티타늄 합금(Ti-6Al-4V)을 이용한 3D 프린팅 기술로 제작된 환자 맞춤형 골 결손 임플란트의 안전성, 실현 가능성 및 초기 임상 결과 평가

외상, 종양 절제, 감염 또는 선천적 이상으로 인한 골 결손은 전 세계적으로 정형외과 및 재건 수술 분야에서 상당한 임상적 부담으로 작용합니다. 대규모 또는 복잡한 골 결손은 적절히 치료되지 않을 경우 장기간의 장애, 기능 저하 및 삶의 질 저하로 이어지는 경우가 많습니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 매년 전 세계적으로 약 2,000만~5,000만 건의 비치명적 교통사고 부상이 발생하며, 이 중 상당수는 골절 및 분절성 골 손실과 관련되어 수술적 개입이 필요합니다.1 또한, 전 세계적으로 약 2억 명에 영향을 미치는 것으로 추정되는 골다공증과 같은 연령 관련 근골격계 장애는 골 결손 및 골절 관련 합병증 발생률을 더욱 증가시킵니다.2 역학 연구에 따르면, 종양 절제, 심각한 외상 또는 만성 감염 후의 골 손실은 재생 능력의 제한 및 결손 부위의 높은 기계적 요구로 인해 여전히 주요 과제로 남아 있습니다. 자가골 및 동종골 이식을 포함한 전통적 재건 방법은 널리 적용되고 있지만, 공여부 이환, 이식편 가용성의 제한, 감염 전파 위험, 장기간의 치료 기간, 최적의 해부학적 재건 달성의 어려움 등 여러 가지 한계와 관련이 있습니다.3,4 결과적으로, 인공 이식 가능 재료를 이용한 골 재건이 유망한 치료 전략으로 부상하고 있습니다. 가능한 옵션 중에서, 금속 생체 재료, 특히 티타늄 합금을 기반으로 한 인공 골 임플란트는 즉각적인 기계적 안정성을 제공하고 생물학적 통합을 지원하는 능력으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다.5-7 티타늄 및 티타늄 기반 합금은 수십 년 동안 임상 골 이식에 광범위하게 사용되어 왔으며, 골격 재건을 위한 가장 신뢰할 수 있는 재료 중 하나로 인정받고 있습니다.5,7 이러한 재료들은 유리한 기계적 강도, 내식성 및 우수한 생체 적합성을 보여주어 인체 내 장기 이식을 가능하게 합니다. 티타늄 임플란트는 두개골 및 두개안면 재건, 사지 및 장골 결손 대체, 척추 고정, 치과 임플란트를 포함한 광범위한 임상 환경에서 성공적으로 적용되었습니다.5 미국 식품의약국(FDA)과 같은 규제 기관은 축적된 안전성 및 유효성 증거를 바탕으로 Ti-6Al-4V를 포함한 티타늄 합금의 이식 가능 의료기기 사용을 승인했습니다.6 더 나아가, ISO 5832 및 ISO 10993과 같은 국제 표준 및 베트남 국가 표준은 의료 임플란트에 사용되는 티타늄 합금의 화학적 조성, 기계적 특성 및 생체 적합성 시험에 대한 요구사항을 명확히 정의하고 있습니다.8-10 수많은 국제 및 국내 연구들은 티타늄 기반 임플란트와 관련된 낮은 독성, 최소한의 염증 반응 및 양호한 골유합을 지속적으로 보고하여, 그 임상적 안전성과 골 결손 재건에 대한 적합성을 확인하고 있습니다.5-7 최근 몇 년간, 적층 제조(일반적으로 3차원(3D) 프린팅이라고 함)는 티타늄 합금 임플란트 제조 분야에서 주요 기술적 발전으로 부상했습니다. 주조, 단조 또는 기계 가공과 같은 전통적 제조 방법은 복잡한 형상 및 환자 맞춤형 설계, 특히 불규칙하거나 대규모 골 결손에 대한 생산에 있어서 종종 한계에 직면합니다.6 대조적으로, 3D 프린팅 기술, 특히 선택적 레이저 용융 또는 레이저 분말층 융합과 같은 레이저 기반 기술은 개별 환자의 해부학적 구조를 기반으로 Ti-6Al-4V 임플란트의 정밀한 제작을 가능하게 합니다.11 컴퓨터 단층촬영 또는 자기 공명 영상의 수술 전 영상 데이터를 사용하여, 결손 형태와 밀접하게 일치하도록 맞춤형 임플란트를 디지털 방식으로 설계할 수 있습니다. 12-15 이러한 높은 수준의 설계 정확도는 향상된 임플란트 적합도, 최적화된 하중 전달, 골 내성장 및 생물학적 고정을 강화하는 다공성 또는 격자 구조의 통합을 가능하게 합니다.9,11 결과적으로, 3D 프린팅된 티타늄 임플란트는 기존 임플란트가 부적절할 수 있는 복잡한 골 결손을 해결하는 데 있어 상당한 이점을 제공합니다.

