Potilaskohtaisten luuvajeen implanttien turvallisuuden, toteutettavuuden ja varhaisten kliinisten tulosten arviointi, jotka on valmistettu titaaniseoksesta (Ti-6Al-4V) käyttäen 3D-tulostusteknologiaa

Trauman, kasvaimen poiston, infektion tai synnynnäisten poikkeavuuksien aiheuttamat luuviat edustavat merkittävää kliinistä taakkaa ortopedisessa ja rekonstruktiokirurgiassa maailmanlaajuisesti. Suuret tai monimutkaiset luuviat johtavat usein pitkittyneeseen työkyvyttömyyteen, toiminnalliseen heikentymiseen ja elämänlaadun alenemiseen, jos niitä ei hoideta asianmukaisesti. Maailman terveysjärjestön (WHO) mukaan maailmanlaajuisesti tapahtuu vuosittain noin 20–50 miljoonaa kuolemaan johtamatonta liikenneonnettomuusvammaa, joista monet liittyvät murtumiin ja segmentaaliseen luukadon, jotka vaativat kirurgista toimenpidettä.1 Lisäksi iästä riippuvat liikunta- ja tukielinsairaudet, kuten osteoporoosi, joka arviolta vaivaa noin 200 miljoonaa ihmistä maailmanlaajuisesti, lisäävät edelleen luuvikojen ja murtumaan liittyvien komplikaatioiden esiintyvyyttä.2 Epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että kasvaimen poiston, vakavan trauman tai kroonisen infektion jälkeinen luukato pysyy suurena haasteena rajoittuneen regeneratiivisen kapasiteetin ja korkeiden mekaanisten vaatimusten vuoksi vikapaikoilla. Perinteiset rekonstruointimenetelmät, mukaan lukien autologinen ja allogeeninen luusiirto, vaikka laajalti käytettyjä, liittyvät useisiin rajoituksiin, kuten luovutuspaikan sairauteen, rajoitettuun siirteen saatavuuteen, infektionsiirron riskiin, pitkittyneeseen hoitoaikaan ja vaikeuteen saavuttaa optimaalinen anatominen rekonstruktio.3,4 Tästä syystä luun rekonstruointi keinotekoisilla implantoitavilla materiaaleilla on noussut lupaavaksi terapeuttiseksi strategiaksi. Käytettävissä olevien vaihtoehtojen joukossa metallisten biomateriaalien, erityisesti titaaniseosten, perustuvat keinotekoiset luuimplantit ovat saaneet yhä enemmän huomiota kyvystään tarjota välitöntä mekaanista vakautta ja tukea biologista integraatiota.5-7 Titaania ja titaanipohjaisia seoksia on käytetty laajasti kliinisessä luuimplantointiin useiden vuosikymmenten ajan, ja niitä pidetään luotettavimpina materiaaleina luuston rekonstruktiossa.5,7 Nämä materiaalit ovat osoittaneet suotuisan mekaanisen lujuuden, korroosionkestävyyden ja erinomaisen biokompatibiliteetin, mahdollistaen pitkäaikaisen implantoinnin ihmiskehoon. Titaani-implantteja on käytetty menestyksekkäästi monissa kliinisissä tilanteissa, mukaan lukien kallon- ja kraniofasiaalinen rekonstruktio, raajan ja pitkien luiden vikojen korvaus, selän kiinnitys ja hammasimplantointi.5 Sääntelyviranomaiset, kuten Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA), ovat hyväksyneet titaaniseosten, mukaan lukien Ti-6Al-4V:n, käytön implantoitavissa lääketieteellisissä laitteissa kertyneen turvallisuus- ja tehokkuustodisteen perusteella.6 Lisäksi kansainväliset standardit, kuten ISO 5832 ja ISO 10993, sekä myös vietnamilainen kansallinen standardi määrittelevät selvästi lääketieteellisissä implanteissa käytettyjen titaaniseosten kemiallisen koostumuksen, mekaanisten ominaisuuksien ja biokompatibiliteettitestauksen vaatimukset.8-10 Useat kansainväliset ja kotimaiset tutkimukset ovat jatkuvasti raportoineet alhaisesta myrkyllisyydestä, vähäisestä tulehduksellisesta vasteesta ja hyvästä osteointegraatiosta, jotka liittyvät titaanipohjaisiin implanteihin, vahvistaen näin niiden kliinisen turvallisuuden ja soveltuvuuden luuvikojen rekonstruointiin.5-7 Viime vuosina lisävalmistus, yleisesti tunnettu kolmiulotteisena (3D) tulostuksena, on noussut merkittäväksi teknologiseksi edistysaskeleeksi titaaniseosimplanttien valmistuksessa. Perinteiset valmistusmenetelmät, kuten valaminen, takoaminen tai koneistaminen, kohtaavat usein rajoituksia monimutkaisten geometrioiden ja potilaskohtaisten suunnitelmien tuotannossa, erityisesti epäsäännöllisissä tai suurissa luuvioissa.6 Sitä vastoin 3D-tulostusteknologiat, erityisesti laserpohjaiset tekniikat, kuten selektiivinen lasersulatus tai laserjauhesänkisulatus, mahdollistavat Ti-6Al-4V-implanttien tarkan valmistuksen yksilöllisen potilaan anatomian perusteella.11 Käyttämällä esihoitoaikaisia kuvantamistietoja tietokonetomografiasta tai magneettikuvauksesta, personoidut implantit voidaan suunnitella digitaalisesti vastaamaan tarkasti vian morfologiaa. 12-15 Tämä korkea suunnittelutarkkuus mahdollistaa parannetun implantin sovituksen, optimoidun kuormansiirron ja huokoisen tai hilaisten rakenteiden sisällyttämisen, jotka edistävät luun kasvua ja biologisten kiinnitystä.9,11 Näin ollen 3D-tulostetut titaani-implantit tarjoavat merkittäviä etuja monimutkaisten luuvikojen hoitamisessa, joissa perinteiset implantit voivat olla riittämättömiä.

