Biologisch afbreekbare magnesium botplaat en schroeffixatie bij kaakchirurgie (MgJawSurgery)

Botplaat- en schroeffixatie is een algemeen erkend systeem voor interne fixatie bij kaakchirurgie en omvat fractuurfixatie, orthognatische chirurgie en craniofaciale reconstructie. Gedurende de ontwikkeling zijn titanium en zijn legeringen de belangrijkste materialen geworden voor interne fixatie, vanwege hun uitzonderlijke mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit. Titanium heeft echter bepaalde nadelen, zoals overmatige stijfheid in vergelijking met bot, wat kan resulteren in spanningsafscherming en daaropvolgende botresorptie. Bovendien is de titaniumplaat- en schroeffixatie bedoeld voor tijdelijke mechanische ondersteuning tijdens botgenezing en kan verwijdering via een secundaire operatie na botgenezing noodzakelijk zijn, waardoor de lasten voor de gezondheidszorg toenemen. Als titanium op zijn plaats wordt gelaten, kan het röntgenbeeldvorming verstoren als gevolg van bundelverhardende effecten.

In een poging om de beperkingen van titaniumfixatie aan te pakken, hebben onderzoekers de ontwikkeling van alternatieve materialen voor interne fixatie onderzocht. Bioresorbeerbare systemen maken gebruik van biologisch afbreekbare materialen voor botplaat- en schroeffixatie, waardoor een secundaire operatie voor het verwijderen van hardware overbodig wordt. Deze biologisch afbreekbare systemen voorkomen problemen op de lange termijn die verband houden met spanningsafscherming of röntgenverstrooiing. In de handel verkrijgbare biologisch afbreekbare osteosynthesematerialen omvatten polymeren met een hoog molecuulgewicht, zoals poly(melkzuur) (PLA), polyglycolzuur (PGA) en poly(melkzuur-co-glycolzuur) copolymeer (PLGA). Deze biologisch afbreekbare polymeren vertonen echter onvoldoende mechanische sterkte, wat grotere afmetingen noodzakelijk maakt en resulteert in een omvangrijk volume dat de toepassing kan belemmeren. Bovendien kan de suboptimale biocompatibiliteit reacties van vreemd lichaam veroorzaken en de normale botgenezing belemmeren. Ten slotte is het beheersen van de biologische afbraaksnelheid van polymeren een uitdaging, die de normale botgenezing kan overtreffen en kan leiden tot postoperatieve complicaties zoals malunion of non-union.

De afgelopen jaren is magnesium naar voren gekomen als een veelbelovend biologisch afbreekbaar metaal voor interne fixatie, zoals blijkt uit talrijke onderzoeken. Magnesium vertoont mechanische eigenschappen die nauwer aansluiten bij menselijk bot dan de stijve titanium- of roestvrijstalen materialen, waardoor de nadelen van spanningsafscherming en röntgenverstrooiing effectief worden verzacht. In vivo lossen magnesiumplaten en -schroeven geleidelijk op, waarbij magnesiumionen en waterstofgas vrijkomen. Magnesiumionen, essentieel voor het menselijk lichaam, kunnen worden gemetaboliseerd zonder schade aan te richten. De ophoping van waterstofgas in weefsels kan leiden tot tijdelijke zwelling of ongemak, dat doorgaans verdwijnt naarmate het gas na verloop van tijd verdwijnt. Belangrijker nog is dat magnesium een ​​opmerkelijke bioactiviteit heeft aangetoond bij het bevorderen van botregeneratie, waardoor de belangstelling voor fundamenteel biomechanisch onderzoek is toegenomen. De uitzonderlijke bioactiviteit ervan is zelfs aangetoond in uitdagende klinische situaties. Bijgevolg hebben de unieke en superieure eigenschappen van magnesium het gepositioneerd als een veelbelovend biomedisch implantaat van de volgende generatie voor interne fixatie bij mensen.

