The current concept of large-segment bone defect treatment is still to complete the replacement and fusion of bone tissue by means of autologous, allogeneic or artificial bone graft filling, that is, "bone-bone" interface fusion. The theory is deeply rooted, but the clinical effect is poor. A research team from research institutions such as Peking University Third Hospital used a custom-made 3D-printed titanium alloy porous implant to repair large-segment bone defects in a research work, realizing the patient's early limb function recovery and long-term "implant- Reliable fusion of the "bone" interface, with significantly improved efficacy.
© 3D Science Valley White Paper
ابتدائی اور طویل مدتی-افادیت کو بہتر بنائیں
متعلقہ تحقیقی مقالے جرنل بائیو ایکٹیو میٹریلز میں شائع ہوئے۔
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.03.030
This research work was supported by the National Key RD Program of the Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China (2016YFB1101501).
block Traditional "bone-bone" fusion treatment concept
صدمے، انفیکشن، یا ٹیومر کی چھان بین کی وجہ سے ہڈیوں کے بڑے حصے کی خرابیاں ہمیشہ سے ایک چیلنجنگ طبی مسئلہ رہا ہے۔ تقریباً 5 فیصد -10 فیصد فریکچر تاخیر سے یونین یا نان یونین کا تجربہ کرتے ہیں، اور تقریباً تمام سیگمنٹل ہڈیوں کے نقصان کا نتیجہ نان یونین میں ہوتا ہے۔ دنیا بھر میں، آرتھوپیڈکس، نیورو سرجری، اور دندان سازی میں ہڈیوں کے نقائص کے علاج کے لیے سالانہ 2.2 ملین سے زیادہ ہڈیوں کے گرافٹس کیے جاتے ہیں۔
Classical techniques for the treatment of large bone defects include the Ilizarov technique, the induction of bone regeneration through biofilms (Masquelet technique), autologous vascularized cortical bone grafting, and titanium mesh (filled with autologous or allogeneic bone) implantation techniques. The above treatments have their own characteristics depending on the technology, but they are essentially based on the concept of "bone-bone" fusion, that is, autologous bone, allogeneic bone or artificial bone is transplanted and filled in the defect area, and replaced by bone tissue repair. Complete the connection and fusion of the bones at both ends of the defect area.
تاہم، کلینیکل پریکٹس سے پتہ چلتا ہے کہ یہ علاج مثالی نہیں ہیں اور بعض اوقات ناقابل اعتبار بھی ہیں۔ Ilizarov طریقہ کار کے ذریعے ہڈیوں کی نقل و حمل میں عام طور پر ٹھیک ہونے میں کئی مہینے لگتے ہیں، اس دوران مریض معمول کے مطابق حرکت کرنے سے قاصر رہتا ہے۔ اس طریقہ کو ریڑھ کی ہڈی کے کثیر-علاج کنکال کے نقائص کے علاج کے لیے استعمال کیے جانے کا امکان بھی کم ہے۔ Masquelet تکنیک اور آٹولوگس ویسکولرائزڈ کارٹیکل بون گرافٹنگ کا طریقہ ہڈیوں کے فیوژن کو بڑھانے میں مدد کرتا ہے، لیکن آپریشن کے بعد فوری استحکام حاصل کرنا مشکل ہے۔ بون گرافٹ میٹریل کے طور پر ایلوجینک/آٹولوگس ہڈی کی ایک بڑی مقدار کی ضرورت کی وجہ سے، اضافی جراحی سے ہڈیوں کو ہٹانا (جیسے iliac ہڈی ہٹانا) کی ضرورت ہوتی ہے۔ ٹائٹینیم میش کو ہڈیوں کی خرابی والے حصے میں لگانے کا طریقہ مختلف گرافٹ میٹریل کو ایک خاص حد تک استعمال کرنے کی سہولت فراہم کرتا ہے، لیکن اس کا فکسشن اثر محدود ہے، اور اس میں آسانی سے ڈھیلے ہونے، کم ہونے یا نقل مکانی کی خامیاں بھی ہیں۔ درحقیقت، الیزاروف اور ماسکیلیٹ جیسی تکنیکوں کا اطلاق کچھ جداگانہ جگہوں پر کرنا بھی مشکل ہوتا ہے، جیسے کہ مابعدالطبیعات۔
To sum up, various traditional techniques based on the concept and theory of "bone-bone" fusion have many shortcomings or defects in the treatment of large segmental bone defects: the treatment process is long, and the limbs of patients after surgery are not immediately, early, or surgically removed. After a long period of time can not bear weight.
