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
ปรับปรุงประสิทธิภาพระยะต้นและระยะยาว-ระยะ
งานวิจัยที่เกี่ยวข้องซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร 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
ข้อบกพร่องของกระดูกปล้องขนาดใหญ่อันเนื่องมาจากการบาดเจ็บ การติดเชื้อ หรือการผ่าตัดเนื้องอกเป็นปัญหาทางคลินิกที่ท้าทายมาโดยตลอด ประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ -10 เปอร์เซ็นต์ของกระดูกหักพบความล่าช้าในการรวมกันหรือ nonunion และการสูญเสียกระดูกปล้องเกือบทั้งหมดส่งผลให้เกิด nonunion ทั่วโลก มีการปลูกถ่ายกระดูกมากกว่า 2.2 ล้านครั้งต่อปี เพื่อรักษาความบกพร่องของกระดูกในด้านศัลยกรรมกระดูก ศัลยกรรมประสาท และทันตกรรม
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.
อย่างไรก็ตาม การปฏิบัติทางคลินิกแสดงให้เห็นว่าการรักษาเหล่านี้ไม่เหมาะและบางครั้งก็ไม่น่าเชื่อถือด้วยซ้ำ การขนส่งกระดูกผ่านขั้นตอน Ilizarov มักใช้เวลาหลายเดือนในการรักษา ในช่วงเวลานั้นผู้ป่วยไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ตามปกติ วิธีนี้ยังมีโอกาสน้อยที่จะใช้ในการรักษาข้อบกพร่องของโครงกระดูกหลายส่วน-ส่วนต่างๆ ของกระดูกสันหลัง เทคนิค Masquelet และวิธีการปลูกถ่ายกระดูกคอร์เทกซ์ที่หุ้มด้วยหลอดเลือด autologous ช่วยเพิ่มการหลอมรวมของกระดูก แต่การรักษาเสถียรภาพหลังการผ่าตัดในทันทีทำได้ยากมาก เนื่องจากความต้องการกระดูก allogeneic/autologous จำนวนมากเป็นวัสดุปลูกถ่ายกระดูก จึงมักจำเป็นต้องมีการผ่าตัดกระดูกออกเพิ่มเติม (เช่น การกำจัดกระดูกอุ้งเชิงกราน) วิธีการฝังตาข่ายไททาเนียมลงในพื้นที่ที่มีข้อบกพร่องของกระดูกช่วยให้สะดวกสำหรับการใช้วัสดุต่อกิ่งต่างๆ ในระดับหนึ่ง แต่เอฟเฟกต์การตรึงนั้นมีจำกัด และยังมีข้อบกพร่องของการคลายตัว การทรุดตัวหรือการเคลื่อนตัวได้ง่าย อันที่จริง เทคนิคต่างๆ เช่น Ilizarov และ Masquelet ก็ยากที่จะนำไปใช้ในเว็บไซต์ที่แยกจากกัน เช่น metaphysis
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.
