抗生物質を配合した 3D プリント多孔質タンタル人工器官が、関節感染症の患者に希望をもたらします。

出典：大連大学付属中山病院

張さん（仮名）は65歳の男性で、27年前に外傷により左股関節の手術を受けました。その後、彼は繰り返し感染症に苦しみ、内固定の除去、デブリードマンとドレナージ、インプラントの破裂など、左股関節の手術を複数回受けました。当院に治療に来られた当時、張さんは大腿骨頭欠損、左下肢短縮、寛骨臼欠損、左股関節硬直を患っており、日常生活に深刻な支障をきたしていました。張さんは痛みのため、半年間寝たきりの状態でした。さらに、患者が入院したとき、赤血球沈降速度やCRPなどの炎症指標が正常値よりも高く、未解決の感染症のリスクがあり、次の手術後に感染症が再発するリスクが高かった。

慢性関節感染症は、細菌によって引き起こされる慢性炎症プロセスであり、骨の破壊を伴います。繰り返される炎症と長期にわたる感染により、筋萎縮、病的骨折、四肢の短縮または変形、さらには関節拘縮、硬直、運動障害など、患者の四肢機能に重大な影響を及ぼします。そのため、慢性関節感染症は一度発症すると複数回の治療が必要になることが多く、病状が長く治癒が困難なため、患者に大きな肉体的・精神的苦痛を与え、患者の家族や社会に大きな負担をかけます。

現在、慢性関節感染症の臨床治療では、通常、外科的治療と全身的/局所的な抗生物質治療を組み合わせた治療が採用されています。抗生物質治療に関しては、まず第一に、適切な細菌感受性を持つ抗生物質を選択する必要があり、第二に、治療効果を得るためには、治療期間全体を通じて、抗生物質を十分な阻害濃度の血清レベルに維持する必要があります。つまり、慢性感染症の治療には、薬の種類だけでなく、感染部位に薬を届ける方法も必要です。患部への血液供給が不十分な場合が多いため、抗生物質を全身投与しても患者の患部に十分な有効血中濃度を形成できず、治療効果が低下します。

この問題を解決するために、趙徳偉教授のチームは、抗生物質を充填した3Dプリント多孔質タンタル金属プロテーゼを開発しました。これにより、抗生物質の細胞に対する毒性副作用と体内の骨形成に対する阻害効果を軽減できるだけでなく、感染部位の骨再生を改善することもできます。局所投薬により、患者の部位に十分な薬物濃度が形成され、患者の部位の細菌を殺すことができ、慢性関節感染症の治療に新しいアイデアを提供します。趙徳偉氏と彼のチームは長年にわたり骨髄炎と癒合不全の臨床治療と基礎研究に取り組んでおり、新しい骨修復材料の基礎研究開発と臨床への転換を主導し、多くの研究論文を発表し、骨と関節の感染症との闘いに多大な貢献をしてきました。

趙徳偉教授のチームは、術前に慎重に話し合った後、張さんのために3Dプリントした多孔質タンタル金属人工股関節をカスタマイズし、その多孔質構造を利用して抗生物質を運び、第一段階の人工関節置換手術を完了する計画を立てた。この手術の利点は、股関節再建を一段階で完了し、患者の股関節の可動性を回復させるだけでなく、抗生物質を局所的に長期間効果的に放出して感染症を治療し、感染の再発を防ぐことができることです。

趙徳偉教授は、手術前に設計された人工関節の位置と角度に従って、バンコマイシンを運ぶ生分解性人工骨の技術を使用して、股関節周囲に安定した抗炎症効果を発揮する3Dプリント多孔質タンタル人工関節を張さんに取り付けることに成功しました。張さんの手術から7ヶ月が経ちました。股関節の痛みは完全に消え、最も心配していた感染症も発生していません。術後の経過観察における感染指標はすべて正常範囲内です。
3D プリントされた多孔質タンタル人工股関節の利点:

1. 多孔構造は薬剤の充填に適しています。プロテーゼの多孔構造は敏感な薬剤を内部に運ぶことができ、ゆっくり分解する材料を使用して薬剤をゆっくりと放出するため、患部は長時間にわたって有効な薬剤濃度に達することができ、長期の全身投薬による他の臓器への副作用を軽減します。

2. 多孔質構造は骨の成長を促進します。多孔質構造の多孔性と空間構造は骨の成長を促進する骨梁構造を模倣しています。多孔質構造が薬剤を放出して感染を抑制すると同時に、骨が多孔質構造内に成長して人工関節と骨が一体化し、真の生物学的固定が達成され、人工関節が緩むのを防ぎます。

3. 3D プリントはパーソナライズされた精密な設計を提供します: 人工関節のサイズと多孔質構造のパラメータは、患者の骨と感染状態に応じてパーソナライズされます。多孔質構造は、人工関節の強度と、薬剤の充填と骨の成長の利便性の両方を考慮する必要があります。したがって、各人工関節は、正確な設計と生体力学的テストを受ける必要があります。

抗生物質を配合した 3D プリント多孔質タンタル人工器官が、関節感染症の患者に希望をもたらします。

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