Luukorvikekmateriaalista väitöskirja (R Mattila, 2009). Lasikuitulujitettu komposiitti implantti

http://www.doria.fi/handle/10024/47317

"Non-resorbable glass fibre-reinforced composite with porous surface as bone substitute material: Experimental studies in vitro and in vivo focused on bone-implant interface"
 (Pinnaltaan huokoinen resorboitumaton lasikuitulujitettu komposiitti luuta korvaavana materiaalina: Luu-implantti -rajapintaa koskevia kokeellisia in vitro ja in vivo -tutkimuksia). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Jukka Seppälä Teknillisestä korkeakoulusta ja kustoksena professori Pekka Vallittu.

DI Riina Mattila on syntynyt 1977 Tampereella ja kirjoittanut ylioppilaaksi 1996 Kangasalan lukiosta. Hän on valmistunut diplomi-insinööriksi 2002 Tampereen teknillisestä korkeakoulusta. Hän toimii tutkijana Turun yliopiston hammaslääketieteen laitoksella (Turun kliinisessä biomateriaalikeskuksessa). Väitös kuuluu hammaslääketieteen ja biomateriaalitieteen alaan.
Ann. Univ. Turkuensis D 874
ISBN 978-951-29-4066-0 (PRINT)
ISBN 978-951-29-4067-7 (PDF)
Väitöskirjan myynti: Turun yliopiston kirjakauppa, tykk@utu.fi, p.
Turun yliopiston kirjasto http://kirjasto.utu.fi/julkaisupalvelut/, julkmyynti@utu.fi,
Väitös on julkaistu Turun yliopiston sähköisessä julkaisuarkistossa


Ohessa seloste väitösaiheesta.

_ _ _ _ _

Pinnaltaan huokoinen lasikuitulujitettu polymeerikomposiitti luuta korvaavana materiaalina

Toiminnallisesti aktiivisten luuta korvaavien biomateriaalien tarve kasvaa tulevaisuudessa väestön vanhenemiseen liittyvien rappeutumissairauksien sekä myös luukasvainten ja traumatologisten vammojen hoitamisen vuoksi. Mekaanisilta ja pintaominaisuuksiltaan optimaalisen kuormaa kantavan luuta korvaavan implantin kehitystyö, jonka tavoitteena on saavuttaa luun ja implantin välinen kiinnittyminen, on haastava tehtävä.

Luukudoksen kasvu ja ylläpito vaatii tietynlaiset mekaaniset olosuhteet. Perinteiset metalliset implantit, joiden jäykkyys on suuri, kantavat suurimman osan kuormasta ja ympärillä oleva luu jää käytännössä ilman normaalia kuormitusta, mikä saattaa aiheuttaa luukudoksen resorboitumista ja lopulta implantin irtoamisen luusta.

Kuitulujitteiset komposiitit eli yhdistelmämateriaalit tarjoavat mielenkiintoisen vaihtoehdon metalli-implanteille, sillä niiden mekaanisia ominaisuuksia voidaan räätälöidä luun kanssa samankaltaisiksi valitsemalla oikein matriisin muodostava polymeeri, kuitulujitteet sekä niiden määrä, suuntautuneisuus ja pituus. Onnistunut kuormansiirto sekä mikroliikkeen minimoiminen luu-implantti -rajapinnalla vaatii luun ja implantin välisen kiinnittymisen.

Eräs lupaava menetelmä edistämään luun ja implantin välistä kiinnittymistä on implantin pinnan tekeminen huokoiseksi. Luun kasvu huokosrakenteeseen stabiloi systeemin ja parantaa implantin menestymismahdollisuutta kliinisessä käytössä.

DI Riina Mattilan väitöskirjatutkimus keskittyi luuta korvaavan polymetyylimetakrylaatti (PMMA) -pohjaisen komposiittimateriaalin kehittämiseen, missä on tiivis kuormaa kantava ydin sekä huokoinen pintakerros. Kolmiulotteisesti sattumanvaraisesti suuntautuneita katkolasikuituja käytettiin lujittamaan komposiittimateriaalia. Komposiittien huokoinen pintakerros toteutettiin liuotinkäsittelymenetelmän avulla.

PMMA-polymeeriä on käytetty yleisesti ortopediassa ns. luusementtinä täyttämään tekonivelen ja luun välinen tyhjä tila sekä samalla kiinnittämään proteesi tukevasti luukudokseen. Myös lasikuitulujitteet ovat löytäneet lääketieteellisen sovellutuksen mm. kuitulujitteisten hammassiltojen ja -kruunujen valmistuksessa.

Mattilan väitöskirjatyön tulokset osoittivat, että komposiittimateriaalin huokoskoko ja toisiinsa yhteenliittyneiden huokosten verkosto kuitulujitteisen komposiitin pintakerroksessa saattaisi olla optimaalinen luun sisäänkasvulle. Huokoisen pintakerroksen aikaansaamiseksi tarvittavan liuotinkäsittelyn ei havaittu vaikuttavan komposiitin ytimen mekaanisiin ominaisuuksiin ja katkolasikuiduilla lujitetun huokoisen pintakerroksen havaittiin olevan riittävän vahva kantamaan kuormaa. In vivo kokeet osoittivat, että pinnaltaan huokoinen lasikuitulujitettu komposiitti-implantti pystyy edistämään luun ja implantin välistä kiinnittymistä.

Väitöskirjatutkimuksessa havaittiin luun sisäänkasvua implantin huokoiseen pintarakenteeseen ja vahva lukkiutuminen luun ja implantin välille saatiin aikaan. Lasikuitujen ei havaittu aiheuttavan negatiivista kudosvastetta ja luunmuodostusta havaittiin lasikuitujen ympärillä luu-implantti -rajapinnalla.