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北醫(yī)三院3D打印鈦合金多孔內(nèi)

發(fā)布時(shí)間：2022-07-19 18:47:55瀏覽：7026點(diǎn)贊：

現(xiàn)行大段骨缺損治療的理念仍為借助自體

、異體或人工骨移植填充的方式完成骨組織的替代與融合

，即”骨-骨”界面融合

，理論根深蒂固

，而臨床療效欠佳

。北京大學(xué)第三醫(yī)院等科研機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)

，在一項(xiàng)研究工作中采用定制式

3D打印鈦合金多孔內(nèi)植物進(jìn)行大段骨缺損的修復(fù)

，實(shí)現(xiàn)了患者早期肢體功能恢復(fù)及遠(yuǎn)期”內(nèi)植物-骨”界面的可靠融合

，療效顯著提高

。

提升早期及遠(yuǎn)期療效

Article_Bone_1相關(guān)研究論文發(fā)表在Bioactive Materials期刊

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.03.030

該研究工作得到了中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFB1101501）支持。

傳統(tǒng)“骨-骨”融合治療理念

創(chuàng)傷

、感染或腫瘤切除等原因造成的大段骨缺損一直是具有挑戰(zhàn)性的臨床難題

。大約5%-10%的骨折會(huì)延遲愈合或不愈合，而幾乎所有的節(jié)段性骨丟失會(huì)導(dǎo)致骨折不愈合

。在全球范圍內(nèi)

，每年有超過(guò)220萬(wàn)例骨移植手術(shù)用于治療骨科、神經(jīng)外科和牙科的骨缺損

。

然而

，臨床實(shí)踐表明這些治療方法并不理想，有時(shí)甚至并不可靠

。一般通過(guò)Ilizarov手術(shù)進(jìn)行骨搬運(yùn)需要數(shù)月時(shí)間才能愈合

，在此期間患者無(wú)法正常活動(dòng)

。此方法更無(wú)可能用于多節(jié)段脊柱骨骼缺損的治療

。Masquelet技術(shù)和自體血管化皮質(zhì)骨移植的方法有助于增強(qiáng)骨融合，但難以實(shí)現(xiàn)術(shù)后即刻穩(wěn)定

。由于需要大量異體/自體骨作為移植骨材料

，常需另外手術(shù)取骨（如髂骨取骨）。采用鈦網(wǎng)植入骨缺損區(qū)的方法在一定程度上為各種移植材料的應(yīng)用提供了便利

，但其固定作用有限

，且自身也存在容易松動(dòng)、下沉或移位的不足

。實(shí)際上

，在某些解部位，如干骺端

，Ilizarov和Masquelet等技術(shù)也難以應(yīng)用

。

綜上，建立在“骨-骨”融合理念與理論基礎(chǔ)上的各種傳統(tǒng)技術(shù)在治療大段骨缺損時(shí)存在諸多不足或缺陷：治療過(guò)程漫長(zhǎng)，而術(shù)后患者肢體無(wú)論即刻

、早期

，或術(shù)后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)均無(wú)法負(fù)重。

3D打印多孔鈦合金內(nèi)植物

與上述需要大量異體/自體骨填充的方式相比

，應(yīng)用3D打印多孔鈦合金內(nèi)植物修復(fù)重建骨缺損似具有明顯優(yōu)勢(shì)

，首先，可根據(jù)骨缺損的形態(tài)精準(zhǔn)定制植入物與之匹配

，且無(wú)需植骨

；另外，可根據(jù)金屬假體的優(yōu)勢(shì)

，設(shè)計(jì)固定裝置

，實(shí)現(xiàn)內(nèi)植物與相鄰骨骼之間的即刻穩(wěn)定，以使患者做到術(shù)后早期離床活動(dòng)

