The effects of spinal implant wear debris particles

• Main Authors: Thomas, Cecilia, El Ammarin, Eslam
• Format: Others
• Language: English
• Published: Uppsala universitet, Tillämpad materialvetenskap 2021
• Subjects: spine; implant; wear; debris; particles; ryggimplantat; implantatpartiklar; partiklar; implantat; Biomaterials Science; Biomaterialvetenskap
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-448290

The goal of this literature study was to study the effects of spinal implant wear debris particles on the body in general, and on microglia cells in particular. The method of the literature study was searching for scientific peer-reviewed papers on the topic.  Spinal implants are used to fix spinal problems such as deformities or injuries. All implants wear down in the body. This produces wear debris particles. The body’s immune system reacts to the particles, triggering inflammation, osteolysis and implant loosening. The reaction depends on particle type and the location of the particles. Cobalt chrome particles are more toxic than stainless steel particles. Metal particles are more inflammatory than ceramics and most polymers. Microglia are immune cells specific to the brain and spinal cord. These cells would be one of the cells reacting to wear debris from spinal implants. Not many studies have been made on the interaction between microglia and wear particles. Some cells react differently to wear particles on their own, compared to when they are combined with other cell types. It is important to study the body as a whole system, and not just one cell type, as the results may differ. Several studies have concluded that wear particles induce an inflammatory response, and that the resulting inflammation is mild and does not have any severe negative effects. How much inflammation is required for a severe negative effect such as osteolysis is unclear. In conclusion, the perfect spinal implant does not exist. All spinal implants generate wear debris, and the body reacts to every type of debris. Maybe science will one day find the perfect implant material that does not induce a biological reaction. === Ryggimplantat används för att åtgärda missbildningar, skador och problem i ryggen. Implantat nöts ner i kroppen och då bildas partiklar, som sprids till omkringliggande vävnader. Nötningspartiklar kan orsaka problem, då kroppens immunförsvar reagerar på dem. Detta kan leda till inflammation och infektion, och även att implantatet lossnar. Det kan krävas ytterligare operationer för att ta bort eller byta ut implantat som orsakar problem. Ett bra implantatmaterial slits mindre, vilket skapar färre partiklar som kan orsaka inflammation. Det är också fördelaktigt om partiklarna i sig orsakar mindre inflammation. Mindre inflammation leder till färre biverkningar av implantaten. Makrofager är en typ av immuncell som reagerar på nötningspartiklar. Deras jobb är att skydda kroppen mot hot, till exempel sjukdomar, skadade celler eller främmande föremål såsom nötningspartiklar. Mikrogliaceller är en speciell typ av makrofager som finns i ryggraden och hjärnan. Det är relevant att studera mikrogliaceller, då de kommer reagerar på och påverkas av nötningspartiklar från ryggimplantat. Det finns flera olika typer av implantat, som kan se olika ut, och tillverkas av olika material beroende på användningsområde. Implantat kan vara gjorda av polymerer, keramer, och metaller. Metallerna kan vara till exempel kobolt krom, rostfritt stål eller titan, samt legeringar som kombinerar metaller med ett eller flera andra element.  Implantaten kan vara skruvar, plattor eller stavar som används för att stabilisera delar av ryggraden, eller för att laga en skadad ryggrad. Samma resultat kan fås med hjälp av en så kallad bur (cage på engelska). Det är ett implantat som placeras mellan två kotor och hjälper kotorna att växa ihop. En steloperation tar bort rörligheten mellan två eller flera ryggkotor. Det finns även andra typer av implantat som behåller rörligheten, såsom diskproteser. För att kunna använda implantatet i människokroppen behöver det genomgå olika typer av tester. Först görs in vitro-test, där experiment utförs på celler i till exempel provrör eller petriskålar. In vitro-test studerar cellens reaktion på ett visst material, till exempel om cellerna överlever. Om materialet ger bra resultat i in vitro-testerna, görs in vivo-test, vilket betyder djurförsök. Ett levande djur består av många olika organsystem och celltyper som interagerar med varandra. En celltyp kanske inte påverkas alls av materialet som testas, samtidigt som en annan celltyp påverkas kraftigt. Därför är det viktigt att testa ett materials effekt på en komplicerad organism, såsom ett helt djur, då det kan ge olika resultat jämfört med in vitro-tester (celltester). Om både in vitro och in vivo-testerna är godkända kan materialet testas kliniskt, på människor. Syftet med detta examensarbete var att göra en litteraturstudie av vetenskapliga artiklar om ryggimplantat och deras nötningspartiklars effekt på kroppen i allmänhet, och mikrogliaceller i synnerhet. Litteraturstudiens metod bestod av att söka efter vetenskapliga artiklar relaterade till projektets syfte. Artiklarna skulle handla om ryggimplantat och dess nötningspartiklar. Även den biologiska effekten av implantatet eller partiklarna skulle nämnas i artiklarna.  Studier visar att kroppen påverkas av alla typer av ryggimplantat. Kroppen reagerar olika beroende på var implantaten är placerade, och vilka material de är gjorda av. Några exempel är att kobolt krom har mer negativ effekt än rostfritt stål. Metaller skapar mer inflammation än keramer och de flesta polymerer. Flera studier har kommit fram till att implantatpartiklar skapar en mild inflammation som inte leder till några större skador. Hur mycket inflammation som krävs för att orsaka skador i kroppen, som att implantat lossnar, är oklart. En studie visade att olika kombinationer av celler reagerar olika på implantatpartiklar. Försök på en celltyp gav olika resultat jämfört med försök på en kombination av celltyper. Det visar att det är viktigt att se kroppen som ett komplicerat system, där olika delar av kroppen påverkar varandra. Många studier handlar om hur makrofager reagerar på nötningspartiklar från implantat. Det finns få studier om hur mikrogliaceller påverkas av implantatpartiklar. Vi skulle vilja se framtida studier om mikrogliacellers reaktion på implantatpartiklar av olika material. Sammanfattningsvis har alla material har för- och nackdelar. Inget implantatmaterial är perfekt. Förhoppningsvis leder framtida forskning till ännu bättre implantatmaterial.