The current concept of large-segment bone defect treatment is still to complete the replacement and fusion of bone tissue by means of autologous, allogeneic or artificial bone graft filling, that is, "bone-bone" interface fusion. The theory is deeply rooted, but the clinical effect is poor. A research team from research institutions such as Peking University Third Hospital used a custom-made 3D-printed titanium alloy porous implant to repair large-segment bone defects in a research work, realizing the patient's early limb function recovery and long-term "implant- Reliable fusion of the "bone" interface, with significantly improved efficacy.
© 3D Science Valley White Paper
Uzlabojiet agrīnu un ilgtermiņa{0}}efektivitāti
Saistītie pētījumi, kas publicēti žurnālā Bioactive Materials
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.03.030
This research work was supported by the National Key RD Program of the Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China (2016YFB1101501).
block Traditional "bone-bone" fusion treatment concept
Lieli segmentāli kaulu defekti traumas, infekcijas vai audzēja rezekcijas dēļ vienmēr ir bijusi sarežģīta klīniska problēma. Aptuveni 5–10 procenti lūzumu piedzīvo aizkavētu savienošanos vai nesavienošanos, un gandrīz visi segmentālie kaulu zudumi izraisa nesavienošanos. Visā pasaulē katru gadu tiek veikti vairāk nekā 2,2 miljoni kaulu transplantātu, lai ārstētu kaulu defektus ortopēdijā, neiroķirurģijā un zobārstniecībā.
Classical techniques for the treatment of large bone defects include the Ilizarov technique, the induction of bone regeneration through biofilms (Masquelet technique), autologous vascularized cortical bone grafting, and titanium mesh (filled with autologous or allogeneic bone) implantation techniques. The above treatments have their own characteristics depending on the technology, but they are essentially based on the concept of "bone-bone" fusion, that is, autologous bone, allogeneic bone or artificial bone is transplanted and filled in the defect area, and replaced by bone tissue repair. Complete the connection and fusion of the bones at both ends of the defect area.
Tomēr klīniskā prakse liecina, ka šīs ārstēšanas metodes nav ideālas un dažreiz pat neuzticamas. Kaulu transportēšana, izmantojot Ilizarova procedūru, parasti sadzīst vairākus mēnešus, un šajā laikā pacients nevar normāli pārvietoties. Vēl mazāka iespējamība, ka šo metodi izmantos mugurkaula vairāku{0}segmentu skeleta defektu ārstēšanai. Masquelet tehnika un autologās vaskularizētās kortikālās kaula transplantācijas metode palīdz uzlabot kaulu saplūšanu, taču ir grūti panākt tūlītēju pēcoperācijas stabilizāciju. Tā kā kā kaula transplantāta materiāls ir nepieciešams liels daudzums alogēna/autologa kaula, bieži ir nepieciešama papildu ķirurģiska kaula noņemšana (piemēram, gūžas kaula noņemšana). Titāna sieta implantēšanas metode kaula defekta zonā zināmā mērā nodrošina dažādu transplantātu materiālu uzlikšanas ērtību, taču tā fiksācijas efekts ir ierobežots, kā arī trūkumi ir viegla atslābināšana, iegrimšana vai pārvietošanās. Faktiski tādas metodes kā Ilizarovs un Masquelet ir grūti pielietot arī noteiktās disociācijas vietās, piemēram, metafīzē.
To sum up, various traditional techniques based on the concept and theory of "bone-bone" fusion have many shortcomings or defects in the treatment of large segmental bone defects: the treatment process is long, and the limbs of patients after surgery are not immediately, early, or surgically removed. After a long period of time can not bear weight.
bloku 3D izdrukas porainus titāna implantus
"Implant-bone" interface fusion
Salīdzinot ar iepriekš{0}}minētajām metodēm, kurām nepieciešams liels daudzums alogēna/autologa kaula pildījuma, 3D-drukātu porainu titāna sakausējuma implantu izmantošanai kaulu defektu labošanai un atjaunošanai, šķiet, ir acīmredzamas priekšrocības. Pirmkārt, implantus var precīzi pielāgot atbilstoši kaula defekta formai, bez nepieciešamības veikt Kaulu transplantātu; turklāt atbilstoši metāla protēžu priekšrocībām var izveidot fiksācijas ierīci, lai panāktu tūlītēju stabilizāciju starp implantu un blakus esošajiem kauliem, lai pēc operācijas pacients varētu agri piecelties no gultas; Porainas struktūras iezīmes, kas piesaista blakus esošos kaulaudus, lai tie ieaugtu tajos, un visbeidzot panāk implanta{3}}kaulu saskarnes pastāvīgu saplūšanu.
1. attēls. 3D drukātu porainu Ti6A14V implantu radioloģiskā un biomehāniskā analīze, lai rekonstruētu 4 cm augšstilba kaula defektu. (A) Rentgena attēli 1, 3 un 6 mēnešus pēc implantācijas (i-iii) datortomogrāfijas attēli 1, 3 un 6 mēnešus pēc implantācijas (iv-vi) . Zilas bultiņas norāda uz jaunizveidoto kaulu defekta vietā vai uz implanta ārējās virsmas. (vii) katras grupas radioloģiskais rādītājs. (n=4) (B) MicroCT 3D rekonstrukcijas attēli (i-iii) 1., 3. un 6 mēnešus pēc nogalināšanas (pelēks norāda uz titāna sakausējumu, zaļš — jaunu kaulu). (iv) kaulu tilpuma frakcijas kvantitatīvie rezultāti katras grupas peri-implanta un in-foram reģionos (n=4).
