The current concept of large-segment bone defect treatment is still to complete the replacement and fusion of bone tissue by means of autologous, allogeneic or artificial bone graft filling, that is, "bone-bone" interface fusion. The theory is deeply rooted, but the clinical effect is poor. A research team from research institutions such as Peking University Third Hospital used a custom-made 3D-printed titanium alloy porous implant to repair large-segment bone defects in a research work, realizing the patient's early limb function recovery and long-term "implant- Reliable fusion of the "bone" interface, with significantly improved efficacy.
© 3D Science Valley White Paper
Bættu snemma og langtíma-virkni
Tengdar rannsóknargreinar birtar í tímaritinu Bioactive Materials
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.03.030
This research work was supported by the National Key RD Program of the Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China (2016YFB1101501).
block Traditional "bone-bone" fusion treatment concept
Stórir hlutar beinagalla vegna áverka, sýkingar eða æxlisnáms hafa alltaf verið krefjandi klínískt vandamál. Um það bil 5 prósent -10 prósent brota upplifa seinkun á sameiningu eða ósamruna, og næstum allt hlutabundið beinmissi leiðir til ósameiningar. Á heimsvísu eru meira en 2,2 milljónir beinaígræðslu gerðar árlega til að meðhöndla beingalla í bæklunarlækningum, taugaskurðlækningum og tannlækningum.
Classical techniques for the treatment of large bone defects include the Ilizarov technique, the induction of bone regeneration through biofilms (Masquelet technique), autologous vascularized cortical bone grafting, and titanium mesh (filled with autologous or allogeneic bone) implantation techniques. The above treatments have their own characteristics depending on the technology, but they are essentially based on the concept of "bone-bone" fusion, that is, autologous bone, allogeneic bone or artificial bone is transplanted and filled in the defect area, and replaced by bone tissue repair. Complete the connection and fusion of the bones at both ends of the defect area.
Hins vegar, klínísk framkvæmd sýnir að þessar meðferðir eru ekki tilvalin og stundum jafnvel óáreiðanlegar. Beinflutningur í gegnum Ilizarov aðgerðina tekur venjulega nokkra mánuði að gróa, á þeim tíma getur sjúklingurinn ekki hreyft sig eðlilega. Þessi aðferð er enn ólíklegri til að nota til meðhöndlunar á fjölþættum beinagrindargöllum í hrygg. Masquelet tæknin og aðferðin við beinígræðslu í æðum í heilaberki hjálpa til við að auka beinasamruna, en erfitt er að ná stöðugleika strax eftir aðgerð. Vegna þess að þörf er á miklu magni af ósamgena/samgenu beini sem beinígræðsluefni er oft þörf á frekari skurðaðgerð á beinum (svo sem fjarlægingu mjaðmarbeins). Aðferðin við að græða títannetið inn í beinagallasvæðið veitir þægindi fyrir beitingu ýmissa ígræðsluefna að vissu marki, en festingaráhrif þess eru takmörkuð og það hefur einnig þá annmarka að auðvelt sé að losa, sig eða tilfærslu. Reyndar er líka erfitt að beita tækni eins og Ilizarov og Masquelet á ákveðnum aðgreiningarstöðum, eins og frumspeki.
To sum up, various traditional techniques based on the concept and theory of "bone-bone" fusion have many shortcomings or defects in the treatment of large segmental bone defects: the treatment process is long, and the limbs of patients after surgery are not immediately, early, or surgically removed. After a long period of time can not bear weight.
blokk 3D prentar gljúp títanígræðslu
"Implant-bone" interface fusion
Í samanburði við -nefndar aðferðir hér að ofan sem krefjast mikils magns af ósamgena/samgena beinfyllingu, virðist notkun á þrívíddar-prentuðum gljúpum títanblönduígræðslum til að gera við og endurbyggja beingalla hafa augljósa kosti. Í fyrsta lagi er hægt að aðlaga ígræðsluna nákvæmlega í samræmi við lögun beingalla, án þess að þörf sé á beinígræðslu; að auki, í samræmi við kosti málmgerviliðs, er hægt að hanna festingarbúnað til að ná tafarlausri stöðugleika milli vefjalyfsins og aðliggjandi beina, þannig að sjúklingurinn geti farið út úr rúminu snemma eftir aðgerð; Göt burðarvirki sem laða að aðliggjandi beinvef til að vaxa inn í hann og ná að lokum varanlegum samruna ígræðslu-beinviðmótsins.
Mynd 1. Geisla- og lífmekanísk greining á þrívíddarprentuðum gljúpum Ti6A14V ígræðslum til að endurbyggja 4 cm lærleggsgalla. (A) Röntgenmyndir 1, 3 og 6 mánuðum eftir ígræðslu (i-iii) Tölvusneiðmyndir 1, 3 og 6 mánuðum eftir ígræðslu (iv-vi) . Bláar örvar gefa til kynna nýmyndað bein á gallastaðnum eða á ytra yfirborði vefjalyfsins. (vii) Geislafræðileg stig hvers hóps. (n=4) (B) MicroCT 3D endurbyggingarmyndir (i-iii) af hópum 1, 3 og 6 mánuðum eftir fórn (grátt táknar títan ál, grænt táknar nýtt bein). (iv) Magnbundnar niðurstöður úr beinrúmmálshlutfalli í -ígræðslu og í -formum svæðum hvers hóps (n=4).
