3Dプリント技術が脊椎手術の発展を促進

西安交通大学医学部副学部長、元西安交通大学第二付属病院院長の何希静教授は、長年にわたり脊椎手術の臨床診断と治療に従事し、可動性人工椎体の開発と臨床応用研究、脊椎バイオメカニクス研究、脊髄損傷治療のための細胞移植の臨床応用研究、および関連する臨床基礎研究において多くの革新的な成果を上げてきました。

1. 3Dプリントによるパーソナライズ人工頸椎の研究開発 頸椎症の臨床診断と治療において、何希静教授は長期の臨床追跡調査を通じて、頸部チタンケージ移植手術を受けた患者の椎体崩壊率が90％にも達することを発見した。重度の椎体崩壊は、手術後に持続的な首の痛み、首の動きの制限、頸部の変形など一連の合併症を引き起こし、患者の通常の生活と仕事に深刻な影響を及ぼす可能性がある。

関連する臨床研究および生体力学研究により、従来のチタンケージの設計と製造における欠陥が、チタンケージ移植後の椎体崩壊の重要な原因であることが判明しました。第一に、従来のチタンケージと椎体との接触面積が小さすぎ、ほとんど点接触に限定されているため、椎体終板にかかる力が不均一になります。第二に、従来の手術では、手術中にトリミングされるチタンケージに依存しており、両端が上部および下部の椎体の終板にぴったりとフィットすることが困難です。さまざまな患者の頸椎の解剖学的特徴に応じて、3Dプリント技術を使用して「パーソナライズされたチタンケージ」を加工し、従来のチタンケージの上記の2つの欠点を効果的に解決する方法を提供します。

各患者の頸椎解剖学的パラメータに基づき、コンピュータ支援ソフトウェア設計の助けを借りて、より大きな接触面積と対応するエンドプレートとのより緊密なフィット感を備えた「パーソナライズされたチタンケージ」を設計することができ、これにより、癒合した頸椎セグメントがより安定した生体力学的環境を得ることができるようになります。

2015年9月以来、何希静教授は金属3Dプリント技術を使用して、頸椎手術における椎骨構造の再建のためのパーソナライズされた人工チタンケージを加工しています。3Dプリントされたパーソナライズされたチタンケージは、上部および下部の椎骨終板との接触面積が大きく、チタンケージの高さは患者の頸椎の解剖学的構造とより一致しています。術後のX線検査により、「パーソナライズされたチタンケージ」が患者の頸椎の上部と下部の終板にぴったりとフィットしていることが明らかになりました。 200例以上の臨床応用を経て、追跡データにより、チタンケージの崩壊などの合併症の発生率は約10％であることが確認されており、これは従来のチタンケージ骨移植手術の崩壊率（約90％）よりも大幅に低いものです。同時に、上頸椎変形の患者向けには、経口アプローチと金属 3D プリントされた前方環軸椎固定チタンプレートが設計されており、患者に良好な術後結果をもたらします。

2. 可動式人工頚椎（人工椎体・椎間板複合体）の研究開発 頸椎固定技術の既存の問題と研究ニーズに応えて、何希静教授の研究チームは、椎体部分切除後に可動式人工椎体・椎間板複合体を移植し、椎体運動ユニットの機能を再構築するという概念を提案した。成熟度が増す金属3Dプリント技術を組み合わせ、頸椎の安定性を再構築し、椎間板の動きも維持できる非癒合性頸椎プロテーゼ、すなわち人工椎体椎間板複合体（モバイル型人工頸椎プロテーゼ）を設計しました。モバイル型人工頸椎プロテーゼの安全性と有効性を検証するために、生物学的安全性、安定性、摩擦特性、組織適合性などに関する詳細な研究が実施されました。

この人工関節は、固定手術によって生じる頸椎の運動機能の喪失の問題を解決し、隣接部分の変性の発生を防ぎ、患者の生活の質を向上させます。可動式人工頸椎プロテーゼの開発により、頸椎の安定性を回復し、椎間板の動きを維持し、隣接部分へのストレスと可動性を軽減し、頸椎の長期的な生体力学的安定性を維持することができます。現在までに、可動式人工頚椎関節置換術が 1 件成功しており、権威ある機関の調査によると、この技術は世界初とのことです。また、この研究プロジェクト「脊髄機能再建のための3Dプリント技術の臨床応用と関連研究」は、2017年に陝西省科学技術賞一等賞を受賞しました。

