التقدم البحثي في ​​طباعة ثلاثي الأبعاد سبيكة التيتانيوم مسامية بعد استئصال الورم

بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ والمواد المعدنية الأخرى ، فإن سبيكة التيتانيوم ذات بنية صلبة لها مزايا قوة عالية ومقاومة جيدة للتآكل. ومع ذلك ، فإن المعامل المرن لا يزال مرتفعًا جدًا مقارنة بالأنسجة الصلبة لجسم الإنسان ، ومن السهل إنتاج ظاهرة تدريجي لدرع الإجهاد مع الأنسجة المحيطة ، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في قدرة تكامل زراعة سبيكة التيتانيوم بالعظام. من أجل حل هذه المشكلة ، في السنوات الأخيرة ، اقترح باحثو علم الأحياء المواد إدخال بنية المسام في سبائك التيتانيوم وسبائك التيتانيوم التي يسهل اختراقها بنجاح. أظهرت النتائج أن سبائك التيتانيوم التي يسهل اختراقها لها المزايا التالية: (1) إن بنية الاختراق ثلاثية الأبعاد الفريدة مواتية للالتصاق والانتشار والتمايز والتعديل في الخلايا العظمية ، وكذلك نقل المواد الغذائية ونمو كائنات كائنات كائنات حديدية في العظام ، تشكيل التثبيت البيولوجي ، وتحسين قدرة تكامل العظام وإطالة عمر خدمة الزرع ؛ ② يمكن ضبط معلمات المسام لضبط قوته الانضغاطية ، والمعامل المرنة ، والكثافة ، وما إلى ذلك ، بحيث يمكن للخاصية الميكانيكية أن تتطابق مع أنسجة العظام ، أو تقلل أو إزالة ظاهرة التدريع الإجهاد.

في السنوات الأخيرة ، قدم تطوير تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد خيارًا جديدًا لإعداد سبائك التيتانيوم المسامية. يمكن لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد إكمال السيطرة الدقيقة للشكل العام لسبائك التيتانيوم المسامية وفقًا للبنية التشريحية لموقع العيب بعد استئصال الورم ، وتحقيق تخصيص شخصي لتلبية احتياجات إصلاح استئصال ما بعد الورم. قمنا بتقسيم سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد المطبوعة إلى فئتين وفقًا لما إذا كانت قد خضعت لعملية وظيفية مضادة للورم. الفئة الأولى هي سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد دون أي تعديل سطحي ، أي زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية المطبوعة ثلاثية الأبعاد البسيطة (يشار إليها فيما يلي باسم "زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية") ؛ الفئة الثانية هي زرع سبيكة التيتانيوم المسامية التي أعدتها تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بعد تعديل مضاد للورم (يشار إليها فيما يلي باسم "زرع سبيكة التيتانيوم المضادة للورم"). في هذه الورقة ، تتم مراجعة أداء زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية ، والتطبيق السريري بعد استئصال الورم والتقدم البحثي في ​​زراعة سبائك التيتانيوم المضادة للورم.

التحضير والبنية المجهرية وخصائص زرع سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها

1.1 تحضير زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية

تظهر النتائج أن سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها النهائية التي أعدتها العمليات التقليدية مثل تلبيد وعامل تشكيل المسام لها درجات مختلفة من المسام المغلقة ، والمسامية المنخفضة وضعف الاتصال. بالمقارنة مع العملية التقليدية ، يتم نمذجة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد وتشكيلها من خلال برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر ، والتي لديها سرعة تشكيل سريعة ودرجة عالية من الحرية ، ويمكنها تحقيق التحكم الدقيق في المعلمات الجزئية والشكل العام لزراعة سبيكة التيتانيوم المسامية . في الوقت الحاضر ، تشمل تقنيات سبائك التيتانيوم المسامية ثلاثية الأبعاد التي تستخدمها ثلاثية الأبعاد في المجال الطبي تقنية الانصهار الانتقائية للليزر وتكنولوجيا ذوبان انتقائي لحزمة الإلكترون.

1.2 البنية المجهرية من زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية

أظهر عدد كبير من الدراسات أن زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية المثالية لها مسامية تتراوح من 60 ٪ إلى 90 ٪ وحجم مسام من 300 إلى 900 ميكرون ، وهو ما يشبه العظم الإلزامي البشري ويمكنه تعزيز النشاط العظمي في المختبر و النمو الداخلي لأنسجة العظام الجديدة في الجسم الحي. يمكن أيضًا تحقيق هذه المعلمة من خلال تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد ، بحيث يكون لزراعة سبيكة التيتانيوم المسامية مسامية مناسبة وفتحة واتصال عالي ؛ عندما يتم زرعها في عيب العظام بعد استئصال الورم ، يمكن لزراعة سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها تعزيز تكوين التثبيت البيولوجي مع أنسجة العظام المحيطة ، وإعادة بناء ثبات الجهاز العظمي.

1.3 خصائص زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية

تشمل خصائص زرع سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها الخصائص الميكانيكية ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والسلامة الحيوية والتوافق النسيجي.

