Ikerketa berriek titaniozko inplanteak oso eraginkorrak aurkitu dituzte

3D inprimatzeko titanio prozesua

Prozesu tradizionalarekin alderatuta, 3D inprimaketa-teknologiaren abantailak inplante kirurgiko pertsonalizatuen figurak fabrikatzeko honako hauetan islatzen dira batez ere: 3D inprimaketa askearen ezaugarriek barne-inplantea azkar eta zehaztasunez pertsonaliza dezakete, inplante unibertsalaren forma tradizionala gaindi dezake giza gorputzarekin bateraezina da eta bere propietate mekanikoak ez dira arazo estandarrak betetzen; Egitura konplexuen eta prozesatzeko zailak diren produktuen fabrikazioan, mikroegitura pertsonalizatuak, batez ere egituren bidez porotsuak, propietate fisiko eta kimiko zehatzak betetzeaz gain, biohistobateragarritasuna hobetu dezakete.

Abantaila sorta honek eraginkortasunez gaindi ditzake estresaren babesaren eta inplanteen jarduera biologiko baxuaren ohiko arazoak. Gaur egun, 3D inprimatzeko titanio-aleaziorik erabilienak eta erabilienak SLM teknologia eta EBM teknologia dira.

Laser Urtze Selektiboa (SLM) laserra erabiltzen du bero-iturri gisa, aurrez ezarritako hauts-materialak selektiboki irradiatzeko, urtze azkarra eratzeko. Lan-printzipio nagusia hauxe da: gas geldoen babesaren ingurunean, tresnak eta ekipoak laser izpia kontrolatzen duela sistemaren diseinu-moduak sortutako betetzeko eskaneatzeko bidearen arabera hauts geruza bakoitza hautatzeko eta urtzeko.

Ondoren, plataforma behera mugitzen da, hautsa berriro jartzen da eta sinterizazioa errepikatzen da forma osoa osatu arte. Gas geldoen babesak metalak tenperatura altuetan beste gas batzuekin erreakzionatzea eragozten du. SLM teknologia konformazio material sorta oso zabala da, materiala aurreztea eta birziklagarria da, ez du laguntza sistema konplexurik diseinatu eta prestatu beharrik, abantaila sorta honek SLM teknologia gero eta gehiago erabiltzen da.

Hala ere, SLMk eragozpen batzuk ere baditu: laser potentzia mugatua eta eskaneatzeko galvanometroaren desbideratze Angelua dela eta, SLMk prestatutako piezen tamaina mugatua izango da; Potentzia handiko laserrak eta kalitate handiko ekipamendu optikoak fabrikatzen garestiak dira, eta horrek zama ekonomikoa areagotzen du neurri batean. SLM teknologian hauts-materialak erabiltzeagatik, moldeatutako piezen gainazaleko kalitatea arazotsua izan daiteke, eta horrek produktuaren bigarren mailako prozesatzea eskatzen du ondorengo lanetarako erabili ahal izateko; Esferoidizazioa eta deformazio-akatsak ere gerta daitezke prozesatzeko prozesuan, eta horrek prozesatzeko prozedura zorrozki optimizatzeko beste urrats bat eskatzen du Elektronien izpiaren urtzea, EBM elektroi-sorta bero-iturri gisa erabiltzen duen prozesu bat da, metal hauts geruzaz geruza urtzeko fabrikazio gehigarrirako.

Bere funtzionamendu-printzipioa hau da: aurrez estalitako hautsa, energia handiko elektroi-izpiaren desbideratzea tokiko eremu txikian energia handia ekoizteko fokuaren ondoren hauts-geruza eskaneatzeko tenperatura altua ekoizteko eta are urtzeko, elektroi-sorta etengabeko eskaneatze bidez, urtutako igerilekuaren fusioaren eta solidotzearen arteko energia ekoizteko, metalezko geruza lineal eta planar batean konektatuta.

