Ocena bezpieczeństwa, wykonalności i wczesnych wyników klinicznych implantów ubytków kostnych spersonalizowanych dla pacjenta, wytworzonych ze stopu tytanu (Ti-6Al-4V) przy użyciu technologii druku 3D

Ubytki kostne wynikające z urazów, resekcji guzów, infekcji lub wrodzonych nieprawidłowości stanowią znaczące obciążenie kliniczne w ortopedii i chirurgii rekonstrukcyjnej na całym świecie. Duże lub złożone ubytki kostne często prowadzą do przedłużonej niepełnosprawności, upośledzenia funkcji i obniżenia jakości życia, jeśli nie są odpowiednio leczone. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) każdego roku na świecie dochodzi do około 20-50 milionów nieśmiertelnych urazów w ruchu drogowym, z których wiele wiąże się ze złamaniami i segmentalną utratą kości wymagającą interwencji chirurgicznej.1 Ponadto związane z wiekiem zaburzenia układu mięśniowo-szkieletowego, takie jak osteoporoza, która dotyka szacunkowo 200 milionów ludzi na całym świecie, dodatkowo zwiększają częstość występowania ubytków kostnych i powikłań związanych ze złamaniami.2 Badania epidemiologiczne wykazały, że utrata kości po resekcji guza, ciężkim urazie lub przewlekłej infekcji pozostaje poważnym wyzwaniem ze względu na ograniczoną zdolność regeneracyjną i wysokie wymagania mechaniczne w miejscach ubytków. Tradycyjne metody rekonstrukcji, w tym przeszczepy kości autologiczne i allogeniczne, choć szeroko stosowane, wiążą się z kilkoma ograniczeniami, takimi jak chorobowość miejsca dawcy, ograniczona dostępność przeszczepu, ryzyko przeniesienia infekcji, długi czas leczenia oraz trudności w osiągnięciu optymalnej rekonstrukcji anatomicznej.3,4 W rezultacie rekonstrukcja kości z wykorzystaniem sztucznych materiałów wszczepialnych wyłoniła się jako obiecująca strategia terapeutyczna. Spośród dostępnych opcji sztuczne implanty kostne oparte na metalowych biomateriałach, zwłaszcza stopach tytanu, zyskują coraz większą uwagę ze względu na ich zdolność do zapewnienia natychmiastowej stabilności mechanicznej i wsparcia integracji biologicznej.5-7 Tytan i stopy na bazie tytanu są szeroko stosowane w klinicznych implantacjach kości od kilku dekad i są uznawane za jedne z najbardziej niezawodnych materiałów do rekonstrukcji szkieletu.5,7 Materiały te wykazały korzystną wytrzymałość mechaniczną, odporność na korozję oraz doskonałą biokompatybilność, umożliwiając długotrwałe wszczepienie w organizmie ludzkim. Implanty tytanowe zostały z powodzeniem zastosowane w szerokim zakresie ustawień klinicznych, w tym rekonstrukcji czaszki i twarzoczaszki, wymianie ubytków kończyn i kości długich, stabilizacji kręgosłupa oraz implantacji stomatologicznej.5 Organy regulacyjne, takie jak amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA), zatwierdziły stosowanie stopów tytanu, w tym Ti-6Al-4V, do wszczepialnych urządzeń medycznych w oparciu o zgromadzone dowody bezpieczeństwa i skuteczności.6 Ponadto międzynarodowe normy, takie jak ISO 5832 i ISO 10993, a także wietnamskie standardy krajowe, wyraźnie definiują wymagania dotyczące składu chemicznego, właściwości mechanicznych i badań biokompatybilności stopów tytanu stosowanych w implantach medycznych.8-10 Liczne badania międzynarodowe i krajowe konsekwentnie zgłaszały niską toksyczność, minimalną odpowiedź zapalną i dobrą osteointegrację związaną z implantami na bazie tytanu, potwierdzając tym samym ich bezpieczeństwo kliniczne i przydatność do rekonstrukcji ubytków kostnych.5-7 W ostatnich latach wytwarzanie przyrostowe, powszechnie określane jako drukowanie trójwymiarowe (3D), stało się głównym postępem technologicznym w produkcji implantów ze stopów tytanu. Konwencjonalne metody wytwarzania, takie jak odlewanie, kucie lub obróbka skrawaniem, często napotykają ograniczenia w produkcji złożonych geometrii i projektów dostosowanych do pacjenta, szczególnie w przypadku nieregularnych lub dużych ubytków kostnych.6 W przeciwieństwie do tego, technologie druku 3D, zwłaszcza techniki laserowe, takie jak selektywne topienie laserowe lub laserowe spiekanie proszków, umożliwiają precyzyjne wytwarzanie implantów Ti-6Al-4V na podstawie indywidualnej anatomii pacjenta.11 Korzystając z przedoperacyjnych danych obrazowych z tomografii komputerowej lub rezonansu magnetycznego, spersonalizowane implanty mogą być cyfrowo projektowane, aby dokładnie odpowiadały morfologii ubytku. 12-15 Ten wysoki poziom dokładności projektowania pozwala na poprawę dopasowania implantu, optymalizację przenoszenia obciążeń oraz włączenie porowatych lub kratowych struktur, które zwiększają wrastanie kości i biologiczną stabilizację.9,11 W konsekwencji drukowane w 3D implanty tytanowe oferują znaczące korzyści w radzeniu sobie ze złożonymi ubytkami kostnymi, gdzie konwencjonalne implanty mogą być niewystarczające.

