Biologicky odbouratelná hořčíková kostní dlaha a šroubová fixace v chirurgii čelisti (MgJawSurgery)

Fixace kostní dlahou a šrouby je dobře známý systém pro vnitřní fixaci v čelistní chirurgii, zahrnující fixaci zlomenin, ortognátní chirurgii a kraniofaciální rekonstrukci. V průběhu vývoje se titan a jeho slitiny staly převládajícími materiály pro vnitřní fixaci díky svým výjimečným mechanickým vlastnostem a biokompatibilitě. Titan má však určité nevýhody, jako je nadměrná tuhost ve srovnání s kostí, která může mít za následek stínění proti stresu a následnou resorpci kosti. Kromě toho je fixace titanovou dlahou a šroubem určena pro dočasnou mechanickou podporu během hojení kosti a může vyžadovat odstranění prostřednictvím sekundárního chirurgického zákroku po zhojení kosti, čímž se zvyšuje zdravotní zátěž. Pokud je titan ponechán in situ, může interferovat s rentgenovým zobrazováním kvůli účinkům zpevnění paprsku.

Ve snaze vyřešit omezení fixace titanu výzkumníci zkoumali vývoj alternativních materiálů pro vnitřní fixaci. Bioresorbovatelné systémy využívají biodegradabilní materiály pro fixaci kostní dlahy a šroubu, čímž se eliminuje potřeba sekundárního chirurgického zákroku pro odstranění hardwaru. Tyto biologicky odbouratelné systémy se vyhýbají dlouhodobým problémům spojeným se stresovým stíněním nebo rozptylem rentgenového záření. Komerčně dostupné biodegradovatelné materiály pro osteosyntézu zahrnují vysokomolekulární polymery, jako je poly(kyselina mléčná) (PLA), kyselina polyglykolová (PGA) a kopolymer poly(mléčná-ko-glykolová kyselina) (PLGA). Tyto biologicky odbouratelné polymery však vykazují nedostatečnou mechanickou pevnost, což vyžaduje zvětšení rozměrů a výsledkem je objemný objem, který může bránit aplikaci. Kromě toho může suboptimální biokompatibilita vyvolat reakce na cizí tělesa a bránit normálnímu hojení kostí. Konečně, řízení rychlosti biodegradace polymerů je náročné, což může překonat normální hojení kosti a vést k pooperačním komplikacím, jako je malunion nebo nonunion.

V posledních letech se hořčík ukázal jako slibný biologicky odbouratelný kov pro vnitřní fixaci, jak dokládají četné výzkumné studie. Hořčík vykazuje mechanické vlastnosti blíže lidské kosti než tuhé materiály z titanu nebo nerezové oceli, čímž účinně zmírňuje nevýhody stínění proti stresu a rozptylu rentgenového záření. In vivo se hořčíkové destičky a šrouby postupně rozpouštějí a uvolňují ionty hořčíku a plynný vodík. Ionty hořčíku, nezbytné pro lidské tělo, mohou být metabolizovány bez poškození. Hromadění plynného vodíku v tkáních může mít za následek dočasné otoky nebo nepohodlí, které obvykle odezní, když se plyn v průběhu času rozptýlí. Ještě důležitější je, že hořčík prokázal pozoruhodnou biologickou aktivitu při podpoře regenerace kostí, což vyvolalo nárůst zájmu o základní biomechanický výzkum. Jeho výjimečná bioaktivita byla dokonce prokázána v náročných klinických situacích. V důsledku toho se díky jedinečným a vynikajícím vlastnostem hořčíku stal slibným biomedicínským implantátem nové generace pro vnitřní fixaci u lidí.