บล็อกการพิมพ์ 3 มิติ รากฟันเทียมไททาเนียมที่มีรูพรุน
"Implant-bone" interface fusion
เมื่อเทียบกับวิธีการข้างต้น-ที่กล่าวถึงซึ่งต้องใช้การเติมกระดูกแบบ allogeneic/autologous จำนวนมาก การใช้วัสดุปลูกถ่ายโลหะผสมไททาเนียมที่มีรูพรุนแบบ 3 มิติ-เพื่อซ่อมแซมและสร้างข้อบกพร่องของกระดูกขึ้นใหม่ดูเหมือนจะมีข้อดีที่ชัดเจน ประการแรก รากฟันเทียมสามารถปรับแต่งได้อย่างแม่นยำตามรูปร่างของข้อบกพร่องของกระดูก โดยไม่ต้องใช้การปลูกถ่ายกระดูก นอกจากนี้ ตามข้อดีของการทำเทียมโลหะ อุปกรณ์ตรึงสามารถออกแบบเพื่อให้เกิดความมั่นคงในทันทีระหว่างรากฟันเทียมและกระดูกข้างเคียง เพื่อให้ผู้ป่วยสามารถลุกจากเตียงก่อนเวลาอันควรหลังการผ่าตัด ลักษณะโครงสร้างที่มีรูพรุน ดึงดูดเนื้อเยื่อกระดูกที่อยู่ติดกันให้เติบโต และในที่สุดก็บรรลุการหลอมรวมถาวรของส่วนต่อประสานกระดูก-
รูปที่ 1 การวิเคราะห์ทางรังสีและชีวกลศาสตร์ของรากฟันเทียม Ti6A14V ที่มีรูพรุนที่พิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างข้อบกพร่องที่กระดูกต้นขาขนาด 4 ซม. ขึ้นใหม่ (A) ภาพรังสีเอกซ์-ที่ 1, 3 และ 6 เดือนหลังจากการฝัง (i-iii) ภาพเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ที่ 1, 3 และ 6 เดือนหลังจากการฝัง (iv-vi) . ลูกศรสีน้ำเงินบ่งชี้ว่ากระดูกที่เพิ่งสร้างใหม่ที่บริเวณที่มีข้อบกพร่องหรือบนพื้นผิวด้านนอกของรากฟันเทียม (vii) คะแนนรังสีของแต่ละกลุ่ม (n=4) (B) ภาพการสร้างใหม่ MicroCT 3D (i-iii) ของกลุ่ม 1, 3 และ 6 เดือนหลังจากการเสียสละ (สีเทาหมายถึงโลหะผสมไททาเนียม สีเขียวหมายถึงกระดูกใหม่) (iv) ผลลัพธ์เชิงปริมาณของเศษส่วนของปริมาตรกระดูกใน peri-การปลูกถ่ายและใน-บริเวณฟอรั่มของแต่ละกลุ่ม (n=4)
อย่างไรก็ตาม ผลการรักษาทางคลินิกของการใช้วัสดุปลูกถ่ายที่มีรูพรุนแบบพิมพ์ 3 มิติเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องของกระดูก (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง-ข้อบกพร่องของกระดูกส่วนที่มีขนาดใหญ่) ไม่เพียงแต่ต้องอาศัยการยืนยันผลการสังเกตของกรณีติดตาม-รายเท่านั้น แต่ยังรวมถึง ผลการศึกษาทดลองในสัตว์ที่เกี่ยวข้องเพื่อเป็นหลักฐาน ด้วยเหตุนี้ ทีมวิจัยจึงดำเนินการสำรวจและวิจัยใน-เชิงลึกและเป็นระบบ
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.
รูปที่ 5 3D-พิมพ์รากฟันเทียม Ti6Al4V ที่มีรูพรุนเพื่อสร้างข้อบกพร่องของกระดูกต้นขาขึ้นใหม่ (กรณีที่ 2) X ของข้อบกพร่องของกระดูกต้นขาที่สร้างขึ้นใหม่ 11 ซม. ทันทีหลังการผ่าตัดครั้งสุดท้าย (A) และ 2 (B), 5 เดือน (C), 8 เดือน (D), 14 เดือน (E) และ 20 เดือน (F) หลังการฝังรากเทียม ลูกศรสีน้ำเงินบ่งบอกถึงการรวมกันระหว่างกระดูกเทียมและกระดูกเจ้าบ้าน
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.
เทคโนโลยี GMKJ มีส่วนร่วมอย่างลึกซึ้งในแหล่งกำเนิดแสงที่มีสุขภาพดีและชาญฉลาด โดยให้บริการตลาดด้วยผลิตภัณฑ์และโซลูชันของรังสีอัลตราไวโอเลต UVA UVB UVC LED ผลิตภัณฑ์และโซลูชัน IR LED อินฟราเรด IR LED และมีพันธมิตร-คุณภาพสูงหลายร้อยรายในประเทศและต่างประเทศ ตลาดร่วมกันส่งเสริมการใช้เทคโนโลยีแสงเพื่อสร้างชีวิตที่มีสุขภาพดีและสมาร์ท .