Tomēr, lai klīniski terapeitiskais efekts, ko sniedz 3D drukātu porainu implantu izmantošana kaulu defektu (īpaši lielu-segmentu kaulu defektu) labošanai, prasa ne tikai novērošanas-gadījumu novērošanas rezultātu apstiprināšanu, bet arī attiecīgo dzīvnieku eksperimentālo pētījumu rezultātus kā pierādījumu. Šim nolūkam pētnieku komanda veica padziļinātu un sistemātisku izpēti un izpēti.
Figure 2. Biomechanical analysis of 3D printed porous Ti6A14V implants for reconstruction of 4 cm femoral defects. (A) Three-point flexural strength of each group of samples (n = 4) (B) Stress distribution of the "implant-bone" complex at (ii) 1000 N, (iv) 2000 N and (vi) 3000 N. Displacement distribution of the "implant-bone" complex at (i) 1000N, (iii) 2000N and (v) 3000N. (p<0.01,><>
In view of the shortcomings of the traditional "bone-bone" fusion method in the treatment of large-segment bone defects, and based on the experience of exploratory treatment of large-segment bone defects and the results of relevant animal experiments, the research team proposed a new large-segment bone defect. The technology and concept of bone defect repair and reconstruction: "implant-bone" interface fusion.
Figure 3. Histological analysis of 3D-printed porous Ti6A14V implants for reconstruction and repair of 4 cm long femoral defects. (A) Goldner's trichrome staining (i-iii) of 1, 3 and 6 month groups. (iv) Quantitative results of implant-bone growth and implant-bone contact rates in the three groups. (v) The ratio of mineralized bone to osteoid in each group (n = 10). (B) Fluorescent labeling of new bone around the implant and in the pores. (White arrows indicate titanium columns, green and yellow bands indicate calcein- and tetracycline-labeled new bone, respectively). (i) Osseointegration around the implant in the 1-, (iii) 3- and (v) 6-month groups. (ii) 1-, (iv) 3-, (vi) osseointegration in plant pores in 6-month groups.
The basic idea is: a. The 3D printed porous titanium alloy prosthesis is implanted into the bone defect area, and the two ends of the implanted prosthesis are connected and fixed with the adjacent host bone, so as to realize the immediate (or early) functional recovery of the patient's limb; b . The implanted prosthesis is designed as a porous structure to attract adjacent bone tissue to grow into it and surround it to achieve "implant-bone" interface fusion.
Figure 4. 3D printing of porous Ti6Al4V implants to reconstruct spinal bone defects (case 1). (A) (i-vi) 1 month (i), 3 months (ii), 7 (months iii), 12 months (iv), 24 months (v) and 32 (vi) postoperatively "Implant-bone" X-ray image of Moon. Blue arrows indicate the implant-bone interface or new bone on the outer surface of the implant. (B) CT images at 3 months (i), 7 months (ii), 12 months (iii), 28 months (iv), 32 months (v) and 36 months (vi) after surgery. Blue arrows indicate the implant-bone interface or newly formed bone on the outside of the implant.
Of course, if the porous structure of the implant grows through the bone tissue, it is ideal to form a "bone-bone" fusion, but it is difficult to become a reality. However, when the two ends of the implant prosthesis are effectively fused with the host bone at a distance of several millimeters, it can already meet the needs of the patient to restore the motor function of the limb. The research team applied the 3D-printed porous titanium alloy implants made by electron beam melting (EBM) technology to the clinical treatment of a group of large-segment bone defects, and achieved better than expected results. At the same time, the research team used the small-tailed Han sheep to create a long-segment femoral defect model to study the osseointegration characteristics of this method, and to provide a supporting basis for the treatment effect of clinical cases.
5. attēls. 3D-apdrukāts porains Ti6Al4V implants augšstilba kaula defekta atjaunošanai (2. gadījums). X no rekonstruētā 11 cm augšstilba kaula defekta tūlīt pēc pēdējās operācijas (A) un 2 (B), 5 mēnešus (C), 8 mēnešus (D), 14 mēnešus (E) un 20 mēnešus (F) pēc implantācijas līnijas attēla. Zilas bultiņas norāda uz osteointegrāciju starp implantu un saimnieka kaulu.
Figure 6. 3D-printed porous Ti6Al4V implant to reconstruct pelvic bone defect (case 3). Photographs of the actual "implant-bone" complex specimen taken from (A) lateral and (B) anteroposterior views. The location of the "implant-bone" interface area indicated by the blue arrow (C) Histological image of the "implant-bone" interface, showing new bone growing into the porous implant pores. Micro-CT images of the "implant-bone" contact area in (D) midsagittal plane, (E) coronal plane and (F) transverse plane.
In this study, the research team successfully treated large segmental bone defects caused by various etiologies by 3D printing porous titanium alloy implants without using autologous/allogeneic bone grafts or any osteoinductive agents. immediate and long-term biomechanical stability. Animal experiments have shown that bone can grow into the pores to a certain extent and gradually remodel, so that the "implant-bone" complex can achieve long-term mechanical stability. In addition, this study also proposes a new "implant-bone" interface fusion concept for the treatment of large segmental bone defects, which is different from the traditional "bone-bone" fusion concept.
Uzņēmums GMKJ Technology ir cieši saistīts ar veselīgiem un viediem gaismas avotiem, nodrošinot tirgu ar pilnu ultravioleto UVA UVB UVC LED, infrasarkano IR LED VCSEL produktu un risinājumu klāstu, un tai ir simtiem augstas{0}kvalitatīvas partneru vietējā un ārvalstu tirgū. tirgus, lai kopīgi veicinātu gaismas tehnoloģiju izmantošanu, lai radītu veselīgu un gudru dzīvi. .
