DISCUSSION
重合したままのPLLAの総吸収時間は、過去の研究では3.5年と推定されていた15,16。 今回の実験結果では、3.3年間埋入されたPLLA骨プレートとスクリューは断片的に分解され、TEM上では針状構造を持つ粒子に崩壊していた。 埋入期間が5.7年のPLLA素材の超微細TEM分析では、同等の形態を示している。 SEM分析では、5.7年移植された材料の平均粒子径ははるかに小さいことが示唆される。 3.3年から5.7年の間に、PLLA材料は断片からTEMで針状構造を持つ粒子へと劣化している。
分子量は約5000であり、両移植期間で同一である。 Rozema21は、M¯nが5000であることが、相対的に高い崩壊の開始点としての損益分岐点である可能性を述べている。 しかし、PLLA粒子はかなり高い結晶性21を有しており、これが非常に安定で加水分解の影響をあまり受けない要因の一つであると考えられる。 このことが、3.3年から5.7年の間にPLLA粒子の劣化が非常に限定的に進行したことを説明しているのかもしれない。 5.7年目までは実質的な質量の減少や完全な吸収は起こっていない。 PLLA粒子が劣化した場合、それはおそらく検出できないオリゴマーとなり、組織液で洗い流されて材料分析では検出されない。
説明した膨らみの原因ははっきりしていません。 もしかしたら、PLLA骨プレートとスクリューが徐々に分解されて断片化することで腫れが始まるのかもしれない。 Bergsmaら18は、PLLAプレートとスクリューが分解中に小さな断片に分解され、無傷の骨プレートとスクリューの体積と比較して体積が増加する可能性があると述べている。 3年間移植された組織の断面では、a-cellular PLLA粒子が占める表面積は、全表面積の65％と推定された。 断面の残り35％は、包囲している線維性カプセルによって占められていた。 Böstmanら22は、骨内に留置されたポリグリコリド製のスクリューとピンを用いた研究で、ポリグリコリドの分解に伴う浸透圧の上昇と周囲の組織の抵抗が洞の形成を決定する可能性を示唆している。
腫れを誘発または維持する可能性のある別のメカニズムとして、Fornasier et al.23, は、複屈折ポリエチレン粒子の存在、組織球の密度、線維組織球膜の厚さの間に相関関係があり、これらはすべて時間とともに増加すると述べている。 移植期間が5.7年の材料から得られた切片は、薄い繊維状のカプセルと、様々な細胞が入り組んだコラーゲンのシートから構成されている。 3.3年移植した材料とは対照的に、細胞外の空間にはほとんどPLLA材料が見られない。 PLLA結晶の大部分は、食細胞によって膜結合空胞に内包されている。 これらの結果から、移植期間が長くなると、線維性マトリックスに埋没した食細胞において、PLLA粒子が細胞外から細胞内へと徐々に移行するという結論が導き出されるかもしれない。 マクロファージは異物を貪食して除去することが知られているので、PLLA粒子に反応してマクロファージや線維細胞が存在することは予想できる。
PLLA粒子の細胞外での分解は、おそらく加水分解プロセスであろう。
PLLA粒子の細胞外分解は、おそらく加水分解プロセスであろう。しかし、貪食細胞、特にマクロファージは、分解に影響を与える可能性のある多くのリソソーム加水分解酵素を放出することができる。 これが事実であれば、リソソームのガイド酵素である酸性フォスファターゼの濃度が上昇することが予想される。 酸性ホスファターゼはすべてのリソソームに存在し、その同定が容易であることから、優れたマーカーとなる。
研究されているもう1つの酵素は、乳酸脱水素酵素（LDH）です。 LDHは、乳酸をピルビン酸に変換し、クエン酸サイクルで代謝することができます。 細胞内の相当量のPLLA粒子が乳酸に分解された場合、その増加が予想される。 ここでも酵素関連の沈殿物の存在が確認されたが、その量は多くなかった。 調査した酵素の数は非常に限られているが、これらの結果から、PLLA粒子は最終的にすべて、PLLA粒子を積極的に分解できない貪食細胞に取り込まれるという結論が導き出されるかもしれない。 加水分解はおそらく唯一の分解メカニズムであり、結晶性の高い粒子は非常にゆっくりと分解されるようである。 このことは、細胞内にPLLA粒子が長期にわたって存在しているか、あるいは細胞が積極的に粒子を分解できないために粒子が細胞外に放出されていることを示唆している。
シリコンインプラントに関する文献によれば、PLLA粒子、またはPLLA粒子を持つマクロファージがインプラント部位からリンパ節組織に移動するという別の可能性もある24。
整形外科の文献では、線維性組織内に見られる粒子状のポリマーデブリ、マクロファージ、異物細胞の存在による人工関節の無菌性のゆるみについて多くの研究が発表されている。 Horowitzら25は、ポリメチルメタクリレート（PMMA）粒子にさらされると、マクロファージのDNA合成が阻害され、細胞毒性能力が損なわれ、最終的には細胞が死滅することをin vitroの研究で述べている。 我々の研究では、ラメラ状または針状のPLLA粒子を体内に取り込んだ細胞は、ミトコンドリアの肥大化やグリコーゲンの蓄積など、軽度の細胞損傷の兆候を示した。 培養中のヒト線維芽細胞は、老化に近づくと細胞質にグリコーゲンを蓄積する。 5.7年目の試料では、細胞損傷の兆候は見られなかった。 埋め込まれた材料が細胞に損傷を与えると、細胞内の乳酸脱水素酵素の漏出が増加することが予想される。 PLLA粒子の損傷効果は非常に低いようであり、ミトコンドリアLDHの量の増加は認められなかったので、内包されたPLLA結晶は重度の細胞損傷や細胞死を引き起こさないと推測される。 PLLA粒子はおそらくマクロファージや線維細胞の反応を誘発するであろう。
移植期間が5.7年の患者のトレフィン骨の結果は、皮下移植された材料の結果と比較して多くの違いを示している。 PLLAネジ山の劣化はPLLA骨プレートの劣化と似ていますが、ネジ山の残骸にはコラーゲン繊維が介在しておらず、食細胞によるPLLA粒子の内在化は非常に限られています。 これらの結果は、皮下埋め込み型と骨内埋め込み型のPLLAインプラントの分解メカニズムや、インプラントが引き起こす組織学的反応に違いがあり得ることを示しているのかもしれない。 これらの違いは、おそらく皮質骨が分解物質の浸透圧に耐えられるため、PLLA素材の膨潤を防ぐことができるからだと考えられる。
まとめますと、PLLAの粒子への分解と、それに伴うPLLA材料自体および繊維組織の体積の増加が、説明されている腫れの起源を説明しているのかもしれません。 加水分解速度が非常に遅いPLLA粒子は、細胞に対してあまり刺激的ではないものの、細胞反応を誘発する。 これは、整形外科領域での無菌性の骨のゆるみに見られるプロセスに似ている。 非分解PLLA材料の生体適合性は、多くの研究で確立されている。 分解されたPLLA粒子は、細胞に大きな損傷を与えないが、臨床的に検出可能な膨潤を誘発し、維持することができる。このことは、これらのPLLA粒子がもはや完全な生体適合性を有しているとは考えられないことを示唆している。 今後の研究では、非常に長い分解期間や、用途によっては臨床的に検出可能な膨潤を避けるために、高度に結晶性の粒子に分解しない生分解性ポリマーに焦点を当てる必要があります。