2.1 Kovové neurologické implantáty
Mezi implantovaná kovová zařízení používaná terapeuticky k léčbě různých neurologických onemocnění patří hluboké mozkové stimulátory k léčbě motorických deficitů spojených s Parkinsonovou chorobou (Duker a Espay, 2013) a klipy na aneuryzmata a endovaskulární cívky používané k utěsnění aneuryzmat v mozkových cévách (Killer a kol.), 2010). Z diagnostického hlediska je lze použít jako součásti mikroelektrodových polí pro chronické monitorování elektrické aktivity mozku. Implantovaná kovová neurologická zařízení se skládají z řady slitin, včetně titanu (především Ti6Al4V) a kobaltu. Záznamové elektrody se často vyrábějí z čisté platiny, ačkoli se používají i jiné kovy, například wolfram, slitina platiny a iridia nebo nerezová ocel (potažená izolačním materiálem) (Prasad et al., 2012), a jako nekovové alternativy kovových slitin pro intrakraniální elektrody se zkoumají materiály na bázi křemíku (Groothuis et al..),
Obecná reakce tkáně, ke které dochází po implantaci slitin do mozku, zahrnuje aktivaci gliových buněk a tvorbu gliové jizvy (Griffith a Humphrey, 2006; Winslow a Tresco, 2010; Groothuis et al., 2014). Některé kovové materiály jsou mnohem více biokompatibilní s mozkovou tkání než jiné, a proto slouží jako užitečné materiály pro výrobu neurologicky implantovaných zařízení. Stensaas a Stensaas (1978) provedli rozsáhlou studii s cílem zhodnotit histopatologickou odezvu implantovaných kovových materiálů v mozku. Zjistili, že dráty vyrobené z čistého germania, stříbra, železa, mědi nebo kobaltu vyvolávají v mozku králíků po implantaci vysoce toxickou reakci. Tantal, molybden a slitina niklu a chromu vyvolaly „reaktivní“ reakci charakterizovanou přítomností vícejaderných obrovských buněk v peri-implantátové tkáni a tenkou vrstvou pojivové tkáně. Relativně netoxické materiály v této studii zahrnovaly hliník, zlato, wolfram a platinu. Podobně Yuen et al. (1987) zjistili, že platinové disky implantované subdurálně do králíka měly přijatelný profil biokompatibility, zatímco disky z chloridu stříbrného vyvolaly dramatickou reakci tkáně, včetně edému a gliózy. Mofid et al. (1997) hodnotili biokompatibilitu kovových fixačních materiálů v králičím mozku a zaznamenali klasickou zánětlivou reakci na implantované materiály, ale zajímavé bylo, že reakce na různé materiály se v průběhu času lišila. Například 2 týdny po implantaci čistého titanu byla v mozku pozorována velká zánětlivá reakce, ale histologická reakce na titan se v průběhu času vyřešila a byla podobná reakci na Vitallium (slitina kobaltu, chromu a molybdenu široce používaná pro implantovaná zařízení) a na negativní kontrolní materiál (silikonový elastomer) 26 týdnů po implantaci. Naproti tomu nerezová ocel 316L vyvolávala postupně se zvyšující zánětlivou reakci po 8 a 26 týdnech a reakce leukocytů po 26 týdnech byla větší než reakce vyvolaná titanem nebo materiálem Vitallium. Složení slitiny nerezové oceli hraje roli v závažnosti histologické odpovědi po implantaci. Například Dujovny et al. (2010) uvádějí, že různé slitiny nerezové oceli (např. 17-7PH, 405) nejsou vhodné pro implantaci do mozku z důvodu vysoké koroze a nepříznivé histologické odezvy. Naproti tomu ocel 316MOS spolu s dalšími slitinami, jako je titan a Egiloy (kobaltová slitina), byly biokompatibilnější. Byla publikována řada kazuistik popisujících vznik encefalopatie u pacientů po použití kostního cementu obsahujícího hliník pro otoneurochirurgické operace (Renard a kol., 1994; Hantson a kol., 1995; Reusche a kol., 1995). Zvýšené hladiny hliníku se objevily v mozkomíšním moku, když byla narušena dura mater, což umožnilo kovu přímý přístup do mozkového parenchymu.
Histologická reakce mozku na implantované kovové materiály má samozřejmě vliv na výběr slitin pro výrobu neurálně implantovaných zařízení. Při určování nejvhodnějších materiálů pro použití v kovových neurologických implantátech mohou hrát roli i další faktory, jako je kompatibilita s magnetickou rezonancí (MRI). Například ačkoli se k výrobě klipů pro intrakraniální aneuryzmata používá jak Egiloy, tak titan, titan je upřednostňovanou slitinou, protože má další výhodu v minimalizaci tvorby artefaktů při radiologickém zobrazování počítačovou tomografií a MRI (Horiuchi et al., 2014).
Kromě pochopení toxikologického dopadu kovů uvolňovaných z kovových implantátů je z klinického hlediska také důležité zvážit vliv, který může mít reakce tkání na výkon zařízení. Tento faktor je zvláště důležitý pro výkonnost chronicky implantovaných záznamových elektrod. Reakce cizího tělesa vyvolaná elektrodou v mozku, zejména zapouzdření elektrody gliovými buňkami, má za následek sníženou schopnost elektrody detekovat nervové signály z mozku. Probíhají snahy o identifikaci materiálů, které minimalizují zánětlivou reakci mozku na implantované elektrody, a tím vedou k lepšímu fungování zařízení.
Shrnem lze říci, že ačkoli některé kovové slitiny vyvolávají po implantaci do mozku nebo jiné nervové tkáně nepříznivou histopatologickou reakci, experimentální studie identifikovaly některé slitiny s přijatelnou reakcí na biokompatibilitu. Tyto poznatky umožňují výrobcům zdravotnických prostředků vybrat materiály, které poskytují nejpříznivější klinické vlastnosti při použití k vývoji implantovaných neurologických prostředků. Mezi faktory, které je třeba vzít v úvahu při výběru kovového materiálu pro použití v neurologickém implantovaném zařízení, patří reakce tkáně na slitinu, jakož i doba implantace, trauma tkáně vzniklé při zavádění implantátu a geometrie zařízení (Groothuis a kol., 2014).
.