Na całym świecie rosnąca liczba badań analizowała kliniczne zastosowanie drukowanych w 3D implantów tytanowych w rekonstrukcji ubytków kostnych i zgłaszała zachęcające wczesne wyniki. Międzynarodowe serie przypadków i raporty kliniczne opisywały udane zastosowanie spersonalizowanych implantów Ti-6Al-4V drukowanych w 3D w rekonstrukcji miednicy po resekcji guza, naprawie ubytków twarzoczaszki i czaszki, operacjach oszczędzających kończynę oraz złożonych ubytkach stopy i kostki.16-19 Badania te wykazały akceptowalne profile bezpieczeństwa, zadowalającą stabilność implantu, korzystną integrację kości oraz poprawę wyników funkcjonalnych podczas wczesnych okresów obserwacji. Przeglądy opublikowane w międzynarodowych czasopismach ortopedycznych i biomateriałowych podkreślały zalety spersonalizowanego projektowania implantów i porowatej architektury powierzchni w promowaniu osteointegracji i powrotu funkcji.17 W Wietnamie badania i wdrożenie kliniczne technologii druku 3D w implantacji kości szybko się rozwijają, z rosnącym zastosowaniem w chirurgii twarzoczaszki, ortopedii urazowej i onkologii.20 Jednak większość krajowych raportów pozostaje ograniczona do opisów technicznych lub izolowanych przypadków klinicznych, a prospektywne badania kliniczne ze standaryzowaną oceną bezpieczeństwa i wczesnych wyników są wciąż rzadkie.

Pomimo rosnącego międzynarodowego doświadczenia i pojawiających się zastosowań klinicznych w Wietnamie, pozostaje kilka krytycznych luk, które uzasadniają konieczność tego badania. Zgodnie z najnowszymi wytycznymi Ministerstwa Zdrowia, jako wysoce ryzykowne wyroby medyczne (klasa D), spersonalizowane implanty tytanowe drukowane w 3D wymagają systematycznej oceny klinicznej w badaniach faz I, II i III, aby rygorystycznie wykazać bezpieczeństwo, wykonalność i skuteczność kliniczną przed powszechnym wdrożeniem klinicznym.21 Chociaż wstępne badania w Wietnamie analizowały podobne produkty, większość dostępnych dowodów pozostaje ograniczona do izolowanych przypadków lub raportów technicznych, z brakiem prospektywnych, systematycznie zaprojektowanych badań klinicznych.22 Ponadto różnice w systemach produkcyjnych, konfiguracjach maszyn, obróbce materiałów i parametrach procesu w różnych zakładach produkcyjnych mogą znacząco wpływać na jakość implantu i wydajność kliniczną, co wymaga klinicznych dowodów specyficznych dla danej lokalizacji, aby potwierdzić, że implanty wytworzone w określonym laboratorium druku 3D są bezpieczne, wykonalne i skuteczne u pacjentów.23,24 Dlatego to badanie jest niezbędne, aby sprostać tym wymogom regulacyjnym i naukowym oraz wygenerować podstawowe dowody kliniczne wspierające odpowiedzialne przełożenie kliniczne drukowanych w 3D implantów tytanowych. W tym kontekście Laboratorium Technologii Medycznej 3D na Uniwersytecie VinUniversity służy jako zakład produkcyjny specyficzny dla lokalizacji do wytwarzania spersonalizowanych implantów drukowanych w 3D, działający zgodnie z międzynarodowo uznanymi normami ISO dotyczącymi produkcji wyrobów medycznych i powierzony przez Ministerstwo Zdrowia, szczególnie Departament Nauki, Technologii i Szkoleń, do wspierania działań oceny klinicznej.25 Dlatego to badanie jest niezbędne, aby sprostać tym wymogom regulacyjnym i naukowym oraz wygenerować podstawowe dowody kliniczne wspierające odpowiedzialne przełożenie kliniczne drukowanych w 3D implantów tytanowych wytworzonych w tym systemie produkcyjnym.