ความคืบหน้าการวิจัยของ 3D การพิมพ์โลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนหลังจากการผ่าตัดเนื้องอก

เมื่อเทียบกับสแตนเลสและวัสดุโลหะอื่น ๆ โลหะผสมไทเทเนียมที่มีโครงสร้างที่เป็นของแข็งมีข้อดีของความแข็งแรงสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี อย่างไรก็ตามโมดูลัสยืดหยุ่นยังคงสูงเกินไปเมื่อเทียบกับเนื้อเยื่อแข็งของร่างกายมนุษย์และเป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างปรากฏการณ์ป้องกันความเครียดกับเนื้อเยื่อโดยรอบทำให้เกิดความสามารถในการรวมตัวของการปลูกถ่ายอัลลอยไทเทเนียมด้วยกระดูก เพื่อแก้ปัญหานี้ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิจัยชีววิทยาวัสดุได้เสนอให้แนะนำโครงสร้างรูขุมขนในโลหะผสมไทเทเนียมและเตรียมโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน ผลการศึกษาพบว่าโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนมีข้อได้เปรียบดังต่อไปนี้: (1) โครงสร้างการเจาะสามมิติที่ไม่เหมือนใครนั้นเอื้อต่อการยึดเกาะการแพร่กระจายการเพิ่มความแตกต่างและการทำให้เป็นแร่ของ osteoblasts รวมถึงการขนส่งสารอาหารและการเจริญเติบโตของกระดูก การสร้างการตรึงทางชีวภาพการปรับปรุงความสามารถในการรวมกระดูกและยืดอายุการใช้งานของการปลูกถ่าย ②พารามิเตอร์รูขุมขนสามารถปรับเพื่อปรับความแข็งแรงของแรงอัดโมดูลัสยืดหยุ่นความหนาแน่น ฯลฯ เพื่อให้คุณสมบัติเชิงกลสามารถจับคู่เนื้อเยื่อกระดูกลดหรือลบปรากฏการณ์ป้องกันความเครียด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้เป็นตัวเลือกใหม่สำหรับการเตรียมโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสามารถควบคุมรูปร่างโดยรวมของโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนตามโครงสร้างทางกายวิภาคของไซต์ข้อบกพร่องหลังการผ่าตัดเนื้องอกและบรรลุการปรับแต่งส่วนบุคคลเพื่อตอบสนองความต้องการของการซ่อมแซมหลังการผ่าตัด เราแบ่งการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน 3 มิติออกเป็นสองประเภทตามที่พวกเขาได้รับฟังก์ชั่นต่อต้านเนื้องอกหรือไม่ หมวดหมู่แรกคือโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่จัดทำโดยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติโดยไม่มีการดัดแปลงพื้นผิวใด ๆ นั่นคือการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน 3 มิติที่พิมพ์ได้ง่าย (ต่อไปนี้เรียกว่า หมวดที่สองคือการปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่จัดทำโดยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติหลังจากการดัดแปลงต่อต้านเนื้องอก (ต่อไปนี้จะเรียกว่า ในบทความนี้ประสิทธิภาพของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนการประยุกต์ใช้ทางคลินิกหลังการผ่าตัดเนื้องอกและความคืบหน้าการวิจัยของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่มีรูพรุนได้รับการทบทวน

การเตรียมโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน

1.1 การเตรียมการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน

ผลการวิจัยพบว่าโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่ทำขึ้นโดยกระบวนการดั้งเดิมเช่นการเผาและการขึ้นรูปที่เกิดขึ้นมีรูขุมขนปิดที่แตกต่างกันความพรุนต่ำและการเชื่อมต่อที่ไม่ดี เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการดั้งเดิมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิตินั้นถูกสร้างแบบจำลองและสร้างขึ้นผ่านซอฟต์แวร์การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยซึ่งมีความเร็วสูงและมีอิสระในระดับสูงและสามารถควบคุมพารามิเตอร์ขนาดเล็กที่แม่นยำและรูปร่างโดยรวมของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน . ในปัจจุบันเทคโนโลยีโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้กันทั่วไปในสาขาการแพทย์ส่วนใหญ่รวมถึงเทคโนโลยีการละลายเลเซอร์ที่เลือกและเทคโนโลยีการหลอมเหลวของลำแสงอิเล็กตรอน

1.2 โครงสร้างจุลภาคของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน

การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนในอุดมคติมีความพรุน 60% ถึง 90% และขนาดรูขุมขน 300 ถึง 900 μmซึ่งคล้ายกับกระดูก cancellous ของมนุษย์และสามารถส่งเสริมกิจกรรม osteogenic ในหลอดทดลองและ การเติบโตภายในของเนื้อเยื่อกระดูกใหม่ในวิฟ พารามิเตอร์นี้ยังสามารถทำได้โดยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อให้การปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนมีความพรุนที่เหมาะสมรูรับแสงและการเชื่อมต่อสูง เมื่อมีการฝังลงในข้อบกพร่องของกระดูกหลังจากการผ่าตัดเนื้องอกการปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนสามารถส่งเสริมการก่อตัวของการตรึงทางชีวภาพกับเนื้อเยื่อกระดูกโดยรอบและสร้างความเสถียรของระบบโครงกระดูก

1.3 คุณสมบัติของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน

คุณสมบัติของการปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนส่วนใหญ่รวมถึงคุณสมบัติเชิงกล, ความต้านทานการสึกหรอ, ความต้านทานการกัดกร่อน, ความปลอดภัยทางชีวภาพและความสามารถในการเพิ่มขึ้นของ histocompatibility

