A titánötvözetből (Ti-6Al-4V) 3D nyomtatási technológiával készült betegspecifikus csontdefektus implantátumok biztonságosságának, megvalósíthatóságának és korai klinikai eredményeinek értékelése

A trauma, tumorreszekció, fertőzés vagy veleszületett rendellenességek által okozott csontdefektusok jelentős klinikai terhet jelentenek az ortopédiai és rekonstruktív sebészetben világszerte. A nagy vagy komplex csontdefektusok gyakran hosszabb ideig tartó fogyatékossághoz, funkcionális károsodáshoz és csökkentett életminőséghez vezetnek, ha nem megfelelően kezelik őket. A Világ Egészségügyi Szervezete (WHO) szerint évente körülbelül 20-50 millió nem halálos közúti baleseti sérülés történik világszerte, amelyek közül sok kapcsolódik törésekhez és szegmentális csontvesztéshez, amelyek sebészi beavatkozást igényelnek.1 Ezenkívül az életkori izületi és csontrendszeri betegségek, mint az osteoporózis, amely világszerte mintegy 200 millió embert érint, tovább növelik a csontdefektusok és a töréshez kapcsolódó szövődmények előfordulását.2 Az epidemiológiai tanulmányok kimutatták, hogy a tumorreszekció, súlyos trauma vagy krónikus fertőzés utáni csontvesztés továbbra is jelentős kihívást jelent a korlátozott regenerációs képesség és a defektushelyek magas mechanikai igényei miatt. A hagyományos rekonstrukciós módszerek, ideértve az autológ és allogén csontátültetést, bár széles körben alkalmazzák, számos korlátozással járnak, mint például a donorhelyi morbiditás, a korlátozott átültethetőség, a fertőzésátvitel kockázata, a meghosszabbított kezelési idő és az optimális anatómiai rekonstrukció elérésének nehézsége.3,4 Ennek eredményeként a mesterséges, implantálható anyagokkal történő csontrekonstrukció ígéretes terápiás stratégiaként jelent meg. A rendelkezésre álló lehetőségek közül a fémbiomateriálokon, különösen a titánötvözetek alapján készült mesterséges csontimplantátumok egyre nagyobb figyelmet kapnak, mivel képesek azonnali mechanikai stabilitást biztosítani és támogatni a biológiai integrációt.5-7 A titán és titán alapú ötvözeteket több évtizede széles körben használják a klinikai csontimplantációban, és a csontváz-rekonstrukció legmegbízhatóbb anyagai közé tartoznak.5,7 Ezek az anyagok kedvező mechanikai szilárdságot, korrózióállóságot és kiváló biokompatibilitást mutattak, lehetővé téve a hosszú távú implantációt az emberi szervezetben. A titánimplantátumokat sikeresen alkalmazták számos klinikai helyzetben, ideértve a koponya- és koponya-arc rekonstrukciót, a végtag- és hosszú csontdefektus pótlását, a gerincfixációt és a fogászati implantációt.5 A szabályozó hatóságok, mint például az Amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal (FDA), a biztonságról és hatékonyságról szóló felhalmozott bizonyítékok alapján jóváhagyták a titánötvözetek, köztük a Ti-6Al-4V használatát implantálható orvostechnikai eszközökben.6 Továbbá a nemzetközi szabványok, mint az ISO 5832 és az ISO 10993, valamint a vietnámi nemzeti szabvány egyértelműen meghatározzák az orvosi implantátumokban használt titánötvözetek kémiai összetételére, mechanikai tulajdonságaira és biokompatibilitási tesztelésére vonatkozó követelményeket.8-10 Számos nemzetközi és hazai tanulmány következetesen jelentett alacsony toxicitást, minimális gyulladásos választ és jó csontintegrációt a titán alapú implantátumokkal kapcsolatban, ezzel megerősítve klinikai biztonságukat és alkalmasságukat a csontdefektus rekonstrukciójára.5-7 Az elmúlt években az additív gyártás, közismertebb nevén háromdimenziós (3D) nyomtatás, jelentős technológiai előrelépésként jelent meg a titánötvözet implantátumok gyártásában. A hagyományos gyártási módszerek, mint az öntés, kovácsolás vagy megmunkálás, gyakran korlátozásokkal szembesülnek a komplex geometriák és páciensspecifikus tervek előállításában, különösen szabálytalan vagy nagy csontdefektusok esetén.6 Ezzel szemben a 3D nyomtatási technológiák, különösen a lézer alapú technikák, mint a szelektív lézerolvasztás vagy a lézerporágyas fúzió, lehetővé teszik a Ti-6Al-4V implantátumok pontos gyártását az egyes betegek anatómiája alapján.11 A preoperatív képalkotó adatok, mint a számítógépes tomográfia vagy mágneses rezonancia képalkotás felhasználásával személyre szabott implantátumok tervezhetők digitálisan, hogy szorosan illeszkedjenek a defektus morfológiájához. 12-15 Ez a magas szintű tervezési pontosság lehetővé teszi a jobb implantátum illeszkedést, optimalizált terhelésátvitelt és a porózus vagy rácsos szerkezetek beépítését, amelyek elősegítik a csontbeépülést és a biológiai fixációt.9,11 Következésképpen a 3D-nyomtatott titánimplantátumok jelentős előnyöket kínálnak a komplex csontdefektusok kezelésében, ahol a hagyományos implantátumok nem megfelelőek lehetnek.

