Wysokoporowata siatka tytanowa drukowana w technologii 3D umożliwia lepszą regenerację kości

Rui Ma, Qian Liu, Libo Zhou, Lingxiao Wang 

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36604677/

Wysokoporowata siatka tytanowa drukowana w technologii 3D umożliwia lepszą regenerację kości

1. Informacje bibliograficzne

• Tytuł badania: Wysokoporowata siatka tytanowa drukowana w technologii 3D umożliwia lepszą regenerację kości
• Autorzy: Rui Ma, Qian Liu, Libo Zhou, Lingxiao Wang
• Czasopismo naukowe: BMC Oral Health
• Rok publikacji: 2023
• DOI: 10.1186/s12903-023-02717-5

2. Kontekst naukowy

Odbudowa ubytków kostnych stanowi jeden z kluczowych etapów współczesnej implantologii stomatologicznej. Pacjenci z zaawansowanym zanikiem wyrostka zębodołowego lub rozległymi defektami kostnymi często wymagają procedur augmentacji kości przed wszczepieniem implantów dentystycznych.

Siatki tytanowe są od wielu lat wykorzystywane w procedurach sterowanej regeneracji kości (GBR – Guided Bone Regeneration), ponieważ zapewniają mechaniczną stabilność oraz utrzymują przestrzeń niezbędną do tworzenia nowej tkanki kostnej. Rozwój technologii cyfrowych, projektowania CAD/CAM oraz druku 3D umożliwił produkcję indywidualnie dopasowanych siatek tytanowych odpowiadających anatomii konkretnego ubytku kostnego.

Pomimo licznych badań dotyczących materiału, grubości czy wielkości porów siatek tytanowych, wpływ całkowitej porowatości na proces regeneracji kości pozostaje stosunkowo słabo poznany. Niniejsze badanie koncentruje się właśnie na tym aspekcie, analizując wpływ różnych poziomów porowatości na gojenie i odbudowę tkanki kostnej.

3. Cel badania

Głównym celem badania była ocena wpływu różnych poziomów porowatości indywidualnie projektowanych siatek tytanowych drukowanych w technologii 3D na regenerację kości w obrębie standardowo przygotowanych ubytków kostnych.

Autorzy chcieli ustalić, czy zwiększenie porowatości siatki może poprawić proces tworzenia nowej kości przy jednoczesnym zachowaniu właściwości konstrukcyjnych niezbędnych do skutecznej regeneracji kości.

4. Metodologia

Badanie miało charakter przedkliniczny i zostało przeprowadzone na modelu zwierzęcym.

Do eksperymentu włączono dziewięć psów rasy Beagle. Po ekstrakcji pierwszych do czwartych przedtrzonowców żuchwy oraz trzymiesięcznym okresie gojenia utworzono standaryzowane ubytki kostne.

Zastosowano trzy rodzaje siatek tytanowych wykonanych metodą druku 3D:

• Niska porowatość (LP): 55%
• Średnia porowatość (MP): 62%
• Wysoka porowatość (HP): 68%

Ubytki zostały wypełnione autogennymi cząstkami kostnymi, a następnie pokryte odpowiednią siatką tytanową oraz membraną kolagenową Bio-Gide.

Oceny dokonano po 4, 8 i 12 tygodniach za pomocą mikrokomputerowej tomografii (micro-CT) oraz badań histologicznych z wykorzystaniem barwienia błękitem toluidynowym i fuksyną zasadową. Analizowano między innymi grubość beleczek kostnych, ich liczbę, odległość między beleczkami oraz udział objętości tkanki kostnej.

5. Główne wyniki

Analizy radiologiczne i histologiczne wykazały korzystniejsze efekty regeneracyjne w grupie z najwyższą porowatością.

Badanie micro-CT wykazało wyższe wartości grubości beleczek kostnych (Tb.Th), liczby beleczek (Tb.N) oraz stosunku objętości kości do całkowitej objętości (BV/TV) w grupie HP w porównaniu z grupami MP i LP. Jednocześnie odległość między beleczkami (Tb.Sp) była mniejsza, co wskazuje na bardziej zwartą strukturę kostną.

Wyniki histologiczne potwierdziły obserwacje uzyskane w badaniach obrazowych. Po 8 i 12 tygodniach liczba beleczek kostnych była większa w grupie HP. Po 12 tygodniach odnotowano również wyższy udział objętości nowo utworzonej kości. Preparaty histologiczne wskazywały na bardziej zaawansowane wypełnienie ubytku tkanką kostną w przypadku siatek o porowatości 68%.

Zaobserwowane różnice pomiędzy grupami były statystycznie istotne (p < 0,05).

6. Analiza kliniczna

Wyniki badania sugerują, że porowatość siatki tytanowej może mieć znaczenie nie tylko mechaniczne, ale również biologiczne.

Większa porowatość może sprzyjać wymianie składników odżywczych, migracji komórek oraz przenikaniu czynników wzrostu zaangażowanych w proces osteogenezy. Dzięki temu środowisko regeneracyjne może być bardziej korzystne dla tworzenia nowej tkanki kostnej. W warunkach tego eksperymentu najwyższy poziom porowatości wiązał się z najlepszymi parametrami odbudowy kości.

