DISCUSSIE
De totale resorptietijd van as-gepolymeriseerd PLLA werd in eerdere studies geschat op 3,5 jaar15,16. De resultaten van dit experiment tonen aan dat de PLLA-botplaat en schroeven, geïmplanteerd gedurende 3,3 jaar, waren gedegradeerd tot fragmenten en uiteengevallen in deeltjes die een naaldachtige structuur hebben op TEM. Ultrastructurele TEM-analyse van het PLLA-materiaal met een implantatieperiode van 5,7 jaar laat een vergelijkbare morfologie zien. SEM-analyse doet vermoeden dat de gemiddelde deeltjesgrootte van het gedurende 5,7 jaar geïmplanteerde materiaal veel kleiner is. Tussen 3,3 en 5,7 jaar degradeert het PLLA-materiaal van fragmenten tot deeltjes die op TEM een naaldachtige structuur hebben. Lichtmicroscopische waarnemingen suggereerden dat het aantal PLLA-deeltjes dat door cellen werd geïnternaliseerd, was toegenomen bij langere implantatieperioden.
Het molecuulgewicht, ongeveer 5000, is identiek voor beide implantatieperioden. Rozema21 beschreef dat een M¯n van 5000 een break-even punt kan zijn als begin van relatief hoge desintegratie. De PLLA-deeltjes hebben echter een vrij hoge kristalliniteit21 , wat waarschijnlijk een van de factoren is die hen zeer stabiel maakt en niet erg gevoelig voor hydrolyse. Dit kan het zeer beperkte verloop van de degradatie van PLLA-deeltjes in de periode van 3,3 tot 5,7 jaar verklaren. Substantieel massaverlies of totale resorptie had tot 5,7 jaar nog niet plaatsgevonden. Als een PLLA-deeltje degradeert, gebeurt dit waarschijnlijk in niet-detecteerbare oligomeren die worden weggespoeld met weefselvloeistoffen en niet worden gedetecteerd in de materiaalanalyse. Dit mechanisme kan de verklaring zijn voor de gelijke waarden van moleculair gewicht en kristalliniteit voor beide implantatieperioden.
De oorsprong van de beschreven zwelling is niet helemaal duidelijk. Misschien wordt de zwelling geïnitieerd door een geleidelijke desintegratie van de PLLA botplaat en schroeven in fragmenten. Bergsma et al.18 beschreven hoe tijdens de degradatie de PLLA platen en schroeven uiteenvallen in kleine fragmenten die kunnen leiden tot een groter volume in vergelijking met het volume van de intacte botplaat en schroeven. In een dwarsdoorsnede van weefsel dat gedurende 3 jaar was geïmplanteerd, werd het oppervlak dat werd ingenomen door de a-cellulaire PLLA-deeltjes geschat op 65% van het totale oppervlak. De resterende 35% van de doorsnede werd ingenomen door het omhullende fibreuze kapsel. Böstman et al.22, in een studie met intraosseus geplaatste polyglycolide schroeven en pennen, suggereren dat een verhoogde osmotische intracavitale druk geassocieerd met de degradatie van polyglycolide en de weerstand van het omringende weefsel bepalend kan zijn voor de vorming van een sinus. De oorzaak van de beschreven zwelling kan mogelijk worden verklaard door een combinatie van factoren zoals het uiteenvallen van het PLLA-materiaal in kleine deeltjes, en een verhoogde osmotische druk veroorzaakt door deze fragmenten en de, in vergelijking met bot, lage weerstand van het onderhuidse weefsel.
Een ander mechanisme dat de zwelling kan induceren of in stand houden wordt gegeven door Fornasier et al.23, die een correlatie beschreven tussen de aanwezigheid van birefringente polyethyleendeeltjes, de dichtheid van histiocyten en de dikte van een fibrohistiocytair membraan, die alle een toename vertoonden met de tijd. Een doorsnede verkregen uit het materiaal met een implantatieperiode van 5,7 jaar bestaat uit een dun vezelig kapsel en vellen collageen doorweven met verschillende cellen. In tegenstelling tot het materiaal dat 3,3 jaar werd geïmplanteerd, is er nauwelijks PLLA-materiaal te vinden in de extracellulaire ruimte. Het merendeel van de PLLA-kristallen is door fagocytiserende cellen geïnternaliseerd in membraangebonden vacuolen. Deze resultaten kunnen leiden tot de conclusie dat er bij langere implantatieperioden een geleidelijke verschuiving optreedt van PLLA-deeltjes van extra- naar intracellulair in fagocyterende cellen die zijn ingebed in een vezelige matrix. De aanwezigheid van macrofagen en fibrocyten als reactie op de PLLA-deeltjes kan worden verwacht, aangezien macrofagen bekend staan om hun fagocytisering en verwijdering van lichaamsvreemd materiaal. Als reactie op de internalisatie van het lichaamsvreemde materiaal kunnen macrofagen fibroblast-achtige cellen activeren en aantrekken.
De extracellulaire afbraak van de PLLA-deeltjes is waarschijnlijk een hydrolytisch proces. Fagocytiserende cellen, vooral macrofagen, kunnen echter een aantal lysosomale hydrolytische enzymen vrijmaken die de afbraak kunnen beïnvloeden. Als dit het geval is, zou een verhoogde concentratie van het lysosoomgeleidend enzym, zuurfosfatase, te verwachten zijn. Zuurfosfatase is aanwezig in alle lysosomen en door zijn gemakkelijke identificatie is het een uitstekende merkstof. In het weefsel met een implantatieperiode van 5,7 jaar werd de aanwezigheid van zuurfosfatase aangetoond, zij het niet in overvloed.
