Cấu trúc giàn giáo titan được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp và quá trình tích hợp xương: phân tích gộp và phân tích các yếu tố điều biến từ các thử nghiệm cơ sinh học in vivo

Simon Cleemput, Stijn E F Huys, Robbert Cleymaet, Wilfried Cools, Maurice Y Mommaerts

Full text link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34112248/

Cấu trúc giàn giáo titan được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp và quá trình tích hợp xương: phân tích gộp và phân tích các yếu tố điều biến từ các thử nghiệm cơ sinh học in vivo

1. Thông tin tài liệu khoa học

• Tên nghiên cứu: Cấu trúc giàn giáo titan được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp và quá trình tích hợp xương: phân tích gộp và phân tích các yếu tố điều biến từ các thử nghiệm cơ sinh học in vivo
• Tác giả: Simon Cleemput, Stijn E. F. Huys, Robbert Cleymaet, Wilfried Cools, Maurice Y. Mommaerts
• Tạp chí khoa học: Biomaterials Research
• Năm xuất bản: 2021
• DOI: 10.1186/s40824-021-00216-8

2. Bối cảnh khoa học

Sự phát triển của công nghệ in 3D kim loại đã mở ra nhiều cơ hội mới trong thiết kế và sản xuất các cấu trúc titan phục vụ tái tạo xương và phục hình cấy ghép. Khác với các phương pháp gia công truyền thống, công nghệ sản xuất bồi đắp cho phép tạo ra các cấu trúc xốp có hình học phức tạp với mức độ kiểm soát cao về kích thước lỗ xốp, độ rỗng và kiến trúc bên trong.

Trong lĩnh vực cấy ghép nha khoa, phẫu thuật miệng và tái tạo hàm mặt, các cấu trúc titan xốp ngày càng được quan tâm nhờ khả năng hỗ trợ sự phát triển của mô xương vào bên trong vật liệu, từ đó có thể cải thiện quá trình tích hợp xương. Nhiều nghiên cứu thực nghiệm đã đánh giá tác động của các thông số như kích thước lỗ xốp, tỷ lệ độ rỗng, hình thái mạng lưới và các phương pháp xử lý bề mặt sau in.

Tuy nhiên, sự đa dạng trong thiết kế nghiên cứu và phương pháp đánh giá đã tạo ra những kết quả không đồng nhất. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm tổng hợp và phân tích có hệ thống các bằng chứng hiện có để xác định những yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến hiệu quả tích hợp xương của các cấu trúc titan được sản xuất bằng công nghệ in 3D.

3. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là so sánh hiệu quả tích hợp xương của các cấu trúc titan xốp được sản xuất bằng công nghệ in 3D dựa trên các nghiên cứu động vật sử dụng các thử nghiệm cơ sinh học đánh giá độ bám dính giữa xương và implant.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn tìm cách xác định liệu các đặc điểm thiết kế như kích thước lỗ xốp, độ rỗng, loại cấu trúc đơn vị hay các phương pháp xử lý sau in có thể giải thích sự khác biệt về độ bền cơ học của bề mặt tiếp xúc xương–titan hay không.

4. Phương pháp nghiên cứu

Đây là một nghiên cứu tổng quan hệ thống kết hợp với hai phân tích gộp (meta-analysis) và các phân tích hồi quy đa biến (meta-regression). Việc tìm kiếm tài liệu được thực hiện trên cơ sở dữ liệu PubMed và Embase theo các hướng dẫn CAMARADES và PRISMA.

Chỉ các nghiên cứu in vivo trên động vật đánh giá quá trình tích hợp xương bằng các thử nghiệm cơ học định lượng mới được đưa vào phân tích. Các phương pháp đánh giá bao gồm thử nghiệm push-out, pull-out và torque-out.

Hai nhóm so sánh chính được thiết lập:

• Titan xốp in 3D so với titan đặc không xốp.
• Titan xốp có xử lý sau in so với titan xốp không được xử lý bổ sung.