W praktyce implantologicznej obserwacje te mogą mieć znaczenie zwłaszcza podczas leczenia rozległych ubytków kostnych wymagających stabilnego utrzymania przestrzeni regeneracyjnej. Coraz szersze zastosowanie indywidualnych siatek projektowanych cyfrowo sprawia, że optymalizacja ich parametrów konstrukcyjnych staje się ważnym kierunkiem badań.

Należy jednak pamiętać, że badanie przeprowadzono na modelu zwierzęcym. Uzyskane wyniki nie mogą być bezpośrednio przenoszone na leczenie ludzi bez dodatkowych badań klinicznych. Ponadto oceniano jedynie trzy konkretne poziomy porowatości, co nie pozwala na określenie uniwersalnej wartości optymalnej dla wszystkich sytuacji klinicznych.

7. Zastosowania kliniczne

Wyniki badania mogą być istotne w następujących obszarach:

• Sterowana regeneracja kości (GBR).
• Odbudowa rozległych ubytków wyrostka zębodołowego.
• Augmentacja kości w wymiarze poziomym i pionowym.
• Leczenie implantologiczne pacjentów z zaawansowanym zanikiem kości.
• Cyfrowe planowanie zabiegów z wykorzystaniem technologii CAD/CAM.
• Stosowanie indywidualnie projektowanych siatek tytanowych drukowanych w technologii 3D.
• Rekonstrukcyjna chirurgia jamy ustnej i chirurgia szczękowo-twarzowa.

Uzyskane dane mogą również wspierać dalszy rozwój spersonalizowanych biomateriałów stosowanych w zaawansowanej regeneracji kości.

8. Poziom dowodów naukowych, ograniczenia i przejrzystość

Badanie należy zakwalifikować jako przedkliniczne badanie eksperymentalne na zwierzętach.

Poziom dowodów naukowych jest zatem niższy niż w przypadku badań klinicznych prowadzonych z udziałem ludzi. Wyniki dostarczają cennych informacji biologicznych, jednak nie stanowią ostatecznego potwierdzenia skuteczności klinicznej.

Do głównych ograniczeń należą niewielka liczba zwierząt, maksymalny okres obserwacji wynoszący 12 tygodni oraz brak danych klinicznych dotyczących pacjentów.

W zakresie przejrzystości należy odnotować, że jeden z autorów był związany z firmą Digital Mesh Beijing Technology Co., Ltd., zajmującą się technologiami związanymi z indywidualnymi siatkami tytanowymi. Autorzy zadeklarowali jednak brak konfliktu interesów.

9. Kluczowe informacje ze badania

• Typ badania: Przedkliniczne badanie na zwierzętach
• Poziom dowodów: Przedkliniczny
• Badana populacja: 9 psów rasy Beagle
• Liczba pacjentów lub implantów: Nie określono w dostarczonych danych
• Czas obserwacji: 12 tygodni
• Główny oceniany parametr: Wpływ porowatości siatki tytanowej na regenerację kości
• Najważniejszy wynik: Siatka o porowatości 68% wykazała najlepsze parametry odbudowy kostnej
• Wniosek naukowy: Wyższa porowatość w badanym zakresie może sprzyjać regeneracji rozległych ubytków kostnych
• Główne ograniczenia: Model zwierzęcy, mała liczebność próby oraz brak badań klinicznych u ludzi

10. Znaczenie naukowe

Badanie wnosi istotny wkład do wiedzy dotyczącej projektowania indywidualnych siatek tytanowych stosowanych w implantologii i chirurgii regeneracyjnej.

W przeciwieństwie do wielu wcześniejszych publikacji skupiających się głównie na właściwościach mechanicznych materiałów, autorzy skoncentrowali się na znaczeniu porowatości jako potencjalnego czynnika wpływającego na regenerację kości. Uzyskane wyniki wskazują, że architektura siatki może odgrywać ważną rolę w procesach biologicznych zachodzących podczas gojenia.

Badanie wpisuje się również w rozwój cyfrowych technologii medycznych, takich jak planowanie CAD/CAM oraz druk 3D, które coraz częściej wykorzystywane są w rekonstrukcji ubytków kostnych. Choć konieczne są dalsze badania kliniczne, przedstawione dane stanowią wartościową podstawę do dalszej optymalizacji konstrukcji siatek tytanowych przeznaczonych do regeneracji kości.

11. Wniosek redakcyjny

Przedstawione badanie przedkliniczne wykazało, że indywidualnie projektowana siatka tytanowa drukowana w technologii 3D o wysokiej porowatości była związana z korzystniejszą regeneracją kości niż konstrukcje o niższej porowatości. Wyniki sugerują, że porowatość może być istotnym parametrem projektowym wpływającym na skuteczność procedur regeneracyjnych. Chociaż potwierdzenie tych obserwacji wymaga badań klinicznych u ludzi, publikacja dostarcza cennych informacji dla rozwoju nowoczesnych rozwiązań stosowanych w implantologii oraz chirurgii rekonstrukcyjnej.