Desgaste de titanio de varillas de crecimiento controladas magnéticamente (MCGR) para el tratamiento de deformidades de la columna en niños

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 10811 (2022) Citar este artículo

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Las varillas de crecimiento controladas magnéticamente (MCGR) son un método de tratamiento eficaz para la escoliosis de aparición temprana (EOS). En los últimos años se ha observado un desgaste creciente del titanio en los tejidos adyacentes a los implantes y en las muestras de sangre de estos pacientes. Este estudio tiene como objetivo investigar la correlación potencial entre la cantidad de pérdida de metal y los niveles de titanio en la sangre durante el tratamiento con MCGR, así como los factores que influyen en el desgaste del metal. En total, se recuperaron 44 MCGR (n = 23 pacientes) después de un promedio de 2,6 años de implantación y se analizaron utilizando un instrumento de medición táctil y el posterior cálculo de pérdida de metal. Los niveles plasmáticos de titanio (n = 23) se obtuvieron mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Se analizó la correlación de ambos parámetros así como los factores que influyen. Se observó abrasión de titanio en los MCGR en la mayoría de los implantes. No hubo correlación entre el desgaste de los implantes metálicos o los valores de plasma de titanio con la duración del tiempo de implantación de MCGR, el número de procedimientos de alargamiento externo, el estado ambulatorio del paciente, el sexo, el peso o la altura. La pérdida de material en los MCGR mostró una correlación positiva con los valores de plasma sanguíneo de titanio. El presente estudio es uno de los primeros en analizar los MCGR recuperados utilizando técnicas metrológicas de alta precisión y comparar estos resultados con los análisis ICP-MS que determinan los valores de titanio en sangre.

Los niños con escoliosis progresiva de inicio temprano (EOS, por sus siglas en inglés) a menudo requieren tratamiento quirúrgico para controlar la deformidad, preservar el potencial de crecimiento de la columna y prevenir el síndrome de insuficiencia torácica1. Durante las últimas décadas, se han introducido varios implantes espinales favorables al crecimiento, la mayoría de los cuales requieren intervenciones quirúrgicas repetitivas para alargar el implante y preservar el crecimiento espinal. Recientemente, las varillas de crecimiento controladas magnéticamente (MCGR, por sus siglas en inglés) vuelven obsoletos múltiples procedimientos quirúrgicos de alargamiento en un subgrupo de pacientes con EOS2. Varios estudios informaron los resultados a corto y largo plazo de los MCGR en el tratamiento de la deformidad temprana de la columna3,4,5,6. Si bien la capacidad para controlar la progresión de la deformidad y el beneficio de las distracciones ambulatorias de los MCGR son evidentes, sigue habiendo preocupaciones sobre el riesgo de complicaciones, incluida la generación excesiva de desechos metálicos.

Los MCGR consisten en una aleación de titanio biomédica (Ti-6Al-4V)7. A pesar de la compatibilidad biológica y mecánica del titanio, se han observado extensamente partículas microscópicas de metal dentro de las varillas8 y en el tejido circundante de las varillas7,9,10,11. Se ha sugerido que los restos de desgaste del titanio pueden provocar localmente reacciones inflamatorias, osteólisis o aflojamiento del implante11,12,13. Además, se piensa que las partículas de titanio ingresan a la circulación sanguínea y se acumulan en otros tejidos y órganos distantes14. Con la capacidad de generar especies reactivas de oxígeno, el titanio puede inducir estrés oxidativo y puede aumentar el riesgo de cáncer15. Estas posibles consecuencias a largo plazo de las partículas de titanio provocadas por implantes han llamado la atención y planteado preocupaciones. Varios estudios mostraron un aumento de las concentraciones de titanio en la sangre entera, el suero o la orina del paciente después de la implantación de dispositivos espinales de titanio en niños9,10.

