Оценка безопасности, осуществимости и ранних клинических исходов индивидуализированных имплантатов для костных дефектов, изготовленных из титанового сплава (Ti-6Al-4V) с использованием технологии 3D-печати

Костные дефекты, возникающие в результате травм, резекции опухоли, инфекций или врожденных аномалий, представляют собой значительную клиническую проблему в ортопедической и реконструктивной хирургии во всем мире. Крупные или сложные костные дефекты часто приводят к длительной инвалидности, функциональным нарушениям и снижению качества жизни при отсутствии адекватного лечения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно в мире происходит примерно 20–50 миллионов несмертельных дорожно-транспортных травм, многие из которых связаны с переломами и сегментарной потерей костной ткани, требующими хирургического вмешательства.1 Кроме того, возрастные заболевания опорно-двигательного аппарата, такие как остеопороз, которым страдают, по оценкам, 200 миллионов человек во всем мире, дополнительно увеличивают частоту костных дефектов и осложнений, связанных с переломами.2 Эпидемиологические исследования показали, что потеря костной ткани после резекции опухоли, тяжелой травмы или хронической инфекции остается серьезной проблемой из-за ограниченной регенеративной способности и высоких механических требований в области дефекта. Традиционные методы реконструкции, включая аутологичную и аллогенную костную пластику, хотя и широко применяются, связаны с рядом ограничений, таких как заболеваемость в области забора трансплантата, ограниченная доступность материала, риск передачи инфекции, длительное время лечения и сложность достижения оптимальной анатомической реконструкции.3,4 В результате реконструкция кости с использованием искусственных имплантируемых материалов стала перспективной терапевтической стратегией. Среди доступных вариантов искусственные костные имплантаты на основе металлических биоматериалов, особенно титановых сплавов, привлекают все большее внимание благодаря своей способности обеспечивать немедленную механическую стабильность и поддерживать биологическую интеграцию.5-7 Титан и титановые сплавы широко используются в клинической практике костной имплантации на протяжении нескольких десятилетий и признаны одними из самых надежных материалов для скелетной реконструкции.5,7 Эти материалы продемонстрировали благоприятную механическую прочность, коррозионную стойкость и отличную биосовместимость, что позволяет осуществлять долгосрочную имплантацию в организме человека. Титановые имплантаты успешно применяются в самых различных клинических условиях, включая краниальную и краниофациальную реконструкцию, замену дефектов конечностей и длинных костей, спинальную фиксацию и зубную имплантацию.5 Регулирующие органы, такие как Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), одобрили использование титановых сплавов, включая Ti-6Al-4V, для имплантируемых медицинских устройств на основе накопленных данных о безопасности и эффективности.6 Кроме того, международные стандарты, такие как ISO 5832 и ISO 10993, а также вьетнамский национальный стандарт, четко определяют требования к химическому составу, механическим свойствам и тестированию биосовместимости титановых сплавов, используемых в медицинских имплантатах.8-10 Многочисленные международные и отечественные исследования последовательно сообщают о низкой токсичности, минимальном воспалительном ответе и хорошей остеоинтеграции, связанных с имплантатами на основе титана, тем самым подтверждая их клиническую безопасность и пригодность для реконструкции костных дефектов.5-7 В последние годы аддитивное производство, обычно называемое трехмерной (3D) печатью, стало важным технологическим достижением в производстве имплантатов из титановых сплавов. Традиционные методы производства, такие как литье, ковка или механическая обработка, часто сталкиваются с ограничениями при создании сложных геометрий и индивидуальных конструкций, особенно для нерегулярных или крупных костных дефектов.6 Напротив, технологии 3D-печати, особенно лазерные методы, такие как селективное лазерное плавление или лазерное сплавление порошкового слоя, позволяют точно изготавливать имплантаты из Ti-6Al-4V на основе анатомии конкретного пациента.11 Используя предоперационные данные визуализации, полученные с помощью компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии, персонализированные имплантаты могут быть цифрово спроектированы для максимального соответствия морфологии дефекта. 12-15 Этот высокий уровень точности проектирования позволяет улучшить посадку имплантата, оптимизировать передачу нагрузки и включить пористые или решетчатые структуры, которые усиливают врастание кости и биологическую фиксацию.9,11 Следовательно, имплантаты из титана, изготовленные методом 3D-печати, предлагают значительные преимущества при решении сложных костных дефектов, где традиционные имплантаты могут быть неадекватными.

