Επίδραση του τιτανίου και του οξειδίου του στη λειτουργικότητα των αιμοπεταλίων και τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό

Abstract

Platelets are small, irregularly shaped blood cells which play a vital role for the preservation of life. These anuclear cells (diameter 2-3 mm) are derived from fragmentation of precursor megakaryocytes and their main function is in primary hemostasis. In addition, platelets are considered a significant natural source of growth factors for tissue repair after trauma and other causes of tissue damage. The importance of sufficient number of platelets with normal function in order to conduct surgical operations is obvious. The platelet function analyzer PFA-100®, has been designed to provide an in vitro measurement of primary hemostasis simply, quickly, quantitatively and accurately to aid in the routine screening of patients with potential hemorrhagic risk due to abnormal platelet plug formation. Titanium is a chemical element which belongs to the fourth group and period of the periodic table (group of transition metals) with main characteristics its low density, strength, ductility, corrosion and heat resistance. These properties of titanium have made it an attractive material for implant construction. Although Ti is not the strongest metal, its relatively low specific gravity gives it a very favorable strength to weight – ratio. Therefore titanium implants possess capable load sharing properties decreasing the problems associated with stress shielding. In hip arthroplasties, mandible implants and osteosynthesis materials as well , titanium dioxide, a byproduct of titanium corrosion, has been found adjacent to titanium implants in regional lymph nodes and in some instances in remote organs. The purpose of this study was, by the use of the PFA-100® system, to determine whether surgically placed titanium implants and its degradation products have a significant effect on platelet function.In addition, our aim was to evaluate the effect of TiO2 on cellular proliferation. After an institutional review board approval, 33 patients with titanium maxillofacial implants (osteosynthesis materials) and 34 healthy volunteer blood donors were recruited to participate in this study. Inclusion criteria were : patients older than 18 years of age, Hematocrit (HCT) ? 35%, platelet (PLT) count ? 150.000/ μL and implants consisted of titanium alloy placed 80 at least 12 months before. Individuals were randomly selected between hundreds of patients that were treated for mandibular fractures and dental implants placement in our Clinic. Exclusion criteria were: past medical history of bleeding disorders, liver and renal disease, connective tissue diseases, pregnancy, antiplatelet therapy during the previous ten days and every medication which may affect platelet function (N.S.A.I.Ds, desmoppressin, cortisone , antiobiotics, antihistamines), blood transfusion, chemotherapy and / or radiotherapy during the last six months and presence of infection at the surgical site. The thirty three (33) patients had been treated with open reduction internal fixation (ORIF) for maxillofacial fractures (titanium osteosynthesis materials ,plates and screws) and dental implants surgical placement in our clinic. All blood samples were analyzed with the PFA-100® system which represents a global accepted test for rapid, simple and reliable measure of platelet function. This is a high shear system for the in vitro measurement of primary hemostasis in anticoagulated whole blood, simulating injury to a small vessel. Collagen/Epinephrine and collagen/ adenosine diphosphate were used as platelet aggregation agonists, respectively