También se han observado marcas de desgaste como signo de abrasión del metal por MCGR8,16,17, pero solo unos pocos estudios han utilizado técnicas metrológicas para caracterizar el grado de abrasión del metal16. Medir la abrasión de los implantes es un desafío, especialmente debido a la pequeña escala de cambios en el material y las formas individuales en las que se puede mostrar la abrasión. Por tanto, es necesaria una instrumentación muy precisa que pueda detectar la abrasión en las formas que se producen.

El objetivo de este estudio fue investigar el grado de desgaste del titanio (es decir, el volumen de material desgastado) en niños durante el tratamiento con MCGR y la posible correlación entre la pérdida de material en los MCGR y los valores de titanio medidos en el plasma sanguíneo. Además, se evaluaron factores relacionados con el paciente (peso, altura, sexo, capacidad de deambulación) y factores relacionados con el implante (duración del tratamiento, número de procedimientos de distracción) que posiblemente afecten la pérdida de material en las varillas.

Después de la aprobación del comité de revisión ética institucional, realizamos un estudio prospectivo en 23 niños (edad promedio 10,7 años, rango 7,4–14,9) diagnosticados con escoliosis (neuromuscular n = 19, congénita n = 2, idiopática n = 1, sindrómica n = 1), que fueron tratados con MCGR paraespinales con fijación de costillas y gancho pélvico con un implante estándar y otro desplazado (Fig. 1). Se instruyó a todos los participantes sobre el propósito del estudio y se obtuvo el consentimiento informado oral y escrito de todos los sujetos y sus tutores legales. Después de la implantación de los MCGR, se realizaron procedimientos de distracción ambulatorios estandarizados repetitivos de 5 mm por barra cada 3 meses. Después de la máxima extensión y/o complicaciones que requirieron cirugía, el cambio quirúrgico de MCGR se realizó después de un promedio de 2,6 años. Durante la cirugía, se adquirieron muestras de sangre del paciente y se recolectaron los MCGR explantados. No observamos ninguna dificultad técnica en las revisiones por metalosis. Se tomaron muestras de datos demográficos y clínicos de los pacientes para correlacionarlos con la abrasión de titanio y los niveles en sangre.

Sistema MCGR bilateral para la corrección de deformidades de la columna en niños. Radiografías anteroposterior (a,c) y lateral (b,d) de un niño de 6 años con escoliosis neuromuscular. La curva escoliótica principal se corrigió de 71° (a) a 32° (c) con una mejora adicional del perfil sagital (b, d). Intraoperatoriamente, se encontró decoloración del tejido blando adyacente (e).

Después de la inducción de la anestesia y antes de comenzar la cirugía de reemplazo o revisión, se recogieron 2-5 ml de sangre total de cada paciente (n = 23) en monovettes con EDTA (Sarstedt AG & Co. KG, Alemania). Se recogieron muestras de sangre completa de los pacientes del grupo de control (n = 9) después de la anestesia. La centrifugación durante 10 min a 2000 xga temperatura ambiente separó las células del plasma. El sobrenadante designado como plasma se transfirió y alicuotó en tubos limpios y se conservó inmediatamente a -20 °C.

Se usó un espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) modelo 2030 (Shimadzu, Japón) para analizar el titanio en el plasma sanguíneo (Tabla 1).

Para la calibración se utilizaron diluciones en serie de soluciones estándar de titanio únicas de ICP-MS (grupo Sigma Aldrich Merck, Polonia). Además, para ICP-MS Sc en 1% HNO3 ≥ 99,999% base de metales traza (Sigma Aldrich Merck group, Polonia) se utilizaron como estándares internos (añadidos automáticamente durante el análisis a través de la pieza en T). El agua desionizada se obtuvo del sistema de purificación de agua Milli-Q Direct 8 (Merck Millipore) y se aplicó para el (pre)tratamiento y dilución de muestras. Se prepararon y analizaron una serie de muestras de picos (suero humano S1, normal, BCR637 y S7023 como muestras de simulación de matriz) para validar el método de preparación de muestras (no hay CRM ni SRM disponibles para el análisis de Ti). El análisis estuvo en el rango de recuperación de 86 a 110%. Las muestras de plasma se prepararon utilizando el método de adiciones de 100 µl de muestra + 300 µl de HNO3 (70%, purificado por redestilación, Sigma Aldrich, Polonia) y pretratamiento en un baño de agua a 60 °C durante 2 h. El límite de detección para el titanio fue de 0,2 ng/mL. Cualquier concentración por debajo de este límite de detección se asignó como cero.