De toepassing van op magnesium gebaseerde materialen bij botchirurgie gaat terug tot 1906, en recente ontwikkelingen hebben geleid tot de ontwikkeling van biologisch afbreekbare interne fixatieapparaten door bedrijven als Synntellix AG (Duitsland) en U&I Corporation (Zuid-Korea) [7]. Deze fixatiesystemen, waaronder MAGNEZIX® (schroeven van Mg-Y-Re-Zr-legering) en RESOMET™ (schroeven van Mg-Ca-Zn-legering), hebben veelbelovende resultaten opgeleverd in verschillende klinische onderzoeken in meerdere landen, waarbij aandoeningen zoals hallux valgus, osteonecrose van de femurkop en distale radiusfracturen. Gezien de potentiële gezondheidsrisico's van legeringselementen voor patiënten hebben Chinese onderzoeksteams zich echter toegewijd aan de ontwikkeling van zeer zuiver magnesium voor interne fixatiedoeleinden.

In China zijn met succes talloze klinische onderzoeken bij mensen uitgevoerd waarbij gebruik werd gemaakt van zeer zuiver magnesium. In 2015 hebben Yu et al. gebruikte zeer zuivere magnesiumschroeven voor de fixatie van gevasculariseerde bottransplantaten bij jonge volwassenen met verplaatste femurhalsfracturen. Gedurende een follow-upperiode van 16 maanden behaalden patiënten bevredigende resultaten op het gebied van de Harris-heupscore, een functionele index, en ondervonden zij een lagere incidentie van complicaties zoals avasculaire necrose en non-union. In 2016 hebben Zhao et al. implementeerde zeer zuivere magnesiumschroeven in een klinische proef om gevasculariseerde bottransplantaten te fixeren bij osteonecrose van de femurkop. Binnen een follow-upperiode van 12 maanden vertoonden patiënten behandeld met magnesiumschroeven hogere bevredigende resultaten in functionele scores en verminderde verplaatsing van het bottransplantaat. De serumspiegels van magnesium bleven binnen het normale fysiologische bereik en potentiële nadelige effecten veroorzaakt door afbraakproducten van magnesium waren afwezig. In 2019 hebben Chen et al. maakte in een casusrapport gebruik van zeer zuivere magnesiumschroeven om gevasculariseerde bottransplantaten te fixeren voor door trauma geïnduceerde femurkopnecrose. Er werden bevredigende resultaten bereikt in termen van functioneel herstel, en de magnesiumschroeven gingen geleidelijk achteruit gedurende meer dan twee jaar zonder merkbare bijwerkingen.

Ondanks het potentieel ervan wordt fixatie op magnesiumbasis geconfronteerd met uitdagingen in de orthopedie vanwege de relatief zwakke mechanische sterkte bij gebruik in belaste gebieden, en tot nu toe zijn er in dergelijke gevallen geen klinische onderzoeken uitgevoerd. Theoretisch moet de fixatie in het heupgewricht bestand zijn tegen krachten die groter zijn dan 2000 N, of drie keer het lichaamsgewicht, wat kan toenemen tijdens functionele mobilisatie. Onderzoekers hebben coatingstrategieën onderzocht om de in vivo afbraak van magnesium te vertragen, waardoor de mechanische ondersteuning voor adequate orthopedische genezing wordt uitgebreid. Ze onderzoeken ook metallurgische technieken om de mechanische sterkte van magnesiumfixatieapparaten te verbeteren. Omgekeerd kunnen kaakoperaties baat hebben bij fixatie op magnesiumbasis vanwege de relatief lagere krachtbelastingsvereisten vergeleken met fixatie van ledematen of wervelkolom. De normale krachten voor de onderkaak zijn ongeveer 400N, die na één week afnemen tot 115N en zes weken na interne reductie tot 250N. Daarom is magnesiumfixatie veelbelovend voor een succesvolle toepassing bij kaakchirurgie.

Niettemin zijn, vanwege het beperkte klinische onderzoek op dit gebied, aanzienlijke inspanningen nodig om de voordelen van op magnesium gebaseerde materialen bij kaakchirurgie grondig te begrijpen en om nieuwe chirurgische protocollen voor de implementatie ervan op te stellen. Deze studie heeft tot doel de toepassing van magnesium voor botfixatie bij kaakchirurgie te onderzoeken en de chirurgische resultaten uitgebreid te beoordelen. De studie zal bijdragen aan een beter begrip van het gebruik van magnesium als interne fixatie bij kaakchirurgie en zal naar verwachting de weg vrijmaken voor nieuwe chirurgische protocollen die gebruik maken van biologisch afbreekbare fixatie. Uiteindelijk zou dit kunnen leiden tot betere patiëntresultaten en een vermindering van de zorglasten.