Desenvolvimento e estudo in vitro de implante biorreabsorvível em poli (L-lactídeo) (PLLA) para artrodese de coluna lombar

Abstract

The current implants for spinal interbody fusion protect the graft against mechanical loading, potentially inducing a weak bone consolidation. The ideal behavior for those implants would be to keep its resistance until the occurrence of bone consolidation and, then, to be eliminated, leaving mechanical stresses over the new created bone. Poly(L-lactic acid) (PLLA) is a biocompatible and bioresorbable aliphatic polyester, already used as a material for orthopedic implants. With the objectives of obtaining data on the behavior of this polymer and developing a methodology to help in choosing materials for new studies, aiming at a future clinical application, the design and production of a lumbar interbody fusion implant in PLLA, followed by evaluation of its’ in vitro degradation for one year, was proceeded. The implant was developed with a computer assisted design (CAD) program, tested virtualy by finite element analisis (FEA) and produced by injection in industrial hardware. Studies of gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC), mechanical compression and scanning electron microscopy (SEM), are performed on the non degraded implants and at tree months intevals of degradation. Mass loss of implants in degradation was also controlled. The implant showed excellent resistance and ductility during all time of the experiment, tolerating compression forces over 10000N. However, the amount of degradation in the period of observation was very low, with very slight changes in the implants’ mass and size of polymer chains, as detected by mass loss and GPC studies. Although the low degradation proved that PLLA is not adequate for this application, the goals of validating the methodology used and obtaining data on a preliminary model, for use in a second phase of research, were achieved.

Os implantes para artrodese intersomática da coluna utilizados atualmente protegem o enxerto do carregamento mecânico, podendo induzir uma consolidação óssea falha. O comportamento ideal desses implantes seria manter a resistência até a consolidação óssea e, após, ser eliminados, deixando que o tecido ósseo assuma as cargas. O poli(L-ácido lático) (PLLA) é um poliéster alifático biocompatível e biorreabsorvível, já utilizado como matéria-prima em implantes ortopédicos. Com os objetivos de obter dados sobre o comportamento deste polímero, bem como de desenvolver uma metodologia que possa auxiliar na escolha de matérias-primas para novos estudos, visando uma futura aplicação clínica, foram realizados o projeto e produção de um implante para artrodese intersomática lombar em PLLA, juntamente com a avaliação do seu comportamento de degradação in vitro pelo período de um ano. O implante foi desenvolvido em um programa de projeto assistido por computador (CAD), ensaiado computacionalmente por análise de elementos finitos (FEA) e produzido por injeção em maquinário industrial. Ensaios de cromatografia de permeação em gel (GPC), calorimetria exploratória diferencial (DSC), compressão mecânica e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram realizados nos implantes não degradados e a cada três meses de degradação. A perda de massa dos implantes em degradação também foi acompanhada.O implante apresentou resistência e ductlidade excelentes durante todo o período testado, suportando compressões acima de 10000N. A degradação no período observado foi, entretanto, muito baixa, havendo pouquíssima alteração na massa do implante e no tamanho das cadeias do polímero, conforme avaliado por ensaios de perda de massa e GPC. Embora a baixa degradação tenha provado que o PLLA não é o polímero mais adequado para a aplicação pretendida, o trabalho alcançou seus objetivos de validar a metodologia utilizada e testar um modelo inicial, obtendo os parâmetros para utilização em uma nova fase da pesquisa.