2.1 Metalliset neurologiset implantit
Terapeuttisesti erilaisten neurologisten sairauksien hoidossa käytettäviä implantoituja metallisia laitteita ovat muun muassa syväaivostimulaattorit, joilla hoidetaan Parkinsonin tautiin liittyvää motorista vajavuutta (Duker ja Espay, 2013), sekä aneurysman leikkeet ja endovaskulaariset kelat, joita käytetään sulkeutumaan aivovaltimoiden aneurysmiin (Killer et al., 2010). Diagnostisesti niitä voidaan käyttää mikroelektrodirakenteiden komponentteina aivojen sähköisen toiminnan kroonisessa seurannassa. Implantoitavat metalliset neurologiset laitteet koostuvat useista seoksista, kuten titaanista (pääasiassa Ti6Al4V) ja koboltista. Tallennuselektrodit valmistetaan usein puhtaasta platinasta, vaikka muitakin metalleja, kuten volframia, platina-iridium-seosta tai ruostumatonta terästä (joka on päällystetty eristeaineella), on käytetty (Prasad ym., 2012), ja piipohjaisia materiaaleja tutkitaan kallonsisäisten elektrodien ei-metallisina vaihtoehtoina metalliseoksille (Groothuis ym., 2012), 2014).
Yleiseen kudosreaktioon, joka tapahtuu seosten istuttamisen jälkeen aivoihin, kuuluu gliasolujen aktivoituminen ja gliasarven muodostuminen (Griffith ja Humphrey, 2006; Winslow ja Tresco, 2010; Groothuis et al., 2014). Jotkin metalliset materiaalit ovat paljon bioyhteensopivampia aivokudoksen kanssa kuin toiset, ja siksi ne toimivat hyödyllisinä materiaaleina neurologisesti implantoitujen laitteiden valmistuksessa. Stensaas ja Stensaas (1978) tekivät kattavan tutkimuksen arvioidakseen aivoihin istutettujen metallisten materiaalien histopatologista vastetta. He havaitsivat, että puhtaasta germaniumista, hopeasta, raudasta, kuparista tai koboltista valmistetut johdot aiheuttivat erittäin myrkyllisen reaktion kanin aivoissa istutuksen jälkeen. Tantaali, molybdeeni ja nikkeli-kromiseos tuottivat ”reaktiivisen” vasteen, jolle oli ominaista monitumallisten jättiläissolujen esiintyminen istutetta ympäröivässä kudoksessa ja ohut sidekudoskerros. Suhteellisen myrkyttömiä materiaaleja tässä tutkimuksessa olivat alumiini, kulta, volframi ja platina. Vastaavasti Yuen ja muut (1987) havaitsivat, että kaniiniin subduraalisesti istutetuilla platinakiekoilla oli hyväksyttävä bioyhteensopivuusprofiili, kun taas hopea-hopeakloridikiekot aiheuttivat dramaattisen kudosreaktion, johon kuului turvotusta ja glioosia. Mofid ja muut (1997) arvioivat metallisten kiinnitysmateriaalien biologista yhteensopivuutta kanin aivoissa ja havaitsivat klassisen tulehdusreaktion istutetuille materiaaleille, mutta huomasivat mielenkiintoisesti, että vaste eri materiaaleille vaihteli ajan myötä. Esimerkiksi aivoissa havaittiin laaja tulehdusreaktio 2 viikkoa puhtaan titaanin istuttamisen jälkeen, mutta histologinen reaktio titaanille hävisi ajan mittaan ja oli samanlainen kuin Vitalliumilla (koboltti-kromi-molybdeeniseoskuituja, joita käytetään laajalti implantoitavissa laitteissa) ja negatiivisella vertailumateriaalilla (silikonielastomeeri) 26 viikkoa istuttamisen jälkeen. Sitä vastoin 316L-ruostumaton teräs aiheutti asteittain lisääntyvän tulehdusreaktion 8 ja 26 viikon kohdalla, ja leukosyyttivaste 26 viikon kohdalla oli suurempi kuin titaanin tai Vitalliumin aiheuttama. Ruostumattoman teräksen seoksen koostumuksella on merkitystä histologisen vasteen vakavuuteen implantoinnin jälkeen. Esimerkiksi Dujovny et al. (2010) raportoivat, että erilaiset ruostumattoman teräksen seokset (esim. 17-7PH, 405) eivät soveltuneet aivoihin istutettaviksi niiden voimakkaan korroosion ja epäsuotuisan histologisen vasteen vuoksi. Sitä vastoin 316MOS-teräs sekä muut seokset, kuten titaani ja Egiloy (kobolttiseos), olivat bioyhteensopivampia. On julkaistu useita tapausselostuksia, joissa kuvataan enkefalopatian kehittymistä potilaille sen jälkeen, kun alumiinia sisältävää luusementtiä oli käytetty otoneurokirurgiassa (Renard ym., 1994; Hantson ym., 1995; Reusche ym., 1995). Aivo-selkäydinnesteessä esiintyi kohonneita alumiinipitoisuuksia, kun kovakalvo (dura mater) oli rikkoutunut, jolloin metalli pääsi suoraan aivoparenkyymiin.
Aivojen histologinen reaktio istutettuihin metallimateriaaleihin vaikuttaa ilmeisesti seosten valintaan neuraalisesti implantoitujen laitteiden valmistukseen. Myös muilla tekijöillä, kuten magneettikuvauksen (MRI) yhteensopivuudella, voi olla merkitystä määritettäessä parhaita materiaaleja käytettäväksi metallisissa neurologisissa implanteissa. Vaikka esimerkiksi kallonsisäisten aneurysmaleikkeiden valmistuksessa on käytetty sekä Egiloy- että titaaniseosta, titaania on pidetty parempana seoksena, koska sen lisäetuna on, että se minimoi artefaktien muodostumisen tietokonetomografia- ja magneettiresonanssikuvauksen aikana (Horiuchi ym., 2014).
Kliinisestä näkökulmasta katsottuna metallisista implanteista vapautuvien metallien toksikologisen vaikutuksen ymmärtämisen lisäksi on tärkeää ottaa huomioon myös kudosreaktioiden mahdollinen vaikutus laitteen suorituskykyyn. Tämä tekijä on erityisen merkityksellinen kroonisesti implantoitujen rekisteröintielektrodien suorituskyvyn kannalta. Aivoissa olevan elektrodin aiheuttama vierasesinereaktio, erityisesti elektrodin kapseloituminen gliasoluihin, heikentää elektrodin kykyä havaita aivojen hermosignaaleja. Parhaillaan pyritään löytämään materiaaleja, jotka minimoivat aivojen tulehdusreaktion implantoituja elektrodeja kohtaan ja siten parantavat laitteen suorituskykyä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka jotkin metalliseokset aiheuttavat epäsuotuisan histopatologisen vasteen aivoihin tai muuhun hermokudokseen istuttamisen jälkeen, kokeellisissa tutkimuksissa on tunnistettu joitakin seoksia, joiden biologinen yhteensopivuus on hyväksyttävää. Nämä havainnot antavat lääkinnällisten laitteiden valmistajille mahdollisuuden valita materiaalit, jotka antavat suotuisimman kliinisen suorituskyvyn, kun niitä käytetään kehitettäessä implantoituja neurologisia laitteita. Tekijöitä, jotka on otettava huomioon valittaessa metallista materiaalia käytettäväksi neurologisesti implantoitavassa laitteessa, ovat kudosvaste seokselle sekä implantoinnin kesto, implantin asettamisen aikana syntyvä kudostrauma ja laitteen geometria (Groothuis et al., 2014).