Barbieri Thesis - BioMedical Materials program (BMM)

Samenvatting
elasticiteit, degradatiesnelheid, oppervlakte ruwheid) bepaalt die de in-vivo en in-vitro
karakteristieken van het composiet bepalen.
Uit composieten met verschillende oppervlakte ruwheden bleek dat het materiaal met
de grootste oppervlakte ruwheid het meeste eiwitten absorbeert en ook meer osteogene
differentiatie van beenmergcellen laat zien (hoofdstuk 5). Daarom was verwacht dat het
composiet met de grootste oppervlakte ruwheid tot heterotrope botvorming zou leiden,
hetgeen niet het geval was. Waarschijnlijk komt dit omdat een semi-kristallijn polymeer
(i.e. copolymeer met 96% L-lactide) gebruikt is, dat leidt tot een uiterst langzame
degradatie van het composiet. In-vitro resultaten hebben laten zien dat oppervlakte
ruwheid effect heeft op de uiteindelijke materiaal eigenschappen en de daaruit
voortvloeiende biologische eigenschappen. We moeten echter de limitaties van in vitro
systemen onder ogen blijven zien en daarom voorzichtig zijn in de extrapolatie naar de
complexe in vivo omgeving.
De rol van twee intrinsieke eigenschappen van het polymeer deel van het composiet
(moleculair gewicht en monomeer gehalte) op het osteoinductieve potentieel van de
composiet is onderzocht in hoofdstuk 6 en 7. Polymeren met een laag moleculair
gewicht die D,L-lactide als monomeer bevatten, leiden tot een hogere vloeistofopname
in het composiet, waarmee de biologische eigenschappen van zo’n composiet ook
worden beïnvloed. Composieten met deze polymeren activeren een stroom aan
oppervlakte gebeurtenissen, waar onder andere nano gestructureerde gemineraliseerde
oppervlakten worden gevormd waarop serum eiwitten kunnen adsorberen. Kolonisatie
en differentiatie van cellen op zulke gemineraliseerde oppervlakten worden beïnvloed
door de geabsorbeerde eiwitten wat later kan leiden tot heterotope botvorming. Een
hogere vloeistofopname veroorzaakt ook meer degradatie van het composiet wat weer
tot gevolg heeft dat er meer ruimte beschikbaar komt voor bot ingroei. Composieten met
een hoog moleculair gewicht of met een lage D,L-lactide hoeveelheid, laten een
verhoogde stijfheid en een verlaagde wateropname zien.
Twee verschillende typen biomaterialen (i.e. calciumfosfaat keramieken en
composieten) zijn geëvalueerd om te zien of er een gemeenschappelijke materiaal
eigenschap bestaat die verantwoordelijk is voor de osteoinductieve potentie van een
materiaal (hoofdstuk 7). In het algemeen bevorderen hydrofiele materialen het contact
tussen vloeistoffen en biomaterialen, wat een verhoogde vloeistofopname tot gevolg
heeft. Omdat biologische vloeistoffen verschillende moleculen en ionen bevatten zal
een hydrofiel materiaal ook een verhoogde eiwit en ionen opname laten zien, en
daarmee een verhoogde oppervlakte mineralisatie. De vroege cel reactie na implantatie
van een biomateriaal kan hiermee versnelt worden, waarmee ook de cytokine productie
door macrofagen wordt versnelt, en wellicht botformatie. Daarbij verhogen
geabsorbeerde vloeistoffen de degradatie van het biomateriaal waarbij het vrijkomen
van calcium en fosfaat ionen, in combinatie met de veranderingen aan de oppervlakte
vii