2.1 Fém neurológiai implantátumok
A különböző neurológiai betegségek kezelésére terápiásan használt beültetett fémeszközök közé tartoznak a Parkinson-kórral összefüggő motoros deficitek kezelésére szolgáló mély agyi stimulátorok (Duker és Espay, 2013), valamint az agyi erek aneurizmáinak lezárására használt aneurizma klipek és endovaszkuláris tekercsek (Killer et al., 2010). Diagnosztikai szempontból az agy elektromos aktivitásának krónikus monitorozására szolgáló mikroelektródtömbök alkotórészeként használhatók. A beültetett fém neurológiai eszközök számos ötvözetből, többek között titánból (elsősorban Ti6Al4V) és kobaltból állnak. A rögzítő elektródákat gyakran tiszta platinából készítik, bár más fémeket, például volfrámot, platina-irídium ötvözetet vagy rozsdamentes acélt (szigetelőanyaggal bevonva) is használtak már (Prasad et al., 2012), és a szilícium alapú anyagokat a fémötvözetek nem fémes alternatívájaként vizsgálják az intrakraniális elektródákhoz (Groothuis et al., 2014).
Az ötvözetek agyba történő beültetését követően fellépő általános szöveti válasz a gliasejtek aktiválódásával és gliaheg kialakulásával jár (Griffith és Humphrey, 2006; Winslow és Tresco, 2010; Groothuis és mtsai., 2014). Egyes fémes anyagok sokkal biokompatibilisebbek az agyszövetekkel, mint mások, ezért hasznos anyagként szolgálnak a neurológiailag beültetett eszközök gyártásához. Stensaas és Stensaas (1978) átfogó vizsgálatot végzett az agyba beültetett fémes anyagok szövettani reakciójának értékelésére. Megállapították, hogy a tiszta germániumból, ezüstből, vasból, rézből vagy kobaltból készült huzalok a beültetést követően erősen toxikus reakciót váltottak ki a nyúl agyában. A tantál, a molibdén és a nikkel-króm ötvözet “reaktív” választ produkált, amelyet a periimplantátum szövetben többmagvú óriássejtek és egy vékony kötőszöveti réteg jelenléte jellemzett. A viszonylag nem toxikus anyagok közé tartozott ebben a vizsgálatban az alumínium, az arany, a volfrám és a platina. Hasonlóképpen Yuen és munkatársai (1987) azt találták, hogy a nyúlba szubdurálisan beültetett platina lemezek elfogadható biokompatibilitási profillal rendelkeztek, míg az ezüst-ezüst-ezüst-klorid lemezek drámai szöveti reakciót váltottak ki, beleértve az ödémát és a gliózist. Mofid és munkatársai (1997) értékelték a fémrögzítő anyagok biokompatibilitását nyúl agyában, és megállapították a beültetett anyagokra adott klasszikus gyulladásos választ, de érdekes módon megfigyelték, hogy a különböző anyagokra adott válasz idővel változott. Például a tiszta titán beültetése után 2 héttel nagy gyulladásos választ észleltek az agyban, de a titánra adott szövettani válasz idővel megszűnt, és hasonló volt a Vitallium (a beültetett eszközökhöz széles körben használt kobalt-króm-molibdén ötvözet) és a negatív kontroll anyag (szilikon elasztomer) által kiváltott válaszhoz 26 héttel a beültetés után. Ezzel szemben a 316L rozsdamentes acél fokozatosan növekvő gyulladásos választ váltott ki 8 és 26 hét múlva, és a leukocita-válasz 26 hét múlva nagyobb volt, mint a titán vagy a Vitallium által kiváltott válasz. A rozsdamentes acélötvözet összetétele szerepet játszik a beültetés utáni szövettani válasz súlyosságában. Dujovny és munkatársai (2010) például arról számoltak be, hogy különböző rozsdamentes acélötvözetek (pl. 17-7PH, 405) nem alkalmasak agyba történő beültetésre a magas korrózió és a kedvezőtlen szövettani válasz miatt. Ezzel szemben a 316MOS acél, valamint más ötvözetek, például a titán és az Egiloy (egy kobaltötvözet) biokompatibilisebbek voltak. Számos esetjelentés jelent meg, amelyek az alumíniumtartalmú csontcement otoneurosebészeti célú alkalmazását követően encephalopathia kialakulását írják le a betegeknél (Renard és mtsai., 1994; Hantson és mtsai., 1995; Reusche és mtsai., 1995). Az agy-gerincvelői folyadékban megemelkedett alumíniumszintek fordultak elő, amikor a dura mater felszakadt, ami közvetlen hozzáférést biztosított a fémnek az agyi parenchimához.
Az agynak a beültetett fémes anyagokra adott szövettani válasza nyilvánvalóan hatással van a neurálisan beültetett eszközök gyártásához használt ötvözetek kiválasztására. Más tényezők, mint például a mágneses rezonancia képalkotás (MRI) kompatibilitás, szintén szerepet játszhatnak a fémből készült neurológiai implantátumokban felhasználható legjobb anyagok meghatározásában. Például, bár az intrakraniális aneurizmaklipek készítéséhez mind az Egiloy, mind a titán felhasználásra került, a titán az előnyösebb ötvözet, mivel további előnye, hogy a komputertomográfiás és MRI radiológiai képalkotás során minimálisra csökkenti a műtermékképződést (Horiuchi et al., 2014).
A fémimplantátumokból felszabaduló fémek toxikológiai hatásának megértése mellett klinikai szempontból az is fontos, hogy a szöveti reakció milyen hatással lehet az eszköz teljesítményére. Ez a tényező különösen fontos a krónikusan beültetett regisztráló elektródák teljesítménye szempontjából. Az agyban az elektróda által keltett idegentest-reakció, különösen az elektróda gliasejtek általi bekapszulázása azt eredményezi, hogy az elektróda kevésbé képes érzékelni az agyból érkező idegi jeleket. Jelenleg is folynak erőfeszítések olyan anyagok azonosítására, amelyek minimalizálják az agynak a beültetett elektródákra adott gyulladásos reakcióját, és így jobb készülékteljesítményt eredményeznek.
Összefoglalva, bár egyes fémötvözetek az agyba vagy más idegszövetbe történő beültetést követően kedvezőtlen szövettani reakciót váltanak ki, kísérleti vizsgálatok azonosítottak néhány olyan ötvözetet, amelyek elfogadható biokompatibilitási reakcióval rendelkeznek. Ezek az eredmények lehetővé teszik az orvostechnikai eszközök gyártóinak, hogy kiválasszák azokat az anyagokat, amelyek a legkedvezőbb klinikai teljesítményt nyújtják, amikor beültetett neurológiai eszközök kifejlesztéséhez használják őket. A neurológiailag beültetett eszközben való felhasználásra szánt fémes anyag kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők közé tartozik az ötvözetre adott szöveti válasz, valamint az implantáció időtartama, az implantátum behelyezése során keletkező szöveti trauma és az eszköz geometriája (Groothuis et al., 2014).