الخصائص الميكانيكية: تظهر النتائج أن معلمات الخصائص الميكانيكية لزراعة سبيكة التيتانيوم المسامية يمكن تغييرها في نطاق معين عن طريق ضبط التركيب الأولي وهيكل المسام المجهري لزرع سبيكة التيتانيوم المسامية. يشبه المعامل المرن النهائي تلك الموجودة في العظم البشري (5-30 GPA) ، والقوة أعلى من قوة ضغط العظم الكثيف البشري (100-230 ميجا باسكال). وهذا هو ، يتم زيادة القوة الميكانيكية للزرع بينما يتم تقليل ظاهرة التدريع الإجهاد.

مقاومة التآكل والتآكل ، السلامة الحيوية: في الوقت الحاضر ، فإن أكثر مواد زرع سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها على نطاق واسع هي سبيكة TI6AL4V. على الرغم من أنه مقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الطبية والسبائك القائمة على الكوبالت والكروميوم ، فإن سبيكة TI6AL4V لديها مقاومة التآكل أقوى ومقاومة للتآكل ، مع زيادة حركة الجسم وتوسيع وقت الزرع ، فإنها ستؤدي إلى درجة معينة من التآكل والاحتكاك تتمتع سبيكة TI6AL4V في البيئة الفسيولوجية ، وخاصة عناصر الألومنيوم (AL) والفاناديوم (V) في سبيكة TI6AL4V ، وهناك خطر الانتشار إلى الأنسجة المحيطة والتسبب في آثار جانبية سامة. في السنوات الأخيرة ، يلتزم باحثو المواد الحيوية في الداخل والخارج بتطوير سبائك التيتانيوم الجديدة ذات السمية المنخفضة ومقاومة التآكل. وقد أظهرت الدراسات أن إضافة الموليبدينوم (MO) ، والزركونيوم (ZR) ، والتانتالوم (TA) وغيرها من العناصر غير السامة المستقرة إلى سبائك التيتانيوم لا يمكن فقط تحسين مقاومة التآكل لسبائك التيتانيوم ، ولكن أيضًا تحسين سلامةها الحيوية.

التوافق النسيجي: من منظور بنية المسام والخصائص الميكانيكية ، يتم تقليل المعامل المرن لزراعة سبيكة التيتانيوم المسامية بشكل كبير ، مما يمكن أن يقلل من تأثير التدريع بين الزرع والأنسجة العظمية ويوفر مساحة مناسبة لنمو الأنسجة العظمية. ومع ذلك ، نظرًا لعدم النشاط الحيوي السطحي والقدرة الحث العظمية لزرع سبيكة التيتانيوم المسامية ، من الصعب تكوين رابطة كيميائية مستقرة مع أنسجة العظم المحيطة بسرعة. في هذا الوقت ، يمكن أن يؤدي تعديل السطح لزراعة سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها إلى تحسين نشاطها السطحي وقدرتها على تحريض العظام. تشمل الأساليب الرئيسية: (1) يتم استخدام العمليات الفيزيائية والكيميائية لتحويل فيلم الأكسيد الأصلي من سبائك التيتانيوم المسامية إلى فيلم أكسيد نشط (يتكون أساسًا من TiO2) ، والذي يمكن أن يعزز مقاومة التآكل والتوافق الحيوي لدورة التيتانيوم المسامية. يزرع. ② تم تحضير الطلاء النشطة بيولوجيًا مثل الهيدروكسيباتيت (HA) على سطح غرسات سبيكة التيتانيوم المسامية. ومع ذلك ، على الرغم من وجود الكثير من طرق تعديل السطح والبحث الأساسي حول زراعة سبيكة التيتانيوم المسامية ، نظرًا لعمليات التعديل المرهقة وأسباب أخرى ، لم تتم الموافقة على منتجات طلاء لزراعة سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها سريريًا من قبل الأقسام ذات الصلة.

في سياق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن تخصيص زراعة سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها ، ويتم تطبيقها تدريجياً على الممارسة السريرية لإصلاح استئصال الورم ، وقد حققت زراعة سبيكة التيتانيوم البسيطة دون وظائف مضادة للورم فعالية سريرية جيدة. ومع ذلك ، فإن تقارير التطبيق السريرية الحالية هي في الغالب متابعة مبكرة ومتوسطة الأجل ، وهناك حاجة إلى متابعة أطول في المستقبل لتقييم فعالية التطبيق السريري لزراعة سبيكة التيتانيوم المسامية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاستخدام السريري الحالي لمواد سبيكة التيتانيوم التي يسهل اختراقها هي سبيكة Ti6Al4V ، وتأمل المستقبل في تكريس لتطوير المزيد من مقاومة التآكل والتآكل ، ولا توجد سمية محتملة لزرع سبيكة التيتانيوم المسامية. تقع زرع سبيكة التيتانيوم المسامية المضادة للورم حاليًا في مرحلة البحث في المختبر والتجارب الحيوانية ، ومن المتوقع أن تحسن مستمرًا لآلية مضادة للورم في سبيكة التيتانيوم المضادة للورم وتطبقها بنجاح على الإصلاح والتوفير إعادة الإعمار بعد استئصال الورم.