Biodegradowalna płytka kostna z magnezu i mocowanie śrubowe w chirurgii szczęki (MgJawSurgery)

Mocowanie płytką kostną i śrubami to dobrze uznany system stabilizacji wewnętrznej w chirurgii szczęki, obejmujący stabilizację złamań, chirurgię ortognatyczną i rekonstrukcję czaszkowo-twarzową. Wraz z rozwojem tytan i jego stopy stały się dominującymi materiałami do mocowania wewnętrznego ze względu na ich wyjątkowe właściwości mechaniczne i biokompatybilność. Tytan ma jednak pewne wady, takie jak nadmierna sztywność w porównaniu z kością, co może skutkować powstawaniem osłony naprężeniowej i następczą resorpcją kości. Ponadto mocowanie płytką tytanową i śrubą ma na celu tymczasowe wsparcie mechaniczne podczas gojenia kości i może wymagać usunięcia w drodze wtórnej operacji po zagojeniu kości, zwiększając w ten sposób obciążenie opieki zdrowotnej. Tytan pozostawiony na miejscu może zakłócać obrazowanie rentgenowskie z powodu efektu utwardzania wiązki.

Próbując zaradzić ograniczeniom mocowania tytanu, badacze badali rozwój alternatywnych materiałów do mocowania wewnętrznego. Systemy bioresorbowalne wykorzystują biodegradowalne materiały do ​​mocowania płytek kostnych i śrub, eliminując w ten sposób potrzebę dodatkowej operacji w celu usunięcia sprzętu. Te biodegradowalne systemy pozwalają uniknąć długoterminowych problemów związanych z ekranowaniem naprężeń lub rozpraszaniem promieni rentgenowskich. Dostępne na rynku biodegradowalne materiały do ​​osteosyntezy obejmują polimery o dużej masie cząsteczkowej, takie jak poli(kwas mlekowy) (PLA), kwas poliglikolowy (PGA) i kopolimer poli(kwasu mlekowego i ko-glikolowego) (PLGA). Jednakże te biodegradowalne polimery wykazują niewystarczającą wytrzymałość mechaniczną, co powoduje konieczność zwiększenia wymiarów i skutkuje nieporęczną objętością, która może utrudniać zastosowanie. Co więcej, suboptymalna biokompatybilność może powodować reakcje na ciała obce i utrudniać normalne gojenie kości. Wreszcie kontrolowanie szybkości biodegradacji polimerów jest wyzwaniem, które może przewyższać normalne gojenie kości i prowadzić do powikłań pooperacyjnych, takich jak nieprawidłowy lub brak zrostu.

W ostatnich latach magnez stał się obiecującym metalem ulegającym biodegradacji do wewnętrznego utrwalania, jak wykazały liczne badania naukowe. Magnez wykazuje właściwości mechaniczne bardziej zbliżone do ludzkiej kości niż sztywny tytan lub stal nierdzewna, skutecznie łagodząc wady ekranowania naprężeń i rozpraszania promieni rentgenowskich. In vivo płytki i śruby magnezowe stopniowo rozpuszczają się, uwalniając jony magnezu i gazowy wodór. Jony magnezu, niezbędne dla ludzkiego organizmu, mogą być metabolizowane bez powodowania szkód. Nagromadzenie wodoru w tkankach może skutkować przejściowym obrzękiem lub dyskomfortem, który zazwyczaj ustępuje wraz z upływem czasu. Co ważniejsze, magnez wykazał niezwykłą bioaktywność w promowaniu regeneracji kości, wywołując wzrost zainteresowania podstawowymi badaniami biomechanicznymi. Jego wyjątkowa bioaktywność została wykazana nawet w trudnych sytuacjach klinicznych. W rezultacie wyjątkowe i doskonałe właściwości magnezu sprawiły, że stał się on obiecującym implantem biomedycznym nowej generacji do stabilizacji wewnętrznej u ludzi.

Początki stosowania materiałów na bazie magnezu w chirurgii kości sięgają 1906 roku, a ostatnie osiągnięcia doprowadziły do ​​opracowania biodegradowalnych urządzeń do stabilizacji wewnętrznej przez firmy takie jak Synntellix AG (Niemcy) i U&I Corporation (Korea Południowa) [7]. Te systemy mocowania, w tym MAGNEZIX® (śruby ze stopu Mg-Y-Re-Zr) i RESOMET™ (śruby ze stopu Mg-Ca-Zn), wykazały obiecujące wyniki w różnych badaniach klinicznych w wielu krajach, w leczeniu schorzeń takich jak paluch koślawy, martwica kości głowy kości udowej i złamania dalszej części kości promieniowej. Jednakże biorąc pod uwagę potencjalne ryzyko dla zdrowia pacjentów, jakie stanowią pierwiastki stopowe, chińskie zespoły badawcze zaangażowały się w opracowanie magnezu o wysokiej czystości do celów wewnętrznego utrwalania.