Sau quá trình sàng lọc, 10 nghiên cứu được đưa vào phân tích gộp thứ nhất và 14 nghiên cứu được đưa vào phân tích gộp thứ hai. Các mô hình động vật bao gồm chuột cống, thỏ, chó và cừu.

5. Kết quả chính

Kết quả phân tích cho thấy các cấu trúc titan xốp được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp nhìn chung có khả năng chịu lực tách khỏi mô xương cao hơn so với các implant titan đặc. Ngoài ra, các phương pháp xử lý sau in cũng mang lại hiệu quả tích cực đối với độ bền cơ học của giao diện xương–implant khi so sánh với các cấu trúc xốp không được xử lý.

Hai yếu tố được xác định là có ý nghĩa thống kê trong việc giải thích sự khác biệt giữa các nghiên cứu:

• Loại mô hình động vật được sử dụng.
• Loại xử lý sau in áp dụng cho cấu trúc titan.

Trong phân tích chuyên sâu trên mô hình thỏ, vốn chiếm phần lớn dữ liệu có sẵn, nhóm nghiên cứu ghi nhận mối tương tác có ý nghĩa giữa kích thước lỗ xốp và độ rỗng của cấu trúc.

Nghiên cứu cũng cho thấy việc bổ sung các lớp phủ chứa canxi không làm tăng độ bền cơ học của giao diện xương–titan, trong khi một số phương pháp xử lý khác lại cho thấy tác động tích cực.

Ngược lại, thời gian lành thương và vị trí đặt implant không được xác định là các yếu tố có ý nghĩa thống kê trong các mô hình phân tích.

6. Phân tích lâm sàng

Điểm nổi bật của nghiên cứu này là việc tổng hợp dữ liệu từ nhiều mô hình thực nghiệm khác nhau nhằm tìm ra các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến hiệu quả tích hợp xương của titan xốp in 3D.

Kết quả cho thấy hiệu quả của các cấu trúc titan xốp không phụ thuộc vào một thông số đơn lẻ mà là sự kết hợp của nhiều yếu tố thiết kế và sinh học. Việc mô hình động vật được xác định là một yếu tố điều biến quan trọng cho thấy phản ứng sinh học có thể khác nhau đáng kể giữa các loài. Điều này nhấn mạnh sự cần thiết phải thận trọng khi chuyển giao kết quả từ nghiên cứu tiền lâm sàng sang ứng dụng trên người.

Mối liên hệ giữa kích thước lỗ xốp và độ rỗng cũng cho thấy việc tối ưu hóa thiết kế implant cần được tiếp cận theo hướng tổng thể thay vì chỉ tập trung vào một thông số riêng lẻ. Đối với lĩnh vực implant nha khoa, phẫu thuật hàm mặt và các quy trình tái tạo cá thể hóa dựa trên công nghệ CAD/CAM, đây là một thông tin có giá trị trong định hướng phát triển các thế hệ implant mới.

Ngoài ra, nghiên cứu còn chỉ ra sự thiếu thống nhất trong cách mô tả cấu trúc implant và phương pháp đánh giá giữa các nghiên cứu hiện có. Điều này làm giảm khả năng so sánh trực tiếp giữa các công trình và hạn chế việc đưa ra các tiêu chuẩn thiết kế rõ ràng.

7. Ứng dụng lâm sàng

Mặc dù các dữ liệu được phân tích hoàn toàn đến từ nghiên cứu trên động vật, kết quả có thể mang lại giá trị tham khảo cho các lĩnh vực:

• Implant titan cá thể hóa được sản xuất bằng công nghệ in 3D.
• Tái tạo xương vùng hàm mặt và sọ mặt.
• Phục hình trên implant trong các trường hợp phức tạp.
• Phát triển bề mặt và cấu trúc implant nhằm tăng cường tích hợp xương.
• Quy trình thiết kế và sản xuất implant dựa trên công nghệ CAD/CAM và lập kế hoạch số.

Tuy nhiên, các dữ liệu hiện tại chưa đủ để đưa ra khuyến nghị điều trị trực tiếp trên bệnh nhân.

