tid. I det væsentlige, varmebehandling får magnesium til at opføre sig, in vitro og in vivo, mere som titanium."

Torroni mener, at resultaterne er gode til eventuelle kliniske anvendelser af T-5 magnesium, hvis mekaniske egenskaber kan sammenlignes med titanium, selv ved mandibular frakturer, hvor stress på knogler er særligt højt. "T-5 er virkelig den bedste kandidat til disse højstressanvendelser. Den har overlegne egenskaber, der er meget tæt på knoglernes og er meget god til fiksering af frakturer, " forklarede han. "Det udviser lavere langsigtede risici, fordi det resorberer. Og det kan fremme knogledannelse og knogleheling. Det er fuldstændig biokompatibelt uden risiko for afvisning, og begrænset risiko for infektion."

Holdet opdagede heller ingen post-kirurgisk morbiditet, selv hos kontroldyrene, der fik implantater af ubehandlet magnesium.

"På grund af magnesiums systemiske optagelighed, dette er ikke et problem, " sagde Coelho. "Nøgleideen er at lave et implantat, der enten kan være ikke-absorberbart, som permanent støtte, eller absorberbar, som suturer, der går væk efter nogen tid." Gupta sagde, at forskningen ikke ville have været mulig uden samarbejde mellem NYU-institutioner. "Breden af ​​denne forskning tager den fra laboratoriet hele vejen til en klinisk setting, " han tilføjede.