Evaluering av sikkerhet, gjennomførbarhet og tidlige kliniske resultater av pasientspesifikke benndefektsimplantater fremstilt av titanlegering (Ti-6Al-4V) ved bruk av 3D-printing-teknologi

Beinfeil som følge av traumer, tumorreseksjon, infeksjon eller medfødte abnormaliteter representerer en betydelig klinisk belastning innen ortopedisk og rekonstruktiv kirurgi verden over. Store eller komplekse beinfeil fører ofte til langvarig funksjonshemming, funksjonsnedsettelse og redusert livskvalitet dersom de ikke behandles riktig. Ifølge Verdens helseorganisasjon (WHO) er det årlig omtrent 20–50 millioner ikke-dødelige trafikkulykker globalt, hvor mange er assosiert med brudd og segmentalt beintap som krever kirurgisk inngrep.1 I tillegg øker aldersrelaterte muskelskjelettlidelser som osteoporose, som rammer anslagsvis 200 millioner mennesker verden over, forekomsten av beinfeil og bruddrelaterte komplikasjoner ytterligere.2 Epidemiologiske studier har vist at beintap etter tumorreseksjon, alvorlig traume eller kronisk infeksjon fortsatt er en stor utfordring på grunn av begrenset regenerativ kapasitet og høye mekaniske krav på skadestedet. Tradisjonelle rekonstruksjonsmetoder, inkludert autolog og allogen beintransplantasjon, selv om de er mye brukt, er forbundet med flere begrensninger som donorsidemorbiditet, begrenset tilgjengelighet av transplantat, risiko for infeksjonsoverføring, lang behandlingstid og vanskeligheter med å oppnå optimal anatomisk rekonstruksjon.3,4 Som et resultat har beinrekonstruksjon ved bruk av kunstige implanterbare materialer dukket opp som en lovende terapeutisk strategi. Blant tilgjengelige alternativer har kunstige beinimplantater basert på metalliske biomaterialer, spesielt titanlegeringer, fått økende oppmerksomhet på grunn av deres evne til å gi umiddelbar mekanisk stabilitet og støtte biologisk integrasjon.5-7 Titan og titanbaserte legeringer har vært omfattende brukt i klinisk beinimplantasjon i flere tiår og er anerkjent som blant de mest pålitelige materialene for skjelettrekonstruksjon.5,7 Disse materialene har vist gunstig mekanisk styrke, korrosjonsmotstand og utmerket biokompatibilitet, noe som tillater langtidsimplantasjon i menneskekroppen. Titanimplantater har blitt vellykket brukt i et bredt spekter av kliniske settinger, inkludert kranie- og kraniofacial rekonstruksjon, ekstremitets- og langbeinsdefektersstatning, ryggfiksasjon og tannimplantasjon.5 Reguleringsmyndigheter som det amerikanske Food and Drug Administration (FDA) har godkjent bruken av titanlegeringer, inkludert Ti-6Al-4V, for implanterbare medisinske innretninger basert på akkumulert dokumentasjon om sikkerhet og effektivitet.6 Videre definerer internasjonale standarder som ISO 5832 og ISO 10993, samt vietnamesisk nasjonal standard, tydelig krav til kjemisk sammensetning, mekaniske egenskaper og biokompatibilitetstesting av titanlegeringer brukt i medisinske implantater.8-10 Tallrike internasjonale og innenlandske studier har konsekvent rapportert lav toksisitet, minimal inflammatorisk respons og god osteointegrasjon assosiert med titanbaserte implantater, og bekrefter dermed deres kliniske sikkerhet og egnethet for beinfeilrekonstruksjon.5-7 De siste årene har additiv produksjon, ofte referert til som tredimensjonal (3D) printing, dukket opp som en stor teknologisk fremgang i produksjonen av titanlegeringsimplantater. Konvensjonelle produksjonsmetoder, som støping, smiing eller bearbeiding, står ofte overfor begrensninger i produksjon av komplekse geometrier og pasientspesifikke design, spesielt for uregelmessige eller store beinfeil.6 I motsetning gjør 3D-printing-teknologier, spesielt laserbaserte teknikker som selektiv lasersmelting eller laserpulverbådfusjon, det mulig å presist produsere Ti-6Al-4V-implantater basert på individuelle pasientanatomi.11 Ved å bruke preoperativ bildebehandlingsdata fra datatomografi eller magnetisk resonansavbildning, kan personlige implantater bli digitalt designet for å nøye matche defektmorfologi. 12-15 Denne høye designnøyaktigheten tillater forbedret implantatpassform, optimalisert belastningsoverføring og inkorporering av porøse eller gitterstrukturer som forbedrer beininnvandring og biologisk fiksasjon.9,11 Følgelig tilbyr 3D-prentede titanimplantater betydelige fordeler i håndtering av komplekse beinfeil hvor konvensjonelle implantater kan være utilstrekkelige.

