L'impalcatura a griglia in titanio con stampa 3D facilita l'osteogenesi nei difetti segmentali mandibolari

npj Medicina rigenerativa volume 8, numero articolo: 38 (2023) Citare questo articolo

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La fusione ossea delle estremità rotte del difetto è la base della ricostruzione funzionale dei difetti ossei segmentari maxillo-facciali critici. Tuttavia, i trattamenti attualmente disponibili non raggiungono facilmente questo obiettivo. Pertanto, questo studio mirava a fabbricare impalcature a griglia in titanio con stampa 3D, che possiedono pori sufficienti e resistenza biomeccanica di base per facilitare l’osteogenesi al fine di realizzare la fusione ossea nei difetti ossei segmentali mandibolari. La sperimentazione clinica è stata approvata e supervisionata dal Comitato di etica medica dell'Ospedale generale cinese PLA il 28 marzo 2019 (Pechino, Cina. approvazione n. S2019–065–01) e registrata nella piattaforma del registro degli studi clinici (numero di registrazione: ChiCTR2300072209). Scaffold a griglia in titanio sono stati prodotti utilizzando la fusione laser selettiva e impiantati in 20 cani beagle con difetti segmentali mandibolari. La metà degli animali è stata trattata con frammenti di osso autologo e sostanze ossee incorporate negli scaffold; per il resto degli animali non è stata utilizzata alcuna imbottitura aggiuntiva. Dopo 18 mesi di osservazione, la scansione radiologica e l'analisi istologica nei modelli canini hanno rivelato che i pori dell'osso rigenerato erano riempiti con scaffold a griglia in titanio e le estremità ossee rotte erano integrate. Inoltre, tre pazienti sono stati trattati con impianti simili di scaffold a griglia in titanio in difetti segmentali mandibolari; non sono state osservate complicazioni meccaniche e una rigenerazione ossea simile è stata osservata nelle mandibole dei pazienti ricostruiti in clinica. Questi risultati hanno dimostrato che gli scaffold a griglia in titanio stampati in 3D con pori sufficienti e resistenza biomeccanica di base potrebbero facilitare la rigenerazione ossea nei difetti ossei mandibolari di grandi segmenti.

La ricostruzione dei difetti ossei segmentali maxillo-facciali dopo tumore, trauma o infezione rimane una grande sfida per i medici, soprattutto per i difetti ossei segmentali critici. Circa 2,2 milioni di pazienti soffrono di difetti ossei legati a interventi ortopedici, neurochirurgici o odontoiatrici1. Varie strategie sono state utilizzate per trattare tali condizioni cliniche, tra cui l'osteogenesi da distrazione, l'innesto osseo allogenico, l'innesto osseo autologo e gli impianti di materiali eterogenei. Tuttavia, ulteriori traumi chirurgici, risorse insufficienti per i donatori e varie complicazioni limitano l’applicazione clinica dei metodi citati. I recenti sviluppi nel campo interdisciplinare dell'ingegneria dei tessuti si sono concentrati sul ripristino o sul mantenimento della funzione dei tessuti utilizzando scaffold, sostanze bioattive e/o cellule o tessuti con potenziale di rigenerazione2. Le strategie di ingegneria tissutale sono state utilizzate nei campi della plastica3, dell'ortopedia4 e della chirurgia maxillofacciale5. I tradizionali processi di ingegneria tissutale per l'impianto dei tessuti si basano su scaffold ex vivo combinati con cellule e biomolecole2. L'ingegneria tissutale in situ, un altro approccio per la rigenerazione dei tessuti danneggiati, rigenera i tessuti con lo spazio volumetrico del sito funzionale previsto, sfruttando il potenziale rigenerativo innato del corpo. Rispetto alla tradizionale ingegneria tissutale ex vivo, la raccolta di cellule staminali da seme e la creazione di condizioni di coltura cellulare complesse possono essere eliminate durante l'ingegneria tissutale in situ. Pertanto, gli approcci in situ possono essere tradotti più favorevolmente in un contesto clinico rispetto a quelli di ingegneria tissutale ex vivo6, soprattutto nel campo dell’innesto osseo per applicazioni ortopediche7 o maxillofacciali8,9.

Sulla base dei nostri risultati precedenti10,11,12, abbiamo tentato di fabbricare una struttura di ingegneria tissutale in situ nella regione del difetto utilizzando un'impalcatura 3D, con il duplice effetto di proprietà meccaniche favorevoli per resistere alla fatica e creare un interspazio sufficiente per la vascolarizzazione13 (Fig. 1 ). Lo sviluppo della stampa 3D ha consentito la fabbricazione di impalcature con sufficiente porosità14,15. Numerosi ricercatori hanno analizzato le proprietà biomeccaniche e biocompatibili degli scaffold per la stampa 3D tramite analisi degli elementi finiti (FEA), test biomeccanici ed esperimenti in vitro16,17,18,19,20. Dopo che una paziente di 83 anni è stata sottoposta a un impianto di protesi mascellare specifica in titanio fabbricata con la tecnica di fusione laser selettiva (SLM) nel 2011, una serie di studi clinici hanno tentato di ricostruire il difetto mandibolare utilizzando protesi di stampa 3D17,18,19,20 ,21. Inoltre, in vivo, esperimenti e studi clinici provenienti da studi ortopedici hanno segnalato la crescita ossea nei pori delle strutture porose stampate in 3D22 o degli scaffold in rete23. Tuttavia, in questi studi non è stata studiata la fusione ossea continua da estremità ossee rotte, che è fondamentale per il successivo posizionamento dell’impianto dentale nel campo dell’odontoiatria. Pertanto, abbiamo tentato di realizzare una fusione ossea continua dalle estremità rotte delle ossa tramite impalcature Ti-grid con stampa 3D in esperimenti su animali e studi clinici.