Titanium is het voorkeursmateriaal voor chirurgische fixatieprocedures, variërend van knievervanging tot kaakimplantaten. Echter, aangezien dit supersterke metaal na verloop van tijd niet door het lichaam wordt opgenomen, het kan complicaties veroorzaken zoals infectie, fistulisatie (vooral na bestralingstherapie), interferentie met skeletgroei, onverdraagzaamheid, thermische gevoeligheid, en interferentie met MRI en andere beeldvormingsprocedures. Aanvullende procedures voor het verwijderen van hardware behoren tot de meest voorkomende operaties ter wereld en vormen een grote kostenpost voor ziekenhuizen.

Een veelbelovend alternatief is magnesium, een veilig biologisch afbreekbaar metaal en cofactor voor veel enzymen bij DNA-herstel dat ook de gezondheid van de botten bevordert. Maar hoewel de fysieke eigenschappen het geschikt maken voor dragende locaties, zoals het temporomandibulaire gebied van de kaak, de snelle afbraak ervan in het lichaam resulteert soms in de vorming van waterstofbellen die tot ernstige complicaties kunnen leiden.

In een unieke samenwerking onderzoekers van de NYU Tandon School of Engineering, NYU School of Medicine, en NYU Tandheelkunde ontwikkelen en testen legeringen van magnesium die worden behandeld om de sterkte te verbeteren en het afbraakproces te vertragen, waardoor de vorming van deze bellen wordt vermeden.

In onderzoek gepubliceerd in de Journal of Cranio-Maxillofaciale Chirurgie , het team, waaronder Nikhil Gupta, universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek aan de NYU Tandon; Paulo Coelho, de Dr. Leonard I. Linkow Professor aan de NYU Tandheelkunde; Eduardo D. Rodriguez, Helen L. Kimmel Hoogleraar Reconstructieve Plastische Chirurgie en voorzitter, Hansjörg Wyss Afdeling Plastische Chirurgie aan de NYU School of Medicine; en Andrea Torroni, MD, Collega Professor, Wyss Afdeling Plastische Chirurgie aan de NYU School of Medicine, rapporteerden over hun tests van een magnesiumlegering die in het laboratorium van Gupta werd onderworpen aan een proces dat T-5-tempering wordt genoemd, met verwarming op 210 graden Celsius gedurende 48 uur.

Na chirurgische implantatie van kleine monsters van de legering in het fronto-nasale gebied van proefdieren, het team onderzocht de ophoping van het element in de lymfeklieren, het vinden van geen verschil tussen dieren zonder implantaten en de proefdieren. De onderzoekers implanteerden ook onbehandelde - of "as-cast" -legering, bevinding dat zowel de as-cast-monsters als de T-5 warmtebehandelde legeringen goede biocompatibiliteit vertoonden en de botgroei bij proefdieren bevorderden. De T-5 legering, echter, was veel stabieler, met een achtvoudig lagere afbraaksnelheid dan de gegoten legering.

Gupta zei dat hij niet verrast was door de positieve resultaten, omdat ze een afspiegeling waren van wat hij had waargenomen tijdens in vitro-onderzoeken aan de NYU Tandon.

"In ons laboratorium hebben we zowel de as-cast als de warmtebehandelde legering in een oplossing van natriumchloride gedaan om lichaamsvloeistoffen te simuleren. Het is niet verrassend dat de as-cast versie heeft veel gecorrodeerd. Echter, de warmtebehandelde versie corrodeerde helemaal niet, " zei hij. "Wat we hebben ontdekt, is dat we door warmtebehandeling toe te passen de legering volledig kunnen veranderen van een afbreekbare, resorbeerbare structuur tot een structuur die na verloop van tijd niet verslechtert. In essentie, warmtebehandeling zorgt ervoor dat magnesium zich gedraagt, in vitro en in vivo, meer zoals titanium."

Torroni denkt dat de resultaten gunstig zijn voor eventuele klinische toepassingen van T-5 magnesium, waarvan de mechanische eigenschappen vergelijkbaar zijn met titanium, zelfs bij mandibulaire fracturen, waar de belasting van het bot bijzonder hoog is. "De T-5 is echt de beste kandidaat voor deze toepassingen met hoge spanning. Het heeft superieure eigenschappen die heel dicht bij die van bot liggen en is zeer goed voor fixatie van fracturen, " legde hij uit. "Het vertoont lagere langetermijnrisico's omdat het resorbeert. En het kan botvorming en botgenezing bevorderen. Het is volledig biocompatibel zonder risico op afstoting, en beperkt besmettingsgevaar."

Het team ontdekte ook geen postoperatieve morbiditeit, zelfs bij de controledieren die implantaten van onbehandeld magnesium kregen.

"Vanwege de systemische opneembaarheid van magnesium, dit is geen probleem, " zei Coelho. "Het belangrijkste idee is om een ​​implantaat te maken dat ofwel niet-absorbeerbaar, als permanente ondersteuning, of absorbeerbaar, zoals hechtingen die na verloop van tijd verdwijnen." Gupta zei dat het onderzoek niet mogelijk zou zijn geweest zonder samenwerking tussen NYU-instellingen. "De breedte van dit onderzoek gaat van het laboratorium helemaal naar een klinische setting, " hij voegde toe.