Maailmanlaajuisesti kasvava määrä tutkimuksia on tutkinut 3D-tulostettujen titaani-implanttien kliinistä soveltamista luuvikojen rekonstruktiossa ja raportoinut rohkaisevia varhaisia tuloksia. Kansainväliset tapaussarjat ja kliiniset raportit ovat kuvaillut onnistunutta käyttöä potilaskohtaisissa 3D-tulostetuissa Ti-6Al-4V-implantteissa lantion rekonstruktiossa kasvaimen poiston jälkeen, kraniofasiaalisissa ja kallonvikojen korjauksissa, raajan säästävissä leikkauksissa sekä monimutkaisissa jalan ja nilkan vioissa.16-19 Nämä tutkimukset ovat osoittaneet hyväksyttävät turvallisuusprofiilit, tyydyttävän implantin vakauden, suotuisan luun integraation ja toiminnallisten tulosten parantumisen varhaisina seurantajaksoina. Kansainvälisissä ortopedisissa ja biomateriaaleja käsittelevissä julkaisuissa julkaistut katsaukset ovat korostaneet personoidun implantin suunnittelun ja huokoisen pintarakenteen etuja osteointegraation ja toiminnallisen toipumisen edistämisessä.17 Vietnamissa 3D-tulostusteknologian tutkimus ja kliininen toteutus luuimplantointiin kehittyvät nopeasti, ja sen soveltaminen kasvaa kraniofasiaalisessa kirurgiassa, ortopedisessa traumatologiassa ja onkologiassa.20 Useimmat kotimaiset raportit kuitenkin rajoittuvat edelleen teknisiin kuvauksiin tai yksittäisiin kliinisiin tapauksiin, ja prospektiiviset kliiniset tutkimukset standardoidulla turvallisuuden ja varhaisten tulosten arvioinnilla ovat edelleen vähäisiä.

Huolimatta kasvavasta kansainvälisestä kokemuksesta ja nousevista kliinisistä sovelluksista Vietnamissa, useita kriittisiä aukkoja on edelleen, mikä perustelee tämän tutkimuksen tarpeellisuuden. Terveysministeriön viimeisimpien ohjeiden mukaan korkean riskin lääketieteellisinä laitteina (luokka D) potilaskohtaiset 3D-tulostetut titaani-implantit vaativat systemaattisen kliinisen arvioinnin vaiheiden I, II ja III kokeiden kautta osoittaakseen tiukasti turvallisuuden, toteutettavuuden ja kliinisen tehokkuuden ennen laajaa kliinistä käyttöönottoa.21 Vaikka alustavat tutkimukset Vietnamissa ovat tutkineet vastaavia tuotteita, useimmat saatavilla olevat todisteet rajoittuvat edelleen yksittäisiin tapauksiin tai teknisiin raportteihin, ja prospektiivisia, systemaattisesti suunniteltuja kliinisiä tutkimuksia puuttuu.22 Lisäksi valmistusjärjestelmien, konekonfiguraatioiden, materiaalinkäsittelyn ja prosessiparametrien erot eri tuotantolaitosten välillä voivat merkittävästi vaikuttaa implantin laatuun ja kliiniseen suorituskykyyn, mikä edellyttää paikkakohtaista kliinistä näyttöä vahvistaakseen, että tietyssä 3D-tulostuslaboratoriossa valmistetut implantit ovat turvallisia, toteutettavia ja tehokkaita potilaille.23,24 Tämä tutkimus on siis välttämätön täyttääkseen nämä sääntely- ja tieteelliset vaatimukset ja tuottaakseen perustavanlaatuista kliinistä näyttöä tukemaan 3D-tulostettujen titaani-implanttien vastuullista kliinistä siirtoa. Tässä yhteydessä VinUniversityn 3D Medical Technology Laboratory toimii paikkakohtaisena valmistuslaitoksena potilaskohtaisille 3D-tulostetuille implanteille, toimien kansainvälisesti tunnustettujen ISO-standardien mukaisesti lääketieteellisten laitteiden tuotannossa ja on Terveysministeriön, erityisesti Tieteen, Teknologian ja Koulutuksen osaston, luottamusta nauttien tukemaan kliinisiä arviointitoimintoja.25 Tämä tutkimus on siis välttämätön täyttääkseen nämä sääntely- ja tieteelliset vaatimukset ja tuottaakseen perustavanlaatuista kliinistä näyttöä tukemaan tässä valmistusjärjestelmässä tuotettujen 3D-tulostettujen titaani-implanttien vastuullista kliinistä siirtoa.