Evaluering af sikkerheden, gennemførligheden og tidlige kliniske resultater af patientspecifikke knogledefektimplantater fremstillet af titanlegering (Ti-6Al-4V) ved brug af 3D-printteknologi

Knogledefekter som følge af traumer, tumorresektion, infektion eller medfødte abnormaliteter udgør en betydelig klinisk byrde inden for ortopædisk og rekonstruktiv kirurgi på verdensplan. Store eller komplekse knogledefekter fører ofte til langvarig invaliditet, funktionel nedsættelse og reduceret livskvalitet, hvis de ikke behandles korrekt. Ifølge Verdenssundhedsorganisationen (WHO) er der årligt omkring 20-50 millioner ikke-dødelige trafikskader globalt, hvoraf mange er forbundet med frakturer og segmentalt knogletab, der kræver kirurgisk indgreb.1 Derudom øger aldersrelaterede muskuloskeletale lidelser som osteoporose, som rammer anslået 200 millioner mennesker globalt, yderligere incidensen af knogledefekter og frakturrelaterede komplikationer.2 Epidemiologiske undersøgelser har vist, at knogletab efter tumorresektion, alvorlig trauma eller kronisk infektion fortsat udgør en stor udfordring på grund af begrænset regenerativ kapacitet og høje mekaniske krav på defektstederne. Traditionelle rekonstruktionsmetoder, herunder autolog og allogen knogletransplantation, selvom de anvendes bredt, er forbundet med flere begrænsninger som donorsidemorbiditet, begrænset graft-tilgængelighed, risiko for infektionsoverførsel, lang behandlingstid og vanskeligheder med at opnå optimal anatomisk rekonstruktion.3,4 Som et resultat heraf er knoglerekonstruktion med kunstige implanterbare materialer opstået som en lovende terapeutisk strategi. Blandt tilgængelige muligheder har kunstige knogleimplantater baseret på metalliske biomaterialer, især titanlegeringer, fået stigende opmærksomhed på grund af deres evne til at give umiddelbar mekanisk stabilitet og understøtte biologisk integration.5-7 Titan og titanbaserede legeringer har været anvendt i klinisk knogleimplantation i flere årtier og anerkendes som nogle af de mest pålidelige materialer til skelettrekonstruktion.5,7 Disse materialer har demonstreret gunstig mekanisk styrke, korrosionsbestandighed og fremragende biokompatibilitet, hvilket muliggør langtidsimplantation i menneskekroppen. Titanimplantater er blevet anvendt med succes i en bred vifte af kliniske sammenhænge, herunder kraniel og kraniofacial rekonstruktion, ekstremitets- og langknogledefekt-erstatning, rygsøjlefixering og tandimplantation.5 Regulerende myndigheder som U.S. Food and Drug Administration (FDA) har godkendt anvendelsen af titanlegeringer, herunder Ti-6Al-4V, til implanterbare medicinske enheder baseret på akkumuleret dokumentation for sikkerhed og effektivitet.6 Desuden definerer internationale standarder som ISO 5832 og ISO 10993, samt vietnamesisk national standard, klart krav til kemisk sammensætning, mekaniske egenskaber og biokompatibilitetstest af titanlegeringer anvendt i medicinske implantater.8-10 Talrige internationale og indenlandske undersøgelser har konsekvent rapporteret lav toksicitet, minimal inflammatorisk respons og god osseointegration forbundet med titanbaserede implantater, hvilket bekræfter deres kliniske sikkerhed og egnethed til knogledefektrekonstruktion.5-7 I de senere år er additiv fremstilling, almindeligvis omtalt som tredimensionel (3D) printning, opstået som en større teknologisk fremskridt i fremstillingen af titanlegeringsimplantater. Konventionelle fremstillingsmetoder, såsom støbning, smedning eller bearbejdning, står ofte over for begrænsninger i produktionen af komplekse geometrier og patient-specifikke designs, især for uregelmæssige eller store knogledefekter.6 Derimod muliggør 3D-printningsteknologier, især laserbaserede teknikker som selektiv lasersmeltning eller laser pulverbedsfusion, den præcise fremstilling af Ti-6Al-4V-implantater baseret på individuel patientanatomi.11 Ved hjælp af præoperativ billeddatanalyse fra computertomografi eller magnetisk resonansbilleddannelse kan personlige implantater digitalt designes for nøje at matche defektmorfologi. 12-15 Dette høje designnøjagtighedsniveau muliggør forbedret implantatpasform, optimeret belastningsoverførsel og inkorporering af porøse eller gitterstrukturer, der forbedrer knogleindvækst og biologisk fixation.9,11 Som følge heraf tilbyder 3D-printede titanimplantater betydelige fordele i håndteringen af komplekse knogledefekter, hvor konventionelle implantater kan være utilstrækkelige.

