Progresso da pesquisa da liga de titânio porosa de impressão 3D após ressecção tumoral

Comparado com o aço inoxidável e outros materiais de metal, a liga de titânio com estrutura sólida tem as vantagens de alta resistência e boa resistência à corrosão. No entanto, o módulo elástico ainda é muito alto em comparação com o tecido duro do corpo humano e é fácil produzir fenômeno de proteção ao estresse com o tecido circundante, resultando em um grande declínio na capacidade de integração dos implantes de liga de titânio com osso. Para resolver esse problema, nos últimos anos, os pesquisadores de biologia de materiais propuseram introduzir a estrutura dos poros em ligas de titânio e prepararam com sucesso as ligas porosas de titânio. Os resultados mostram que as ligas porosas de titânio têm as seguintes vantagens: (1) A estrutura de penetração tridimensional exclusiva é propícia à adesão, proliferação, diferenciação e mineralização dos osteoblastos, bem como ao transporte de nutrientes e o crescimento de histiócitos ósseos, formando a fixação biológica, melhorando a capacidade de integração óssea e prolongando a vida útil dos implantes; ② Os parâmetros dos poros podem ser ajustados para ajustar sua resistência à compressão, módulo elástico, densidade etc., para que a propriedade mecânica possa corresponder ao tecido ósseo, reduzir ou remover o fenômeno da proteção contra tensão.

Nos últimos anos, o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D forneceu uma nova opção para a preparação de ligas porosas de titânio. A tecnologia de impressão 3D pode concluir o controle preciso da forma geral da liga de titânio porosa de acordo com a estrutura anatômica do local do defeito após a ressecção do tumor e obter personalização personalizada para atender às necessidades de reparo de ressecção pós-tumor. Dividimos os implantes de liga porosa de titânio poroso 3D em duas categorias, de acordo com se eles foram submetidos à funcionalização antitumoral. A primeira categoria é a liga porosa de titânio preparada pela tecnologia de impressão 3D sem qualquer modificação da superfície, ou seja, implantes de liga de titânio poroso imprimido em 3D (a seguir referido como "implantes porosos de liga de titânio"); A segunda categoria é o implante de liga de titânio poroso preparado pela tecnologia de impressão 3D após a modificação antitumoral (a seguir referida como "implante de liga de titânio poroso antitumoral"). Neste artigo, é revisado o desempenho de implantes porosos de liga de titânio, a aplicação clínica após a ressecção do tumor e o progresso da pesquisa dos implantes de liga de titânio porosos antitumorais.

Preparação, microestrutura e propriedades de implantes porosos de liga de titânio

1.1 Preparação de implantes porosos de liga de titânio

Os resultados mostram que a liga de titânio porosa acabada preparada por processos tradicionais, como sinterização e agente de formação de poros, possui graus diferentes de poros fechados, baixa porosidade e baixa conectividade. Comparado com o processo tradicional, a tecnologia de impressão 3D é modelada e formada por meio de software de design auxiliado por computador, que tem velocidade de formação rápida e alto grau de liberdade, e pode obter controle preciso dos parâmetros micro-portos e forma geral de implantes de liga de titânio poroso . Atualmente, as tecnologias de liga de titânio porosas de impressão 3D comumente usadas no campo médico incluem principalmente a tecnologia de fusão seletiva a laser e a tecnologia de fusão seletiva de feixe de elétrons.

1.2 Microestrutura de implantes porosos de liga de titânio

Um grande número de estudos mostrou que o implante ideal de liga de titânio poroso tem uma porosidade de 60% a 90% e um tamanho de poro de 300 a 900 μm, o que é semelhante ao osso canceloso humano e pode promover a atividade osteogênica in vitro e O crescimento interno do novo tecido ósseo in vivo. Esse parâmetro também pode ser alcançado pela tecnologia de impressão 3D, para que o implante de liga de titânio poroso tenha uma porosidade adequada, abertura e alta conectividade; Quando é implantado no defeito ósseo após a ressecção do tumor, o implante poroso de liga de titânio pode promover a formação de fixação biológica com o tecido ósseo circundante e reconstruir a estabilidade do sistema esquelético.

1.3 Propriedades de implantes porosos de liga de titânio

As propriedades do implante poroso de liga de titânio incluem principalmente propriedades mecânicas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, biossegurança e histocompatibilidade.