En total, se recuperaron 44 implantes (NuVasive, EE. UU.) de 23 pacientes (21 pacientes con sistemas de implantes bilaterales y dos pacientes con sistemas de implantes unilaterales). Después de la explantación, los MCGR se limpiaron con H2O2. Si aún no se expandieron por completo, los MCGR se expandieron magnéticamente a su longitud máxima, de modo que la parte interna de la varilla, que se encuentra en un cilindro en la condición retraída, se hizo accesible. En esta parte interior, que consta de cuatro segmentos (Fig. 3a), eran visibles rastros evidentes de desgaste del metal (Fig. 2a). Para determinar el volumen de pérdida de metal, todos los segmentos angulares con desgaste visible del metal se midieron con un instrumento de medición táctil, el MarSurf LD260 (Mahr GmbH, Alemania) (Fig. 2b,c). Un brazo de sonda con punta de diamante midió las huellas táctiles longitudinalmente a lo largo de los segmentos. La velocidad se fijó en 0,5 mm/s, la resolución en z fue de 0,8 nm y la fuerza táctil de 0,75 mN (fuerza táctil recomendada para mediciones de rugosidad según ISO 3274). La densidad de puntos de medición se fijó en 4.000 puntos de medición por mm (un punto de medición cada 0,25 µm). Los rastros se analizaron utilizando el software MarWin v.11.00-19 (Mahr GmbH, Alemania) (Fig. 2d) y se calculó el volumen de material abrasivo (Fig. 3).

Medición táctil de MCGR. Selección de MCGR con segmentos internos completamente expandidos, mostrando una varilla sin abrasión detectable (varilla izquierda) y cinco varillas con abrasión metálica (a). Visualización de un MCGR individual fijado dentro de la máquina MarSurf LD260 (Mahr GmbH, Alemania) con un segmento hacia arriba a la vez (b). La punta de diamante del brazo de la sonda se fijó para registrar huellas táctiles longitudinales a lo largo de este segmento del MCGR (c). Captura de pantalla del software MarWin (Mahr GmbH, Alemania), que se utilizó para medir la profundidad, el ancho y el área de muescas individuales, que representan la abrasión del metal a lo largo de las huellas táctiles (d).

Volumen de material abrasivo calculado a partir de huellas táctiles. Representación esquemática del segmento interior de un MCGR con cinco muescas representativas en un segmento angular; siendo b el ancho del segmento (a). Se registraron longitudinalmente a lo largo del segmento nueve trazos longitudinales (A–I) con una distancia de 0,5 mm entre sí, de modo que todo el ancho b (aproximadamente 5 mm) del segmento quedó cubierto por trazos regulares. En (b) se muestran dos muescas representativas (1) y (2). Representación esquemática de una muesca como se muestra en el software MarWin. Usando el software, se determinó el área 2D de cada muesca individual (aquí FC2) en cada traza individual (c). El volumen se calculó a partir de las áreas por integración numérica. Por lo tanto, el área de cada muesca en un trazo (por ejemplo, FA1, FB1, etc.) se multiplicó por 0,5 mm, que es la distancia entre los trazos (d).

Para calcular el volumen de material abrasivo, se registraron longitudinalmente a lo largo de un segmento nueve huellas táctiles paralelas con una distancia de 0,5 mm entre sí, de modo que todo el ancho del segmento de aproximadamente 5 mm se cubrió con huellas táctiles regulares. Realizando pruebas previas, determinamos que nueve trazos con una distancia de 0,5 mm entre sí eran adecuados para retratar la superficie con una buena área de cobertura de la barra, manteniendo el tiempo de medición razonable (aproximadamente 15 min por segmento). Se usó el software MarWin para calcular el área 2D de cada muesca en un trazo, representando las muescas el material desgastado. El volumen 3D del material desgastado se calculó mediante integración numérica (es decir, multiplicando las áreas 2D por 0,5 mm) (Fig. 3). La precisión de la medición se estimó utilizando la propagación de errores basada en los datos técnicos del dispositivo de medición y el procedimiento de evaluación descrito. La incertidumbre calculada es de alrededor del 15% de los valores estimados.

