Utvärdering av säkerheten, genomförbarheten och tidiga kliniska resultat av patientanpassade bendefektimplantat tillverkade av titanlegering (Ti-6Al-4V) med 3D-utskriftsteknik

Benstrukturdefekter som uppstår efter trauma, tumörresektion, infektion eller medfödda abnormaliteter utgör en betydande klinisk börda inom ortopedisk och rekonstruktiv kirurgi världen över. Stora eller komplexa benstrukturdefekter leder ofta till långvarig funktionsnedsättning, funktionella begränsningar och försämrad livskvalitet om de inte behandlas på ett lämpligt sätt. Enligt Världshälsoorganisationen (WHO) sker det globalt varje år cirka 20–50 miljoner icke-dödliga vägtrafikskador, många av vilka är förknippade med frakturer och segmentell benförlust som kräver kirurgisk intervention.1 Dessutom ökar åldersrelaterade muskuloskeletala sjukdomar som osteoporos, som drabbar cirka 200 miljoner människor världen över, ytterligare incidensen av benstrukturdefekter och frakturrelaterade komplikationer.2 Epidemiologiska studier har visat att benförlust efter tumörresektion, svårt trauma eller kronisk infektion fortfarande är en stor utmaning på grund av begränsad regenerativ kapacitet och höga mekaniska krav på defektställena. Traditionella rekonstruktionsmetoder, inklusive autolog och allogen bentransplantation, även om de används i stor utsträckning, är förknippade med flera begränsningar såsom donorsidemorbiditet, begränsad tillgång på transplantat, risk för smittöverföring, lång behandlingstid och svårigheter att uppnå optimal anatomisk rekonstruktion.3,4 Som ett resultat har benrekonstruktion med artificiella implanterbara material framträtt som en lovande terapeutisk strategi. Bland tillgängliga alternativ har artificiella benimplantat baserade på metalliska biomaterial, särskilt titanlegeringar, fått ökad uppmärksamhet på grund av deras förmåga att ge omedelbar mekanisk stabilitet och stödja biologisk integration.5-7 Titan och titanbaserade legeringar har använts i stor utsträckning vid klinisk benimplantation i flera decennier och erkänns som några av de mest tillförlitliga materialen för skelettrekonstruktion.5,7 Dessa material har visat gynnsam mekanisk styrka, korrosionsbeständighet och utmärkt biokompatibilitet, vilket möjliggör långtidsimplantation i människokroppen. Titanimplantat har framgångsrikt tillämpats i ett brett spektrum av kliniska sammanhang, inklusive kraniell och kraniofacial rekonstruktion, ersättning av extremitets- och långbensdefekter, ryggradsfixering och dental implantation.5 Regulatoriska myndigheter såsom U.S. Food and Drug Administration (FDA) har godkänt användningen av titanlegeringar, inklusive Ti-6Al-4V, för implanterbara medicintekniska produkter baserat på ackumulerade bevis för säkerhet och effektivitet.6 Dessutom definierar internationella standarder som ISO 5832 och ISO 10993, samt även vietnamesiska nationella standarder, tydligt krav på kemisk sammansättning, mekaniska egenskaper och biokompatibilitetstestning av titanlegeringar som används i medicinska implantat.8-10 Många internationella och inhemska studier har konsekvent rapporterat låg toxicitet, minimal inflammatorisk respons och god osteointegration förknippad med titanbaserade implantat, vilket därmed bekräftar deras kliniska säkerhet och lämplighet för rekonstruktion av benstrukturdefekter.5-7 Under de senaste åren har additiv tillverkning, vanligtvis kallad tredimensionell (3D)-utskrift, framträtt som en stor teknologisk framsteg vid tillverkning av titanlegeringsimplantat. Konventionella tillverkningsmetoder, såsom gjutning, smide eller bearbetning, står ofta inför begränsningar vid produktion av komplexa geometrier och patientspecifika design, särskilt för oregelbundna eller stora benstrukturdefekter.6 Däremot möjliggör 3D-utskriftsteknologier, särskilt laserbaserade tekniker som selektiv lasermetning eller laserpulverbäddssmältning, exakt tillverkning av Ti-6Al-4V-implantat baserat på individuell patientanatomi.11 Genom att använda preoperativa bilddata från datortomografi eller magnetisk resonanstomografi kan personanpassade implantat designas digitalt för att nära matcha defektmorfologin. 12-15 Denna höga designnoggrannhet möjliggör förbättrad implantatpassform, optimerad lastöverföring och införlivande av porösa eller gitterstrukturer som förbättrar beninväxt och biologisk fixering.9,11 Följaktligen erbjuder 3D-utskrivna titanimplantat betydande fördelar vid hantering av komplexa benstrukturdefekter där konventionella implantat kan vara otillräckliga.