Világszerte egyre több tanulmány vizsgálta a 3D-nyomtatott titánimplantátumok klinikai alkalmazását a csontdefektus rekonstrukciójában, és biztató korai eredményeket jelentettek. Nemzetközi esetsorozatok és klinikai jelentések sikeres alkalmazását írták le a páciensspecifikus 3D-nyomtatott Ti-6Al-4V implantátumoknak a medence rekonstrukciójában tumorreszekció után, a koponya-arc és koponyadefektus javításában, a végtagmegtartó műtétekben, valamint a láb és boka komplex defektusaiban.16-19 Ezek a tanulmányok elfogadható biztonsági profilt, kielégítő implantátum stabilitást, kedvező csontintegrációt és funkcionális eredmények javulását mutatták a korai követési időszakokban. A nemzetközi ortopédiai és biomateriális folyóiratokban megjelent áttekintések hangsúlyozták a személyre szabott implantátum tervezés és a porózus felületi szerkezet előnyeit a csontintegráció és a funkcionális felépülés elősegítésében.17 Vietnamban a 3D nyomtatási technológia kutatása és klinikai alkalmazása a csontimplantációban gyorsan fejlődik, egyre nagyobb alkalmazást találva a koponya-arc sebészetben, az ortopédiai traumatológiában és az onkológiában.20 Azonban a legtöbb hazai jelentés továbbra is technikai leírásokra vagy elszigetelt klinikai esetekre korlátozódik, és a biztonság és korai eredmények standardizált értékelésével végzett prospektív klinikai tanulmányok még mindig ritkák.

A növekvő nemzetközi tapasztalat és a Vietnamban kibontakozó klinikai alkalmazások ellenére számos kritikus hiányosság marad, amelyek indokolják e tanulmány szükségességét. Az Egészségügyi Minisztérium legújabb irányelvei szerint, mint magas kockázatú orvostechnikai eszközök (D osztály), a páciensspecifikus 3D-nyomtatott titánimplantátumoknak szisztematikus klinikai értékelésen kell átesniük az I., II. és III. fázisú vizsgálatok során, hogy szigorúan bizonyítsák biztonságukat, megvalósíthatóságukat és klinikai hatékonyságukat a széles körű klinikai bevezetés előtt.21 Bár a vietnámi előzetes tanulmányok hasonló termékeket vizsgáltak, a legtöbb rendelkezésre álló bizonyíték továbbra is elszigetelt esetekre vagy technikai jelentésekre korlátozódik, és hiányzik a prospektív, szisztematikusan tervezett klinikai tanulmány.22 Továbbá a gyártási rendszerek, gépi konfigurációk, anyagkezelés és folyamatparaméterek különbségei a különböző gyártó létesítmények között jelentősen befolyásolhatják az implantátum minőségét és klinikai teljesítményét, így helyspecifikus klinikai bizonyítékra van szükség annak megerősítéséhez, hogy egy adott 3D nyomtatási laboratóriumban gyártott implantátumok biztonságosak, megvalósíthatók és hatékonyak a betegekben.23,24 Ezért ez a tanulmány elengedhetetlen ezeknek a szabályozási és tudományos követelményeknek a kezeléséhez, és alapvető klinikai bizonyítékok előállításához, amelyek támogatják a 3D-nyomtatott titánimplantátumok felelős klinikai átültetését. Ebben az összefüggésben a VinUniversity 3D Medical Technology Laboratóriuma helyspecifikus gyártó létesítményként szolgál a páciensspecifikus 3D-nyomtatott implantátumok számára, amely nemzetközileg elismert ISO szabványoknak megfelelően működik az orvostechnikai eszközök gyártására, és az Egészségügyi Minisztérium, különösen a Tudomány, Technológia és Képzési Osztály bízta meg a klinikai értékelési tevékenységek támogatásával.25 Ezért ez a tanulmány elengedhetetlen ezeknek a szabályozási és tudományos követelményeknek a kezeléséhez, és alapvető klinikai bizonyítékok előállításához, amelyek támogatják az ebben a gyártási rendszeren belül előállított 3D-nyomtatott titánimplantátumok felelős klinikai átültetését.