전 세계적으로, 3D 프린팅된 티타늄 임플란트의 골 결손 재건에서의 임상 적용을 조사한 연구가 점점 더 많아지고 있으며, 고무적인 초기 결과를 보고하고 있습니다. 국제적 증례 시리즈 및 임상 보고서들은 종양 절제 후 골반 재건, 두개안면 및 두개골 결손 수복, 사지 보존 수술, 발 및 발목의 복잡한 결손에서 환자 맞춤형 3D 프린팅된 Ti-6Al-4V 임플란트의 성공적 사용을 기술했습니다.16-19 이러한 연구들은 초기 추적 관찰 기간 동안 허용 가능한 안전성 프로필, 만족스러운 임플란트 안정성, 유리한 골 통합 및 기능적 결과의 개선을 입증했습니다. 국제 정형외과 및 생체 재료 저널에 발표된 리뷰들은 골유합 및 기능적 회복 촉진에서 맞춤형 임플란트 설계 및 다공성 표면 구조의 이점을 강조했습니다.17 베트남에서는, 골 이식에서 3D 프린팅 기술의 연구 및 임상 적용이 빠르게 발전하고 있으며, 두개안면 수술, 정형외과 외상 및 종양학 분야에서의 적용이 증가하고 있습니다.20 그러나, 대부분의 국내 보고서들은 기술적 설명 또는 고립된 임상 증례에 국한되어 있으며, 안전성 및 초기 결과에 대한 표준화된 평가를 포함한 전향적 임상 연구는 여전히 부족합니다.

국제적 경험의 증가와 베트남에서의 신흥 임상 적용에도 불구하고, 이 연구의 필요성을 정당화하는 몇 가지 중요한 격차가 남아 있습니다. 보건부의 최신 지침에 따르면, 고위험 의료기기(등급 D)로서, 환자 맞춤형 3D 프린팅된 티타늄 임플란트는 널리 임상 적용되기 전에 안전성, 타당성 및 임상적 유효성을 엄격하게 입증하기 위해 1상, 2상 및 3상 시험에 걸친 체계적인 임상 평가를 거쳐야 합니다.21 비록 베트남에서의 예비 연구들이 유사한 제품들을 조사했지만, 대부분의 이용 가능한 증거는 고립된 증례 또는 기술 보고서에 국한되어 있으며, 전향적이고 체계적으로 설계된 임상 연구가 부족합니다.22 더 나아가, 생산 시설 간의 제조 시스템, 기계 구성, 재료 처리 및 공정 매개변수의 차이는 임플란트 품질 및 임상 성능에 상당히 영향을 미칠 수 있어, 특정 3D 프린팅 연구실에서 제작된 임플란트가 환자에게 안전하고 타당하며 효과적임을 확인하기 위해 현장 특정 임상 증거가 필요합니다.23,24 따라서 이 연구는 이러한 규제 및 과학적 요구사항을 해결하고, 3D 프린팅된 티타늄 임플란트의 책임 있는 임상 전환을 지원하는 기초 임상 증거를 생성하는 데 필수적입니다. 이러한 맥락에서, VinUniversity의 3D 의료 기술 연구실은 환자 맞춤형 3D 프린팅 임플란트의 현장 특정 제조 시설로서, 의료기기 생산에 대한 국제적으로 인정받는 ISO 표준을 준수하며 운영되고 있으며, 특히 과학 기술 교육부를 비롯한 보건부로부터 임상 평가 활동을 지원하도록 위임받았습니다.25 따라서 이 연구는 이러한 규제 및 과학적 요구사항을 해결하고, 이 제조 시스템 내에서 생산된 3D 프린팅된 티타늄 임플란트의 책임 있는 임상 전환을 지원하는 기초 임상 증거를 생성하는 데 필수적입니다.