8. Mức độ bằng chứng, hạn chế và tính minh bạch

Đây là một tổng quan hệ thống kết hợp phân tích gộp và hồi quy đa biến, được xem là mức bằng chứng cao trong bối cảnh nghiên cứu tiền lâm sàng.

Tuy vậy, các tác giả ghi nhận sự không đồng nhất đáng kể giữa các nghiên cứu được đưa vào phân tích. Những khác biệt này liên quan đến mô hình động vật, đặc điểm implant, vị trí cấy ghép và phương pháp thử nghiệm cơ sinh học.

Ngoài ra, các biểu đồ funnel plot cho thấy khả năng tồn tại sai lệch công bố (publication bias).

Thông tin được cung cấp không nêu chi tiết về các xung đột lợi ích hoặc mối liên hệ tài chính cụ thể với ngành công nghiệp. Do đó, không thể đưa ra đánh giá đầy đủ về khía cạnh này dựa trên dữ liệu hiện có.

Kết quả cần được diễn giải trong phạm vi của các nghiên cứu thực nghiệm trên động vật.

9. Những điểm nổi bật của nghiên cứu

• Loại nghiên cứu: Tổng quan hệ thống kết hợp phân tích gộp và hồi quy đa biến.
• Mức độ bằng chứng: Bằng chứng tiền lâm sàng ở mức cao.
• Số lượng nghiên cứu được phân tích: 10 nghiên cứu trong phân tích gộp thứ nhất và 14 nghiên cứu trong phân tích gộp thứ hai.
• Số lượng bệnh nhân hoặc implant: Không được nêu rõ trong dữ liệu cung cấp.
• Thời gian theo dõi: Thay đổi giữa các nghiên cứu, khoảng từ 2 tuần đến 6 tháng.
• Tiêu chí đánh giá chính: Độ bền cơ học của giao diện xương–titan thông qua các thử nghiệm loại bỏ implant.
• Kết quả chính: Titan xốp in 3D cho thấy khả năng cố định cơ học tốt hơn titan đặc.
• Kết luận khoa học: Mô hình động vật và loại xử lý sau in có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả.
• Hạn chế chính: Tính không đồng nhất giữa các nghiên cứu và khả năng tồn tại sai lệch công bố.

10. Tác động khoa học

Nghiên cứu này là một trong những nỗ lực đầu tiên nhằm tổng hợp định lượng các bằng chứng liên quan đến hiệu quả cơ sinh học của các cấu trúc titan xốp được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp. Giá trị của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc xác nhận tiềm năng của titan xốp mà còn ở khả năng giải thích nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giữa các nghiên cứu trước đây.

Việc xác định các yếu tố điều biến giúp định hướng cho các nghiên cứu tương lai trong quá trình tối ưu hóa thiết kế implant và phát triển các giải pháp tái tạo xương cá thể hóa. Đồng thời, nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chuẩn hóa cách mô tả cấu trúc implant cũng như các phương pháp đánh giá cơ sinh học.

Đối với lĩnh vực implant nha khoa, phẫu thuật miệng và tái tạo hàm mặt, công trình này cung cấp một nền tảng khoa học quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo liên quan đến vật liệu titan in 3D.

11. Kết luận biên tập

Tổng quan hệ thống và phân tích gộp này cung cấp cái nhìn toàn diện về các bằng chứng tiền lâm sàng hiện có liên quan đến các cấu trúc titan xốp được sản xuất bằng công nghệ in 3D. Kết quả cho thấy những cấu trúc này có tiềm năng cải thiện độ ổn định cơ học của giao diện xương–implant so với titan đặc và cho thấy một số phương pháp xử lý sau in có thể hỗ trợ quá trình tích hợp xương. Tuy nhiên, sự không đồng nhất đáng kể giữa các nghiên cứu và việc thiếu dữ liệu lâm sàng trên người đòi hỏi phải diễn giải các kết quả này một cách thận trọng và tiếp tục thực hiện các nghiên cứu chuẩn hóa hơn trong tương lai.