Biologiskt nedbrytbar magnesiumbenplatta och skruvfixering vid käkkirurgi (MgJawSurgery)

Benplatta och skruvfixering är ett välkänt system för intern fixering vid käkkirurgi, som omfattar frakturfixering, ortognatisk kirurgi och kraniofacial rekonstruktion. Under utvecklingen har titan och dess legeringar blivit de dominerande materialen för intern fixering, på grund av deras exceptionella mekaniska egenskaper och biokompatibilitet. Emellertid har titan vissa nackdelar, såsom överdriven styvhet jämfört med ben, vilket kan resultera i stressavskärmning och efterföljande benresorption. Dessutom är fixering av titanplatta och skruv avsedda för tillfälligt mekaniskt stöd under benläkning och kan kräva borttagning via en sekundär operation efter benläkning, vilket ökar sjukvårdsbördan. Om det lämnas in situ kan titan störa röntgenbilden på grund av strålhärdande effekter.

I ett försök att ta itu med begränsningarna av titanfixering har forskare undersökt utvecklingen av alternativa material för intern fixering. Bioresorberbara system använder biologiskt nedbrytbara material för benplatta och skruvfixering, vilket eliminerar behovet av en sekundär operation för borttagning av hårdvara. Dessa biologiskt nedbrytbara system undviker långvariga problem i samband med spänningsavskärmning eller röntgenspridning. Kommersiellt tillgängliga biologiskt nedbrytbara osteosyntesmaterial inkluderar polymerer med hög molekylvikt såsom poly(mjölksyra) (PLA), polyglykolsyra (PGA) och poly(mjölk-samglykolsyra) sampolymer (PLGA). Dessa biologiskt nedbrytbara polymerer uppvisar emellertid otillräcklig mekanisk hållfasthet, vilket kräver ökade dimensioner och resulterar i en skrymmande volym som kan hindra applicering. Dessutom kan den suboptimala biokompatibiliteten provocera fram främmande kroppsreaktioner och hindra normal benläkning. Slutligen är det utmanande att kontrollera den biologiska nedbrytningshastigheten för polymerer, vilket kan överträffa normal benläkning och leda till postoperativa komplikationer som malunion eller nonunion.

Under de senaste åren har magnesium dykt upp som en lovande biologiskt nedbrytbar metall för intern fixering, vilket bevisats av många forskningsstudier. Magnesium uppvisar mekaniska egenskaper som ligger mer i linje med mänskligt ben än de styva titan- eller rostfria materialen, vilket effektivt mildrar nackdelarna med spänningsavskärmning och röntgenspridning. In vivo löses magnesiumplattor och skruvar gradvis upp och frigör magnesiumjoner och vätgas. Magnesiumjoner, viktiga för människokroppen, kan metaboliseras utan att skada. Ansamlingen av vätgas i vävnader kan resultera i tillfällig svullnad eller obehag, vilket vanligtvis försvinner när gasen försvinner med tiden. Ännu viktigare, magnesium har visat en anmärkningsvärd bioaktivitet för att främja benregenerering, vilket har väckt ett stort intresse för grundläggande biomekanisk forskning. Dess exceptionella bioaktivitet har till och med visats i utmanande kliniska situationer. Följaktligen har magnesiums unika och överlägsna egenskaper positionerat det som en lovande nästa generations biomedicinska implantat för intern fixering hos människor.

Användningen av magnesiumbaserade material i benkirurgi kan spåras tillbaka till 1906, och de senaste framstegen har lett till utvecklingen av biologiskt nedbrytbara inre fixeringsanordningar av företag som Synntellix AG (Tyskland) och U&I Corporation (Sydkorea) [7]. Dessa fixeringssystem, inklusive MAGNEZIX® (Mg-Y-Re-Zr-legeringsskruvar) och RESOMET™ (Mg-Ca-Zn-legeringsskruvar), har visat lovande resultat i olika kliniska studier i flera länder, för att behandla tillstånd som hallux valgus, osteonekros av lårbenshuvudet, och distala radiusfrakturer. Men med tanke på de potentiella hälsoriskerna med legeringselement för patienter, har kinesiska forskarlag engagerat sig i utvecklingen av högrent magnesium för intern fixering.

Många kliniska studier på människa med högrent magnesium har framgångsrikt genomförts i Kina. År 2015, Yu et al. använde högrena magnesiumskruvar för fixering av vaskulariserade bentransplantat hos unga vuxna med förskjutna lårbenshalsfrakturer. Under en 16-månaders uppföljningsperiod uppnådde patienterna tillfredsställande resultat i Harris hip-poäng, ett funktionellt index, och upplevde en lägre förekomst av komplikationer såsom avaskulär nekros och nonunion. År 2016, Zhao et al. implementerade högrena magnesiumskruvar i en klinisk prövning för att fixera vaskulariserade bentransplantat vid osteonekros i lårbenshuvudet. Inom en 12-månaders uppföljningsperiod visade patienter som behandlats med magnesiumskruvar högre tillfredsställande resultat i funktionella poäng och minskad förskjutning av bentransplantat. Serumnivåerna av magnesium förblev inom det normala fysiologiska intervallet och potentiella skadliga effekter inducerade av magnesiumnedbrytningsprodukter saknades. Under 2019, Chen et al. använde högrena magnesiumskruvar för att fixera vaskulariserade bentransplantat för traumainducerad lårbenshuvudnekros i en fallrapport. Tillfredsställande resultat uppnåddes vad gäller funktionell återhämtning, och magnesiumskruvarna bröts gradvis ned under mer än två år utan några märkbara biverkningar.

Trots dess potential står magnesiumbaserad fixering inför utmaningar inom ortopedi på grund av dess relativt svaga mekaniska styrka när den används i viktbärande områden, och inga kliniska prövningar har utförts i sådana fall hittills. Teoretiskt sett måste fixering i höftledsområdet motstå krafter som överstiger 2000N, eller tre gånger kroppsvikten, som kan öka vid funktionell mobilisering. Forskare har undersökt beläggningsstrategier för att bromsa ned in vivo-nedbrytningen av magnesium och därigenom utöka det mekaniska stödet för adekvat ortopedisk läkning. De undersöker också metallurgiska tekniker för att förbättra den mekaniska styrkan hos magnesiumfixeringsanordningar. Omvänt kan käkoperationer dra nytta av magnesiumbaserad fixering på grund av deras jämförelsevis lägre kraftbelastningskrav jämfört med fixering av extremiteter eller ryggraden. Normalkrafterna för underkäken är ungefär 400N, som minskar till 115N vid en vecka och 250N vid sex veckor efter inre reduktion. Följaktligen lovar magnesiumfixering för framgångsrik applicering vid käkkirurgi.

Icke desto mindre, på grund av begränsad klinisk forskning inom detta område, krävs betydande ansträngningar för att grundligt förstå fördelarna med magnesiumbaserade material vid käkkirurgi och för att upprätta nya kirurgiska protokoll för deras implementering. Denna studie syftar till att undersöka användningen av magnesium för benfixering vid käkkirurgi och att heltäckande bedöma de kirurgiska resultaten. Studien kommer att bidra till en djupare förståelse för att använda magnesium som intern fixering vid käkkirurgi och förväntas bana väg för nya kirurgiska protokoll som använder biologiskt nedbrytbar fixering. I slutändan kan detta leda till förbättrade patientresultat och en minskning av vårdbördan.