；再者

，可借助內(nèi)植物的多孔結(jié)構(gòu)特征，吸引相鄰骨組織長(zhǎng)入其中

，最終實(shí)現(xiàn)內(nèi)植物-骨界面的永久融合

。

圖1.3D打印多孔Ti6A14V內(nèi)植物重建4 cm股骨缺損的放射學(xué)和生物力學(xué)分析。(A）植入后1個(gè)月

、3個(gè)月和6個(gè)月的X線圖像（i-iii）植入后1

、3和6個(gè)月的計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像(iv-vi）。藍(lán)色箭頭表示缺損部位或植入物外表面新形成的骨

。(vii)各組的放射學(xué)評(píng)分

。（n=4）(B）處死后1、3和6個(gè)月組的microCT三維重建圖像（i-iii）（灰色表示鈦合金

，綠色表示新生骨）

。(ⅳ) 各組（n=4）內(nèi)植物周?chē)涂變?nèi)區(qū)域骨體積分?jǐn)?shù)的定量結(jié)果。

然而

，應(yīng)用3D打印多孔內(nèi)植物修復(fù)骨缺損（尤其大段骨缺損）的臨床治療效果不僅需要隨訪病例觀察結(jié)果的證實(shí)

，也需要相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果作為佐證。為此

，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了比較深入與系統(tǒng)的探索與研究

。

鑒于傳統(tǒng)“骨-骨”融合方法在治療大段骨缺損方面的缺陷，同時(shí)基于對(duì)大段骨缺損病例進(jìn)行探索性治療的經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果

，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的大段骨缺損修復(fù)重建的技術(shù)與理念：即“內(nèi)植物-骨”界面融合

。

基本思路為：a、采用3D打印多孔鈦合金假體植入骨缺損區(qū)的方式

，將植入假體兩端與相鄰宿主骨連接固定

，實(shí)現(xiàn)患者肢體的即刻（或早期）功能恢復(fù)

；b、將植入假體設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)

，以吸引相鄰骨組織長(zhǎng)入其中及包繞其周?chē)?div id="d48novz" class="flower left">

，?shí)現(xiàn)“內(nèi)植物-骨”界面融合。

圖4.3D打印多孔Ti6Al4V內(nèi)植物重建脊柱骨缺損（病例1）

。(A）（i-vi）術(shù)后1個(gè)月（i）

、3個(gè)月（ii）

、7（個(gè)月iii）

、12個(gè)月（iv）、24個(gè)月（v）和32（vi）個(gè)月的“內(nèi)植物-骨”X線圖像

。藍(lán)色箭頭表示內(nèi)植物與骨界面或內(nèi)植物外表面新生骨

。(B）術(shù)后3個(gè)月（i）、7個(gè)月（ii）

、12個(gè)月（iii）

、28個(gè)月(ⅳ)、32個(gè)月（v）和36個(gè)月（vi）的CT圖像

。藍(lán)色箭頭表示種植體-骨界面或種植體外表面新形成的骨

。

圖5.3D打印多孔Ti6Al4V內(nèi)植物重建股骨缺損（病例2）。末次術(shù)后即刻（A）和植入后2（B）

、5個(gè)月（C）

、8個(gè)月（D）、14個(gè)月（E）和20個(gè)月（F）重建的11cm股骨缺損的X線圖像

。藍(lán)色箭頭表示內(nèi)植物和宿主骨之間的骨整合

。

圖6.3D打印多孔Ti6Al4V內(nèi)植物重建骨盆骨缺損（病例3）。從（A）側(cè)位和（B）前后位拍攝的“內(nèi)植物-骨”復(fù)合體標(biāo)本實(shí)物的照片

。藍(lán)色箭頭所指“內(nèi)植物-骨”界面區(qū)域的位置(C） “內(nèi)植物-骨”界面的組織學(xué)圖像

，顯示新生骨長(zhǎng)入多孔內(nèi)植物孔隙內(nèi)。在（D）正中矢狀面

，（E）冠狀面和（F）橫切面上“內(nèi)植物-骨”接觸區(qū)域的micro-CT圖像

。

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