Late tissue reactions and degradation of biodegradable polylactide implants. An experimental study in rats

Abstract

Biologisch afbreekbare implantaten van poly-L-lactide (PLLA) worden thans gebruikt als alternatief voor metalen platen en schroeven voor de fixatie van botbreuken. Tijdens het gebruik van deze afbreekbare implantaten zijn er echter locale complicaties waargenomen in de vorm van zwellingen vanaf ongeveer drie tot vier jaar na implantatie. In deze studie werd de histopathologische reactie van ongedegradeerd en pre-gedegradeerd 'as-polymerized' PLLA, en als controle van polyethyleen (PE) onderzocht door middel van de subcutane implantatie van schijfjes materiaal in ratten. Tevens werd in deze studie een recent ontwikkeld copolymeer van D- en L-lactide onderzocht, poly(96%L,4%D-lactide) (PLA96), een polymeer met een lagere kristalliniteit wat resulteert in een snellere en meer complete degradatie. De histologische reactie op de pre-gedegradeerde implantaten was kwalitatief gelijk, maar kwantitatief veel sterker dan de reactie op de ongedegradeerde implantaten. De zwelling die in vivo waargenomen werd na in vitro predegradatie van de PLLA en PLA96 polymeren vertoont histologisch dezelfde karakteristieken als de zwelling zoals deze bij patienten na enkele jaren werd waargenomen. De resultaten van deze studie geven aan dat in vitro predegradatie gevolgd door in vivo implantatie als een model gebruikt kan worden om laat optredende reacties van afbreekbare implantaten te voorspellen. Afbreekbare materialen zijn tot op heden nog niet opgenomen in de ISO/CEN richtlijnen voor wat betreft de locale effecten na implantatie (ISO/CEN 10993-6, Biological evaluation of medical devices. Part 6 Tests for local effects after implantation). Het in dit rapport beschreven model, in vitro predegradatie gevolgd door in vivo implantatie, is mogelijk geschikt om als implantatie model te dienen voor afbreekbare materialen.<br>

Biodegradable poly(L-lactide) (PLLA) plates and screws are currently being used as an alternative for metal plates and screws for the fixation of bone fractures. However, in patients treated with as-polymerized poly(L-lactide) (PLLA), a swelling at the site of implantation was observed after three and more years following the implantation. In this study a comparison was made between the histopathological reaction to non-degraded and predegraded as-polymerized PLLA, and as a control, polyethylene (PE) disks implanted subcutaneously in rats. In addition, another recently developed poly(96%L,4%D-lactide) (PLA96) was tested that possesses lower crystallinity that probably results in a faster and more complete degradation. The histological reaction to the predegraded implants was qualitatively similar to the reaction to the non-degraded implants, however, quantitatively an increase was noted. The local swelling observed in vivo with the predegraded PLLA and PLA96 showed histologically similar characteristics as material explanted from patients. The results of this study indicate that in vitro predegradation followed by in vivo implantation might be used as a model to predict late complications of biodegradable implants. At the moment biodegradable materials are not included in the ISO/CEN 10993-6 guidelines: Biological evaluation of medical devices. Part 6 Tests for local effects after implantation. The described model, in vitro predegradation followed by in vivo implantation, might be suited as an implantation assay for biodegradable materials.<br>