Uneko geruza amaitu ondoren, errepikatu hautsak jartzeko eragiketa osatzeko. Ekoizpen prozesuan, EBM-k benetako airea urtzeko ingurunea hartzen du materialaren erresistentzia handia bermatzeko eta aleazioaren oxidazioa saihesteko. SLM-rekin alderatuta, EBMren abantaila nagusiak hauek dira: elektroi-izpiaren potentzia eraginkorra sortzeak potentzia gutxiago kontsumitzen du, ekoizpen-abiadura handia da, makina osoaren benetako potentzia osoa handia izan dadin; Elektroi-izpiaren desbideratzeak ez du ekipamenduaren zatia mugitu beharrik, eta horrek are gehiago hobetzen du eskaneatzeko abiadura. Ingurune termiko onak 3D inprimatutako piezen forma egonkortasuna bermatzen du, propietate mekaniko estatikoak bermatzen ditu, baldintza biologikoak betetzen ditu eta metal hautsa ere birzikla daiteke.

3D inprimatutako inplante kirurgikoen egoera eta aurrerapena

Inplante kirurgikoek eta 3D inprimaketa duten ortesiek aplikazio itxaropentsuak dituzte osteologiaren arloan. Orain gero eta gehiago daude3D inprimatutako inplanteen materialakhala nola, entzumen-hiesak, protesien gorputz-adarrak, kirurgia ortopedikoko gida pertsonalizatuak, artikulazio artifizialak, kanpoko belarri artifizialak, hortz-inplante pertsonalizatuak eta tratamendu kliniko pertsonalizatuan beste aplikazio batzuk. Txostenen arabera, 2014an, Pekingo Unibertsitateko ikertzaileek arrakastaz txertatu zuten 12 urteko mutiko bati 3D inprimatutako bizkarrezur artifizial pertsonalizatu bat mikro-zuloekin, eta hori izan zen munduko lehen kasua. Urte berean, medikuek eta zientzialariek Eskozian 5 urteko neska bati 3D inprimatutako palmondo protesikoa jarri zioten.

Herriaren Askapenerako Armadako 411. Ospitaleko Estomatologia Espezialitate Zentroak arrakastaz erabili zuen EBM teknologia mandibular aleaziozko inplante bat pertsonalizatu eta ezartzeko anatomiaren simulazio oso pertsonalizatuarekin hemimaxilar erresekzioko paziente bati. Operazioan zehar, gaixotutako mandibularen erresekzioa eta konponketa funtzional indibidualizatua denbora batean amaitu ziren, eta mandibula akastuna banan-banan konpondu eta berreraiki zen. Operazio osteko efektua pozgarria izan zen. Lethaus B-k eta beste ikertzaile batzuek 3D inprimaketa-teknologia erabili zuten hezur eta flap mikrobaskularrak berreraikitzeko mandibular erresekzioa zuten 20 pazientetan, eta horrek ebakuntza-denbora laburtu zuen eta ebakuntza-kalitatea hobetu zuen, eta ebakuntza osteko efektua ona izan zen. Azken urteotan, antzeko albisteak eta ikerketak korronte amaigabean sortu dira, eta horrek guztiz islatzen du 3D inprimaketaren aplikazio-aukera onak mediku arloan.

Produktu ortopedikoen alboan, 3D inprimatutako inplante kirurgikoko materialak ere pixkanaka merkaturatzen eta merkaturatzen ari dira. 2007an, Adler Ortho eta LIma-LTO Italiako enpresak garatutako ehun gogorreko aldamioekin bioinprimatutako 3D inprimatutako azetabulu edalontziek CE ziurtagiria gainditu zuten. Exactech-en produktua 2010ean onartu zuen FDAk. 2009an, 3D inprimaketa erabiliz AMT konpainia estatubatuarrak ekoitzitako titaniozko gorputz-fusio-gailuak ere EBko CE ziurtagiria gainditu zuen. 2013an, Estatu Batuetako lehen bioinprimatutako skull inplante produktua onartu zuen FDAk, hau da, munduan 3D inprimatutako PEEK skull inplantearen irudi pertsonalizatua ere bai.

