2.1 Implanturi neurologice metalice
Dispozitivele metalice implantate utilizate în scop terapeutic pentru a trata diverse afecțiuni neurologice includ stimulatoare cerebrale profunde pentru a trata deficitele motorii asociate cu boala Parkinson (Duker și Espay, 2013), precum și clipuri de anevrism și bobine endovasculare utilizate pentru a sigila anevrismele din vasele de sânge cerebrale (Killer et al., 2010). Din punct de vedere diagnostic, acestea pot fi utilizate ca componente ale rețelelor de microelectrozi pentru monitorizarea cronică a activității electrice a creierului. Dispozitivele neurologice metalice implantate sunt compuse dintr-o serie de aliaje, inclusiv titan (în principal Ti6Al4V) și cobalt. Electrozii de înregistrare sunt adesea fabricați din platină pură, deși au fost utilizate și alte metale, cum ar fi tungstenul, aliajul platină-iridiu sau oțelul inoxidabil (acoperit cu un material izolator) (Prasad et al., 2012), iar materialele pe bază de siliciu sunt în curs de explorare ca alternative nemetalice la aliajele metalice pentru electrozii intracranieni (Groothuis et al., 2014).
Răspunsul tisular general care apare în urma implantării aliajelor în creier implică activarea celulelor gliale și formarea unei cicatrici gliale (Griffith și Humphrey, 2006; Winslow și Tresco, 2010; Groothuis et al., 2014). Unele materiale metalice sunt mult mai biocompatibile cu țesutul cerebral decât altele și, prin urmare, servesc drept materiale utile pentru fabricarea dispozitivelor implantate neurologic. Stensaas și Stensaas (1978) au efectuat un studiu cuprinzător pentru a evalua răspunsul histopatologic al materialelor metalice implantate în creier. Aceștia au constatat că firele fabricate din germaniu pur, argint, fier, cupru sau cobalt au produs un răspuns extrem de toxic în creierul iepurelui după implantare. Aliajul de tantal, molibden și aliaj de nichel-crom a produs un răspuns „reactiv” caracterizat prin prezența de celule gigantice multinucleate în țesutul periimplant și a unui strat subțire de țesut conjunctiv. Materialele relativ netoxice din acest studiu au inclus aluminiul, aurul, tungstenul și platina. În mod similar, Yuen et al. (1987) au constatat că discurile de platină implantate subdural la iepure au avut un profil de biocompatibilitate acceptabil, în timp ce discurile din clorură de argint și argint au produs un răspuns tisular dramatic, inclusiv edem și glioză. Mofid et al. (1997) au evaluat biocompatibilitatea materialelor metalice de fixare în creierul de iepure și au remarcat răspunsul inflamator clasic la materialele implantate, dar au observat în mod interesant că răspunsul la diferite materiale a variat în timp. De exemplu, s-a observat un răspuns inflamator important în creier la 2 săptămâni după implantarea titanului pur, dar răspunsul histologic la titan s-a rezolvat în timp și a fost similar cu cel produs de Vitallium (un aliaj de cobalt-crom-molibden utilizat pe scară largă pentru dispozitive implantate) și cu cel produs de materialul de control negativ (elastomer de silicon) la 26 de săptămâni după implantare. În schimb, oțelul inoxidabil 316L a produs un răspuns inflamator în creștere progresivă la 8 și 26 de săptămâni, iar răspunsul leucocitar la 26 de săptămâni a fost mai mare decât cel produs de titan sau Vitallium. Compoziția aliajului de oțel inoxidabil joacă un rol în severitatea răspunsului histologic după implantare. De exemplu, Dujovny et al. (2010) au raportat că diverse aliaje de oțel inoxidabil (de exemplu, 17-7PH, 405) nu erau adecvate pentru implantarea în creier din cauza coroziunii ridicate și a răspunsului histologic nefavorabil. În schimb, oțelul 316MOS, împreună cu alte aliaje, cum ar fi titanul și Egiloy (un aliaj de cobalt), au fost mai biocompatibile. Au fost publicate o serie de rapoarte de caz care descriu apariția encefalopatiei la pacienți în urma utilizării cimentului osos cu conținut de aluminiu pentru otoneurochirurgie (Renard et al., 1994; Hantson et al., 1995; Reusche et al., 1995). Niveluri ridicate de aluminiu au apărut în lichidul cefalorahidian atunci când dura mater a fost ruptă, ceea ce a permis accesul direct al metalului la parenchimul cerebral.
Răspunsul histologic al creierului la materialele metalice implantate are, în mod evident, un impact asupra selecției aliajelor pentru fabricarea dispozitivelor cu implanturi neuronale. Alți factori, cum ar fi compatibilitatea cu imagistica prin rezonanță magnetică (IRM), pot juca, de asemenea, un rol în determinarea celor mai bune materiale pentru utilizarea în implanturile metalice neurologice. De exemplu, deși atât Egiloy, cât și titanul au fost utilizate pentru a fabrica clipuri de anevrism intracranian, titanul este aliajul preferat deoarece are avantajul suplimentar de a minimiza formarea de artefacte în timpul imagisticii radiologice prin tomografie computerizată și RMN (Horiuchi et al., 2014).
În plus față de înțelegerea impactului toxicologic al metalelor eliberate de implanturile metalice, dintr-o perspectivă clinică este, de asemenea, important să se ia în considerare efectul pe care răspunsul tisular îl poate avea asupra performanței dispozitivului. Acest factor este deosebit de relevant pentru performanța electrozilor de înregistrare implantați cronic. Răspunsul de corp străin produs de electrod în creier, în special încapsularea electrodului de către celulele gliale, are ca rezultat o capacitate redusă a electrodului de a detecta semnalele neuronale din creier. Se depun eforturi pentru a identifica materiale care să minimizeze răspunsul inflamator al creierului la electrozii implantați și, prin urmare, să ducă la o performanță mai bună a dispozitivului.
În concluzie, deși unele aliaje metalice produc un răspuns histopatologic nefavorabil în urma implantării în creier sau în alte țesuturi neuronale, studiile experimentale au identificat unele aliaje cu un răspuns de biocompatibilitate acceptabil. Aceste constatări permit producătorilor de dispozitive medicale să selecteze materialele care oferă cele mai favorabile performanțe clinice atunci când sunt utilizate pentru dezvoltarea de dispozitive neurologice implantate. Factorii care trebuie luați în considerare atunci când se selectează un material metalic pentru utilizarea într-un dispozitiv implantat neurologic includ răspunsul țesuturilor la aliaj, precum și durata implantării, traumatismul tisular produs în timpul inserției implantului și geometria dispozitivului (Groothuis et al., 2014).
.