DISCUSSIONE
Il tempo di riassorbimento totale del PLLA as-polimerizzato è stato stimato in studi precedenti in 3,5 anni15,16. I risultati di questo esperimento mostrano che la placca ossea PLLA e le viti, impiantate per 3,3 anni, si erano degradate in frammenti e disintegrate in particelle che hanno una struttura aghiforme al TEM. L’analisi ultrastrutturale TEM del materiale PLLA con un periodo di impianto di 5,7 anni mostra una morfologia comparabile. L’analisi al SEM suggerirebbe che la dimensione media delle particelle del materiale impiantato per 5,7 anni è molto più piccola. Tra 3,3 e 5,7 anni il materiale PLLA si degrada da frammenti in particelle che hanno una struttura aghiforme al TEM. Le osservazioni al microscopio ottico hanno suggerito che il numero di particelle PLLA internalizzate dalle cellule è aumentato con periodi di impianto più lunghi.
Il peso molecolare, circa 5000, è identico per entrambi i periodi di impianto. Rozema21 ha descritto che un M¯n di 5000 può essere un punto di break-even come inizio di un’alta disintegrazione relativa. Tuttavia, le particelle PLLA hanno una cristallinità piuttosto alta21 che è probabilmente uno dei fattori che le rende molto stabili e poco suscettibili all’idrolisi. Questo può spiegare la progressione molto limitata della degradazione delle particelle PLLA nel periodo da 3,3 a 5,7 anni. Una perdita di massa sostanziale o un riassorbimento totale non avevano avuto luogo fino a 5,7 anni. Se una particella di PLLA si degrada, è probabilmente in oligomeri non rilevabili che vengono lavati via con i fluidi dei tessuti e non vengono rilevati nell’analisi del materiale. Questo meccanismo può spiegare gli stessi valori di peso molecolare e cristallinità per entrambi i periodi di impianto.
L’origine del rigonfiamento descritto non è del tutto chiara. Forse il rigonfiamento è iniziato da una graduale disintegrazione della placca ossea PLLA e delle viti in frammenti. Bergsma et al.18 hanno descritto come durante la degradazione le placche e le viti in PLLA si disintegrano in piccoli frammenti che possono portare a un aumento di volume rispetto al volume della placca ossea intatta e delle viti. In una sezione trasversale di tessuto impiantato per 3 anni, la superficie occupata dalle particelle PLLA a-cellulari è stata stimata al 65% della superficie totale. Il restante 35% della sezione trasversale era occupato dalla capsula fibrosa avvolgente. Böstman et al.22, in uno studio con viti e perni in poliglicolide posizionati intraosseamente, suggeriscono che un aumento della pressione osmotica intracavitaria associata alla degradazione del poliglicolide e alla resistenza del tessuto circostante può determinare la formazione di un seno. L’origine del gonfiore descritto può forse essere spiegato da una combinazione di fattori come la disintegrazione del materiale PLLA in piccole particelle, e un aumento della pressione osmotica causata da questi frammenti e la, rispetto all’osso, bassa resistenza del tessuto sottocutaneo.
Un altro meccanismo che può indurre o mantenere il gonfiore è dato da Fornasier et al.23, che hanno descritto una correlazione tra la presenza di particelle di polietilene birifrangenti, la densità degli istiociti e lo spessore di una membrana fibroistiocitica, che hanno tutti mostrato un aumento nel tempo. Una sezione ottenuta dal materiale con un periodo di impianto di 5,7 anni consiste in una sottile capsula fibrosa e fogli di collagene intrecciati con varie cellule. A differenza del materiale che è stato impiantato per 3,3 anni, nello spazio extracellulare non si trova quasi nessun materiale PLLA. La maggior parte dei cristalli di PLLA è stata internalizzata dalle cellule fagocitanti in vacuoli legati alla membrana. Questi risultati possono portare alla conclusione che con periodi di impianto più lunghi c’è un graduale spostamento delle particelle PLLA dall’extra- all’intracellulare nelle cellule fagocitanti che sono incorporate in una matrice fibrosa. La presenza di macrofagi e fibrociti in risposta alle particelle PLLA può essere prevista poiché i macrofagi sono noti per fagocitare e rimuovere il materiale del corpo estraneo. Come risposta all’internalizzazione del materiale del corpo estraneo i macrofagi possono attivare e attrarre le cellule simili ai fibroblasti.
La degradazione extracellulare delle particelle PLLA è probabilmente un processo idrolitico. Tuttavia, le cellule fagocitanti, specialmente i macrofagi, possono rilasciare una serie di enzimi idrolitici lisosomiali che possono influenzare la degradazione. Se questo è il caso, allora ci si aspetterebbe un aumento della concentrazione dell’enzima guida del lisosoma, la fosfatasi acida. La fosfatasi acida è presente in tutti i lisosomi e la sua facile identificazione la rende un eccellente marcatore. Nel tessuto con periodi di impianto di 5,7 anni è stata dimostrata la presenza di fosfatasi acida, anche se non in abbondanza.