Hins vegar krefjast klínísk meðferðaráhrif þess að nota þrívíddarprentuð gljúp ígræðslu til að gera við beinagalla (sérstaklega stóra-beingalla) ekki aðeins staðfestingar á athugunarniðurstöðum-eftirfylgni, heldur einnig niðurstöður viðeigandi dýratilraunarannsókna sem sönnunargögn. Í þessu skyni framkvæmdi rannsóknarteymið ítarlegar og kerfisbundnar rannsóknir og rannsóknir.
Figure 2. Biomechanical analysis of 3D printed porous Ti6A14V implants for reconstruction of 4 cm femoral defects. (A) Three-point flexural strength of each group of samples (n = 4) (B) Stress distribution of the "implant-bone" complex at (ii) 1000 N, (iv) 2000 N and (vi) 3000 N. Displacement distribution of the "implant-bone" complex at (i) 1000N, (iii) 2000N and (v) 3000N. (p<0.01,><>
In view of the shortcomings of the traditional "bone-bone" fusion method in the treatment of large-segment bone defects, and based on the experience of exploratory treatment of large-segment bone defects and the results of relevant animal experiments, the research team proposed a new large-segment bone defect. The technology and concept of bone defect repair and reconstruction: "implant-bone" interface fusion.
Figure 3. Histological analysis of 3D-printed porous Ti6A14V implants for reconstruction and repair of 4 cm long femoral defects. (A) Goldner's trichrome staining (i-iii) of 1, 3 and 6 month groups. (iv) Quantitative results of implant-bone growth and implant-bone contact rates in the three groups. (v) The ratio of mineralized bone to osteoid in each group (n = 10). (B) Fluorescent labeling of new bone around the implant and in the pores. (White arrows indicate titanium columns, green and yellow bands indicate calcein- and tetracycline-labeled new bone, respectively). (i) Osseointegration around the implant in the 1-, (iii) 3- and (v) 6-month groups. (ii) 1-, (iv) 3-, (vi) osseointegration in plant pores in 6-month groups.
The basic idea is: a. The 3D printed porous titanium alloy prosthesis is implanted into the bone defect area, and the two ends of the implanted prosthesis are connected and fixed with the adjacent host bone, so as to realize the immediate (or early) functional recovery of the patient's limb; b . The implanted prosthesis is designed as a porous structure to attract adjacent bone tissue to grow into it and surround it to achieve "implant-bone" interface fusion.
Figure 4. 3D printing of porous Ti6Al4V implants to reconstruct spinal bone defects (case 1). (A) (i-vi) 1 month (i), 3 months (ii), 7 (months iii), 12 months (iv), 24 months (v) and 32 (vi) postoperatively "Implant-bone" X-ray image of Moon. Blue arrows indicate the implant-bone interface or new bone on the outer surface of the implant. (B) CT images at 3 months (i), 7 months (ii), 12 months (iii), 28 months (iv), 32 months (v) and 36 months (vi) after surgery. Blue arrows indicate the implant-bone interface or newly formed bone on the outside of the implant.
Of course, if the porous structure of the implant grows through the bone tissue, it is ideal to form a "bone-bone" fusion, but it is difficult to become a reality. However, when the two ends of the implant prosthesis are effectively fused with the host bone at a distance of several millimeters, it can already meet the needs of the patient to restore the motor function of the limb. The research team applied the 3D-printed porous titanium alloy implants made by electron beam melting (EBM) technology to the clinical treatment of a group of large-segment bone defects, and achieved better than expected results. At the same time, the research team used the small-tailed Han sheep to create a long-segment femoral defect model to study the osseointegration characteristics of this method, and to provide a supporting basis for the treatment effect of clinical cases.
Mynd 5. 3D-prentað gljúpt Ti6Al4V vefjalyf til að endurbyggja lærleggsgalla (tilvik 2). X af endurgerðum 11 cm lærleggsgalla strax eftir síðustu aðgerð (A) og 2 (B), 5 mánuðum (C), 8 mánuðum (D), 14 mánuðum (E) og 20 mánuðum (F) eftir ígræðslulínumynd. Bláar örvar gefa til kynna beinsamþættingu milli vefjalyfs og hýsilbeins.
Figure 6. 3D-printed porous Ti6Al4V implant to reconstruct pelvic bone defect (case 3). Photographs of the actual "implant-bone" complex specimen taken from (A) lateral and (B) anteroposterior views. The location of the "implant-bone" interface area indicated by the blue arrow (C) Histological image of the "implant-bone" interface, showing new bone growing into the porous implant pores. Micro-CT images of the "implant-bone" contact area in (D) midsagittal plane, (E) coronal plane and (F) transverse plane.
In this study, the research team successfully treated large segmental bone defects caused by various etiologies by 3D printing porous titanium alloy implants without using autologous/allogeneic bone grafts or any osteoinductive agents. immediate and long-term biomechanical stability. Animal experiments have shown that bone can grow into the pores to a certain extent and gradually remodel, so that the "implant-bone" complex can achieve long-term mechanical stability. In addition, this study also proposes a new "implant-bone" interface fusion concept for the treatment of large segmental bone defects, which is different from the traditional "bone-bone" fusion concept.
GMKJ Technology er mjög þátttakandi í heilbrigðum og snjöllum ljósgjöfum, veitir markaðnum alhliða útfjólubláa UVA UVB UVC LED, innrauða IR LED VCSEL vörur og lausnir og hefur hundruð hágæða samstarfsaðila í innlendum og erlendum markaðir til að stuðla sameiginlega að notkun ljóstækni til að skapa heilbrigt og snjallt líf. .
