Metoda MORF pro sledování velikostí a tvarů otěrových mikro- a nanočástic UHMWPE v periprotetických tkáních
Abstrakt
ÚČEL STUDIE Aseptické uvolnění totální náhrady kloubu (TJR) v důsledku opotřebení polyethylenu o velmi vysoké molekulové hmotnosti (UHMWPE) je považováno za jeden z hlavních problémů v oblasti artroplastiky. Tato práce popisuje nově vyvinutou metodu s názvem MORF, která kompletně popisuje morfologii opotřebovaných částic UHMWPE.
Rozdíly v morfologii částicových opotřebení mohou pomoci objasnit individuální rozdíly v selháních TJR. MATERIÁL A METODY V letech 2002-2010 byl odebrán soubor 47 typických poškozených periprostetických tkání pocházejících z 16 revizí TJR.
Izolované na polykarbonátových (PC) filtrech byly kvantifikovány. Kvantifikace částic spočívala ve stanovení jejich koncentrace a popisu jejich morfologie pomocí nově vyvinuté metody MORF.
Za prvé, mikrofotografie izolovaných částic UHMWPE byly získány skenovacím elektronovým mikroskopem (Quanta 200 FEG; FEI) při dvou zvětšeních: x1200 a x6000. Za druhé, jak vysoké, tak i malé zvětšení mikrofotografie byly zpracovány standardním softwarem pro analýzu obrazu (program NIS Elements; Laboratory Imaging), aby se získaly základní morfologické deskriptory.
Nakonec byly výsledky obrazové analýzy mikroskopů s vysokým a nízkým zvětšením kombinovány pomocí našeho vlastního programu MDISTR, aby se získaly správné velikosti a tvary částic. VÝSLEDKY V první fázi byla metoda použita na 25 vzorků a poskytla průměrnou velikost částic 0,51 um.
Ve druhé fázi byl způsob dále vylepšen, aby se vypočítala nejen velikost částic, ale také tvar deskriptorů. Vylepšená metoda byla aplikována na osm vzorků a poskytla průměrnou velikost částic (ekvivalentní průměr, D) v rozmezí 0,27 - 0,60 μm, kruhovitost (C) 0,6-6-0,85 a prodloužení (E) 1,75 - 1,79, což naznačuje, že velká většina částic byla přibližně kulovitá.
Nakonec byla ve třetí fázi použita metoda MORF na dva výjimečné vzorky, které obsahovaly extrémně malé částice opotřebení (D = 18,5 nm a 21,2 nm). Tvar těchto nanočástic s malým opotřebením (C = 0,97 a 0,93; E = 1,29 a 1,35) byl ještě sféričtější než tvar opotřebovaných mikročástic popsaných výše.
Jednalo se o jednu z prvních dvou studií, která prokázala přítomnost nanočástic opotřebovaných UHMWPE in vivo. DISKUSE Naše nově vyvinutá metoda MORF popsaná v tomto příspěvku poskytuje jak deskriptory velikosti, tak tvarů opotřebitelných částic UHMWPE s velikostí od 0,1 do 10 μm, které jsou považovány za biologicky nejaktivnější.
Hlavním cílem této metody je poskytnout nejvyšší přesnost. Toho je dosaženo paralelní analýzou mikrofotografů s vysokým a nízkým zvětšením odebraných ze stejného vzorku.
Nakonec se obě analýzy spojí dohromady, aby se získal správný a úplný popis velikosti a tvaru všech částic ve vzorku. Morfologie opotřebovaných částic UHMWPE ovlivňuje životnost TJR jak přímo (velikost a tvar částic souvisí s jejich biologickou aktivitou), tak nepřímo (pro dané celkové objemové opotřebení, velikost a tvar částic ovlivňuje jejich koncentraci, která je spojena s biologická odpověď organismu).
ZÁVĚR Autoři vyvinuli novou metodu, která poskytuje úplný popis velikosti a tvaru částic podléhajících UHMWPE v periprostetických tkáních. Metodu, která se nazývala MORF, lze aplikovat na studie selhání TJR a také použít k vyhodnocení kvality různých UHMWPE složek TJR.
Metoda je zcela univerzální, a proto ji lze použít nejen pro analýzy opotřebovaných částic, ale také pro jiné typy částic, jako jsou mikročástice v polymerních směsích nebo anorganické / kovové nanočástice.