チタン合金（Ti-6Al-4V）を用いた3Dプリント技術で製造された患者特異的骨欠損インプラントの安全性、実現可能性、および早期臨床転帰の評価

外傷、腫瘍切除、感染、または先天性異常による骨欠損は、世界中の整形外科および再建外科において重要な臨床的負担を表しています。 大規模または複雑な骨欠損は、適切に治療されない場合、長期の障害、機能障害、および生活の質の低下につながることがよくあります。 世界保健機関（WHO）によると、世界では毎年約2000万から5000万件の非致死的な道路交通傷害があり、その多くは骨折や分節性骨欠損を伴い、外科的介入を必要とします。1 さらに、世界中で推定2億人に影響を及ぼす骨粗鬆症などの加齢関連筋骨格疾患は、骨欠損と骨折関連合併症の発生率をさらに増加させます。2 疫学研究によると、腫瘍切除、重度の外傷、または慢性感染後の骨欠損は、限られた再生能力と欠損部位での高い機械的要求により、依然として大きな課題となっています。 自家および同種骨移植を含む従来の再建方法は、広く適用されているにもかかわらず、ドナー部位の罹患率、移植片の利用可能性の限界、感染伝播のリスク、治療期間の長期化、最適な解剖学的再建の達成困難など、いくつかの制限が関連しています。3,4 その結果、人工埋入材料を用いた骨再建は、有望な治療戦略として浮上しています。 利用可能な選択肢の中で、金属生体材料、特にチタン合金に基づく人工骨インプラントは、即時の機械的安定性を提供し、生物学的統合をサポートする能力により、ますます注目を集めています。5-7 チタンおよびチタンベースの合金は、数十年にわたり臨床骨移植で広く使用され、骨格再建において最も信頼性の高い材料の一つとして認識されています。5,7 これらの材料は、良好な機械的強度、耐食性、および優れた生体適合性を示し、人体内での長期移植を可能にしています。 チタンインプラントは、頭蓋および頭蓋顔面再建、四肢および長管骨欠損置換、脊椎固定、歯科移植を含む幅広い臨床設定で成功裏に適用されています。5 米国食品医薬品局（FDA）などの規制当局は、蓄積された安全性と有効性の証拠に基づき、Ti-6Al-4Vを含むチタン合金の埋入医療機器への使用を承認しています。6 さらに、ISO 5832やISO 10993などの国際規格、およびベトナムの国家規格は、医療用インプラントに使用されるチタン合金の化学組成、機械的特性、および生体適合性試験の要件を明確に定義しています。8-10 多数の国際的および国内の研究は、チタンベースのインプラントに関連する低毒性、最小限の炎症反応、および良好な骨統合を一貫して報告しており、それによりそれらの臨床的安全性と骨欠損再建への適合性を確認しています。5-7 近年、3Dプリンティングとして一般的に呼ばれる付加製造は、チタン合金インプラントの製造における主要な技術的進歩として浮上しています。 鋳造、鍛造、または機械加工などの従来の製造方法は、複雑な形状や患者固有の設計、特に不規則または大規模な骨欠損に対して、生産において制限に直面することがよくあります。6 対照的に、3Dプリンティング技術、特に選択的レーザー溶融やレーザーパウダーベッド融合などのレーザーベースの技術は、個々の患者の解剖学に基づいたTi-6Al-4Vインプラントの精密な製造を可能にします。11 コンピュータ断層撮影または磁気共鳴画像法からの術前画像データを使用して、欠損形態に密接に一致するように個別化されたインプラントをデジタル設計することができます。 12-15 この高度な設計精度により、インプラントの適合性の向上、最適化された負荷伝達、および骨侵入と生物的固定を強化する多孔質または格子構造の組み込みが可能になります。9,11 したがって、3Dプリントされたチタンインプラントは、従来のインプラントでは不十分である可能性のある複雑な骨欠損に対処する上で重要な利点を提供します。

世界的に、骨欠損再建における3Dプリントされたチタンインプラントの臨床応用を調査する研究が増えており、有望な初期結果が報告されています。 国際的な症例シリーズや臨床報告は、腫瘍切除後の骨盤再建、頭蓋顔面および頭蓋欠損修復、四肢温存手術、足首の複雑な欠損における患者固有の3DプリントTi-6Al-4Vインプラントの成功的使用を記載しています。16-19 これらの研究は、初期追跡期間中の許容可能な安全性プロファイル、満足のいくインプラント安定性、良好な骨統合、および機能的結果の改善を示しています。 国際的な整形外科および生体材料ジャーナルに掲載されたレビューは、骨統合と機能回復を促進するための個別化されたインプラント設計と多孔質表面構造の利点を強調しています。17 ベトナムでは、骨移植における3Dプリンティング技術の研究と臨床実施が急速に発展しており、頭蓋顔面外科、整形外科外傷、および腫瘍学での応用が増加しています。20 しかし、ほとんどの国内報告は技術的説明または孤立した臨床症例に限定されており、安全性と初期結果の標準化された評価を伴う前向き臨床研究は依然として不足しています。

国際的な経験の増加とベトナムでの新興臨床応用にもかかわらず、この研究の必要性を正当化するいくつかの重要なギャップが残っています。 保健省の最新ガイドラインによると、高リスク医療機器（クラスD）として、患者固有の3Dプリントされたチタンインプラントは、広範な臨床実施前に安全性、実現可能性、および臨床的有効性を厳密に実証するために、第I相、II相、およびIII相試験にわたる体系的な臨床評価を受ける必要があります。21 ベトナムでの予備的研究は同様の製品を調査していますが、利用可能な証拠のほとんどは孤立した症例または技術報告に限定されており、前向きの、体系的に設計された臨床研究が不足しています。22 さらに、生産施設間での製造システム、機械構成、材料取り扱い、および工程パラメータの違いは、インプラントの品質と臨床性能に実質的に影響を与える可能性があり、それにより、特定の3Dプリンティング研究所で製造されたインプラントが患者において安全、実現可能、かつ有効であることを確認するために、施設固有の臨床的証拠が必要となります。23,24 したがって、この研究は、これらの規制および科学的要件に対処し、3Dプリントされたチタンインプラントの責任ある臨床的移行を支持する基礎的な臨床的証拠を生成するために不可欠です。 この文脈において、VinUniversityの3D Medical Technology Laboratoryは、患者固有の3Dプリントされたインプラントの施設固有の製造施設として機能し、医療機器生産の国際的に認められたISO規格に準拠して運営され、保健省、特に科学技術訓練局から臨床評価活動を支援することを委託されています。25 したがって、この研究は、これらの規制および科学的要件に対処し、この製造システム内で生産された3Dプリントされたチタンインプラントの責任ある臨床的移行を支持する基礎的な臨床的証拠を生成するために不可欠です。