3D 프린팅 티타늄 그리드 스캐폴드는 하악 분절 결함의 골형성을 촉진합니다

npj 재생의학 8권, 기사 번호: 38(2023) 이 기사 인용

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결함이 있는 끝 부분의 뼈 융합은 중요한 악안면 분절 뼈 결함의 기능적 재구성의 기초입니다. 그러나 현재 이용 가능한 치료법으로는 이 목표를 쉽게 달성하지 못합니다. 따라서 본 연구에서는 하악분절 골결손에서 골융합을 달성하기 위해 골형성을 촉진할 수 있는 충분한 기공과 기본 생체역학적 강도를 갖춘 3D 프린팅 티타늄 그리드 지지체를 제작하는 것을 목표로 했습니다. 임상시험은 2019년 3월 28일 중국 PLA 종합병원 의료윤리위원회(중국 베이징. 승인 번호 S2019-065-01)의 승인 및 감독을 받았으며, 임상시험 등록 플랫폼(등록번호: ChiCTR2300072209). 티타늄 그리드 지지체는 선택적 레이저 용융을 사용하여 제작되었으며 하악 분절 결함이 있는 20마리의 비글견에 이식되었습니다. 동물의 절반은 자가 뼈 칩과 지지체에 포함된 뼈 물질로 처리되었습니다. 나머지 동물에는 추가 충전재가 사용되지 않았습니다. 18개월간 관찰한 후, 개 모델의 방사선 스캐닝과 조직학적 분석을 통해 재생된 뼈의 구멍이 티타늄 격자 지지체로 채워져 있고 뼈의 부러진 끝 부분이 통합된 것으로 나타났습니다. 또한, 3명의 환자가 하악 분절 결함에 유사한 티타늄 그리드 지지체 임플란트로 치료를 받았습니다. 기계적 합병증은 관찰되지 않았으며, 클리닉에서 재건된 환자의 하악골에서도 유사한 뼈 재생이 관찰되었습니다. 이러한 결과는 충분한 기공과 기본적인 생체 역학적 강도를 갖춘 3D 프린팅 티타늄 그리드 지지체가 큰 부분의 하악 뼈 결함에서 뼈 재생을 촉진할 수 있음을 보여주었습니다.

종양, 외상 또는 감염 후 분절 악안면 골 결손의 재건은 임상의, 특히 중요한 분절 골 결손의 경우 여전히 큰 과제로 남아 있습니다. 약 220만 명의 환자가 정형외과, 신경외과, 치과와 관련된 뼈 결함으로 고통받고 있습니다1. 이러한 임상 질환을 치료하기 위해 신연 골형성, 동종 골 이식, 자가 골 이식, 이종 재료 임플란트 등 다양한 전략이 사용되어 왔습니다. 그러나 추가적인 수술 외상, 부족한 기증자 자원 및 다양한 합병증으로 인해 언급된 방법의 임상 적용이 제한됩니다. 조직 공학의 학제간 분야의 최근 발전은 스캐폴드, 생리 활성 물질 및/또는 재생 가능성이 있는 세포 또는 조직을 사용하여 조직 기능을 복원하거나 유지하는 데 중점을 두고 있습니다2. 조직 공학 전략은 플라스틱3, 정형외과4, 악안면외과5 분야에서 활용되어 왔습니다. 조직 이식을 위한 전통적인 조직 공학 프로세스는 세포 및 생체분자와 결합된 생체 외 지지체에 의존합니다2. 손상된 조직 재생을 위한 또 다른 접근법인 현장 조직 공학은 신체의 선천적 재생 잠재력을 활용하여 의도된 기능 부위의 부피 공간으로 조직을 재생합니다. 기존의 생체 외 조직 공학과 비교하여 종자 줄기 세포 수확 및 복잡한 세포 배양 조건 설정은 현장 조직 공학 중에 제거될 수 있습니다. 따라서 현장 접근법은 특히 정형외과나 악안면 응용 분야를 위한 뼈 이식 분야에서 체외 조직 공학 접근법보다 임상적 맥락으로 더 유리하게 해석될 수 있습니다8,9.

이전 연구 결과10,11,12를 바탕으로 우리는 3D 스캐폴드를 사용하여 결함 영역에서 현장 조직 공학 구조물을 제작하려고 시도했으며, 이는 피로에 저항하고 혈관 신생을 위한 충분한 공간을 생성하기 위한 유리한 기계적 특성의 이중 효과를 갖습니다(그림 1). ) . 3D 프린팅의 발전으로 충분한 다공성을 가진 지지체 제작이 가능해졌습니다14,15. 여러 연구자들이 유한 요소 분석(FEA), 생체 역학 테스트 및 시험관 내 실험을 통해 3D 프린팅 지지체의 생체 역학 및 생체 적합성 특성을 분석했습니다. 2011년 83세 여성 환자가 선택적 레이저 용융(SLM) 기술로 제작된 특정 티타늄 턱 보철물 이식을 받은 후, 일련의 임상 연구에서 3D 프린팅 보철물을 사용하여 하악 결손을 재건하려고 시도했습니다17,18,19,20 ,21. 더욱이, 정형외과 연구의 생체 내 실험 및 임상 시험에서는 3D 프린팅 다공성 구조물22 또는 메쉬 지지체23의 기공으로 뼈가 내부로 성장하는 것으로 보고되었습니다. 그러나 부러진 뼈 끝에서 지속적인 뼈 융합은 이 연구에서 조사되지 않았으며 이는 치과 분야에서 후속 치과 임플란트 식립에 중요합니다. 따라서 우리는 동물 실험과 임상 시험에서 3D 프린팅 Ti-grid 지지체를 통해 부러진 뼈 끝에서 지속적인 뼈 융합을 구현하려고 시도했습니다.