Los datos obtenidos se revisaron estadísticamente utilizando GraphPad Prism (Microsoft Corporations, EE. UU.). Todos los datos se presentan como media ± desviación estándar. La significación estadística se determinó con p < 0,05 (*).

Todos los procedimientos realizados en estudios con participantes humanos se realizaron de acuerdo con los estándares éticos del comité de investigación institucional y/o nacional y con la declaración de Helsinki de 1964 y sus enmiendas posteriores o estándares éticos comparables. Todos los participantes fueron informados sobre el propósito del estudio y se obtuvo el consentimiento informado oral y escrito. El Comité de Ética Institucional del Centro Médico Universitario de Göttingen aprobó el estudio (número de referencia 33/8/17).

Se analizaron los datos de 23 niños escolióticos (14 mujeres, 9 hombres) con escoliosis progresiva y MCGR implantados (Tabla 2). El implante quirúrgico de las varillas iniciales se realizó a una edad media de 6,4 años (rango 1,8-10,9). El análisis de varillas se realizó utilizando los MCGR iniciales en doce casos, mientras que en once pacientes se cambió el implante antes de realizar el análisis del dispositivo MCGR. Todas las varillas analizadas se implantaron entre 2015 y 2019. Por lo tanto, se utilizó la generación de implantes más nueva posible. La revisión del implante y el posterior análisis del dispositivo MCGR se realizaron después de 2,6 años (rango 0,8-3,4) debido a la extensión máxima de los MCGR (n = 20) o una cirugía de revisión relacionada con complicaciones requerida (n = 3). Las complicaciones que requirieron revisiones ocurrieron en tres pacientes y fueron falla del implante (rotura del gancho pélvico n = 1, dislocación de la varilla n = 1) o infección del implante (n = 1). Todas excepto una varilla estaban funcionando en el momento de la extracción. Se alcanzó el final del crecimiento esquelético en cuatro casos y, por lo tanto, la fusión espinal se realizó algunas semanas después de la extracción de MCGR, mientras que 16 pacientes recibieron una nueva MCGR en la cirugía de extracción de la barra expandida al máximo. La revisión de MCGR y el muestreo de sangre de todos los pacientes participantes (n = 23) se realizaron a una edad promedio de 10,7 años (rango 7,4-14,9). En ese momento, los pacientes habían sido tratados con MCGR durante 4,2 años (rango 0,9-10,7) en promedio. No se observaron síntomas clínicos aparentes ni molestias relacionadas con la metalosis. Se analizaron muestras de plasma de nueve niños escolióticos de control sin implantes a una edad promedio de 7,7 años (rango 4,8-13,8) de acuerdo con las muestras de los pacientes.

La medición de la abrasión en los 44 MCGR explantados de los 23 pacientes mostró pérdida de metal en todos excepto en un MCGR (97,7 %). La pérdida de metal fue medible en uno de los cuatro segmentos en 30 varillas (68,2%), dos segmentos en 10 varillas (22,7%) y tres segmentos en 4 varillas (9,1%). El volumen de material desgastado por barra fue > 0,001 mm3 en 37 de 44 casos (84 %), > 0,002 mm3 en 31 de 44 casos (70,5 %), > 0,01 mm3 en 17 casos (38,6 %), > 0,05 mm3 en 10 casos (22,7%) y > 0,1 mm3 (0,15 mm3) en un caso (2,3%). No se pudo observar ninguna diferencia entre los MCGR en el lado cóncavo y convexo de la curva escoliótica (Fig. 4). El grado de abrasión del implante no se correlacionó con el momento de la implantación de MCGR, el número de procedimientos de elongación, el estado ambulatorio del paciente, el sexo, el peso o la altura (datos no mostrados).