Oinarri horretan, 2014an, Estatu Batuetako Oxford konpainiak FDAren onespena jaso zuen 3D aurpegi-maxilo-hezurren produktuak inprimatzeko (5IOK modua). Horrez gain, 2015eko irailean, 3D inprimatutako giza inplantea - Beijing Medicineko Hirugarren Ospitaleak eta Beijing Aikang Yicheng Medical Equipment Co., LTD.ek garatutako hip artifiziala erregistratu zuen Estatuko Elikagaien eta Droga Administrazioak. 3D inprimatutako aldaka artikulazioa "produkzio masiboko fasean" sartu da, eta horrek esan nahi du Txinako 3D inprimaketa-inplanteak ere produkzio-fasean sartu direla.

3D inprimatzeko teknologiak gero eta paper garrantzitsuagoa erakutsi du medikuntza zientzian eta teknologian berrikuntzan, eta hainbat inplante-protesi pertsonalizatuen, gorputz-adarre protesikoen, hortz-inplanteen eta beste alderdi batzuen ikerketa eta aplikazioa ere gero eta zabalagoa da. Beraz, prozesu berri honen bidez prestatutako inplanteen biosegurtasunaren ebaluazioak gero eta arreta handiagoa behar du.

3D inprimaketaren titanioaren biosegurtasunaren inguruko ikerketa

Material biomedikoen segurtasuna ehunen eta materialen arteko elkarrekintzan islatzen da batez ere. Material metaliko biomedikoek inplantatutako gailuen estandarrak betetzeko, giza gorputzean ezartzeak eragindako erreakzioa maila onargarria izatea eskatu behar da, eta, aldi berean, ezin du aldaketa kualitatiborik eragin materialaren egituran eta propietateetan. Giza gorputzaren eta giza gorputzaren arteko elkarrekintza batez ere bere biobateragarritasunean eta funtzio biologikoan islatzen da.

Hori dela eta, giza gorputzean ezarri ondoren, inplanteak ez luke erreakzio kaltegarririk eragin behar, hala nola alergia, hantura eta kimika giza zeluletan, odolean eta organoetan, edo giza gorputz arrotzen errefusa. Aldi berean, denbora luzez ezarri behar diren inplanteek propietate mekaniko estatiko onak izan behar dituzte, hau da, indar nahikoa, modulu elastiko egokia, egonkortasun handia, korrosioarekiko erresistentzia ona eta iraunkortasun iraunkorra. Orain titaniozko aleazioen inplantazio kirurgikoa oso erabilia da praktika klinikoan, eta biobateragarritasunaren ikerketa ere heldua da. Hori dela eta, 3D inprimaketarekin lotutako titanio-aleazio piezen segurtasuna bere funtzio biomekanikoaren segurtasunean oinarritzen da batez ere.

3D inprimatutako metalezko inplantea prozesu tradizionalaren inplante-produktu orokorrekin konparagarria den ikerketa, propietate mekanikoei, korrosioarekiko erresistentziari eta biobateragarritasunari dagokionez, eta aleazio-inplantearen propietate mekaniko estatiko batzuek aplikazio klinikoa eta estandar nazionalak bete ditzaketen ala ez jakiteko. 3D inprimatutako titaniozko inplanteen propietate mekaniko estatiko partzialek behar klinikoak ase ditzaketela aurkitu da. EBM teknikaren bidez prestatutako Ti6A14V laginak zuzeneko trakzio-saiakuntzaren bidez eta beroko prentsa isostatikoen probaren bidez probatu ziren. Emaitzek erakutsi zuten TI6A14V laginen indarrak forjaketa estandarra gainditzen zuela.

