Biologisk nedbrydelig magnesiumknogleplade og skruefiksering i kæbekirurgi (MgJawSurgery)

Knogleplade- og skruefiksering er et velkendt system til intern fiksering i kæbekirurgi, der omfatter frakturfiksering, ortognatisk kirurgi og kraniofaciel rekonstruktion. Under udviklingen er titanium og dets legeringer blevet de fremherskende materialer til intern fiksering på grund af deres exceptionelle mekaniske egenskaber og biokompatibilitet. Titanium har dog visse ulemper, såsom overdreven stivhed sammenlignet med knogle, hvilket kan resultere i stressafskærmning og efterfølgende knogleresorption. Derudover er titaniumplade og skruefiksering beregnet til midlertidig mekanisk støtte under knogleheling og kan nødvendiggøre fjernelse via en sekundær operation efter knogleheling, hvilket øger sundhedsbyrden. Hvis titanium efterlades in situ, kan det interferere med røntgenbilleder på grund af strålehærdende effekter.

I et forsøg på at løse begrænsningerne ved titaniumfiksering har forskere undersøgt udviklingen af ​​alternative materialer til intern fiksering. Bioresorberbare systemer anvender biologisk nedbrydelige materialer til knogleplade og skruefiksering, hvilket eliminerer behovet for en sekundær operation til hardwarefjernelse. Disse biologisk nedbrydelige systemer undgår langsigtede problemer forbundet med stressafskærmning eller røntgenspredning. Kommercielt tilgængelige bionedbrydelige osteosyntesematerialer omfatter højmolekylære polymerer såsom poly(mælkesyre) (PLA), polyglycolsyre (PGA) og poly(mælke-co-glycolsyre) copolymer (PLGA). Disse bionedbrydelige polymerer udviser imidlertid utilstrækkelig mekanisk styrke, hvilket nødvendiggør øgede dimensioner og resulterer i et omfangsrigt volumen, der kan hæmme anvendelsen. Desuden kan den suboptimale biokompatibilitet fremkalde fremmedlegemereaktioner og hindre normal knogleheling. Endelig er det en udfordring at kontrollere bionedbrydningshastighederne for polymerer, hvilket kan overgå normal knogleheling og føre til postoperative komplikationer såsom malunion eller nonunion.

I de senere år er magnesium dukket op som et lovende biologisk nedbrydeligt metal til intern fiksering, som påvist af adskillige forskningsundersøgelser. Magnesium udviser mekaniske egenskaber, der er tættere på linje med menneskelige knogler end de stive materialer af titanium eller rustfrit stål, hvilket effektivt afbøder ulemperne ved stressafskærmning og røntgenspredning. In vivo opløses magnesiumplader og skruer gradvist og frigiver magnesiumioner og brintgas. Magnesiumioner, der er afgørende for den menneskelige krop, kan metaboliseres uden at forårsage skade. Ophobningen af ​​brintgas i væv kan resultere i midlertidig hævelse eller ubehag, som typisk forsvinder, efterhånden som gassen forsvinder over tid. Endnu vigtigere, magnesium har vist bemærkelsesværdig bioaktivitet ved at fremme knogleregenerering, hvilket har udløst en bølge af interesse for grundlæggende biomekanisk forskning. Dens exceptionelle bioaktivitet er endda blevet demonstreret i udfordrende kliniske situationer. Derfor har magnesiums unikke og overlegne egenskaber positioneret det som en lovende næste generation af biomedicinske implantater til intern fiksering hos mennesker.