Τα αιμοπετάλια είναι κύτταρα του αίματος που επιτελούν λειτουργίες απαραίτητες για τη διατήρηση της ζωής. Πρόκειται για απύρηνα κύτταρα του αίματος τα οποία πρωταρχικά σχηματίζουν τον ομώνυμο θρόμβο (αιμοπεταλιακό ή λευκό) που αποτελεί το κυρίαρχο γεγονός της πρωτογενούς αιμόστασης αλλά ακόμη με τους αυξητικούς παράγοντες που εκκρίνουν συμμετέχουν ενεργά στην επούλωση των ιστών ύστερα από τους τραυματισμούς ή άλλες μορφές ιστικής καταστροφής. Γίνεται αντιληπτό ότι τα θρομβοκύτταρα κατέχουν κεντρική θέση και στην επιτέλεση του χειρουργικού έργου αφού καμία χειρουργική επέμβαση δεν θα ήταν δυνατή σε περίπτωση ποσοτικής αλλά και ποιοτικής έκπτωσης των κυττάρων σε μεγάλο βαθμό. Το τιτάνιο είναι μέταλλο που ανήκει στην 4η ομάδα του περιοδικού πίνακα, στα επαμφοτερίζοντα μέταλλα με κύρια χαρακτηριστικά την ελαστικότητα, ελατότητα, ολκιμότητα και την υψηλή του αντοχή στη μηχανική καταπόνηση και την επίδραση της θερμότητας. Επιπρόσθετα το στοιχείο αυτό διαθέτει και χαρακτηριστικά υψηλή αντοχή στη διάβρωση, ιδιότητα που μαζί με αυτές που προαναφέρθηκαν το καθιστούν ιδανικό ως μέσο ακινητοποίησης καταγμάτων, ως υλικό ανακατασκευής αρθρώσεων (αρθροπλαστικές επεμβάσεις) και ως υλικό κατασκευής εμφυτευμάτων όπως τα οδοντικά οστεοενσωματούμενα εμφυτεύματα, οι ενδομυελικοί ήλοι, τα υλικά σπονδυλοδεσίας. Όταν το τιτάνιο έρθει σε επαφή με τα βιολογικά υγρά σε ελάχιστο χρόνο σχηματίζεται στην εξωτερική επιφάνεια του μετάλλου ένα οξείδιο, το διοξείδιο του τιτανίου (TiO2), το οποίο όχι μόνο δεν αναστέλλει αλλά επάγει τη διαδικασία της οστεοενσωμάτωσης του υλικού, όπως είναι διεθνώς γνωστή η δημιουργία δεσμού μεταξύ του οστού και του εμφυτευόμενου μετάλλου (τιτανίου). Τόσο το τιτάνιο όσο και το σχηματιζόμενο οξείδιό του είναι αναμενόμενο, από τη στιγμή που έρχονται σε επαφή με ιστούς του ανθρώπινου οργανισμού να κινούν το επιστημονικό ενδιαφέρον σχετικά με την επίδρασή τους σ’ αυτούς. Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση του τιτανίου στη συσσώρευση των αιμοπεταλίων επιστρατεύτηκε η διεθνώς γνωστή και αναγνωρισμένη μέθοδος εκτίμησης της λειτουργικότητας των αιμοπεταλίων με το σύστημα PFA-100 . Ύστερα από τυχαία επιλογή 34 εθελοντών αιμοδοτών, που συγκρότησαν την ομάδα ελέγχου και 33 ασθενών που έφεραν προθέσεις τιτανίου, που συγκρότησαν την υπό έρευνα ομάδα, μετρήθηκαν οι χρόνοι 78 σύγκλεισης των αιμοπεταλίων με δύο ζεύγη φυσικών διεγερτών των αιμοπεταλίων: τους κολλαγόνο / επινεφρίνη και κολλαγόνο / διφωσφορική αδενοσίνη. Από τις κατανομές που προέκυψαν συγκρίθηκαν οι μέσες τιμές των δύο ομάδων μεταξύ τους με τη στατιστική δοκιμασία του Student t-test. Η στατιστική δοκιμασία για τους διεγέρτες κολλαγόνο / επινεφρίνη ανέδειξε τιμή του t-test: 0.382 και pvalue: 0.7 ενώ για τους διεγέρτες κολλαγόνο / διφωσοφρική αδενοσνίνη τιμή του t-test: 0.55 και pvalue: 0.58. Τα αποτελέσματα αυτά οδηγούν αβίαστα στο συμπέρασμα ότι το τιτάνιο δεν επηρεάζει σε βαθμό στατιστικά σημαντικό τη λειτουργικότητα των αιμοπεταλίων. Παράλληλα, σε εργαστηριακό χώρο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο MTT Assay για τη μελέτη της κυτταροτοξικότητας του TiO2, μελετήθηκε η επίδραση της ένωσης σε κυτταροκαλλιέργειες λειομυοσαρκωματικών κυττάρων από Wistar αρουραίους, καρκινικών κυττάρων μαστού και ινοβλαστών ανθρώπου.