Abrasión de titanio en mm3 para todas las varillas medidas de los 23 pacientes. A 21 pacientes se les implantaron dos varillas (cóncava, convexa), mientras que dos pacientes (pacientes número 13 y 18) solo tenían un implante en el lado cóncavo. Las varillas convexas de los pacientes 6 y 12 mostraron nula y muy poca abrasión (0,00016 mm3) respectivamente, mientras que el paciente 10 mostró valores máximos (a). No se detectaron diferencias significativas entre la abrasión de los MCGR implantados en el lado cóncavo o convexo de la columna escoliótica (prueba t pareada; p = 0,9913) (b).

Para evaluar una posible correlación de la pérdida de metal medida en los implantes MCGR con los valores plasmáticos de titanio, se tomaron muestras de sangre durante la cirugía de intercambio o explantación de MCGR y también se compararon con controles sanos (n = 9). Los valores de titanio fueron significativamente diferentes (p = 0,020) al comparar pacientes (promedio de 14,7 ± 11,4 ng/mL) con individuos sanos de la misma edad (7,4 ± 4,9 ng/mL) (Fig. 5).

Análisis de plasma de titanio. Diferencia significativa en el desgaste de titanio en pacientes con MCGR (n = 23) en comparación con controles de la misma edad (n = 9; p = 0,020). Prueba t no pareada con corrección de Welch (se asume diferente DE).

Los valores de titanio en plasma no se correlacionaron con el momento de la implantación de MCGR (el tiempo de implantación medido así como el tiempo total), el número de procedimientos de elongación, el estado ambulatorio del paciente, el sexo, el peso o la altura (datos no mostrados).

Para determinar si la pérdida de metal en las varillas se correlaciona con el titanio en sangre, solo se analizó a aquellos pacientes cuyos implantes en el momento de la extracción de sangre eran los iniciales (n = 12). El análisis de regresión lineal mostró una correlación positiva entre ambas medidas de desgaste de titanio (abrasión en implantes y partículas de titanio en muestras de sangre) con R2 = 0,3743 y una dispersión no despreciable (Fig. 6a). Además, extrapolamos el valor de titanio en plasma de cada paciente al volumen de sangre para excluir el sesgo debido a la gran variación en la edad, el peso y, por lo tanto, el volumen de sangre de los participantes. El volumen de sangre se estimó en 80 ml/kg de peso corporal y osciló entre 1,4 y 4,2 l. Asumimos que el plasma era el 55 % de la sangre total y expresamos el valor en mg de titanio en el volumen de plasma total estimado para cada paciente. Se mantuvo una relación positiva entre el método de abrasión y este valor extrapolado de titanio en plasma con R2 = 0,2041 (Fig. 6b).

Correlación de abrasión y análisis de titanio en plasma. Para los pacientes cuyos implantes en el momento de la extracción de sangre eran los iniciales (n = 12), se muestra el análisis de regresión lineal entre la abrasión en los implantes en mm3 (eje x) y el titanio en las muestras de plasma en ng/ml (eje y). una correlación positiva (R2 = 0,3743; desviación de la pendiente desde cero significativa p = 0,0345) (a). Al extrapolar las concentraciones de titanio medidas al volumen plasmático total estimado de cada paciente, se mantuvo la relación positiva (R2 = 0,2041; desviación de la pendiente desde cero no significativa p = 0,1404) (b).

Los dispositivos MCGR se han convertido en una opción de tratamiento preferida para niños con deformidad espinal progresiva grave2, evitando así el alargamiento quirúrgico repetitivo de los implantes. La eficacia de estos implantes se pudo demostrar en varios estudios3,4,5; sin embargo, aún persisten complicaciones relacionadas con los implantes. Los MCGR generalmente se implantan durante varios años durante el período crítico de crecimiento pediátrico, por lo tanto, la extensión del desgaste del metal y los peligros potenciales del titanio en el organismo pediátrico adquieren importancia para la evaluación del tratamiento estándar actual de EOS.