Globalt har et stigende antal undersøgelser undersøgt den kliniske anvendelse af 3D-printede titanimplantater i knogledefektrekonstruktion og har rapporteret opmuntrende tidlige resultater. Internationale kasusserier og kliniske rapporter har beskrevet vellykket anvendelse af patient-specifikke 3D-printede Ti-6Al-4V-implantater i bækkenrekonstruktion efter tumorresektion, kraniofacial og kraniel defektreparation, ekstremitetsbevarende kirurgi og komplekse defekter i fod og ankel.16-19 Disse undersøgelser har demonstreret acceptable sikkerhedsprofiler, tilfredsstillende implantatstabilitet, gunstig knogleintegration og forbedring i funktionelle resultater i løbet af tidlige opfølgningsperioder. Anmeldelser publiceret i internationale ortopædiske og biomaterialejournals har understreget fordelene ved personligt tilpasset implantatdesign og porøs overfladearkitektur i fremme af osseointegration og funktionel genopretning.17 I Vietnam er forskning og klinisk implementering af 3D-printningsteknologi i knogleimplantation i hurtig udvikling, med stigende anvendelse i kraniofacial kirurgi, ortopædisk trauma og onkologi.20 De fleste indenlandske rapporter forbliver dog begrænset til tekniske beskrivelser eller isolerede kliniske tilfælde, og prospektive kliniske studier med standardiseret evaluering af sikkerhed og tidlige resultater er stadig sjældne.

På trods af den voksende internationale erfaring og de fremvoksende kliniske anvendelser i Vietnam forbliver flere kritiske huller, der retfærdiggør nødvendigheden af denne undersøgelse. Ifølge de seneste retningslinjer fra Sundhedsministeriet, som højrisiko medicinske enheder (Klasse D), er patient-specifikke 3D-printede titanimplantater påkrævet at gennemgå systematisk klinisk evaluering i fase I, II og III forsøg for strengt at demonstrere sikkerhed, gennemførlighed og klinisk effektivitet før udbredt klinisk implementering.21 Selvom foreløbige undersøgelser i Vietnam har undersøgt lignende produkter, forbliver det meste tilgængelige dokumentation begrænset til isolerede tilfælde eller tekniske rapporter, med mangel på prospektive, systematisk designede kliniske studier.22 Desuden kan forskelle i fremstillingssystemer, maskinkonfigurationer, materialehåndtering og procesparametre på tværs af produktionsfaciliteter væsentligt påvirke implantatkvalitet og klinisk præstation, hvorfor der er behov for sted-specifik klinisk dokumentation for at bekræfte, at implantater fremstillet på et givet 3D-printelaboratorium er sikre, gennemførlige og effektive hos patienter.23,24 Denne undersøgelse er derfor essentiel for at imødegå disse regulatoriske og videnskabelige krav og for at generere grundlæggende klinisk dokumentation, der understøtter ansvarlig klinisk translation af 3D-printede titanimplantater. I denne sammenhæng fungerer 3D Medical Technology Laboratory ved VinUniversity som en sted-specifik fremstillingsfacilitet for patient-specifikke 3D-printede implantater, der opererer i overensstemmelse med internationalt anerkendte ISO-standarder for medicinsk enhedsproduktion og er betroet af Sundhedsministeriet, især Afdelingen for Videnskab, Teknologi og Uddannelse, til at understøtte kliniske evalueringsaktiviteter.25 Denne undersøgelse er derfor essentiel for at imødegå disse regulatoriske og videnskabelige krav og for at generere grundlæggende klinisk dokumentation, der understøtter den ansvarlige kliniske translation af 3D-printede titanimplantater produceret inden for dette fremstillingssystem.