SLM teknologiak prestatutako Co-Cr-Mo aleazioaren korrosioarekiko erresistentzia prozesu tradizionalaren bidez prestatutako aleazioaren antzekoa da, eta simulatutako listu-ingurunean ioien disoluzio-kopurua prozesu tradizionalaren aleaziokoa baino 3D inprimaketa txikiagoa da. DMLS teknologiak prestatutako Ti6A14V produktuak EOS konpainiak aurkitu zuen forja tradizionalaren propietate mekaniko estatiko eta neke-erresistentzia berberak dituela arrazoizko postprozesamenduaren bidez. EBM-k prestatutako titaniozko aleazio porotsua ornoen fusio-gailua ahuntzaren gorputzean ezarri zen eta emaitza onak lortu zituen ardi-lepoko fusio-ereduan. Hezur-materialaren interfazea PEEK fusio gailua baino hobea zen.

Klinikoki, titaniozko aleazioaren modulu elastikoa eta beste propietate mekaniko batzuk ez datoz bat giza hezurren propietateekin, eta horrek inplantearen hezur-ehun periferikoan "estresaren babesa" fenomenoa ekarriko du eta osteoporosia eragingo du, hezur-xurgapena, askatzea eta inplantea eta porrota galtzea eraginez. Titaniozko inplanteen arazo hori murrizteko, egitura porotsuen inplanteak ikertzaileen begietara sartu dira. Orain, ikerketek frogatu dute 3D inprimaketak inplanteen mikroegitura doitasun handiz doi dezakeela haien modulu elastikoa eta propietate mekanikoak aldatzeko, giza hezur-ehunarekin bat etortzeko eta funtzio biomekanikoak gehiago hobetzeko karga fisiologiko egokia bermatzeko.

Ti6AI4V gorputzaren egitura kontrolatua EBM konformazio teknologiaren bidez fabrikatu zen, eta barruko hutsunearen egitura ekorketa-mikroskopia elektronikoaren diseinu teorikoarekin bat zetorrela aurkitu zen, 3D inprimatutako produktuen egituran EBMren kontrol zehatza lortu zuena. Errendimendu mekanikoaren probaren bidez, dagokion konpresio-erresistentzia 163MPa da eta modulu elastikoa 14MPa% 60,1eko porositatean, giza hezurretik hurbil dagoena. In vitro zelula-kulturak ere zelulen bateragarritasun ona erakutsi zuen.

Aldamio porotsuak EBM teknologiaren bidez prestatu ziren diseinu-parametroen optimizazioaren bidez, eta haien propietate mekanikoak ebaluatu ziren. Diseinatutako material porotsuen biomekanikak nagusitasun maila handia zuela ikusi zen faseen bateragarritasunaren eta inplantearen parekapenaren simulazioan. SLMk prestatutako 300gm, 600gm eta 900~tm-ko hiru titanio porotsu mota ezarri ziren untxi-tibian poro-erlazioak hezurren hazkundean duen eragina ikertzeko. Emaitzek erakutsi zuten 600 ~ m-ko egitura porotsua duen hezur-ehunak luzera eta biobateragarritasun hobea zituela.

Hezur-hazkundearen ikuspuntutik, porositate eta irekidura erregulagarriak dituen aldamioa giza gorputzean mantenugaien transmisioa eta transmisioa hobetuko du, eta hezur-hazkundearen gaitasuna ere susta dezake, inplanteen eta hezur-oheen konbinazioa areagotu eta protesiaren zerbitzu-bizitza luzatu, egitura solidoko titaniozko aleazio baino efektu mediko hobeak lortzeko. Azken urteotan, zulo anitzeko titanio-aleazioa urratsez urrats ehun gogorren konponketa eta ordezko material kliniko berrien aproposentzat jotzen da, eta 3D inprimatutako titanio-aleazio-inplanteen aplikazioak hainbat egitura mikroskopikorekin edo egitura bidezko inplanteak ere eremu berri bat ireki du.