Estrutura de grade de titânio para impressão 3D facilita a osteogênese em defeitos segmentares mandibulares

npj Medicina Regenerativa volume 8, Número do artigo: 38 (2023) Citar este artigo

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A fusão óssea das extremidades quebradas dos defeitos é a base da reconstrução funcional de defeitos ósseos segmentares maxilofaciais críticos. No entanto, os tratamentos actualmente disponíveis não atingem facilmente este objectivo. Portanto, este estudo teve como objetivo fabricar andaimes de grade de titânio para impressão 3D, que possuam poros suficientes e resistência biomecânica básica para facilitar a osteogênese, a fim de realizar a fusão óssea em defeitos ósseos segmentares mandibulares. O ensaio clínico foi aprovado e supervisionado pelo Comitê de Ética Médica do Hospital Geral Chinês PLA em 28 de março de 2019 (Pequim, China. aprovação nº S2019–065–01) e registrado na plataforma de registro de ensaios clínicos (número de registro: ChiCTR2300072209). Scaffolds de grade de titânio foram fabricados utilizando fusão seletiva a laser e implantados em 20 cães beagle com defeitos segmentares mandibulares. Metade dos animais foi tratada com lascas de osso autólogo e substâncias ósseas incorporadas aos scaffolds; nenhum enchimento adicional foi utilizado para o restante dos animais. Após 18 meses de observação, a varredura radiológica e a análise histológica em modelos caninos revelaram que os poros do osso regenerado foram preenchidos com estruturas de grade de titânio e as extremidades ósseas quebradas foram integradas. Além disso, três pacientes foram tratados com implantes de estrutura de grade de titânio semelhantes em defeitos segmentares mandibulares; não foram observadas complicações mecânicas e regeneração óssea semelhante foi observada nas mandíbulas dos pacientes reconstruídos na clínica. Esses resultados demonstraram que estruturas de grade de titânio impressas em 3D com poros suficientes e resistência biomecânica básica poderiam facilitar a regeneração óssea em defeitos ósseos mandibulares de grandes segmentos.

A reconstrução de defeitos ósseos segmentares maxilofaciais após tumor, trauma ou infecção continua sendo um grande desafio para os médicos, especialmente para defeitos ósseos segmentares críticos. Aproximadamente 2,2 milhões de pacientes sofrem de defeitos ósseos relacionados à ortopedia, neurocirurgia ou odontologia1. Várias estratégias têm sido utilizadas para tratar tais condições clínicas, incluindo distração osteogênica, enxerto ósseo alogênico, enxerto ósseo autólogo e implantes de materiais heterogêneos. No entanto, trauma cirúrgico adicional, recursos insuficientes dos doadores e diversas complicações restringem a aplicação clínica dos métodos mencionados. Desenvolvimentos recentes no campo interdisciplinar da engenharia de tecidos têm-se centrado na restauração ou manutenção da função tecidual utilizando suportes, substâncias bioativas e/ou células ou tecidos com potencial de regeneração2. Estratégias de engenharia de tecidos têm sido utilizadas nas áreas de plástica3, ortopedia4 e cirurgia maxilofacial5. Os processos tradicionais de engenharia de tecidos para implantação de tecidos dependem de estruturas ex vivo combinadas com células e biomoléculas2. A engenharia de tecidos in situ, outra abordagem para a regeneração de tecidos danificados, regenera o tecido com o espaço de volume do local funcional pretendido, aproveitando o potencial regenerativo inato do corpo. Em comparação com a engenharia de tecidos ex vivo tradicional, a colheita de células-tronco de sementes e o estabelecimento de condições complexas de cultura celular podem ser eliminados durante a engenharia de tecidos in situ. Assim, abordagens in situ podem ser traduzidas de forma mais favorável para um contexto clínico do que as de engenharia de tecidos ex vivo6, especialmente na área de enxerto ósseo para ortopedia7 ou aplicações maxilofaciais8,9.

Com base em nossas descobertas anteriores10,11,12, tentamos fabricar uma construção de engenharia de tecidos in situ na região do defeito usando uma estrutura 3D, com efeitos duplos de propriedades mecânicas favoráveis ​​para resistir à fadiga e criar espaço suficiente para vascularização13 (Fig. 1 ). O desenvolvimento da impressão 3D possibilitou a fabricação de scaffolds com porosidade suficiente14,15. Vários pesquisadores analisaram as propriedades biomecânicas e biocompatíveis de estruturas de impressão 3D por meio de análise de elementos finitos (FEA), testes biomecânicos e experimentos in vitro16,17,18,19,20. Após uma paciente do sexo feminino de 83 anos ter sido submetida ao implante de uma prótese mandibular específica de titânio fabricada com a técnica de fusão seletiva a laser (SLM) em 2011, uma série de estudos clínicos tentaram reconstruir o defeito mandibular usando próteses de impressão 3D17,18,19,20 ,21. Além disso, in vivo, experimentos e ensaios clínicos de estudos ortopédicos relataram crescimento ósseo nos poros de estruturas porosas de impressão 3D22 ou estruturas de malha23. No entanto, a fusão óssea contínua a partir de extremidades ósseas quebradas não foi investigada nestes estudos, o que é crucial para a posterior colocação de implantes dentários na área da odontologia. Portanto, tentamos realizar a fusão óssea contínua a partir de pontas quebradas de ossos por meio de andaimes de grade Ti de impressão 3D em experimentos com animais e ensaios clínicos.