Progresso di ricerca della stampa 3D in lega di titanio poroso dopo resezione tumorale

Rispetto all'acciaio inossidabile e ad altri materiali metallici, la lega di titanio con struttura solida presenta i vantaggi di alta resistenza e una buona resistenza alla corrosione. Tuttavia, il modulo elastico è ancora troppo alto rispetto al tessuto duro del corpo umano ed è facile produrre un fenomeno di protezione da stress con il tessuto circostante, con un grande declino della capacità di integrazione degli impianti in lega di titanio con osso. Al fine di risolvere questo problema, negli ultimi anni, i ricercatori di biologia dei materiali hanno proposto di introdurre la struttura dei pori in leghe di titanio e leghe porose di titanio porose preparate con successo. I risultati mostrano che le leghe porose in titanio hanno i seguenti vantaggi: (1) L'esclusiva struttura penetrante tridimensionale è favorevole all'adesione, alla proliferazione, alla differenziazione e alla mineralizzazione degli osteoblasti, nonché al trasporto di nutrienti e alla crescita degli istiociti ossei, formare la fissazione biologica, migliorare la capacità di integrazione ossea e prolungare la durata della vita degli impianti; ② I parametri dei pori possono essere regolati per regolare la resistenza a compressione, il modulo elastico, la densità, ecc., In modo che la proprietà meccanica possa abbinare il tessuto osseo, ridurre o rimuovere il fenomeno di schermatura a stress.

Negli ultimi anni, lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D ha fornito una nuova scelta per la preparazione di leghe porose di titanio. La tecnologia di stampa 3D può completare il controllo accurato della forma generale della lega porosa di titanio secondo la struttura anatomica del sito di difetto dopo la resezione del tumore e ottenere una personalizzazione personalizzata per soddisfare le esigenze della riparazione della resezione post-tumore. Abbiamo diviso gli impianti in lega di titanio poroso stampato in 3D in due categorie in base al fatto che abbiano subito funzionalizzazione antitumorale. La prima categoria è la lega di titanio porosa preparata dalla tecnologia di stampa 3D senza alcuna modifica della superficie, ovvero semplici impianti in lega di titanio porosi stampati 3D (di seguito denominati "impianti porosi in lega di titanio"); La seconda categoria è l'impianto poroso in lega di titanio preparato dalla tecnologia di stampa 3D dopo la modifica antitumorale (di seguito denominata "impianto antitumorale in lega di titanio poroso"). In questo documento, vengono esaminate le prestazioni degli impianti porosi in lega di titanio, l'applicazione clinica dopo la resezione tumorale e il progresso della ricerca degli impianti antitumorali in lega di titanio poroso.

Preparazione, microstruttura e proprietà di impianti porosi in lega di titanio

1.1 Preparazione di impianti porosi in lega di titanio

I risultati mostrano che la lega di titanio porosa finita preparata da processi tradizionali come la sinterizzazione e l'agente che formano i pori hanno diversi gradi di pori chiusi, bassa porosità e scarsa connettività. Rispetto al processo tradizionale, la tecnologia di stampa 3D è modellata e formata attraverso un software di progettazione assistito da computer, che ha una velocità di formazione rapida e un alto grado di libertà e può ottenere un controllo accurato dei parametri di micro-pori e forma generale degli impianti porosi in lega di titanio . Allo stato attuale, le tecnologie in lega porosa di titanio 3D comunemente usate in campo medico includono principalmente la tecnologia di fusione selettiva laser e la tecnologia di fusione selettiva del fascio di elettroni.

1.2 Microstruttura di impianti in lega di titanio porosi

Un gran numero di studi ha dimostrato che l'impianto in lega di titanio poroso ideale ha una porosità dal 60% al 90% e una dimensione dei pori da 300 a 900 μm, che è simile all'osso spugnoso umano e può promuovere l'attività osteogenica in vitro e La crescita interiore del nuovo tessuto osseo in vivo. Questo parametro può anche essere ottenuto mediante tecnologia di stampa 3D, in modo che l'impianto poroso in lega di titanio abbia una porosità, apertura e alta connettività adeguate; Quando viene impiantato nel difetto osseo dopo la resezione del tumore, l'impianto poroso in lega di titanio può promuovere la formazione della fissazione biologica con il tessuto osseo circostante e ricostruire la stabilità del sistema scheletrico.

1.3 Proprietà degli impianti in lega di titanio porosi

Le proprietà dell'impianto poroso in lega di titanio comprendono principalmente proprietà meccaniche, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, biosicurezza e istocompatibilità.