Globalt har ett växande antal studier undersökt den kliniska tillämpningen av 3D-utskrivna titanimplantat vid rekonstruktion av benstrukturdefekter och rapporterat uppmuntrande tidiga resultat. Internationella fallserier och kliniska rapporter har beskrivit framgångsrik användning av patientspecifika 3D-utskrivna Ti-6Al-4V-implantat vid bäckenrekonstruktion efter tumörresektion, reparation av kraniofaciala och kraniella defekter, extremitetsbevarande kirurgi och komplexa defekter i fot och ankel.16-19 Dessa studier har demonstrerat acceptabla säkerhetsprofiler, tillfredsställande implantatstabilitet, gynnsam benintegration och förbättring av funktionella utfall under tidiga uppföljningsperioder. Översikter publicerade i internationella ortopediska och biomaterialtidskrifter har betonat fördelarna med personanpassad implantatdesign och porös ytarkitektur för att främja osteointegration och funktionell återhämtning.17 I Vietnam utvecklas forskning och klinisk implementering av 3D-utskriftsteknologi vid benimplantation snabbt, med ökande tillämpning inom kraniofacial kirurgi, ortopedisk trauma och onkologi.20 De flesta inhemska rapporter är dock fortfarande begränsade till tekniska beskrivningar eller isolerade kliniska fall, och prospektiva kliniska studier med standardiserad utvärdering av säkerhet och tidiga utfall är fortfarande bristfälliga.

Trots den växande internationella erfarenheten och de framväxande kliniska tillämpningarna i Vietnam kvarstår flera kritiska luckor som motiverar nödvändigheten av denna studie. Enligt de senaste riktlinjerna från hälsoministeriet, som högt riskmedicintekniska produkter (klass D), krävs att patientspecifika 3D-utskrivna titanimplantat genomgår systematisk klinisk utvärdering över fas I, II och III-försök för att rigoröst demonstrera säkerhet, genomförbarhet och klinisk effektivitet innan bred klinisk implementering.21 Även om preliminära studier i Vietnam har undersökt liknande produkter, är de flesta tillgängliga bevis fortfarande begränsade till isolerade fall eller tekniska rapporter, med brist på prospektiva, systematiskt utformade kliniska studier.22 Dessutom kan skillnader i tillverkningssystem, maskinkonfigurationer, materialhantering och processparametrar mellan produktionsanläggningar avsevärt påverka implantatkvalitet och klinisk prestanda, vilket därmed kräver platspecifika kliniska bevis för att bekräfta att implantat tillverkade vid en given 3D-utskriftslaboratorium är säkra, genomförbara och effektiva hos patienter.23,24 Denna studie är därför nödvändig för att hantera dessa regulatoriska och vetenskapliga krav och generera grundläggande kliniska bevis som stödjer ansvarsfull klinisk översättning av 3D-utskrivna titanimplantat. I detta sammanhang fungerar 3D Medical Technology Laboratory vid VinUniversity som en platspecifik tillverkningsanläggning för patientspecifika 3D-utskrivna implantat, som arbetar i enlighet med internationellt erkända ISO-standarder för medicinteknisk produktion och som har anförtrotts av hälsoministeriet, särskilt avdelningen för vetenskap, teknologi och utbildning, att stödja kliniska utvärderingsaktiviteter.25 Denna studie är därför nödvändig för att hantera dessa regulatoriska och vetenskapliga krav och generera grundläggande kliniska bevis som stödjer ansvarsfull klinisk översättning av 3D-utskrivna titanimplantat producerade inom detta tillverkningssystem.