Progreso de investigación de la aleación de titanio poroso de impresión 3D después de la resección tumoral

En comparación con el acero inoxidable y otros materiales metálicos, la aleación de titanio con estructura sólida tiene las ventajas de alta resistencia y buena resistencia a la corrosión. Sin embargo, el módulo elástico sigue siendo demasiado alto en comparación con el tejido duro del cuerpo humano, y es fácil producir un fenómeno de protección contra el estrés con el tejido circundante, lo que resulta en una gran disminución en la capacidad de integración de los implantes de aleación de titanio con hueso. Para resolver este problema, en los últimos años, los investigadores de biología de materiales han propuesto introducir la estructura de los poros en las aleaciones de titanio y las aleaciones de titanio porosas preparadas con éxito. Los resultados muestran que las aleaciones de titanio poroso tienen las siguientes ventajas: (1) la estructura de penetración tridimensional única que conduce a la adhesión, proliferación, diferenciación y mineralización de osteoblastos, así como el transporte de nutrientes y el crecimiento de los histiocitos óseos, formar fijación biológica, mejorar la capacidad de integración ósea y prolongar la vida útil de los implantes; ② Los parámetros de poro se pueden ajustar para ajustar su resistencia a la compresión, módulo elástico, densidad, etc., para que la propiedad mecánica pueda igualar el tejido óseo, reducir o eliminar el fenómeno de protección contra el estrés.

En los últimos años, el desarrollo de la tecnología de impresión 3D ha proporcionado una nueva opción para la preparación de aleaciones de titanio poroso. La tecnología de impresión 3D puede completar el control preciso de la forma general de la aleación de titanio poroso de acuerdo con la estructura anatómica del sitio de defectos después de la resección tumoral, y lograr una personalización personalizada para satisfacer las necesidades de reparación de resección posterior a la tumor. Dividimos implantes de aleación de titanio poroso impreso en 3D en dos categorías de acuerdo con si han sufrido funcionalización antitumoral. La primera categoría es la aleación de titanio poroso preparada por la tecnología de impresión 3D sin ninguna modificación de la superficie, es decir, implantes de aleación de titanio poroso impresos en 3D simples (en adelante, referidos como "implantes de aleación de titanio poroso"); La segunda categoría es el implante de aleación de titanio poroso preparado por la tecnología de impresión 3D después de la modificación antitumoral (en adelante, denominado "implante de aleación de titanio poroso antitumoral"). En este artículo, se revisan el rendimiento de los implantes de aleación de titanio poroso, la aplicación clínica después de la resección tumoral y el progreso de la investigación de los implantes de aleación de titanio poroso antitumoral.

Preparación, microestructura y propiedades de implantes de aleación de titanio poroso

1.1 Preparación de implantes de aleación de titanio poroso

Los resultados muestran que la aleación de titanio poroso terminada preparada por procesos tradicionales, como la sinterización y el agente formador de poros, tienen diferentes grados de poros cerrados, baja porosidad y mala conectividad. En comparación con el proceso tradicional, la tecnología de impresión 3D se modela y se forma a través del software de diseño asistido por computadora, que tiene una velocidad de formación rápida y un alto grado de libertad, y puede lograr un control preciso de los parámetros de micro porcentaje y la forma general de los implantes de aleación de titanio poroso . En la actualidad, las tecnologías de aleación de titanio poroso de impresión 3D de uso común en el campo de la medicina incluyen principalmente tecnología de fusión selectiva láser y tecnología de fusión selectiva de haz de electrones.

1.2 Microestructura de implantes de aleación de titanio poroso

Una gran cantidad de estudios han demostrado que el implante de aleación de titanio poroso ideal tiene una porosidad del 60% al 90% y un tamaño de poro de 300 a 900 μm, que es similar al hueso esponjoso humano y puede promover la actividad osteogénica in vitro y El crecimiento interno del nuevo tejido óseo in vivo. Este parámetro también se puede lograr mediante la tecnología de impresión 3D, para que el implante de aleación de titanio poroso tenga una porosidad adecuada, abertura y alta conectividad; Cuando se implanta en el defecto óseo después de la resección tumoral, el implante de aleación de titanio poroso puede promover la formación de fijación biológica con el tejido óseo circundante y reconstruir la estabilidad del sistema esquelético.

1.3 Propiedades de implantes de aleación de titanio poroso

Las propiedades del implante de aleación de titanio poroso incluyen principalmente propiedades mecánicas, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, bioseguridad e histocompatibilidad.

