МЕТОД ЗАМЕЩЕНИЯ ОБШИРНЫХ ДЕФЕКТОВ ДЛИННЫХ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ 3D-ПЕЧАТИ



Цитировать

Полный текст

Аннотация

Факт научного обоснования и популяризации во всем мире метода Г.А. Илизарова есть величайшее достижение отечественной медицины, а разработанная методика его использования при восполнении дефицита костной ткани верхних и нижних конечностей стала «золотым» стандартом лечения таких пострадавших [7]. Известно, что частыми причинами формирования массивного дефекта кости являются травмы снарядами с высокой кинетической энергией, местный инфекционный процесс, онкологические заболевания и излишняя хирургическая агрессия [4]. Долгое время сохранение функции конечности у таких пациентов было возможно только в случае применения внеочагового чрескостного компрессионно-дистракционного остеосинтеза с несвободной костной пластикой по Г.А. Илизарову [7]. Но продолжительность и результат лечения зачастую оказывались неудовлетворительными как для пациента, так и для лечащего врача [1]. Применение в практике возможностей регенеративной медицины при восстановлении структурных свойств поврежденных тканей с помощью биоактивных имплантатов позволяет рассчитывать на решение непростых клинических задач в современной травматологии и хирургии [12]. Вопрос замещения обширных дефектов длинных трубчатых костей всегда был актуален как для хирургии повреждений, так и для онкологии. Помимо применения внеочагового чрескостного компрессионно-дистракционного остеосинтеза с несвободной костной пластикой по Г.А. Илизарову костные дефекты зачастую требуют использования костных трансплантатов или протезирования. Титановый сплав сегодня активно применяется в стоматологии и ортопедической хирургии благодаря своей относительной биоинертности и отличным механическим и биологическим свойствам [5]. Титан и его комбинированные сплавы превосходят все имеющиеся в хирургии материалы, используемые для замещения объемных костных дефектов [6]. С появлением и развитием методов 3D-печати с помощью металлов появились новые возможности применения титана и его сплавов, появилась возможность создавать высокоточные пористые структуры для замещения костных дефектов в соответствии с клиническими потребностям. В ходе работы были рассмотрены зарубежные методики замещения обширных костных дефектов с помощью 3D-печати, выявлены недостатки такие как: дороговизна разработки и производства, излишняя индивидуализация. Используя опыт зарубежных коллег, мы задались целью исключить прежние недостатки и унифицировать протез под все анатомические области. В итоге нами разработан и создан прототип модели протеза с помощью 3D-печати, который является перспективным для дальнейшего развития и внедрения в клиническую практику.

Полный текст

Цель исследования: Целью работы являлась разработка и создание унифицированной модели 3D-импланта для замещения обширных травматических дефектов длинных трубчатых костей любых размеров. Оценка возможностей применения и определение оптимальной методики изготовления про- теза с учетом факторов, ускоряющих процесс взаимной интеграции импланта с живой костной тканью. Материалы и методы. Для создания виртуального проекта пластикового каркаса было использо- вано программное обеспечение “FUSION 360” [Autodesk Inc.], 3D-принтер Wanhao Duplicator D9/500 Mark II [Wanhao Duplicator]. Сам прототип протеза создавался из филаментного пластика полиэтилен- терефталата. На основе данных, полученных в ходе автоматизированного проектирования пористых структур, стало известно, что додекаэдровая структура недостижима из-за особенностей технологии производства пластиковых изделий, и данная структура может быть достигнута лишь в окончательном титановом варианте изделия, который будет печататься, исходя из результатов КТ исследований, выпол- няемых непосредственно перед печатью импланта и его применением. Результаты. Одним из преимуществ предложенного нами типа протеза для восполнения обшир- ных дефектов костной ткани стало обеспечение необходимых условий для реализации процесса обра- зования новой капиллярной сети в зоне имлантации, следовательно, и увеличение уровня оксигенации образующейся костной ткани, необходимой для нормального процесса осуществления и завершения остеогенеза [8, 9]. Планируется, что данные меры помогут ускорить процесс взаимной интеграции им- планта и живой костной ткани, что позволит надежно зафиксировать протез к проксимальным и дис- тальным краям костного дефекта, окружить металлическую конструкцию новообразованной костной структурой. В результате разработки, проектирования и создания модели-прототипа мы получили пла- стиковый вариант изделия с цельной монолитной структурой, включающий в себя два подвижных эле- мента для фиксации в проксимальном или дистальном конце зоны костной деструкции. Прототип мо- дели отображает все технические и механические свойства конечного варианта протеза из титанового сплава. Модель прототипа титанового протеза состоит из трех неподвижных частей: корпус, сверло, внутренняя шахта и двух типов подвижных: выдвигаемой стрелы и продвигающих вставок. Конструкция протеза подразумевает надежный принцип как наружной фиксации к фрагментам оставшейся кости путем всверливания протеза в дистальный или проксимальный конец зоны повреждения, так и внутрен- ней фиксации подвижной части путем расклинивания подвижной и неподвижной части вставками. В процессе разработки додекаэдровой ячеистой структуры сообщающихся полостей для титанового ва- рианта протеза мы предполагали заполнение получившихся сообщающихся полостей смесью желати- на и наногидроксиапатита с целью ускорения остеобластогенеза и взаимоинтеграции. Обоснование применения желатина заключается в том, что желатин - денатурированная форма коллагена, содер- жащая функциональные аминокислоты, необходимые для остеогенеза [10, 11]. Так же в состав конст- рукции был включен наногидроксиапатит (nHA). Обоснование применения nHA в том, что он усиливает образование костной ткани путем повышения адгезии остеобласта, пролиферации и остеоинтеграции [12]. Результаты последних исследований показали, что ремонтины (комплекс гель-желатина и наногид- роксиапатита) значительно усиливают адгезию, пролиферацию и дифференцировку костной ткани [2, ]. Данная модификация предложенного нами 3D-биомпланта путем добавления комплекса ремонти- 3нов является перспективным направлением для дальнейшего развития проекта [5]. Выводы. В случае с вариантом печати модели протеза из пластика ячеистая структура оказалась недостижима из-за технологии плавки филаментного пластика полиэтилентерефталата. Полученное изделие с системой замыкания импланта в проксимальном и дистальном отломках длинных трубчатых костей является полноценным прототипом для печати титановых имплантов по результатам КТ- исследований нижних и верхних конечностей и использовании их для замещения обширных костных дефектов у раненых и пострадавших, а, также, у пациентов с онкологическими заболеваниями. Разви- тие данной технологии изготовления индивидуальных имплантов является достаточно перспективным для применения в клинической практике.
×