Во всем мире все больше исследований изучают клиническое применение имплантатов из титана, изготовленных методом 3D-печати, для реконструкции костных дефектов, и сообщают об обнадеживающих ранних результатах. Международные серии случаев и клинические отчеты описывают успешное использование персонализированных имплантатов из Ti-6Al-4V, изготовленных методом 3D-печати, для реконструкции таза после резекции опухоли, ремонта краниофациальных и краниальных дефектов, операций по спасению конечностей и сложных дефектов стопы и голеностопного сустава.16-19 Эти исследования продемонстрировали приемлемые профили безопасности, удовлетворительную стабильность имплантата, благоприятную костную интеграцию и улучшение функциональных результатов в течение ранних периодов наблюдения. Обзоры, опубликованные в международных ортопедических журналах и журналах по биоматериалам, подчеркивают преимущества персонализированного дизайна имплантата и пористой архитектуры поверхности в стимулировании остеоинтеграции и функционального восстановления.17 Во Вьетнаме исследования и клиническое внедрение технологии 3D-печати в костную имплантацию быстро развиваются, с растущим применением в краниофациальной хирургии, ортопедической травматологии и онкологии.20 Однако большинство отечественных отчетов по-прежнему ограничиваются техническими описаниями или изолированными клиническими случаями, а проспективные клинические исследования со стандартизированной оценкой безопасности и ранних результатов все еще редки.

Несмотря на растущий международный опыт и появляющиеся клинические применения во Вьетнаме, сохраняется несколько критических пробелов, которые оправдывают необходимость данного исследования. Согласно последним рекомендациям Министерства здравоохранения, как медицинские устройства высокого риска (класс D), персонализированные титановые имплантаты, изготовленные методом 3D-печати, должны проходить систематическую клиническую оценку в рамках испытаний Фазы I, II и III для строгого демонстрирования безопасности, осуществимости и клинической эффективности до широкого клинического внедрения.21 Хотя предварительные исследования во Вьетнаме изучали аналогичные продукты, большинство доступных данных по-прежнему ограничиваются изолированными случаями или техническими отчетами, при этом отсутствуют проспективные, систематически спланированные клинические исследования.22 Кроме того, различия в производственных системах, конфигурациях оборудования, обращении с материалами и технологических параметрах на различных производственных площадках могут существенно влиять на качество имплантата и его клинические характеристики, что требует получения клинических данных, специфичных для конкретного места, чтобы подтвердить, что имплантаты, изготовленные в данной лаборатории 3D-печати, безопасны, осуществимы и эффективны для пациентов.23,24 Таким образом, данное исследование необходимо для удовлетворения этих регуляторных и научных требований и получения фундаментальных клинических данных, поддерживающих ответственный клинический перевод имплантатов из титана, изготовленных методом 3D-печати. В этом контексте лаборатория 3D-медицинских технологий в VinUniversity служит производственным объектом, специфичным для конкретного места, для изготовления персонализированных имплантатов методом 3D-печати, работающим в соответствии с международно признанными стандартами ISO для производства медицинских устройств и уполномоченным Министерством здравоохранения, в частности Департаментом науки, технологий и обучения, для поддержки деятельности по клинической оценке.25 Таким образом, данное исследование необходимо для удовлетворения этих регуляторных и научных требований и получения фундаментальных клинических данных, поддерживающих ответственный клинический перевод имплантатов из титана, изготовленных методом 3D-печати, произведенных в рамках данной производственной системы.