Použití materiálů na bázi hořčíku v kostní chirurgii lze vysledovat až do roku 1906 a nedávné pokroky vedly k vývoji biologicky odbouratelných vnitřních fixačních zařízení společnostmi jako Synntellix AG (Německo) a U&I Corporation (Jižní Korea) [7]. Tyto fixační systémy, včetně MAGNEZIX® (šrouby ze slitiny Mg-Y-Re-Zr) a RESOMET™ (šrouby ze slitiny Mg-Ca-Zn), prokázaly slibné výsledky v různých klinických studiích v mnoha zemích při léčbě stavů, jako je hallux valgus, osteonekróza hlavice femuru a zlomeniny distálního radia. Vzhledem k potenciálním zdravotním rizikům slitinových prvků pro pacienty se však čínské výzkumné týmy zavázaly k vývoji vysoce čistého hořčíku pro účely vnitřní fixace.

V Číně byly úspěšně provedeny četné klinické studie na lidech využívající vysoce čistý hořčík. V roce 2015 Yu a spol. použili vysoce čisté hořčíkové šrouby pro fixaci vaskularizovaných kostních štěpů u mladých dospělých s dislokovanými zlomeninami krčku femuru. Během 16měsíčního období sledování pacienti dosáhli uspokojivých výsledků v Harris hip skóre, funkčním indexu, a zaznamenali nižší výskyt komplikací, jako je avaskulární nekróza a nezhojení. V roce 2016 Zhao a kol. implementovali vysoce čisté hořčíkové šrouby v klinické studii k fixaci vaskularizovaných kostních štěpů při osteonekróze hlavice femuru. Během 12měsíčního období sledování pacienti léčení magnéziovými šrouby vykazovali vyšší uspokojivé výsledky ve funkčním skóre a snížený posun kostního štěpu. Hladiny hořčíku v séru zůstaly v normálním fyziologickém rozmezí a potenciální nepříznivé účinky vyvolané produkty degradace hořčíku chyběly. V roce 2019 Chen a kol. použili vysoce čisté hořčíkové šrouby k fixaci vaskularizovaných kostních štěpů pro traumatickou nekrózu hlavice femuru v kazuistice. Bylo dosaženo uspokojivých výsledků z hlediska funkční obnovy a hořčíkové šrouby postupně degradovaly během více než dvou let bez jakýchkoli znatelných vedlejších účinků.

Navzdory svému potenciálu se fixace na bázi hořčíku potýká s problémy v ortopedii kvůli své relativně slabé mechanické pevnosti při použití v zátěžových oblastech a dosud nebyly v takových případech provedeny žádné klinické studie. Teoreticky musí fixace v oblasti kyčelního kloubu odolat silám přesahujícím 2000 N nebo trojnásobku tělesné hmotnosti, které se mohou při funkční mobilizaci zvyšovat. Výzkumníci zkoumali strategie potahování ke zpomalení in vivo degradace hořčíku, čímž se rozšířila mechanická podpora pro adekvátní ortopedické hojení. Zkoumají také metalurgické techniky pro zvýšení mechanické pevnosti hořčíkových fixačních zařízení. Naopak čelistní operace mohou těžit z fixace na bázi hořčíku kvůli jejich srovnatelně nižším požadavkům na silové zatížení ve srovnání s fixací končetin nebo páteře. Normální síly pro mandibulu jsou přibližně 400 N, které klesají na 115 N za jeden týden a 250 N za šest týdnů po vnitřní redukci. V důsledku toho je fixace hořčíku příslibem pro úspěšnou aplikaci v čelistní chirurgii.

Nicméně vzhledem k omezenému klinickému výzkumu v této oblasti je zapotřebí značného úsilí k důkladnému pochopení výhod materiálů na bázi hořčíku v čelistní chirurgii a vytvoření nových chirurgických protokolů pro jejich implementaci. Tato studie se snaží prozkoumat aplikaci hořčíku pro kostní fixaci v čelistní chirurgii a komplexně zhodnotit chirurgické výsledky. Studie přispěje k hlubšímu pochopení používání hořčíku jako vnitřní fixace v čelistní chirurgii a očekává se, že připraví cestu pro nové chirurgické protokoly využívající biodegradabilní fixaci. V konečném důsledku by to mohlo vést ke zlepšení výsledků pacientů a snížení zdravotní zátěže.