بلاک 3D غیر محفوظ ٹائٹینیم امپلانٹس پرنٹ کرتا ہے۔
"Implant-bone" interface fusion
مندرجہ بالا-مذکورہ طریقوں کے مقابلے میں جن میں بڑی مقدار میں اللوجینک/آٹولوگس ہڈیوں کی بھرائی کی ضرورت ہوتی ہے، ہڈیوں کے نقائص کی مرمت اور تعمیر نو کے لیے 3D-پرنٹ شدہ پورس ٹائٹینیم الائے امپلانٹس کے استعمال کے واضح فوائد ہیں۔ سب سے پہلے، ایمپلانٹس کو بون گرافٹ کی ضرورت کے بغیر، ہڈیوں کی خرابی کی شکل کے مطابق ٹھیک ٹھیک بنایا جا سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، دھاتی مصنوعی اعضاء کے فوائد کے مطابق، امپلانٹ اور ملحقہ ہڈیوں کے درمیان فوری استحکام حاصل کرنے کے لیے ایک فکسیشن ڈیوائس ڈیزائن کی جا سکتی ہے، تاکہ مریض سرجری کے بعد جلد ہی بستر سے باہر نکل سکے۔ غیر محفوظ ساختی خصوصیات، ملحقہ ہڈیوں کے بافتوں کو اس میں بڑھنے کے لیے راغب کرتی ہیں، اور آخر میں امپلانٹ-ہڈی کے انٹرفیس کے مستقل فیوژن کو حاصل کرتی ہیں۔
تصویر 1. 4 سینٹی میٹر فیمورل خرابی کی تشکیل نو کے لیے 3D پرنٹ شدہ غیر محفوظ Ti6A14V امپلانٹس کا ریڈیولاجیکل اور بائیو مکینیکل تجزیہ۔ (A) امپلانٹیشن کے 1، 3 اور 6 ماہ بعد ایکس رے کی تصاویر . نیلے تیر عیب والی جگہ یا امپلانٹ کی بیرونی سطح پر نئی بنی ہوئی ہڈی کی نشاندہی کرتے ہیں۔ (vii) ہر گروپ کا ریڈیولاجیکل اسکور۔ (n=4) (B) مائیکرو سی ٹی 3D تعمیر نو کی تصاویر (i-iii) گروپ 1، 3، اور قربانی کے 6 ماہ بعد (گرے رنگ ٹائٹینیم الائے کی نشاندہی کرتا ہے، سبز نئی ہڈی کی نشاندہی کرتا ہے)۔ (iv) ہر گروپ کے پیری-ایمپلانٹ اور-فورم والے علاقوں میں ہڈیوں کے حجم کے حصے کے مقداری نتائج (n=4)۔
تاہم، ہڈیوں کے نقائص (خاص طور پر بڑے-حصے کی ہڈیوں کے نقائص) کو ٹھیک کرنے کے لیے 3D پرنٹ شدہ غیر محفوظ امپلانٹس کے استعمال کے طبی علاج کے لیے نہ صرف پیروی کے معاملات کے مشاہدے کے نتائج کی تصدیق کی ضرورت ہوتی ہے، بلکہ متعلقہ جانوروں کے تجرباتی مطالعے کے نتائج بطور ثبوت۔ اس مقصد کے لیے، تحقیقی ٹیم نے گہرائی میں اور منظم تحقیق اور تحقیق کی۔
Figure 2. Biomechanical analysis of 3D printed porous Ti6A14V implants for reconstruction of 4 cm femoral defects. (A) Three-point flexural strength of each group of samples (n = 4) (B) Stress distribution of the "implant-bone" complex at (ii) 1000 N, (iv) 2000 N and (vi) 3000 N. Displacement distribution of the "implant-bone" complex at (i) 1000N, (iii) 2000N and (v) 3000N. (p<0.01,><>
In view of the shortcomings of the traditional "bone-bone" fusion method in the treatment of large-segment bone defects, and based on the experience of exploratory treatment of large-segment bone defects and the results of relevant animal experiments, the research team proposed a new large-segment bone defect. The technology and concept of bone defect repair and reconstruction: "implant-bone" interface fusion.