3.人工環椎歯状関節の研究開発 上部頸椎の場合、従来の環軸椎固定術では頸椎の回転機能のほとんどが失われ、患者の生活の質に影響を及ぼします。そのため、アトラスの機能をいかに保存するかが、国内外の多くの専門家や学者によって提案されてきました。この目標を達成するには、非収束型テクノロジーの適用が必要です。しかし、近年開発された非固定技術である頚椎人工椎間板は、環椎と軸椎の特殊な構造上、使用することができません。したがって、この問題を解決する鍵は、環軸関節の構造特性に基づいて環軸関節可動性人工関節の特殊な構造を開発し、環軸関節非固定技術のニーズを満たすことです。

特殊な構造、上部頸椎の位置、隠れた位置、複雑な隣接構造のため、義肢の構造設計にはより高い要件が課せられます。何希静教授のチームは、長期にわたる頸椎疾患の臨床治療を基に、脊椎の非癒合理論から出発し、バイオニクスの原理を応用して、環軸椎関節と同様の機能を持つ人工関節を設計し、完全な手術計画も設計しました。経口環軸椎減圧手術を行うと同時に、人工関節置換術を行い、環軸椎関節の回転機能を保持し、頸椎の回転可動域を回復しました。同時に、安定性を実現し、患者の生活の質を向上させることができました。人工関節は、摩耗や骨の保持力が弱いなどの欠点があることが多く、体内では疲労骨折、インプラント周囲の骨吸収、インプラントの緩みなどの合併症が頻繁に発生します。

3Dプリント人工環歯関節材料の表面を加工することで、生体内に移植された後の人工関節の保持力を高めることができ、人工関節の耐用年数を延ばし、患者が再手術を受ける可能性を減らすか、完全になくすことができます。プロジェクトの初期段階では、人間の死体標本と犬やヤギなどの直立首動物の人工環椎関節置換に関する研究が行われ、研究の結果、設計された人工環椎関節は、正常な生理学的状態における頸椎の可動域を基本的に満たし、生体適合性も良好であることが確認されました。

4. 脊髄損傷の治療のための自家嗅覚鞘細胞移植に関する研究 何希静教授の研究チームは、副鼻腔内視鏡を用いて嗅粘膜の嗅鞘細胞を増幅・精製し、患者自身の嗅粘膜を採取するという、シンプルで科学的かつ実用的な方法を確立し、脊髄損傷の治療における嗅鞘細胞移植技術の標準化を達成した。自家嗅神経鞘細胞移植は、材料の入手が容易で十分であり、患者に受け入れられやすく、胚や同種組織の使用に伴う道徳的、倫理的、法的問題や免疫拒絶反応を伴わないことから、脊髄損傷に対する新しい有効な治療法となることが期待されています。研究プロジェクト「脊髄損傷関連疾患の細胞保護、機能回復および治療の鍵となる技術」は、2013年に陝西省科学技術賞一等賞を受賞した。

専門家プロフィール 西安交通大学医学部主任医師、博士課程指導者、副学部長、西安交通大学第二付属病院元院長の何希静医師。彼は国家重点臨床専門分野の分野リーダーであり、陝西省三琴学者イノベーションチームの分野リーダーでもあります。また、中国病院協会の常務理事、中国健康情報学会電子カルテおよび病院情報化委員会副委員長、国際神経修復学会副委員長、中国医師協会神経修復専門委員会委員長、中国医師協会整形外科リハビリテーション委員会副委員長、中国医薬バイオテクノロジー協会3Dプリント技術支部副委員長、中国リハビリテーション医学協会の常務理事、中国身体障害者リハビリテーション協会脊髄損傷リハビリテーション専門委員会副委員長、中国医師会陝西支部整形外科委員会副委員長、脊椎委員会副委員長、中国リハビリテーション医学協会陝西支部会長も務めている。

何希静教授は長年、脊椎手術の臨床診断と治療に従事しており、頸椎前後手術、重度の脊髄圧迫を治療する胸腰椎骨切り術、変形手術を得意としています。嗅覚鞘細胞移植の脊髄損傷治療への応用の臨床とメカニズムの研究、上部頸椎の除圧固定の非固定法の探索と研究、人工前方頸椎可動固定の前臨床研究を担当しています。彼は、国家自然科学基金プロジェクト 4 件を含む 20 件以上の国家、省、省レベルのプロジェクトに携わり、陝西省科学技術進歩賞で 1 等賞を 2 回、2 等賞を 3 回受賞しました。彼は20件以上の国際および国内発明特許を取得し、SCIに掲載された17件以上を含む470件以上の学術論文を発表し、140人以上のポスドク、博士課程および修士課程の学生を指導しました。

出典：科学技術の成果に焦点を当てる

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