dr. Media: Bio-afbreekbare platen en schroeven voor botbreuken en kaakcorrecties

Onze rubriek dr. Media geeft promovendi een podium waar zij hun promotieonderzoek met een breed, ook niet-medisch publiek kunnen delen. De naam dr. Media (“doctor Media”) komt van de titel doctor – afgekort dr. – die een onderzoeker behaalt na een succesvolle promotie.
Dit promotie-review is geschreven door dr. B. Gareb, arts en onderzoeker mond-, kaak- en aangezichtschirurgie.

Vandaag op 26 oktober 2022 promoveerde Barzi Gareb aan de Rijksuniversiteit Groningen op onderzoek naar mogelijk gebruik van biologisch afbreekbare materialen voor zogeheten osteosynthesesystemen. Osteosynthesesystemen zijn meestal platen en schroeven, die worden gebruikt om breuken in het gezicht te repareren en kaakcorrecties uit te voeren. Ze zijn vaak van titanium gemaakt, maar titanium heeft ook nadelen. In het proefschrift van Gareb werden verschillende systemen van bio-afbreekbare materialen onderzocht. In dit promotie-review worden de belangrijkste bevindingen van het onderzoek beschreven, gevolgd door een uitleg wat dit nu voor de dagelijkse praktijk betekent.

Wat was de aanleiding voor het onderzoek?

Osteosynthesesystemen bestaan uit platen en schroeven en worden vaak toegepast voor het vastzetten van breuken, kaakcorrecties en reconstructies van het gezicht. Ze houden de breuken of correcties stabiel zodat botdelen weer aan elkaar kunnen groeien.

Op dit moment worden verreweg de meeste van deze systemen gemaakt van titanium. Titanium is licht en sterk, maar heeft ook nadelen: het is gevoelig voor veranderingen in temperatuur, de platen en schroeven zijn soms door de huid voelbaar, het kan de groei van onderliggend bot beperken (met name bij kinderen) en verstoort radiologische beeldvorming zoals CT- of MRI-scans. Daarnaast zijn titanium deeltjes in omliggende weefsels en organen gevonden, en is het daar mogelijk kankerverwekkend. Het gevolg is dat ongeveer 1 op de 5 titanium platen en schroeven in een tweede operatie verwijderd moeten worden.

Een alternatief voor titanium systemen zijn biologisch afbreekbare osteosynthesesystemen (bio-afbreekbare systemen). Deze zijn meestal gemaakt van (varianten van) melkzuren. Deze systemen kunnen, nadat zij hun functie hebben voltooid, afbreken en oplossen in het lichaam. Door gebruik van van bio-afbreekbare systemen zouden de meeste nadelen van titanium systemen vermeden kunnen worden. Ze hebben echter ook hun eigen nadelen. Eén van de belangrijkste is de beperktere mechanische eigenschappen, waardoor deze systemen van groter formaat zouden moeten zijn. Daarnaast zijn afweerreacties van het lichaam tegen bio-afbreekbare systemen beschreven, die kunnen leiden tot verschillende klachten.

Het doel van dit onderzoek was om de (1) mechanische eigenschappen, (2) veiligheid en (3) toepasbaarheid van verschillende bio-afbreekbare osteosynthesesystemen te vergelijken. Daarnaast werden deze eigenschappen van bio-afbreekbare en titanium systemen met elkaar vergeleken.

Hoe is het onderzoek uitgevoerd?

Allereerst werden de mechanische eigenschappen van verschillende systemen met elkaar vergeleken. In een testopstelling werden de 15 meest bekende bio-afbreekbare en 6 meest gebruikte titanium systemen blootgesteld aan trek-, buig- en draaiproeven.

Vervolgens werd de veiligheid van verschillende bio-afbreekbare systemen getest. Hiervoor werden 4 bio-afbreekbare systemen en 1 placebo-systeem (een gebied waar geen behandeling werd uitgevoerd) willekeurig in de spaakbeenderen en scheenbeenderen van geiten geplaatst. Vervolgens werden na 6, 12, 18, 24, 36 en 48 maanden verschillende analyses uitgevoerd, waaronder eventuele klachten bij de geiten en het bekijken van de materialen en omliggend bot onder de microscoop.

Het volgend onderzoek bestond uit het vergelijken van een bio-afbreekbaar systeem met een titanium systeem in mensen. Hiervoor werden 221 patiënten van 4 Nederlandse ziekenhuizen die behandeling van een breuk in het gezicht of een kaakcorrectie moesten ondergaan, via loting verdeeld over twee groepen. De ene groep werd behandeld met een bio-afbreekbaar systeem en de andere groep met een titanium systeem. Vervolgens werden deze patiënten gevolgd en werden de noodzaak tot een tweede operatie om de systemen te verwijderen, pijnscores en kaakfuncties geregistreerd.

Ten slotte werden eerdere wetenschappelijke publicaties over de werkzaamheid en nadelen van bio-afbreekbare en titanium systemen in mensen beoordeeld.

