De verfijning van een verdwijning; Beter bio-afbreekbaar botbreukfixatiemateriaal

Gebroken botten kunnen helen, ondersteund door platen van polymelkzuur die door het lichaam zelf kunnen worden afgebroken. Maar in de afbreekbaarheid ligt nog een probleem.

DELEN VAN GEBROKEN botten worden dikwijls met metalen strips en schroeven tegen elkaar gezet, waarna natuurlijke botgroei de breuk weer herstelt. De metalen onderdelen laat men soms zitten, maar meestal worden ze na verloop van tijd operatief verwijderd. Hoe mooi zou het niet zijn om een interne fixatie te hebben die eerst voldoende steun geeft, de botgroei zelfs stimuleert, maar na verloop van tijd door het lichaam wordt afgebroken.

Poly-l-melkzuur (PLLA, afgeleid van poly-l-lactide) moest de oplossing bieden. Poly-l-melkzuur is inderdaad het linksdraaiend melkzuur van de yoghurtreclame maar dan verwerkt tot kunststof, waarbij de kleine moleculen chemisch met elkaar zijn verbonden tot lange ketens (polymeren). PLLA is een binnen het menselijk lichaam biologisch afbreekbare kunststof. De vakgroepen mondheelkunde en polymeerchemie van de Rijksuniversiteit Groningen hebben vele mogelijke toepassingen onderzocht.

Aan de RUG promoveerde onlangs de tandarts Fabian W. Cordewener (34) op de afbreekbaarheid van PLLA. Hij begon zijn promotieonderzoek in 1991 naar de oorzaak van problemen bij met PLLA herstelde gebroken jukbeenderen. De breuken herstelden net zo goed als bij gebruik van metalen platen en schroeven, maar drie jaar later bleek onverwacht dat het nieuwe materiaal niet geheel opgelost. En erger: ter plaatse van het implantaat waren zwellingen ontstaan. Bij patiënten met een gebroken oogkasbodem - een breuk die kan ontstaan na een klap op het oog - die met behulp van een PLLA-implantaat waren hersteld, werden drie tot zes jaar na de operatie geen zwellingen gezien. Identieke PLLA-oogkasimplantaten bij geiten bleken na een paar jaar echter niet geheel opgelost. Wel waren ze aan twee zijden met bot overgroeid. Deze waarnemingen vroegen om verbeterd polymelkzuur dat wel helemaal verdwijnt.

Cordewener verwijderde en onderzocht de restanten van de platen die zwellingen veroorzaakten. PLLA valt na verloop van tijd uiteen in de melkzuurmoleculen waar het polymeer uit is opgebouwd. Melkzuur is een stof die mensen zelf bij het vrijmaken van energie uit suiker produceren en kan dus via de normale stofwisseling worden benut. Cordewener stelde vast dat het gebruikte PLLA gedeeltelijk te compact was om ooit te worden afgebroken.

Op basis van het onderzoek naar de oude platen modificeerden polymeerchemici onder leiding van prof.dr. A.J. Pennings het PLLA. Voorheen werd PLLA geheel van zuiver l-lactide gesynthetiseerd. In het nieuwe materiaal werd het polymeer gemaakt met als bouwstenen 96 procent l-lactide en 4 procent d-lactide. De resulterende stof heet PLA96.

Cordewener: “De bijmenging van d-lactide maakt het polymeer minder kristallijn. Hopelijk geeft dat een snellere en vollediger degradatie. Ik hoop dat daardoor op de lange termijn geen complicaties meer optreden.”

Cordewener testte PLA96 op zijn mechanische en fysische eigenschappen in vergelijking met PLLA en implanteerde het materiaal bij ratten. Hij vond dat de mechanische eigenschappen gedurende de eerste weken vergelijkbaar waren met het PLLA, maar dat de degradatie daarna duidelijk sneller verliep.

WEEFSELREACTIE

Cordewener maakte ook nieuwe oogkasbodemimplantaten van PLA96. Uit laboratoriumonderzoek blijkt dat de implantaten van het nieuwe materiaal voldoende sterk en vormvast zijn om te worden toegepast. Voor dat kan gebeuren moeten echter wel de weefselreactie op langere termijn worden onderzocht, om te voorkomen dat de proefpersonen opnieuw voor onaangename verrassingen komen te staan.

Cordewener: “Tot nu toe blijkt uit de implantatie onder de huid en in het dijbeen van ratten en konijnen dat PLA96 geen ongewenste weefselreacties geeft. Dat is bemoedigend, maar het soort proefdier en de plaats, vorm en grootte van het implantaat en de tijd spelen een rol. De giftigheid voor levende cellen van het materiaal is samen met het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne onderzocht. Die bestond en bleek vooral gerelateerd aan de tijd en de zuurgraad (pH). Je moet die proeven wel interpreteren, want in laboratoriumproeven kunnen variaties in zuurgraad optreden die in een levend organisme door tegenreacties worden gedempt. Ik heb bij de laboratoriumtesten de zuurgraad bewust niet gebufferd omdat ik vermoed dat de oorzaak van de zwelling die klinisch kan optreden samenhangt met een daling in de zuurgraad binnen het weefsel waarmee het lichaam het implantaat omgeeft. Ik verwacht dat de opeenhoping van degradatieproducten een zuurgraaddaling geeft met als gevolg een weefselreactie. Ik voorzie dat we in de toekomst niet moeten zoeken naar één type biodegradeerbaar breukfixatiemateriaal. Ik denk dat we binnen enkele jaren het materiaal weer op kleine schaal klinische kunnen toepassen.”