2.1 Neurologiske implantater af metal
Implantater af metal, der anvendes terapeutisk til behandling af forskellige neurologiske tilstande, omfatter dybe hjernestimulatorer til behandling af motoriske underskud i forbindelse med Parkinsons sygdom (Duker og Espay, 2013) og aneurysmeklip og endovaskulære spoler, der anvendes til at forsegle aneurismer i cerebrale blodkar (Killer et al., 2010). Diagnostisk set kan de anvendes som komponenter i mikroelektrode arrays til kronisk overvågning af hjernens elektriske aktivitet. Implanterede neurologiske metalapparater består af en række legeringer, herunder titanium (primært Ti6Al4V) og kobolt. Optagelseselektroder er ofte fremstillet af rent platin, selv om andre metaller såsom wolfram, platin-iridiumlegering eller rustfrit stål (belagt med et isolationsmateriale) er blevet anvendt (Prasad et al., 2012), og siliciumbaserede materialer er ved at blive undersøgt som ikke-metalliske alternativer til metalliske legeringer til intrakranielle elektroder (Groothuis et al, 2014).
Den generelle vævsreaktion, der opstår efter implantation af legeringer i hjernen, omfatter aktivering af gliaceller og dannelse af et glial ar (Griffith og Humphrey, 2006; Winslow og Tresco, 2010; Groothuis et al., 2014). Nogle metalliske materialer er meget mere biokompatible med hjernevæv end andre og tjener derfor som nyttige materialer til fremstilling af neurologisk implanteret udstyr. Stensaas og Stensaas (1978) gennemførte en omfattende undersøgelse for at evaluere den histopatologiske respons på implanterede metalliske materialer i hjernen. De fandt, at ledninger fremstillet af rent germanium, sølv, jern, kobber eller kobolt gav en meget giftig reaktion i kaninhjernen efter implantation. Tantal, molybdæn og nikkel-kromlegeringer gav et “reaktivt” respons, der var karakteriseret ved tilstedeværelsen af multinukleære kæmpeceller i det perimplantære væv og et tyndt lag bindevæv. Relativt ugiftige materialer i denne undersøgelse omfattede aluminium, guld, wolfram og platin. Tilsvarende fandt Yuen et al. (1987), at platinplader, der blev implanteret subduralt i kaninen, havde en acceptabel biokompatibilitetsprofil, hvorimod sølv- og sølvkloridplader gav anledning til en dramatisk vævsreaktion, herunder ødemer og gliose. Mofid et al. (1997) evaluerede biokompatibiliteten af metalliske fiksationsmaterialer i kaninhjernen og bemærkede det klassiske inflammatoriske respons på de implanterede materialer, men bemærkede interessant nok, at responsen på de forskellige materialer varierede over tid. Der blev f.eks. set et stort inflammatorisk respons i hjernen 2 uger efter implantation af rent titan, men det histologiske respons på titan forsvandt med tiden og lignede det, der blev frembragt af Vitallium (en kobolt-krom-molybdæn-legering, der i vid udstrækning anvendes til implanteret udstyr), og det negative kontrolmateriale (silikoneelastomer) 26 uger efter implantation. Derimod frembragte 316L rustfrit stål et progressivt stigende inflammatorisk respons efter 8 og 26 uger, og leukocytresponset efter 26 uger var større end det, der blev frembragt af titanium eller Vitallium. Sammensætningen af den rustfri stållegering spiller en rolle for sværhedsgraden af det histologiske respons efter implantation. Dujovny et al. (2010) rapporterede f.eks., at forskellige rustfrie stållegeringer (f.eks. 17-7PH, 405) ikke var egnede til implantation i hjernen på grund af deres høje korrosion og det ugunstige histologiske respons. I modsætning hertil var 316MOS-stål sammen med andre legeringer såsom titanium og Egiloy (en koboltlegering) mere biokompatibel. Der er blevet offentliggjort en række caserapporter, som beskriver udviklingen af encephalopati hos patienter efter brug af aluminiumholdig knoglecement til otoneurokirurgi (Renard et al., 1994; Hantson et al., 1995; Reusche et al., 1995). Der opstod forhøjede niveauer af aluminium i cerebrospinalvæske, når dura mater blev brudt, hvilket gav metallet direkte adgang til hjerneparenkymet.
Hjernens histologiske reaktion på implanterede metalliske materialer har naturligvis betydning for valget af legeringer til fremstilling af neuralt implanteret udstyr. Andre faktorer, som f.eks. kompatibilitet med magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), kan også spille en rolle ved fastlæggelsen af de bedste materialer til brug i metalliske neurologiske implantater. For eksempel er titanium, selv om både Egiloy og titanium er blevet brugt til at fremstille intrakranielle aneurismeclips, den foretrukne legering, fordi den har den ekstra fordel at minimere artefaktdannelse under computertomografi og MRI-radiologisk billeddannelse (Horiuchi et al., 2014).
Ud over at forstå den toksikologiske virkning af metaller, der frigives fra metalliske implantater, er det fra et klinisk perspektiv også vigtigt at overveje den virkning, som vævsreaktionen kan have på udstyrets ydeevne. Denne faktor er især relevant for præstationen af kronisk implanterede optageelektroder. Den fremmedlegemsrespons, som elektroden frembringer i hjernen, især indkapslingen af elektroden i gliaceller, resulterer i en nedsat evne for elektroden til at registrere neurale signaler fra hjernen. Der arbejdes på at identificere materialer, der minimerer hjernens inflammatoriske reaktion på de implanterede elektroder og derfor resulterer i bedre apparatets ydeevne.
Sammenfattende kan man sige, at selv om nogle metallegeringer giver en ugunstig histopatologisk reaktion efter implantation i hjernen eller andet nervevæv, har eksperimentelle undersøgelser identificeret nogle legeringer med en acceptabel biokompatibilitetsreaktion. Disse resultater gør det muligt for producenter af medicinsk udstyr at vælge de materialer, der giver den mest gunstige kliniske ydeevne, når de anvendes til udvikling af implanteret neurologisk udstyr. Faktorer, der skal tages i betragtning ved valg af et metallisk materiale til brug i en neurologisk implanteret anordning, omfatter vævsresponsen på legeringen samt varigheden af implantationen, det vævstraume, der opstår under indsættelse af implantatet, og anordningens geometri (Groothuis et al., 2014).