Об авторах

В. Д Потемкин

ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» МО РФ

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Быков, И.Ю. Военно-полевая хирургия: Национальное руководство / И.Ю. Быков, Н.А. Ефименко, Е.К. Гуманенко. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 115 с.
  2. Талашова, И.А. Сравнительная количественная оценка репаративного процесса при имплантации биокомпозиционных материа-лов в костные дефекты / И.А. Талашова [и др.] // Гений ортопедии. - 2012. - №2. - С.68-71.
  3. Крюков, Е.В. Опыт клинического применения тканеинженерных конструкций в лечении протяженных дефектов костной ткани / Е.В. Крюков [и др.] // Гений ортопедии. - 2019. - №25. - С.68-71.
  4. Брижань, Л.К. Современное комплексное лечение раненых и пострадавших с боевыми повреждениями конечностей / Л.К. Бри-жань [и др.] // Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова. - 2016. - Т.11, №1. - С.74-80.
  5. Мигулева, И.Ю. Две новые модели экспериментального дефекта кости на голени крысы для исследования регенерации костной ткани после пластики различными материалами / И.Ю. Мигулева [и др.] // Экспериментальная хирургия. - 2015. - №2. - С.34-45.
  6. Крюков, Е.В.. Опыт клинического применения тканеинженерных конструкций в лечении протяженных дефектов костной ткани / Е.В. Крюков [и др.] // Гений ортопедии. - 2019. - №25. - С.68-71.
  7. Соломин, Л.Н. Основы чрескостного остеосинтеза: [в 3 т.] - Т.1. / Л.Н. Соломина. - М.: Бином, 2014. - С.9.
  8. Оноприенко, Г.А. Микроциркуляция и регенерация костной ткани: теоретические и клинические аспекты / Г.А. Оноприенко, В.П. Волошин. - М.: Бином, 2017. - 184 с.
  9. Сакович, Е.Ф. Гипербарическая оксигенация в комплексе интенсивной терапии огнестрельных и взрывных ранений / Е.Ф. Сакович [и др.] // Медицина неотложных состояний. - 2015. - №2(65). - С.147-149.
  10. Xiao, W. Cellular and Molecular Aspects of Bone Remodeling / W. Xiao [et al.] // Front. Oral Biol. - 2016. - Vol.18. - Р.9-16.
  11. Kang, S.-H. Regeneration potential of allogeneic or autogeneic mesenchymal stem cells loaded onto cancellous bone granules in a rabbit radial defect model / S.-H. Kang [et al.] // J. Hand Surgery. - 2014. - Vol.39E, Suppl.1. - P.349.
  12. McKee, M.D. Management of Segmental Bone Defects: Management of Segmental Bony Defects: The Role of Osteoconductive Orthobiologics / M.D. McKee // J. Am. Acad. Orthop. Surg. - 2006. - Vol.14. - P.163-167.
  13. Liou, J.J. Effect of Platelet-Rich Plasma on Chondrogenic Differentiation of Adipose- and Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells / J.J. Liou [et al.] // Tissue Eng. (Part A). - 2018. - Vol.24, №19-20. - P.1432-1443.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Потемкин В.Д., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 77760 от 10.02.2020.