Каркас из титановой сетки, напечатанный на 3D-принтере, облегчает остеогенез при дефектах сегментов нижней челюсти

Feb 07, 2024

npj Регенеративная медицина, том 8, Номер статьи: 38 (2023) Цитировать эту статью

10 тысяч доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Сращивание сломанных концов дефектов является основой функциональной реконструкции критических сегментарных костных дефектов челюстно-лицевой области. Однако доступные в настоящее время методы лечения не позволяют легко достичь этой цели. Таким образом, это исследование было направлено на изготовление 3D-печатных каркасов из титановой сетки, которые обладают достаточным количеством пор и базовой биомеханической прочностью для облегчения остеогенеза и достижения сращения костей при дефектах сегментарной кости нижней челюсти. Клиническое исследование было одобрено и контролировалось Комитетом по медицинской этике Китайской больницы общего профиля НОАК 28 марта 2019 г. (Пекин, Китай. Номер разрешения S2019–065–01) и зарегистрировано на платформе реестра клинических исследований (регистрационный номер: ChiCTR2300072209). Каркасы из титановой сетки были изготовлены с использованием селективного лазерного плавления и имплантированы 20 собакам породы бигль с дефектами сегментов нижней челюсти. Половину животных лечили аутологичной костной стружкой и костными веществами, включенными в каркасы; Для остальных животных дополнительное наполнение не применялось. После 18 месяцев наблюдения рентгенологическое сканирование и гистологический анализ на моделях собак показали, что поры регенерированной кости были заполнены каркасами из титановой сетки, а сломанные концы кости срослись. Кроме того, трем пациентам применялись аналогичные каркасные имплантаты из титановой сетки при дефектах сегментов нижней челюсти; Механических осложнений не наблюдалось, а на реконструированных в клинике нижних челюстях пациентов наблюдалась аналогичная костная регенерация. Эти результаты продемонстрировали, что каркасы из титановой сетки, напечатанные на 3D-принтере, с достаточным количеством пор и базовой биомеханической прочностью могут способствовать регенерации кости при крупных дефектах кости нижней челюсти.

Реконструкция сегментарных дефектов челюстно-лицевой кости после опухоли, травмы или инфекции остается большой проблемой для врачей, особенно в случае критических сегментарных дефектов кости. Около 2,2 миллиона пациентов страдают от дефектов костей, связанных с ортопедией, нейрохирургией или стоматологией1. Для лечения таких клинических состояний использовались различные стратегии, включая дистракционный остеогенез, аллогенную костную пластику, аутологичную костную пластику и имплантаты из гетерогенных материалов. Однако дополнительная хирургическая травматичность, недостаточность донорских ресурсов и различные осложнения ограничивают клиническое применение указанных методов. Недавние разработки в междисциплинарной области тканевой инженерии были сосредоточены на восстановлении или поддержании функции тканей с использованием каркасов, биоактивных веществ и/или клеток или тканей с потенциалом регенерации2. Стратегии тканевой инженерии используются в области пластики3, ортопедии4 и челюстно-лицевой хирургии5. Традиционные процессы тканевой инженерии для тканевой имплантации основаны на использовании каркасов ex vivo в сочетании с клетками и биомолекулами2. Тканевая инженерия in situ, еще один подход к регенерации поврежденных тканей, регенерирует ткань в объеме предполагаемого функционального места, используя врожденный регенеративный потенциал организма. По сравнению с традиционной тканевой инженерией ex vivo, во время тканевой инженерии in situ можно исключить сбор стволовых клеток из семян и создание сложных условий культивирования клеток. Таким образом, подходы in situ могут быть более успешно переведены в клинический контекст, чем подходы тканевой инженерии ex vivo6, особенно в области костной пластики в ортопедии7 или челюстно-лицевой области8,9.

Основываясь на наших предыдущих результатах10,11,12, мы попытались изготовить тканеинженерную конструкцию in situ в области дефекта с использованием 3D-каркаса с двойным эффектом: благоприятными механическими свойствами для сопротивления усталости и создания достаточного промежутка для васкуляризации13 (рис. 1). ) . Развитие 3D-печати позволило изготавливать каркасы с достаточной пористостью14,15. Многие исследователи анализировали биомеханические и биосовместимые свойства каркасов, напечатанных на 3D-принтере, с помощью анализа методом конечных элементов (FEA), биомеханических испытаний и экспериментов in vitro16,17,18,19,20. После того, как в 2011 году 83-летней пациентке был имплантирован специальный титановый протез челюсти, изготовленный методом селективного лазерного плавления (SLM), в серии клинических исследований была предпринята попытка восстановить дефект нижней челюсти с помощью протеза с 3D-печатью17,18,19,20 , 21. Более того, in vivo эксперименты и клинические испытания ортопедических исследований показали врастание кости в поры пористых структур, напечатанных на 3D-принтере22, или сетчатых каркасов23. Однако в этих исследованиях не изучалось непрерывное сращивание костей из концов сломанных костей, что имеет решающее значение для последующей установки дентальных имплантатов в области стоматологии. Поэтому мы попытались реализовать непрерывное сращивание костей из сломанных концов костей с помощью 3D-печати каркасов Ti-grid в экспериментах на животных и клинических испытаниях.