Figure 3. Histological analysis of 3D-printed porous Ti6A14V implants for reconstruction and repair of 4 cm long femoral defects. (A) Goldner's trichrome staining (i-iii) of 1, 3 and 6 month groups. (iv) Quantitative results of implant-bone growth and implant-bone contact rates in the three groups. (v) The ratio of mineralized bone to osteoid in each group (n = 10). (B) Fluorescent labeling of new bone around the implant and in the pores. (White arrows indicate titanium columns, green and yellow bands indicate calcein- and tetracycline-labeled new bone, respectively). (i) Osseointegration around the implant in the 1-, (iii) 3- and (v) 6-month groups. (ii) 1-, (iv) 3-, (vi) osseointegration in plant pores in 6-month groups.
The basic idea is: a. The 3D printed porous titanium alloy prosthesis is implanted into the bone defect area, and the two ends of the implanted prosthesis are connected and fixed with the adjacent host bone, so as to realize the immediate (or early) functional recovery of the patient's limb; b . The implanted prosthesis is designed as a porous structure to attract adjacent bone tissue to grow into it and surround it to achieve "implant-bone" interface fusion.
Figure 4. 3D printing of porous Ti6Al4V implants to reconstruct spinal bone defects (case 1). (A) (i-vi) 1 month (i), 3 months (ii), 7 (months iii), 12 months (iv), 24 months (v) and 32 (vi) postoperatively "Implant-bone" X-ray image of Moon. Blue arrows indicate the implant-bone interface or new bone on the outer surface of the implant. (B) CT images at 3 months (i), 7 months (ii), 12 months (iii), 28 months (iv), 32 months (v) and 36 months (vi) after surgery. Blue arrows indicate the implant-bone interface or newly formed bone on the outside of the implant.
Of course, if the porous structure of the implant grows through the bone tissue, it is ideal to form a "bone-bone" fusion, but it is difficult to become a reality. However, when the two ends of the implant prosthesis are effectively fused with the host bone at a distance of several millimeters, it can already meet the needs of the patient to restore the motor function of the limb. The research team applied the 3D-printed porous titanium alloy implants made by electron beam melting (EBM) technology to the clinical treatment of a group of large-segment bone defects, and achieved better than expected results. At the same time, the research team used the small-tailed Han sheep to create a long-segment femoral defect model to study the osseointegration characteristics of this method, and to provide a supporting basis for the treatment effect of clinical cases.
شکل 5. 3D-پرنٹ شدہ غیر محفوظ Ti6Al4V امپلانٹ فیمورل ڈیفیکٹ (کیس 2) کی تعمیر نو کے لیے۔ آخری سرجری (A) اور 2 (B)، 5 ماہ (C)، 8 ماہ (D)، 14 ماہ (E) اور 20 ماہ (F) امپلانٹیشن لائن امیج کے فوراً بعد دوبارہ تعمیر شدہ 11 سینٹی میٹر فیمورل نقص کا X۔ نیلے تیر امپلانٹ اور میزبان ہڈی کے درمیان osseointegration کی نشاندہی کرتے ہیں۔
Figure 6. 3D-printed porous Ti6Al4V implant to reconstruct pelvic bone defect (case 3). Photographs of the actual "implant-bone" complex specimen taken from (A) lateral and (B) anteroposterior views. The location of the "implant-bone" interface area indicated by the blue arrow (C) Histological image of the "implant-bone" interface, showing new bone growing into the porous implant pores. Micro-CT images of the "implant-bone" contact area in (D) midsagittal plane, (E) coronal plane and (F) transverse plane.
In this study, the research team successfully treated large segmental bone defects caused by various etiologies by 3D printing porous titanium alloy implants without using autologous/allogeneic bone grafts or any osteoinductive agents. immediate and long-term biomechanical stability. Animal experiments have shown that bone can grow into the pores to a certain extent and gradually remodel, so that the "implant-bone" complex can achieve long-term mechanical stability. In addition, this study also proposes a new "implant-bone" interface fusion concept for the treatment of large segmental bone defects, which is different from the traditional "bone-bone" fusion concept.
GMKJ ٹیکنالوجی صحت مند اور سمارٹ روشنی کے ذرائع میں گہری مصروفیت رکھتی ہے، جو مارکیٹ کو الٹرا وائلٹ UVA UVB UVC LED، انفراریڈ IR LED VCSEL پروڈکٹس اور سلوشنز کی مکمل رینج فراہم کرتی ہے، اور ملکی اور غیر ملکی سیکڑوں اعلی-کوالٹی پارٹنرز رکھتی ہے۔ مارکیٹس مشترکہ طور پر ایک صحت مند اور سمارٹ زندگی بنانے کے لیے ہلکی ٹیکنالوجی کے استعمال کو فروغ دینے کے لیے۔ .