Wat zijn de resultaten?

De trek-, buig- en draaikrachten die de titanium systemen konden doorstaan waren hoger dan die van bio-afbreekbare systemen. Van de bio-afbreekbare systemen bleken drie verschillende systemen uit te blinken op het gebied van respectievelijk trek- en buigkracht, en draaistijfheid.

Alle beoordeelde bio-afbreekbare systemen waren veilig voor de geiten en werden goed verdragen. Afweerreacties werden gedurende de gehele onderzoeksperiode niet waargenomen.

Uit het onderzoek bij mensen bleek dat na ongeveer 8 jaar, bij 16% van de patiënten in de titanium-groep en bij 26% van de patiënten in de bio-afbreekbare groep een tweede operatie nodig was om de platen en schroeven te verwijderen. De pijnscores en kaakfuncties toonden uitstekende resultaten in beide groepen. Er werd geconcludeerd dat het geteste bio-afbreekbare systeem minderwaardig was ten opzichte van het geteste titanium systeem. Mogelijk komt dat doordat al deze operaties plaatsvonden in de onderkaak, waar botstructuur en bloedvoorziening minder gunstig zijn dan in andere delen van het gezicht. Eerdere wetenschappelijke publicaties werden beoordeeld om dit verassende resultaat beter te kunnen verklaren.

Die beoordeling van publicaties liet zien dat de bio-afbreekbare systemen toch een goed alternatief kunnen zijn voor titanium systemen. Ze hadden een vergelijkbare werkzaamheid, maar hoefden minder vaak na de operatie verwijderd te worden vanwege complicaties. Ook bleek het risico op plaat- en schroefverwijdering bij gebruik van bio-afbreekbare systemen ongeveer 10 keer lager dan bij gebruik van titanium. Wel zorgden de bio-afbreekbare materialen voor meer afgebroken schroeven, en gaven ze bij kaakcorrecties een langere operatietijd. Het verschil met ons eigen onderzoek bij mensen bleek inderdaad te berusten op de plek waar de systemen werden toegepast en de chirurgische ingrepen die werden uitgevoerd.

Wat betekent dit voor de dagelijkse praktijk?

Op basis van dit onderzoek kan geconcludeerd worden dat bio-afbreekbare osteosynthesesystemen een goed alternatief kunnen zijn voor titanium systemen bij breuken van het gezicht en kaakcorrecties, afhankelijk van de plek en soort chirurgische ingreep. De werkzaamheid is voor deze ingrepen vergelijkbaar met die van titanium systemen, terwijl de kans op plaat- en schroefverwijdering aanzienlijk verminderd wordt. Uit het onderzoek blijkt verder dat de gebruikte materialen veilig zijn in gebruik. Voor de dagelijkse praktijk betekent dit dat bio-afbreekbare systemen voor bepaalde chirurgische ingrepen en voor kinderen de voorkeur verdienen.

Er zijn echter ook een aantal zaken nog niet bekend. Zo is het nog onduidelijk of de bio-afbreekbare systemen ‘kosteneffectief’ zijn: alhoewel het risico op verwijdering aanzienlijk verminderd is, en daarmee de totale kosten drukt, is het nog onduidelijk of dit qua kosten opweegt tegen de grotere kans op een gebroken schroef en een langere operatietijd. Het trainen van chirurgen zou deze nadelen kunnen verminderen, maar dat zal in vervolgonderzoek uitgezocht moeten worden.

Hoe gaat het nu verder?

Het is belangrijk dat vervolgonderzoek over dit onderwerp wordt gedaan, omdat we weten dat de kans op het verwijderen van titanium materialen met de tijd toeneemt terwijl die van bio-afbreekbare materialen juist afneemt. Het verschil tussen deze twee groepen zal dus, naarmate de tijd vordert, steeds groter worden.

Daarnaast is het belangrijk dat vervolgonderzoek wordt gedaan naar verschillende soorten bio-afbreekbare materialen. Deze materialen worden dus in osteosynthesesystemen gebruikt, maar ook in andere medische materialen zoals in oplosbare hechtingen. Ook worden deze materialen steeds vaker gebruikt in bijvoorbeeld verpakkingen van voedsel en drinken, om zo de totale niet-afbreekbare plasticproductie te verminderen. Het blijft echter nog onduidelijk hoe deze materialen op lange termijn afbreken en oplossen, zowel binnen als buiten het lichaam.

Tot slot komen er ook steeds meer verschillende bio-afbreekbare materialen, zoals afbreekbare metalen, die mogelijk sterker zijn en daardoor andere toepassingen hebben. Zo kunnen hopelijk toekomstige osteosynthesesystemen van afbreekbaar metaal worden gemaakt, zodat de afmetingen en mechanische eigenschappen vergelijkbaar zijn met die van titanium systemen terwijl ze wel door het lichaam afgebroken kunnen worden.

Doe jij ook promotieonderzoek en wil je jouw resultaten tijdig en genuanceerd delen met een breed publiek? Neem dan contact met ons op!