W Chinach przeprowadzono z sukcesem liczne badania kliniczne na ludziach z wykorzystaniem magnezu o wysokiej czystości. W 2015 roku Yu i in. zastosowali śruby magnezowe o wysokiej czystości do mocowania unaczynionych przeszczepów kostnych u młodych dorosłych ze złamaniami szyjki kości udowej z przemieszczeniem. W ciągu 16-miesięcznej obserwacji pacjenci osiągnęli zadowalające wyniki w skali Harrisa, czyli wskaźniku funkcjonalnym, i rzadziej doświadczali powikłań, takich jak martwica jałowa i brak zrostu. W 2016 r. Zhao i in. wdrożył w badaniu klinicznym śruby magnezowe o wysokiej czystości do mocowania unaczynionych przeszczepów kostnych w przypadku martwicy kości głowy kości udowej. W ciągu 12-miesięcznego okresu obserwacji pacjenci leczeni śrubami magnezowymi wykazywali wyższe zadowalające wyniki w zakresie oceny czynnościowej i zmniejszone przemieszczenie przeszczepu kostnego. Stężenie magnezu w surowicy pozostawało w normalnym zakresie fizjologicznym i nie występowały potencjalne niekorzystne skutki wywołane produktami degradacji magnezu. W 2019 r. Chen i in. w opisie przypadku wykorzystali śruby magnezowe o wysokiej czystości do mocowania unaczynionych przeszczepów kości w przypadku martwicy głowy kości udowej wywołanej urazem. Osiągnięto zadowalające wyniki w zakresie odzyskania funkcjonalności, a śruby magnezowe stopniowo ulegały degradacji przez ponad dwa lata bez żadnych zauważalnych skutków ubocznych.

Pomimo swojego potencjału, stabilizacja na bazie magnezu stwarza wyzwania w ortopedii ze względu na stosunkowo słabą wytrzymałość mechaniczną w przypadku stosowania w obszarach obciążonych i jak dotąd nie przeprowadzono żadnych badań klinicznych w takich przypadkach. Teoretycznie stabilizacja w okolicy stawu biodrowego musi wytrzymać siły przekraczające 2000N, czyli trzykrotność ciężaru ciała, które mogą wzrosnąć podczas mobilizacji funkcjonalnej. Naukowcy badali strategie powlekania mające na celu spowolnienie degradacji magnezu in vivo, wydłużając w ten sposób mechaniczne wsparcie dla odpowiedniego gojenia ortopedycznego. Badają także techniki metalurgiczne mające na celu zwiększenie wytrzymałości mechanicznej urządzeń do mocowania magnezu. I odwrotnie, w przypadku operacji szczęki korzystne może być stabilizacja na bazie magnezu ze względu na stosunkowo mniejsze wymagania dotyczące obciążenia siłą w porównaniu z stabilizacją kończyny lub kręgosłupa. Normalne siły działające na żuchwę wynoszą około 400 N i zmniejszają się do 115 N po tygodniu i 250 N po sześciu tygodniach od wewnętrznej redukcji. W związku z tym fiksacja magnezem daje nadzieję na skuteczne zastosowanie w chirurgii szczęki.

Niemniej jednak, ze względu na ograniczone badania kliniczne w tej dziedzinie, konieczne są znaczne wysiłki, aby dokładnie poznać zalety materiałów na bazie magnezu w chirurgii szczęki i opracować nowe protokoły chirurgiczne ich wdrożenia. Celem tego badania jest zbadanie zastosowania magnezu do stabilizacji kości w chirurgii szczęki i kompleksowa ocena wyników leczenia chirurgicznego. Badanie przyczyni się do głębszego zrozumienia stosowania magnezu jako stabilizatora wewnętrznego w chirurgii szczęki i oczekuje się, że utoruje drogę nowym protokołom chirurgicznym wykorzystującym stabilizację biodegradowalną. Ostatecznie mogłoby to doprowadzić do poprawy wyników leczenia pacjentów i zmniejszenia obciążeń związanych z opieką zdrowotną.