Proprietà meccaniche: i risultati mostrano che i parametri di proprietà meccanica degli impianti in lega di titanio porosi possono essere modificati in un certo intervallo regolando la composizione elementare e la struttura dei pori microscopici degli impianti porosi in lega di titanio. Il modulo elastico finale è simile a quello dell'osso umano (5-30 GPa) e la forza è superiore alla resistenza a compressione dell'osso denso umano (100-230 MPa). Cioè, la resistenza meccanica dell'impianto è aumentata mentre il fenomeno di protezione da stress è ridotto.

Resistenza all'usura e corrosione, biosicurezza: al momento, il materiale di impianto in lega di titanio poroso più utilizzato è la lega Ti6al4v. Sebbene rispetto all'acciaio inossidabile medico e alla lega a base di cobalto-cromo, la lega Ti6al4v ha una resistenza all'usura più forte e resistenza alla corrosione, con l'aumento del movimento del corpo e l'estensione del tempo di impianto, porterà comunque a un certo grado di corrosione e attrito di La lega Ti6al4v nell'ambiente fisiologico, in particolare gli elementi di alluminio (AL) e vanadio (V) nella lega Ti6al4v hanno potenziali effetti tossici, e c'è il rischio di diffondersi nei tessuti circostanti e causare effetti collaterali tossici. Negli ultimi anni, i ricercatori di biomateriali in patria e all'estero sono impegnati nello sviluppo di nuove leghe di titanio con minore tossicità e resistenza alla corrosione. Studi hanno dimostrato che l'aggiunta di molibdeno (MO), zirconio (ZR), tantaLum (TA) e altri elementi non tossici stabili β alle leghe di titanio non solo possono migliorare la resistenza alla corrosione delle leghe di titanio, ma anche migliorare la loro biosfety.

Istocompatibilità: dal punto di vista della struttura dei pori e delle proprietà meccaniche, il modulo elastico degli impianti in lega di titanio poroso è significativamente ridotto, il che può ridurre l'effetto di protezione dello stress tra impianti e tessuto osseo e fornire spazio adeguato per la crescita del tessuto osseo. Tuttavia, a causa della mancanza di bioattività superficiale e della capacità di induzione ossea dell'impianto poroso in lega di titanio, è difficile formare rapidamente il legame chimico stabile con il tessuto osseo circostante. Al momento, la modifica della superficie degli impianti porosi in lega di titanio può migliorare ulteriormente la sua attività superficiale e la capacità di induzione ossea. Gli approcci principali includono: (1) i processi fisici e chimici vengono utilizzati per convertire il film di ossido passivato originale di impianti in lega di titanio poroso in un film di ossido attivo (principalmente composto da TiO2), che può migliorare la resistenza alla corrosione e la bioistocompatibilità della alloia porosa in alleyo impianti. ② I rivestimenti bioattivi come l'idrossiapatite (HA) sono stati preparati sulla superficie degli impianti porosi in lega di titanio. Tuttavia, sebbene ci siano molti metodi di modifica della superficie e ricerche di base sugli impianti porosi in lega di titanio, a causa di ingombranti processi di modifica e altri motivi, nessun prodotto di rivestimento per impianti porosi in lega di titanio è stato clinicamente approvato dai dipartimenti pertinenti.

Nel contesto della tecnologia di stampa 3D, gli impianti porosi in lega di titanio possono essere personalizzati e vengono gradualmente applicati alla pratica clinica della riparazione della resezione post-tumore e i semplici impianti in lega di titanio poroso senza funzionalizzazione anti-tumora hanno raggiunto una buona efficacia clinica. Tuttavia, gli attuali rapporti sull'applicazione clinica sono per lo più follow-up precoce e medio e sono necessari un follow-up più lungo in futuro per valutare l'efficacia dell'applicazione clinica degli impianti porosi in lega di titanio. Inoltre, l'attuale uso clinico di materiali porosi in lega di titanio sono la lega Ti6al4v, la speranza futura di dedicarsi allo sviluppo di una maggiore resistenza all'usura e alla corrosione, nessuna potenziale tossicità degli impianti porosi in lega di titanio. L'impianto di lega di titanio poroso antitumorale è attualmente nello stadio della ricerca in vitro e degli esperimenti sugli animali, e si prevede che migliorerà continuamente il meccanismo antitumorale dell'impianto di lega di titanio poroso antitumorale e lo applicherà con successo alla riparazione e alla riparazione e Ricostruzione dopo resezione tumorale.