Los datos presentados informan sobre el análisis del desgaste de titanio de 23 pacientes pediátricos con escoliosis, tanto en muestras de sangre como en el propio implante MCGR explantado. Se pudieron encontrar tres observaciones principales: en primer lugar, se observó abrasión de titanio en la mayoría de las varillas analizadas. En segundo lugar, la duración del tiempo de implantación de MCGR, el número de procedimientos de alargamiento externo, el estado ambulatorio del paciente, el sexo, el peso o la altura no influyeron en el desgaste del metal ni en los valores de plasma de titanio. En tercer lugar, la pérdida de material en los MCGR mostró una correlación positiva con los valores de plasma sanguíneo de titanio.

Otros estudios podrían encontrar residuos de desgaste de titanio dentro de las varillas para todos los casos observados8. Se sugiere que la carga fuera del eje hace que la barra que se extiende de la varilla entre en contacto con la superficie interna de la carcasa de la varilla8. La metalosis evidente en el tejido circundante de los implantes puede explicarse por las marcas de crecimiento en la barra de extensión de la barra como resultado de la alta tensión de las barras durante los procedimientos de alargamiento18 o por la fuga de desgaste de titanio desde el interior de la barra8. Podríamos encontrar una cierta correlación entre el grado de pérdida de metal en las varillas y los valores medidos de titanio en la sangre. Sin embargo, los valores de titanio en el plasma sanguíneo no reflejan los desechos locales de titanio en el tejido circundante o el titanio que puede haberse depositado en los órganos o excretado. Por lo tanto, no se puede hacer una correlación directa con el contenido total de titanio en el cuerpo pediátrico a partir de los datos presentados.

En el presente estudio, los pacientes mostraron en promedio valores dos veces más altos de titanio en sangre en comparación con los controles sin un dispositivo implantado (con una alta variación entre pacientes individuales). Otros estudios también podrían detectar valores elevados de titanio en sangre después de la implantación de implantes espinales de titanio. Li et al. determinaron valores tres veces más altos para pacientes con MCGR (4,5 ng/mL) que los controles (1,5 ng/mL)19. Yilgor et al. encontraron valores de titanio cuatro veces más altos en pacientes con MCGR (10,2 ng/mL) que en controles (2,8 ng/mL)7. Borde et al. encontró valores aún más altos (15,9 ng/mL) para pacientes con MCGR20. Por lo tanto, nuestros valores medidos de 14,7 ng/mL están en el rango de los valores de la literatura.

En el grupo de control, se detectaron ciertos valores plasmáticos de titanio en algunos individuos, probablemente debido a la exposición a productos de cuidado personal y cosméticos, como protector solar o pasta de dientes, así como a productos alimenticios (por ejemplo, chicles y dulces)21, que son fuentes de la exposición al titanio no relacionada con los implantes de titanio ortopédicos pediátricos. Algunos autores intentaron determinar el rango de niveles sanguíneos de titanio "normales" para establecer un valor umbral para el fracaso del implante inducido por titanio22. Sin embargo, los rangos individuales son amplios y los diferentes enfoques metodológicos para medir metales en sangre rara vez dan los mismos valores para la misma muestra.

Los métodos fiables para medir titanio en fluidos biológicos son escasos. Los enfoques más utilizados son las técnicas basadas en ICP-MS. Sin embargo, estos métodos requieren operadores bien capacitados y tienen altos costos de funcionamiento. Además, las comparaciones entre laboratorios son desafiantes, principalmente debido a la falta de preparación de muestras estandarizadas, tipos y configuraciones de instrumentos y enfoque analítico23. Por lo tanto, los valores sanguíneos absolutos de titanio deben interpretarse con cuidado.

