Biologisk nedbrytbar magnesiumbenplate og skruefiksering i kjevekirurgi (MgJawSurgery)

Beinplate- og skruefiksering er et godt anerkjent system for intern fiksering ved kjevekirurgi, som omfatter frakturfiksering, ortognatisk kirurgi og kraniofacial rekonstruksjon. Under utviklingen har titan og dets legeringer blitt de dominerende materialene for intern fiksering, på grunn av deres eksepsjonelle mekaniske egenskaper og biokompatibilitet. Imidlertid har titan visse ulemper, for eksempel overdreven stivhet sammenlignet med bein, noe som kan resultere i stressskjerming og påfølgende benresorpsjon. I tillegg er titanplate og skruefiksering beregnet for midlertidig mekanisk støtte under beinheling og kan nødvendiggjøre fjerning via en sekundær kirurgi etter beinheling, og dermed øke helsevesenet. Hvis titan blir liggende in situ, kan det forstyrre røntgenbilde på grunn av stråleherdende effekter.

I et forsøk på å adressere begrensningene ved titanfiksering, har forskere undersøkt utviklingen av alternative materialer for intern fiksering. Bioresorberbare systemer bruker biologisk nedbrytbare materialer for benplate og skruefiksering, og eliminerer dermed behovet for en sekundær kirurgi for fjerning av maskinvare. Disse biologisk nedbrytbare systemene unngår langsiktige problemer forbundet med stressskjerming eller røntgenspredning. Kommersielt tilgjengelige biologisk nedbrytbare osteosyntesematerialer inkluderer polymerer med høy molekylvekt som poly(melkesyre) (PLA), polyglykolsyre (PGA) og poly(melke-ko-glykolsyre) kopolymer (PLGA). Imidlertid viser disse biologisk nedbrytbare polymerene utilstrekkelig mekanisk styrke, noe som krever økte dimensjoner og resulterer i et voluminøst volum som kan hindre påføring. Dessuten kan den suboptimale biokompatibiliteten provosere fremmedlegemereaksjoner og hindre normal beinheling. Til slutt er det utfordrende å kontrollere den biologiske nedbrytningshastigheten til polymerer, noe som kan overgå normal beinheling og føre til postoperative komplikasjoner som malunion eller ikke-forening.

De siste årene har magnesium dukket opp som et lovende biologisk nedbrytbart metall for intern fiksering, som demonstrert av en rekke forskningsstudier. Magnesium viser mekaniske egenskaper som er mer på linje med menneskelig ben enn de stive materialene av titan eller rustfritt stål, og reduserer effektivt ulempene med spenningsskjerming og røntgenspredning. In vivo oppløses magnesiumplater og skruer gradvis, og frigjør magnesiumioner og hydrogengass. Magnesiumioner, essensielle for menneskekroppen, kan metaboliseres uten å forårsake skade. Akkumulering av hydrogengass i vev kan føre til midlertidig hevelse eller ubehag, som vanligvis går over etter hvert som gassen forsvinner over tid. Enda viktigere, magnesium har vist bemerkelsesverdig bioaktivitet for å fremme beinregenerering, noe som har utløst en bølge av interesse for grunnleggende biomekanisk forskning. Dens eksepsjonelle bioaktivitet har til og med blitt demonstrert i utfordrende kliniske situasjoner. Følgelig har de unike og overlegne egenskapene til magnesium posisjonert det som en lovende neste generasjons biomedisinske implantater for intern fiksering hos mennesker.

Bruken av magnesiumbaserte materialer i beinkirurgi kan spores tilbake til 1906, og nyere fremskritt har ført til utviklingen av biologisk nedbrytbare interne fikseringsenheter av selskaper som Synntellix AG (Tyskland) og U&I Corporation (Sør-Korea) [7]. Disse fikseringssystemene, inkludert MAGNEZIX® (Mg-Y-Re-Zr legeringsskruer) og RESOMET™ (Mg-Ca-Zn legeringsskruer), har vist lovende resultater i ulike kliniske studier i flere land, med behandling av tilstander som hallux valgus, osteonekrose av lårbenshodet, og distale radiusfrakturer. Men gitt den potensielle helserisikoen ved legeringselementer for pasienter, har kinesiske forskerteam vært forpliktet til utviklingen av høyrent magnesium for intern fiksering.

Tallrike kliniske studier på mennesker med høyrent magnesium har blitt utført med suksess i Kina. I 2015, Yu et al. benyttet magnesiumskruer med høy renhet for fiksering av vaskulariserte bentransplantater hos unge voksne med forskjøvede lårhalsbrudd. I løpet av en 16-måneders oppfølgingsperiode oppnådde pasientene tilfredsstillende resultater i Harris hofteskåren, en funksjonell indeks, og opplevde en lavere forekomst av komplikasjoner som avaskulær nekrose og ikke-union. I 2016, Zhao et al. implementert magnesiumskruer med høy renhet i en klinisk studie for å fikse vaskulariserte bentransplantater ved osteonekrose i lårbenshodet. I løpet av en 12-måneders oppfølgingsperiode viste pasienter behandlet med magnesiumskruer høyere tilfredsstillende resultater i funksjonsskår og redusert forskyvning av bentransplantat. Serumnivåene av magnesium holdt seg innenfor det normale fysiologiske området, og potensielle bivirkninger indusert av magnesiumnedbrytningsprodukter var fraværende. I 2019, Chen et al. benyttet magnesiumskruer med høy renhet for å fikse vaskulariserte bentransplantater for traume-indusert lårbenshodenekrose i en saksrapport. Tilfredsstillende resultater ble oppnådd med tanke på funksjonell utvinning, og magnesiumskruene ble gradvis degradert over mer enn to år uten merkbare bivirkninger.

Til tross for potensialet, står magnesiumbasert fiksering overfor utfordringer i ortopedi på grunn av sin relativt svake mekaniske styrke når det brukes i vektbærende områder, og ingen kliniske studier har blitt utført i slike tilfeller så langt. Teoretisk sett må fiksering i hofteleddsområdet tåle krefter som overstiger 2000N, eller tre ganger kroppsvekten, som kan øke ved funksjonell mobilisering. Forskere har undersøkt beleggstrategier for å bremse in vivo-nedbrytningen av magnesium, og dermed utvide den mekaniske støtten for adekvat ortopedisk helbredelse. De undersøker også metallurgiske teknikker for å forbedre den mekaniske styrken til magnesiumfikseringsenheter. Motsatt kan kjeveoperasjoner dra nytte av magnesiumbasert fiksering på grunn av deres relativt lavere krav til kraftbelastning sammenlignet med lem- eller ryggradsfiksering. Normalkreftene for underkjeven er omtrent 400N, som reduseres til 115N ved en uke og 250N ved seks uker etter intern reduksjon. Følgelig lover magnesiumfiksering for vellykket påføring i kjevekirurgi.

Ikke desto mindre, på grunn av begrenset klinisk forskning på dette området, er det nødvendig med betydelig innsats for å grundig forstå fordelene med magnesiumbaserte materialer i kjevekirurgi og for å etablere nye kirurgiske protokoller for implementering av dem. Denne studien søker å undersøke bruken av magnesium for beinfiksering i kjevekirurgi og å vurdere de kirurgiske resultatene. Studien vil bidra til en dypere forståelse av bruk av magnesium som intern fiksering i kjevekirurgi og forventes å bane vei for nye kirurgiske protokoller som benytter biologisk nedbrytbar fiksering. Til syvende og sist kan dette føre til bedre pasientresultater og en reduksjon i helsetjenester.