Een ander enzym dat is bestudeerd is melkzuurdehydrogenase (LDH). LDH zet melkzuur om in pyruvaat dat in de citroenzuurcyclus kan worden gemetaboliseerd. Indien een aanzienlijke hoeveelheid intracellulaire PLLA-deeltjes in melkzuur wordt afgebroken, kan een toename worden verwacht. Ook hier werd de aanwezigheid van enzym-gerelateerde precipitaten aangetoond, maar niet in grote hoeveelheden. Hoewel een zeer beperkt aantal enzymen werd onderzocht, kunnen deze resultaten tot de conclusie leiden dat de PLLA-deeltjes uiteindelijk allemaal worden geïnternaliseerd door fagocytiserende cellen die de PLLA-deeltjes niet actief kunnen afbreken. Hydrolyse is waarschijnlijk het enige afbraakmechanisme en de zeer kristallijne deeltjes lijken zeer langzaam af te breken. Dit impliceert dat er een langdurige aanwezigheid van intracellulaire PLLA-deeltjes is of dat de deeltjes in de extracellulaire ruimte worden geëstipeerd omdat de cel de deeltjes niet actief kan afbreken. Onverteerbare lichaamsvreemde deeltjes kunnen een voortdurende aantrekking van macrofagen veroorzaken die de PLLA-deeltjes opnieuw fagocyteren en zo de intracellulaire cyclus herhalen.
Gebaseerd op de literatuur over siliconenimplantaten kan een andere mogelijkheid zijn dat PLLA-deeltjes, of macrofagen met PLLA-deeltjes, migreren naar nodaal weefsel vanaf de implantatieplaats24. In deze studie werden geen lymfeklieren geëxcideerd, maar misschien moet in toekomstige studies de mogelijkheid van migratie van PLLA-deeltjes naar lymfeklieren worden onderzocht.
In de orthopedische literatuur zijn veel studies gepubliceerd over aseptische loslating van prothesegewrichten als gevolg van de aanwezigheid van polymeerdeeltjes die worden aangetroffen in fibreus weefsel, macrofagen en lichaamsvreemde cellen. Horowitz et al.25 beschreven in een in vitro studie dat blootstelling aan polymethylmethacrylaat (PMMA) deeltjes de DNA synthese van macrofagen remt, hun cytotoxisch vermogen aantast en uiteindelijk de cellen doodt. In onze studie vertoonden cellen die de lamellaire of naaldachtige PLLA-deeltjes hadden geïnternaliseerd, tekenen van milde celbeschadiging, zoals vergrote mitochondriën en ophoping van glycogeen. Menselijke fibroblasten in cultuur accumuleren glycogeen in hun cytoplasma naarmate zij veroudering naderen. Bij de 5,7 jaar oude specimens werden geen tekenen van celbeschadiging waargenomen. Wanneer een geïmplanteerd materiaal cellulaire schade veroorzaakt, kan een toename van de lekkage van intracellulair lactaatdehydrogenase worden verwacht. Het schadelijke effect van de PLLA-deeltjes lijkt zeer gering te zijn, er konden geen verhoogde hoeveelheden mitochondriaal LDH worden aangetoond, zodat mag worden aangenomen dat de geïnternaliseerde PLLA-kristallen geen ernstig celletsel of celdood veroorzaken. De PLLA-deeltjes zullen waarschijnlijk een reactie van macrofagen en fibrocyten opwekken. De tijd die nodig is voor de totale hydrolytische afbraak van de PLLA-kristallen zal waarschijnlijk de duur van de zwelling bepalen.
De resultaten van het getrephineerde bot van de patiënt met een implantatieperiode van 5,7 jaar, tonen een aantal verschillen in vergelijking met de resultaten van subcutaan geïmplanteerd materiaal. De afbraak van de PLLA-schroefdraad lijkt op de afbraak van de PLLA-botplaat, maar de schroefresten zijn niet doorweven met collageenvezels en de internalisatie van PLLA-deeltjes door fagocytische cellen is zeer beperkt. Deze resultaten kunnen erop wijzen dat er een variatie kan bestaan in het afbraakmechanisme tussen subcutane en intraosseuze PLLA implantaten en de histologische reactie die het implantaat teweegbrengt. Deze verschillen kunnen worden verklaard door het feit dat corticaal bot misschien de osmotische druk van het afbrekende materiaal kan weerstaan en zo zwelling van het PLLA-materiaal kan voorkomen. Het PLLA-materiaal blijft dicht opeengepakt, wat wellicht cellulaire ingroei en internalisatie van PLLA-deeltjes voorkomt.
Samenvattend kan het uiteenvallen van PLLA in deeltjes met de bijbehorende volumetoename van het PLLA-materiaal zelf en het vezelige weefsel, de oorsprong van de beschreven zwelling verklaren. De PLLA-deeltjes met een zeer langzame hydrolytische afbraaksnelheid zijn weliswaar niet erg irriterend voor de cel, maar induceren wel een cellulaire reactie. Dit zijn processen die lijken op die welke worden waargenomen bij aseptische botloslating bij orthopedische toepassingen. De biocompatibiliteit van het niet-gedegradeerde PLLA-materiaal is in een aantal studies aangetoond. De gedegradeerde PLLA-deeltjes veroorzaken geen grote celschade, maar zij kunnen een klinisch waarneembare zwelling induceren en in stand houden, hetgeen zou kunnen impliceren dat deze PLLA-deeltjes niet langer als volledig biocompatibel kunnen worden beschouwd. Toekomstig onderzoek moet zich richten op biologisch afbreekbare polymeren die niet desintegreren tot zeer kristallijne deeltjes om zeer lange degradatieperiodes te vermijden, en in sommige toepassingen een klinisch detecteerbare zwelling.