Hasta donde sabemos, este es el primer estudio para determinar el volumen de material desgastado de MCGR. Se excluyeron los sesgos de puntuación visual y pudimos determinar el ancho y la profundidad de las muescas y, por lo tanto, el volumen de material desgastado, con gran precisión (resolución en z 0,8 nm, la densidad del punto de medición se fijó en un punto de medición por 0,25 µm). Además, la medición de las huellas táctiles reveló una estructura giratoria en la superficie del material que es invisible a la vista. En algunas áreas, el material parecía brillante, lo que sugiere una abrasión en forma de muesca por impresión visual; sin embargo, el rastro táctil no reveló muescas, sino solo una abrasión superficial de la estructura giratoria.

No fue posible registrar algunas pequeñas marcas de abrasión directamente en los bordes de los segmentos individuales, lo que ocurrió en algunas varillas, por lo que la abrasión total de los segmentos puede ser ligeramente superior a nuestros valores medidos. Los patrones más bien regulares de las muescas implican que el movimiento de los cilindros interior y exterior uno contra el otro provoca abrasión durante el tiempo de uso en una determinada posición, que cambia con el alargamiento regular, además de la tensión durante el procedimiento de alargamiento18. La observación de que las muescas ocurren solo en uno o dos, a veces tres segmentos adyacentes en nuestro estudio, respalda la hipótesis de que la carga fuera del eje causa abrasión unilateral16. Sin embargo, se necesitan más investigaciones con más parámetros, como la rigidez de la curva y el equilibrio coronal y sagital, para definir las razones de la abrasión.

En nuestro estudio, la fuga del actuador de los MCGR no se tuvo en cuenta como fuente de residuos de desgaste de titanio. Sin embargo, se demostró que esta fuga es una fuente importante de metalosis en un estudio anterior en el que se cortaron los MCGR para permitir que se evaluara el desgaste del metal en los componentes internos8.

No pudimos detectar una influencia del tiempo de implantación, el número de elongaciones, ni el peso, la altura, el género o el estado ambulatorio del paciente sobre la abrasión del implante metálico o los valores de plasma de titanio. Sin embargo, no se puede excluir que las influencias de los factores individuales se vean eclipsadas por las complejas interacciones de varios factores para esta cohorte de estudio, y que los factores influyentes se pueden encontrar con una población más grande y más homogénea.

En nuestro estudio, el análisis de regresión lineal de la abrasión del metal y los valores de titanio en plasma mostraron una correlación positiva. También se han observado niveles elevados de titanio en sangre en pacientes con falla del implante24 o aflojamiento del implante25 y se ha propuesto que los niveles de titanio en sangre, suero o plasma pueden usarse como un biomarcador para el rendimiento del implante ortopédico22,24,25,26. Las mediciones de cobalto y cromo séricos pueden servir como biomarcadores para el desgaste de los implantes articulares metálicos27,28 y los niveles de referencia están disponibles para los implantes de cadera que funcionan bien y mal29. Sin embargo, no se han establecido pautas ni valores sanguíneos normales o anormales para el titanio, en parte debido a desafíos técnicos y la falta de comparabilidad de los resultados obtenidos entre laboratorios23. Recientemente, se ha propuesto un nivel de referencia de laboratorio para el titanio en sangre y plasma en pacientes con implantes de cadera de titanio que funcionan bien (2,2 y 2,56 µg/L para sangre y plasma, respectivamente)30. Los autores sugirieron que este sea un "punto de partida para estudios adicionales que exploren la utilidad clínica del titanio en sangre como biomarcador del rendimiento de los implantes ortopédicos"30. Si bien existen desafíos técnicos y los niveles elevados de titanio pueden no ser indicadores del rendimiento del implante para todos los pacientes, vale la pena explorar más a fondo la posibilidad de utilizar los niveles de titanio en plasma u otros fluidos corporales como biomarcadores potenciales para el rendimiento del implante.

El hecho de que hayamos establecido un protocolo para medir la abrasión a pequeña escala de manera razonablemente rápida y económica con nuestra técnica táctil aplicada, hace atractivo su uso en futuros estudios a mayor escala, donde se pueden detectar factores potencialmente influyentes en la abrasión. Además, dado que los niveles de toxicidad del titanio pueden entenderse mejor en el futuro, se puede tener en cuenta la posible aplicación clínica de este método, es decir, medir la abrasión de un implante al retirarlo, ya sea en lugar de medir los niveles de titanio en la sangre o además de hacerlo. puede ayudar a evaluar la carga de titanio dentro de un paciente y decidir sobre el tratamiento con más implantes.