Globalt har et økende antall studier undersøkt den kliniske anvendelsen av 3D-prentede titanimplantater i beinfeilrekonstruksjon og har rapportert oppmuntrende tidlige resultater. Internasjonale kasusserier og kliniske rapporter har beskrevet vellykket bruk av pasientspesifikke 3D-prentede Ti-6Al-4V-implantater i bekkenrekonstruksjon etter tumorreseksjon, kraniofacial og kraniedefektreparasjon, ekstremitetsbevarende kirurgi, og komplekse defekter i fot og ankel.16-19 Disse studiene har vist akseptable sikkerhetsprofiler, tilfredsstillende implantatstabilitet, gunstig beinintegrasjon og forbedring i funksjonelle resultater i tidlige oppfølgingsperioder. Oversikter publisert i internasjonale ortopediske og biomaterialtidsskrifter har understreket fordelene med personlig implantatdesign og porøs overflatearkitektur for å fremme osteointegrasjon og funksjonell bedring.17 I Vietnam utvikler forskning og klinisk implementering av 3D-printing-teknologi i beinimplantasjon seg raskt, med økende anvendelse i kraniofacial kirurgi, ortopedisk traume og onkologi.20 Imidlertid forblir de fleste innenlandske rapporter begrenset til tekniske beskrivelser eller isolerte kliniske tilfeller, og prospektive kliniske studier med standardisert evaluering av sikkerhet og tidlige resultater er fortsatt knappe.

Til tross for den voksende internasjonale erfaringen og de fremvoksende kliniske anvendelsene i Vietnam, forblir flere kritiske mangler som rettferdiggjør nødvendigheten av denne studien. I henhold til de nyeste retningslinjene fra Helsedepartementet, som høytrisikomedisinske innretninger (klasse D), kreves det at pasientspesifikke 3D-prentede titanimplantater gjennomgår systematisk klinisk evaluering i fase I, II og III-forsøk for å strengt demonstrere sikkerhet, gjennomførbarhet og klinisk effektivitet før utbredt klinisk implementering.21 Selv om foreløpige studier i Vietnam har undersøkt lignende produkter, forblir det meste tilgjengelige dokumentasjon begrenset til isolerte tilfeller eller tekniske rapporter, med mangel på prospektive, systematisk designede kliniske studier.22 Videre kan forskjeller i produksjonssystemer, maskinkonfigurasjoner, materialhåndtering og prosessparametere på tvers av produksjonsanlegg betydelig påvirke implantatkvalitet og klinisk ytelse, og dermed kreve stedspesifikk klinisk dokumentasjon for å bekrefte at implantater produsert ved et gitt 3D-printingslaboratorium er trygge, gjennomførbare og effektive hos pasienter.23,24 Denne studien er derfor avgjørende for å adressere disse regulatoriske og vitenskapelige kravene og for å generere grunnleggende klinisk dokumentasjon som støtter ansvarlig klinisk oversettelse av 3D-prentede titanimplantater. I denne sammenheng fungerer 3D Medical Technology Laboratory ved VinUniversity som et stedsspesifikt produksjonsanlegg for pasientspesifikke 3D-prentede implantater, som opererer i samsvar med internasjonalt anerkjente ISO-standarder for produksjon av medisinske innretninger og som er betrodd av Helsedepartementet, spesielt Avdelingen for vitenskap, teknologi og opplæring, for å støtte kliniske evalueringsaktiviteter.25 Denne studien er derfor avgjørende for å adressere disse regulatoriske og vitenskapelige kravene og for å generere grunnleggende klinisk dokumentasjon som støtter den ansvarlige kliniske oversettelsen av 3D-prentede titanimplantater produsert innenfor dette produksjonssystemet.