คุณสมบัติเชิงกล: ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์คุณสมบัติเชิงกลของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายในช่วงที่กำหนดโดยการปรับองค์ประกอบองค์ประกอบและโครงสร้างรูขุมขนด้วยกล้องจุลทรรศน์ของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน โมดูลัสยืดหยุ่นสุดท้ายนั้นคล้ายคลึงกับกระดูกมนุษย์ (5-30 เกรดเฉลี่ย) และความแข็งแรงสูงกว่าความแข็งแรงของกระดูกหนาแน่นของมนุษย์ (100-230 MPa) นั่นคือความแข็งแรงเชิงกลของการปลูกถ่ายจะเพิ่มขึ้นในขณะที่ปรากฏการณ์ป้องกันความเครียดจะลดลง

ความต้านทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน, ความปลอดภัยทางชีวภาพ: ในปัจจุบันวัสดุปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือโลหะผสม TI6AL4V แม้ว่าเมื่อเปรียบเทียบกับสแตนเลสสตีลและโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียมโลหะผสม TI6AL4V มีความต้านทานการสึกหรอที่แข็งแกร่งและความต้านทานการกัดกร่อนด้วยการเพิ่มขึ้นของการเคลื่อนไหวของร่างกายและการขยายเวลาการปลูกถ่าย โลหะผสม Ti6Al4V ในสภาพแวดล้อมทางสรีรวิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งอลูมิเนียม (AL) และองค์ประกอบวานาเดียม (V) ในโลหะผสม TI6AL4V มีผลกระทบที่เป็นพิษและมีความเสี่ยงในการแพร่กระจายไปยังเนื้อเยื่อโดยรอบและทำให้เกิดผลข้างเคียงที่เป็นพิษ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิจัยวัสดุชีวภาพทั้งในและต่างประเทศมุ่งมั่นที่จะพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมใหม่ที่มีความเป็นพิษต่ำและการต้านทานการกัดกร่อน การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มโมลิบดีนัม (MO), เซอร์โคเนียม (ZR), แทนทาลัม (TA) และองค์ประกอบที่ไม่เป็นพิษβที่มีความเสถียรอื่น ๆ ไปยังโลหะผสมไทเทเนียมไม่เพียง แต่สามารถปรับปรุงการต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไทเทเนียมเท่านั้น

Histocompatibility: จากมุมมองของโครงสร้างรูขุมขนและคุณสมบัติเชิงกลโมดูลัสยืดหยุ่นของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญซึ่งสามารถลดผลการป้องกันความเครียดระหว่างการปลูกถ่ายและเนื้อเยื่อกระดูกและให้พื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูก อย่างไรก็ตามเนื่องจากการขาดกิจกรรมทางชีวภาพของพื้นผิวและความสามารถในการเหนี่ยวนำกระดูกของการปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนจึงเป็นเรื่องยากที่จะสร้างพันธะทางเคมีที่มีเสถียรภาพด้วยเนื้อเยื่อกระดูกโดยรอบอย่างรวดเร็ว ในเวลานี้การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนสามารถปรับปรุงกิจกรรมพื้นผิวและความสามารถในการเหนี่ยวนำกระดูก วิธีการหลัก ได้แก่ : (1) กระบวนการทางกายภาพและทางเคมีใช้ในการแปลงฟิล์มออกไซด์แบบ passivated ดั้งเดิมของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนเป็นฟิล์มออกไซด์ที่ใช้งานอยู่ (ส่วนใหญ่ประกอบด้วย TiO2) ซึ่งสามารถเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน รากฟันเทียม ②การเคลือบผิวที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพเช่นไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HA) ถูกเตรียมบนพื้นผิวของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน อย่างไรก็ตามแม้ว่าจะมีวิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวจำนวนมากและการวิจัยขั้นพื้นฐานเกี่ยวกับการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนเนื่องจากกระบวนการดัดแปลงที่ยุ่งยากและเหตุผลอื่น ๆ ไม่มีผลิตภัณฑ์เคลือบผิวสำหรับการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนได้รับการอนุมัติทางคลินิกโดยแผนกที่เกี่ยวข้อง

ในบริบทของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติการปลูกถ่ายอัลลอยไทเทเนียมที่มีรูพรุนสามารถเป็นส่วนบุคคลและค่อยๆนำไปใช้กับการปฏิบัติทางคลินิกของการซ่อมแซมหลังการผ่าตัดหลังการผ่าตัดและการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนอย่างง่าย อย่างไรก็ตามรายงานแอปพลิเคชันทางคลินิกในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นช่วงต้นและระยะกลางในการติดตามผลและจำเป็นต้องมีการติดตามอีกต่อไปในอนาคตเพื่อประเมินประสิทธิภาพการใช้งานทางคลินิกของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุน นอกจากนี้การใช้งานทางคลินิกในปัจจุบันของวัสดุโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนคือโลหะผสม Ti6Al4V ความหวังในอนาคตที่จะอุทิศให้กับการพัฒนาของการสึกหรอและการต้านทานการกัดกร่อนมากขึ้นไม่มีความเป็นพิษที่อาจเกิดขึ้นของการปลูกถ่ายโลหะผสมไทเทเนียม การปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนต่อต้านเนื้องอกปัจจุบันอยู่ในขั้นตอนของการวิจัยในหลอดทดลองและการทดลองสัตว์และคาดว่าจะปรับปรุงกลไกต่อต้านเนื้องอกอย่างต่อเนื่องของการปลูกฝังโลหะผสมไทเทเนียมที่มีรูพรุนและประสบความสำเร็จในการซ่อมแซม การฟื้นฟูหลังการผ่าตัดเนื้องอก Yesino ให้ไทเทเนียมบาร์แผ่นไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมแผ่นไทเทเนียมและผลิตภัณฑ์ไทเทเนียมอื่น ๆ