3Dプリントチタン合金インプラントの骨成長に対する有効性の評価

この投稿は warrior bear によって 2022-5-13 09:20 に最後に編集されました

はじめに: チタンとチタン合金は、生体適合性が優れているため、整形外科、歯科、口腔病学などの医療分野で広く使用されています。3D プリント技術の統合構築機能を組み合わせることで、チタン合金は複雑な構造と個別のカスタマイズを備えた医療用インプラントに加工できます。 3Dプリントチタン合金インプラントの新モデルは、原材料の無駄を大幅に削減し、労力と時間のコストを節約します。これは従来の処理にはない機能であり、将来的にはより広い開発スペースを持つことになります。
2022年5月11日、アンタークティックベアは、韓国の病院の研究者グループが、患者の顎顔面骨にカスタマイズされた3Dプリントチタン合金インプラントの有効性と安全性を検証するための遡及的研究を実施したことを知りました。
研究期間中に合計 16 人の患者が観察され、全員がさまざまな顎顔面欠損に対する再建手術を受けました。患者にはカスタムメイドのチタンインプラントが装着され、数か月にわたって追跡調査が行われました。
設置された 28 個のインプラントのうち、骨とうまく結合しなかったのは 1 個だけで、その他のインプラントはさまざまな口腔および顎顔面の欠損の治療において満足のいく結果を示しました。
△腫瘍による下顎欠損をチタン合金で再建しました。写真は「Scientific Reports」より。
3D プリントされた顎顔面インプラント<br /> これまで、治療結果を改善するために、患者支援医療機器用の手術ガイドを作成するために 3D プリントが何度も使用されてきました。最近、研究者たちは、患者の頭蓋骨に埋め込むことができる顔面インプラントを作成するために、実験的に 3D プリントを使用し始めました。例えば、テキサス A&M 大学の科学者たちは、手術後に骨細胞の成長を直接促進する新しいタイプの 3D プリントスキャフォールドを開発しました。
より多くの最終用途に目を向けると、ケベック工業研究センター (CRIQ) は、患者固有の下顎インプラントの製造を迅速化するために GE Additive Arcam Q10 3D プリンターを導入し、一方、パウリスタ大学の研究者は、ブラジルの癌生存者のために、右目の構造全体を含む顔面プロテーゼを 3D プリントしました。
カナダ保健省は最近、口腔合併症患者の顔面再建手術に使用されるカスタマイズ可能な顎骨プレートである、カナダ製初の3Dプリント医療インプラントを承認した。
△チタン合金下顎への歯科インプラント。写真は「Scientific Reports」より。
遡及的研究<br /> 自家骨移植またはインプラントは口腔および顎顔面の欠損の治療の主流であり、生体適合性は広いものの、ドナー部位の罹患率、手術の失敗、再手術の難しさなどの問題がある場合があります。
デジタル技術の急速な発展により、口腔外科および顎顔面外科の分野に新たな道が開かれました。3D プリント技術により、特に生体適合性が検証され、歯科インプラントとして使用できるチタン合金材料の手術がより迅速かつ正確になります。
研究で記録された手術で使用された顎顔面チタン合金インプラントは、電子ビーム溶融法 (EBM) と選択的レーザー焼結法 (SLS) のプロセスを使用して 3D プリントされました。合計 28 個のインプラントが 3D プリントされ、16 人の患者の上顎骨 (顔の主要部分)、下顎骨 (下顎)、または頬骨 (頬/乳首) に挿入されました。
これらの患者の中には、女性が 7 人、男性が 9 人おり、年齢は 9 歳から 78 歳まででした。下顎節 5 個、頬骨 9 個、下顎体、下顎角、または顎先 10 個、および上顎領域 4 個を含む合計 28 個の欠損領域に対して手術が行われました。
その後、長期追跡調査が実施され、各患者は8か月から79か月の期間にわたって追跡されました。この研究はチタンインプラントの骨結合に焦点を当てていますが、術後感染、インプラントの位置異常、機能的結果、患者満足度、沈下、インプラント周囲の骨溶解、および発生した合併症も記録しました。
研究の結果、28個のインプラントのうち1個だけが骨と結合しなかったことが判明した。 CBCT分析の結果、手術後6か月で骨癒合率は96.5%でした。この研究では、チタンインプラントの周囲に骨溶解（骨組織が破壊される進行性疾患）や沈着物も見られなかった。
研究によると、試験に参加した患者は、美観的にも機能的にも手術の結果に概ね満足していた。しかし、頬骨再建術を受けた5人の患者のうち2人は、インプラントの外観に満足しなかったため、修正手術を受けた。
△トリーチャーコリンズ症候群の患者の写真。写真は「Scientific Reports」より。
インプラントのレビュー<br /> 3D プリントされたインプラントの骨とインプラントのインターフェースは、安定性が必要かどうかに応じて、メッシュ状または固体になるように設計されています。メッシュチタン合金インプラントの粗い表面は患者の骨に統合される可能性が高いことが判明したため、このインプラントが好まれました。
SLS は、高温焼結でチタンなどの金属を積層造形することができます。ただし、寸法精度が限られており、表面粗さが悪いため、現在、その性能を向上させるためのプロセス改善が行われています。 EBM は、レーザービームではなく電子ビームを使用して材料を焼結または融合します。 SLS とは異なり、EBM は各断面層を選択的にスキャンすることで複雑な形状を製造できます。
EBM で 3D プリントされたインプラントは SLS を使用してプリントされたものよりも高価でしたが、インプラントのインターフェースタイプや 3D プリント方法に関して臨床結果に違いは見られませんでした。
追跡調査の結果、16 人の患者のうち 3 人がネジの破損や審美上の不満などの合併症を経験したことが明らかになりましたが、これらの問題は最終的に解決され、すべての患者が術後に満足のいく回復を示しました。
△再建手術症例の一つ。写真は「Scientific Reports」より。
この研究では、患者の経験に基づいて、3D プリントされたチタン合金の患者固有のインプラントの使用に関するガイドラインを提案しています。つまり、この研究では、このインプラントは顔面骨の連続性欠損、再建された硬組織に限定され、再建の選択肢がない場合、および顔面骨形成手術を受けた患者における以前の過剰な骨処理による軽度または中程度の骨欠損の場合に使用することを推奨しています。
さらに、ガイドラインでは、骨の非対称性の矯正など審美性が重要となる状況や、下顎など機能的な荷重支持機能が必要な領域、歯科インプラントと同時に再建が必要な状況でも、3Dプリントされたチタンインプラントを使用すべきであるとしている。
この研究に関する詳細は、Scientific Reports 誌に掲載された「患者固有の長期持続性チタンインプラントを使用した顎顔面骨欠損の再建」という論文に記載されています。この研究の共著者は、H. Lim、Y. Choi、W. Choi、I. Song、U. Leeです。
関連論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41598-022-11200-0

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