Un altro enzima che è stato studiato è la lattico deidrogenasi (LDH). La LDH converte l’acido lattico in piruvato che può essere metabolizzato nel ciclo dell’acido citrico. Se una quantità sostanziale di particelle PLLA intracellulari si degrada in acido lattico, ci si potrebbe aspettare un aumento. Di nuovo, la presenza di precipitati legati agli enzimi è stata dimostrata, ma non in grandi quantità. Sebbene sia stato studiato un numero molto limitato di enzimi, questi risultati possono portare alla conclusione che le particelle PLLA sono alla fine tutte internalizzate dalle cellule fagocitanti che non possono degradare attivamente le particelle PLLA. L’idrolisi è probabilmente l’unico meccanismo di degradazione e le particelle altamente cristalline sembrano degradarsi molto lentamente. Questo implica che c’è una presenza duratura di particelle PLLA intracellulari o che le particelle sono egestite nello spazio extracellulare perché la cellula non può degradare attivamente le particelle. Le particelle di corpo estraneo indigeribili possono causare un’attrazione continua di macrofagi che possono nuovamente fagocitare le particelle di PLLA e quindi ripetere il ciclo intracellulare.
In base alla letteratura sugli impianti di silicone un’altra possibilità può essere che le particelle di PLLA, o i macrofagi con particelle di PLLA, migrino nel tessuto linfatico dal sito dell’impianto24. In questo studio non sono stati escissi linfonodi, ma forse in studi futuri si dovrebbe indagare la possibilità di migrazione delle particelle PLLA ai linfonodi.
Nella letteratura ortopedica sono stati pubblicati molti studi sulla mobilizzazione asettica delle articolazioni protesiche dovuta alla presenza di detriti polimerici particolati trovati nel tessuto fibroso, macrofagi e cellule di corpi estranei. Horowitz et al.25 hanno descritto in uno studio in vitro che l’esposizione alle particelle di polimetilmetacrilato (PMMA) inibisce la sintesi del DNA dei macrofagi, compromette la loro capacità citotossica e infine uccide le cellule. Nel nostro studio le cellule che avevano internalizzato le particelle PLLA lamellari o aghiformi hanno mostrato segni di danni cellulari lievi, come mitocondri ingranditi e accumulo di glicogeno. I fibroblasti umani in coltura accumulano glicogeno nel loro citoplasma quando si avvicinano alla senescenza. Nei campioni di 5,7 anni non sono stati osservati segni di danno cellulare. Quando un materiale impiantato causa un danno cellulare, ci si può aspettare un aumento della perdita di lattato deidrogenasi intracellulare. L’effetto dannoso delle particelle PLLA sembra essere molto basso, nessun aumento delle quantità di LDH mitocondriale potrebbe essere dimostrato, quindi si può supporre che i cristalli PLLA internalizzati non causino gravi lesioni o morte cellulare. Le particelle PLLA indurranno probabilmente una risposta dei macrofagi e dei fibrociti. Il tempo necessario per la degradazione idrolitica totale dei cristalli di PLLA determinerà probabilmente la durata del gonfiore.
I risultati dell’osso trafitto dal paziente con un periodo di impianto di 5,7 anni, mostrano una serie di differenze rispetto ai risultati del materiale impiantato sottocutaneamente. La degradazione del filo di vite PLLA assomiglia alla degradazione della placca ossea PLLA, ma i resti della vite non sono intrecciati con fibre di collagene e l’internalizzazione delle particelle PLLA da parte delle cellule fagocitanti è molto limitata. Questi risultati possono indicare che ci può essere una variazione nel meccanismo di degradazione tra impianti PLLA sottocutanei e intraossei e la reazione istologica che l’impianto induce. Queste differenze possono essere spiegate dal fatto che forse l’osso corticale può resistere alla pressione osmotica del materiale in degradazione e quindi impedire il rigonfiamento del materiale PLLA. Il materiale PLLA rimane densamente imballato, il che forse impedisce la crescita cellulare e l’internalizzazione delle particelle PLLA.
In sintesi, la disintegrazione del PLLA in particelle con il conseguente aumento di volume del materiale PLLA stesso e del tessuto fibroso, può spiegare l’origine del gonfiore descritto. Le particelle di PLLA con un tasso di degradazione idrolitica molto lento, anche se non molto irritabile per la cellula, inducono una reazione cellulare. Si tratta di processi che assomigliano a quelli osservati nella mobilizzazione asettica dell’osso nelle applicazioni ortopediche. La biocompatibilità del materiale PLLA non degradato è stata stabilita in una serie di studi. Le particelle PLLA degradate non causano lesioni cellulari importanti, ma possono indurre e mantenere un gonfiore clinicamente rilevabile, il che potrebbe implicare che queste particelle PLLA non possono più essere considerate completamente biocompatibili. La ricerca futura deve concentrarsi su polimeri biodegradabili che non si disintegrano in particelle altamente cristalline per evitare periodi di degradazione molto lunghi e, in alcune applicazioni, un gonfiore clinicamente rilevabile.