Las limitaciones de este estudio son el pequeño tamaño de la muestra y, lo que es más importante, la falta de datos sobre los valores de titanio en sangre antes de la implantación para estimar el aumento individual de partículas de titanio en la sangre. Estudios adicionales sobre las posibles rutas de transporte de los iones de titanio, su distribución en los órganos y los enfoques terapéuticos contra la propagación del titanio dentro del cuerpo de los niños proporcionarían una mejor comprensión del alcance y los efectos a largo plazo del desgaste del metal por los implantes en los niños.

Este estudio analizó la abrasión de titanio de varillas de crecimiento controladas magnéticamente (MCGR), que se implantaron en niños para la corrección de deformidades de la columna durante un promedio de 2,6 años y correlacionó estos hallazgos con los valores plasmáticos de titanio. Usando técnicas metrológicas, la abrasión de titanio de los MCGR se pudo determinar con gran precisión y el análisis de regresión lineal de los valores de abrasión y los valores de plasma de titanio determinados por ICP-MS mostraron una correlación positiva. No se pudieron detectar factores que influyeran en la abrasión, como el tiempo de implantación, el número de elongaciones o el estado ambulatorio del paciente. Se necesitan más estudios para determinar los efectos y los peligros potenciales del titanio en el cuerpo pediátrico causados por los implantes que tratan la escoliosis.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado.

Varilla de crecimiento controlada magnéticamente

Escoliosis de inicio temprano

Espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente de alta resolución

milinewton

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Descargar referencias

Los autores (KAL, LB, KT, HML y AKH) son miembros de la Red Europea de Referencia para Enfermedades Neuromusculares Raras (ERN EURO-NMD).

Financiamiento de acceso abierto habilitado y organizado por Projekt DEAL. Parte del estudio fue financiado por BMBF (FKZ: 13GW0302B) y Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Facultad de Química.

Ortopedia Pediátrica, Departamento de Trauma, Cirugía Ortopédica y Plástica, Centro Médico Universitario de Göttingen, Göttingen, Alemania

KA Lüders, L Braunschweig, A Wichmann, SE Güsewell, TC Trüe, K Tsaknakis, HM Lorenz y AK Hell

Facultad de Química, Universidad Adam Mickiewicz, Poznan, Polonia

A. Ziola-Frankowska, A. Stojek, D. Jakkielska y M. Frankowski

Química Clínica, Centro Médico Universitario de Göttingen, Göttingen, Alemania

GH Dihazi y F. Streit

Mahr GmbH, Gotinga, Alemania

S. Lüders y J. Schlie

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LB, GHD, FS, HML y AKH iniciaron la idea y el diseño del estudio. KT, HML y AKH reclutaron participantes. KAL, AZF, AS, DJ, AW, SEG, TCT, SL, JS y MF adquirieron todas las muestras y datos. KAL, SL y JS fueron los principales contribuyentes en el análisis de los datos y el análisis estadístico. La interpretación de los datos estuvo a cargo de KAL, LB, GHD, FS, MF y AKHKAL, LB y AKH escribieron el borrador inicial. Todos los autores dieron su aprobación final a la versión enviada y aceptaron ser responsables de todos los aspectos del trabajo.

Correspondencia a AK Hell.

Todos los autores declaran no tener conflicto de intereses. Partes del tiempo de medición en Mahr GmbH fueron financiadas con fondos BMBF de UMG.

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Reimpresiones y permisos

Lüders, KA, Braunschweig, L., Zioła-Frankowska, A. et al. Desgaste de titanio de varillas de crecimiento controladas magnéticamente (MCGR) para el tratamiento de deformidades de la columna en niños. Informe científico 12, 10811 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15057-1

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Recibido: 04 enero 2022

Aceptado: 17 junio 2022

Publicado: 25 junio 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15057-1

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