Anvendelsen af ​​magnesiumbaserede materialer i knoglekirurgi kan spores tilbage til 1906, og de seneste fremskridt har ført til udviklingen af ​​bionedbrydelige interne fikseringsanordninger af virksomheder som Synntellix AG (Tyskland) og U&I Corporation (Sydkorea) [7]. Disse fikseringssystemer, herunder MAGNEZIX® (Mg-Y-Re-Zr-legeringsskruer) og RESOMET™ (Mg-Ca-Zn-legeringsskruer), har vist lovende resultater i forskellige kliniske undersøgelser på tværs af flere lande, der behandler tilstande som hallux valgus, osteonekrose af lårbenshovedet og distale radiusfrakturer. Men i betragtning af de potentielle sundhedsrisici ved legeringselementer for patienter, har kinesiske forskerhold været forpligtet til at udvikle højrent magnesium til intern fiksering.

Adskillige humane kliniske undersøgelser, der anvender højrent magnesium, er blevet udført med succes i Kina. I 2015, Yu et al. brugt højrent magnesiumskruer til fiksering af vaskulariserede knogletransplantater hos unge voksne med forskudte lårbenshalsfrakturer. I løbet af en 16-måneders opfølgningsperiode opnåede patienterne tilfredsstillende resultater i Harris hofte-score, et funktionelt indeks og oplevede en lavere forekomst af komplikationer såsom avaskulær nekrose og nonunion. I 2016, Zhao et al. implementeret højrent magnesiumskruer i et klinisk forsøg for at fiksere vaskulariserede knogletransplantater i osteonekrose af lårbenshovedet. Inden for en 12-måneders opfølgningsperiode viste patienter behandlet med magnesiumskruer højere tilfredsstillende resultater i funktionsscore og reduceret knogletransplantatforskydning. Serumniveauerne af magnesium forblev inden for det normale fysiologiske område, og potentielle negative virkninger induceret af magnesiumnedbrydningsprodukter var fraværende. I 2019, Chen et al. brugt højrent magnesiumskruer til at fiksere vaskulariserede knogletransplantater til traume-induceret lårbenshovednekrose i en case-rapport. Tilfredsstillende resultater blev opnået med hensyn til funktionel genopretning, og magnesiumskruerne blev gradvist nedbrudt over mere end to år uden mærkbare bivirkninger.

På trods af dets potentiale står magnesiumbaseret fiksering over for udfordringer i ortopædi på grund af dets relativt svage mekaniske styrke, når det bruges i vægtbærende områder, og der er indtil videre ikke udført kliniske forsøg i sådanne tilfælde. Teoretisk set skal fiksering i hofteledsområdet modstå kræfter, der overstiger 2000N, eller tre gange kropsvægten, som kan stige under funktionel mobilisering. Forskere har undersøgt belægningsstrategier for at bremse in vivo-nedbrydningen af ​​magnesium og derved udvide den mekaniske støtte til tilstrækkelig ortopædisk heling. De undersøger også metallurgiske teknikker til at forbedre den mekaniske styrke af magnesiumfikseringsanordninger. Omvendt kan kæbeoperationer drage fordel af magnesiumbaseret fiksering på grund af deres relativt lavere krav til kraftbelastning sammenlignet med lemmer- eller rygsøjlefiksering. Normalkræfterne for underkæben er ca. 400N, som falder til 115N efter en uge og 250N seks uger efter intern reduktion. Følgelig lover magnesiumfiksering en vellykket anvendelse i kæbekirurgi.

Ikke desto mindre, på grund af begrænset klinisk forskning på dette område, er der behov for en betydelig indsats for grundigt at forstå fordelene ved magnesiumbaserede materialer i kæbekirurgi og for at etablere nye kirurgiske protokoller for deres implementering. Denne undersøgelse søger at undersøge anvendelsen af ​​magnesium til knoglefiksering i kæbekirurgi og at vurdere de kirurgiske resultater udførligt. Studiet vil bidrage til en dybere forståelse af at bruge magnesium som intern fiksering i kæbekirurgi og forventes at bane vejen for nye kirurgiske protokoller, der anvender bionedbrydelig fiksering. I sidste ende kan dette føre til forbedrede patientresultater og en reduktion af sundhedsbyrder.