Propiedades mecánicas: los resultados muestran que los parámetros de propiedad mecánica de los implantes de aleación de titanio poroso se pueden cambiar dentro de un cierto rango ajustando la composición elemental y la estructura microscópica de poros de los implantes de aleación de titanio poroso. El módulo elástico final es similar al del hueso humano (5-30 GPA), y la resistencia es mayor que la resistencia a la compresión del hueso denso humano (100-230 MPa). Es decir, la resistencia mecánica del implante aumenta, mientras que se reduce el fenómeno de blindaje del estrés.

Desgaste y resistencia a la corrosión, bioseguridad: en la actualidad, el material de implante de aleación de titanio poroso más utilizado es la aleación de Ti6al4v. Aunque en comparación con el acero inoxidable médico y la aleación a base de cromo de cobalto, la aleación TI6AL4V tiene una resistencia al desgaste más fuerte y resistencia a la corrosión, con el aumento del movimiento corporal y la extensión del tiempo de implantación, aún conducirá a un cierto grado de corrosión y fricción de La aleación de Ti6al4v en el entorno fisiológico, especialmente los elementos de aluminio (AL) y vanadio (V) en la aleación TI6AL4V tienen efectos tóxicos potenciales, y existe el riesgo de extenderse a los tejidos circundantes y causar efectos secundarios tóxicos. En los últimos años, los investigadores de biomateriales en el hogar y en el extranjero están comprometidos a desarrollar nuevas aleaciones de titanio con menor toxicidad y resistencia a la corrosión. Los estudios han demostrado que agregar molibdeno (MO), circonio (ZR), tantalio (TA) y otros elementos no tóxicos estables β a las aleaciones de titanio no solo puede mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio, sino también mejorar su biosa.

Histocompatibilidad: desde la perspectiva de la estructura de los poros y las propiedades mecánicas, el módulo elástico de los implantes de aleación de titanio poroso se reduce significativamente, lo que puede reducir el efecto de protección contra el estrés entre los implantes y el tejido óseo y proporcionar un espacio adecuado para el crecimiento del tejido óseo. Sin embargo, debido a la falta de bioactividad superficial y la capacidad de inducción ósea del implante de aleación de titanio poroso, es difícil formar un enlace químico estable con el tejido óseo circundante rápidamente. En este momento, la modificación de la superficie de los implantes de aleación de titanio poroso puede mejorar aún más su actividad superficial y capacidad de inducción ósea. Los enfoques principales incluyen: (1) los procesos físicos y químicos se utilizan para convertir la película de óxido pasivado original de implantes de aleación de titanio poroso en una película de óxido activo (compuesta principalmente de TiO2), lo que puede mejorar la resistencia a la corrosión y la biohistocompatibilidad de la aleación de titanio poroso implantes. ② Se prepararon recubrimientos bioactivos como la hidroxiapatita (HA) en la superficie de los implantes de aleación de titanio poroso. Sin embargo, aunque existen muchos métodos de modificación de la superficie e investigación básica sobre implantes de aleación de titanio poroso, debido a procesos de modificación engorrosos y otras razones, los departamentos relevantes no han aprobado productos de recubrimiento para implantes de aleación de titanio poroso.

En el contexto de la tecnología de impresión 3D, los implantes de aleación de titanio poroso se pueden personalizar, y se aplican gradualmente a la práctica clínica de la reparación de resección posterior a la tumor, y los simples implantes de aleación de titanio poroso sin funcionalización antitumoral han logrado una buena eficacia clínica. Sin embargo, los informes de aplicación clínica actuales son en su mayoría de seguimiento temprano y mediano, y se necesita un seguimiento más largo en el futuro para evaluar la eficacia de la aplicación clínica de los implantes de aleación de titanio poroso. Además, el uso clínico actual de los materiales de aleación de titanio poroso es la aleación TI6Al4V, el futuro espera dedicar al desarrollo de más desgaste y resistencia a la corrosión, sin toxicidad potencial de implantes de aleación de titanio poroso. El implante de aleación de titanio poroso antitumoral se encuentra actualmente en la etapa de investigación in vitro y experimentos con animales, y se espera que mejore continuamente el mecanismo antitumoral del implante de aleación de titanio poroso antitumoral y lo aplique con éxito a la reparación y la reparación Reconstrucción después de la resección tumoral.