Propriedades mecânicas: Os resultados mostram que os parâmetros da propriedade mecânica dos implantes de liga de titânio porosos podem ser alterados dentro de um determinado intervalo ajustando a composição elementar e a estrutura de poros microscópicos dos implantes de liga de titânio poroso. O módulo elástico final é semelhante ao dos ossos humanos (5-30 GPa) e a força é maior que a resistência à compressão do osso denso humano (100-230 MPa). Ou seja, a resistência mecânica do implante é aumentada enquanto o fenômeno de proteção contra tensão é reduzido.

Resistência ao desgaste e corrosão, Biossegurança: Atualmente, o material de implante de liga de titânio poroso mais amplamente utilizado é a liga Ti6al4V. Embora em comparação com a liga médica de aço inoxidável e à base de cobalto-cromo, a liga Ti6al4V tem mais forte resistência ao desgaste e resistência à corrosão, com o aumento do movimento do corpo e a extensão do tempo de implantação, ele ainda levará a um certo grau de corrosão e fricção de A liga Ti6al4V no ambiente fisiológico, especialmente os elementos de alumínio (Al) e vanádio (V) na liga Ti6al4V, têm potenciais efeitos tóxicos, e há um risco de se espalhar para os tecidos circundantes e causar efeitos colaterais tóxicos. Nos últimos anos, os pesquisadores de biomateriais em casa e no exterior estão comprometidos com o desenvolvimento de novas ligas de titânio com menor toxicidade e resistência à corrosão. Estudos mostraram que a adição de molibdênio (MO), zircônio (ZR), tantalum (TA) e outros elementos não-tóxicos estáveis ​​a β às ligas de titânio não podem apenas melhorar a resistência à corrosão das ligas de titânio, mas também melhorar sua biossegurança.

Histocompatibilidade: Da perspectiva da estrutura dos poros e das propriedades mecânicas, o módulo elástico de implantes de liga de titânio poroso é significativamente reduzido, o que pode reduzir o efeito de proteção contra tensão entre os implantes e o tecido ósseo e fornecer espaço adequado para o crescimento do tecido ósseo. No entanto, devido à falta de bioatividade da superfície e capacidade de indução óssea do implante poroso de liga de titânio, é difícil formar ligação química estável com o tecido ósseo circundante rapidamente. Nesse momento, a modificação da superfície de implantes de liga de titânio porosa pode melhorar ainda mais sua atividade de superfície e capacidade de indução óssea. As principais abordagens incluem: (1) Processos físicos e químicos são usados ​​para converter o filme de óxido passivado original de implantes de liga de titânio poroso em um filme de óxido ativo (composto principalmente de TiO2), que pode melhorar a resistência à corrosão e a bio -histocompatibilidade da liga de titânio porosa implantes. ② Revestimentos bioativos como a hidroxiapatita (HA) foram preparados na superfície dos implantes de liga de titânio poroso. No entanto, embora existam muitos métodos de modificação de superfície e pesquisas básicas sobre implantes de liga de titânio poroso, devido a processos de modificação complicada e outras razões, nenhum produto de revestimento para implantes de liga de titânio poroso foi clinicamente aprovado pelos departamentos relevantes.

No contexto da tecnologia de impressão 3D, os implantes de liga de titânio porosos podem ser personalizados e são gradualmente aplicados à prática clínica de reparo de ressecção pós-tumor, e os implantes simples de liga de titânio porosos sem funcionalização antitumoral alcançaram boa eficácia clínica. No entanto, os relatórios atuais de aplicação clínica são principalmente de acompanhamento precoce e médio a médio prazo, e é necessário um acompanhamento mais longo no futuro para avaliar a eficácia da aplicação clínica de implantes porosos de liga de titânio. Além disso, o uso clínico atual de materiais de liga de titânio poroso é a liga Ti6al4V, a esperança futura de dedicar ao desenvolvimento de mais resistência ao desgaste e corrosão, sem toxicidade potencial de implantes de liga de titânio porosos. O implante de liga de titânio poroso anti-tumoral está atualmente no estágio de pesquisas in vitro e experimentos com animais, e espera-se que melhore continuamente o mecanismo antitumoral do implante de liga de titânio poroso antitumoral e o aplique com sucesso ao reparo e reconstrução após ressecção do tumor.