3D プリントチタングリッド足場は下顎の分節欠損における骨形成を促進します

Feb 07, 2024

npj 再生医療第 8 巻、記事番号: 38 (2023) この記事を引用

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欠損端の骨癒合は、重大な顎顔面部分骨欠損の機能的再構築の基礎です。しかし、現在利用可能な治療法ではこの目標を簡単に達成することはできません。したがって、この研究は、下顎分節骨欠損における骨癒合を達成するために、骨形成を促進するのに十分な細孔と基本的な生体力学的強度を備えた 3D プリントチタングリッド足場を作製することを目的としました。この臨床試験は、2019 年 3 月 28 日に中国人民解放軍総合病院 (中国、北京、承認番号 S2019-065-01) の医倫理委員会によって承認および監督され、臨床試験登録プラットフォームに登録されました (登録番号: ChiCTR2300072209)。選択的レーザー溶解を使用してチタングリッド足場を製造し、下顎部分欠損のある20頭のビーグル犬に移植しました。動物の半数は、自家骨片と足場に組み込まれた骨物質で治療されました。残りの動物には追加の詰め物は使用されませんでした。 18か月の観察後、イヌ科モデルの放射線スキャンと組織学的分析により、再生骨の孔がチタン格子の足場で満たされ、骨の折れた端が統合されていることが明らかになった。さらに、3 人の患者が下顎の部分欠損に対して同様のチタングリッド足場インプラントで治療されました。機械的合併症は観察されず、クリニックで再建された患者の下顎骨でも同様の骨再生が観察されました。これらの結果は、十分な細孔と基本的な生体力学的強度を備えた 3D プリントチタングリッド足場が、大部分の下顎骨欠損における骨再生を促進できることを実証しました。

腫瘍、外傷、または感染症後の顎顔面部分骨欠損の再建は、臨床医にとって、特に重大な部分骨欠損の場合、依然として大きな課題です。約 220 万人の患者が、整形外科、脳神経外科、または歯科に関連する骨欠損に苦しんでいます1。このような臨床症状を治療するために、伸延骨形成、同種異系骨移植、自家骨移植、異種材料インプラントなどのさまざまな戦略が使用されてきました。しかし、追加の外科的外傷、不十分なドナーリソース、およびさまざまな合併症により、前述の方法の臨床応用が制限されます。組織工学の学際的な分野における最近の発展は、足場、生理活性物質、および/または再生の可能性のある細胞や組織を使用して組織機能を回復または維持することに焦点を当てています2。組織工学戦略は、プラスチック 3、整形外科 4、および顎顔面外科 5 の分野で利用されています。組織移植のための従来の組織工学プロセスは、細胞および生体分子と組み合わせた体外足場に依存しています2。損傷した組織を再生するためのもう 1 つのアプローチである in situ 組織工学では、身体の生来の再生能力を活用して、目的の機能部位の体積空間で組織を再生します。従来の ex vivo 組織工学と比較して、in situ 組織工学では種子幹細胞の採取と複雑な細胞培養条件の確立を省略できます。したがって、in situ アプローチは、特に整形外科 7 または顎顔面用途 8,9 の骨移植の分野では、生体外組織工学的アプローチ 6 よりも臨床状況に有利に変換できます。

これまでの発見10、11、12に基づいて、我々は3D足場を使用して、疲労に耐え、血管新生のための十分な隙間を作り出す好ましい機械的特性の二重の効果を備えた、欠損領域での組織工学構造をその場で作製することを試みた13（図1）。）。 3D プリンティングの開発により、十分な多孔性を備えた足場の製造が可能になりました 14,15。複数の研究者が、有限要素解析 (FEA)、生体力学試験、および in vitro 実験を通じて 3D プリンティング足場の生体力学および生体適合性特性を分析しました 16、17、18、19、20。 2011 年に 83 歳の女性患者が選択的レーザー溶解（SLM）技術で製造された特定のチタン製顎プロテーゼの移植を受けた後、一連の臨床研究で 3D プリンティングプロテーゼを使用して下顎欠損の再建が試みられました 17、18、19、20。、21。さらに、in vivo では、整形外科研究による実験や臨床試験で、3D プリンティングの多孔質構造 22 またはメッシュ足場 23 の孔への骨の内方成長が報告されています。しかし、これらの研究では、歯科分野におけるその後の歯科インプラント埋入にとって重要である、折れた骨端からの連続的な骨癒合については調査されていませんでした。そこで、動物実験や臨床試験において、3DプリントTiグリッド足場を用いて骨折端からの連続的な骨癒合の実現を試みました。

200 µm are more suitable for the formation of unmineralized and fully mineralized bone tissues. For example, bone formation requires a minimum pore size of 100–150 µm, whereas t vascularization requires pores >300 µm. Generally, a pore size of 50–1000 µm is recommended for cell growth and full recovery./p>2 years) were used in this study. Before scaffold implantation, unilateral molars and premolars of beagle dogs were extracted under general anesthesia with pentobarbital (3%, 30 mg/kg, Merck Drugs & Biotechnology, Germany) intravenous injection, and endotracheal intubation with 2% sevoflurane anesthesia, analgesia was performed by intramuscular injection with Bucinazine hydrochloride (4 mg/kg) for 3 days post-operation. Moreover, antibiotics (ampicillin, 12.5 mg/kg, China) were administered for five days to avoid infection after surgery. Three months after tooth extraction, spiral CT (Philips Brilliance iCT, Philips, Netherlands) of the mandibular region of the beagle dogs was performed under general anesthesia. According to the above procedure, the DICOM datum was used for scaffold design and optimization./p>

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