Изучение биологической фиксации индивидуальных имплантатов при замещении посттравматических деформаций и дефектов вертлужной впадины

Введение. Ежегодно число оперативных вмешательств с применением аддитивных технологий растет как в российской медицине, так и в мировой практике. С появлением возможности печати индивидуальных имплантатов сократилось использование стандартных (импортных) конструкций в среднем на 7 % в рамках оказания высокотехнологичной медицинской помощи. Однако вопрос размера пор индивидуального имплантата при замещении посттравматических дефектов области вертлужной впадины остается открытым.

Цель. Оценить результаты лечения пациентов с посттравматическими дефектами и деформациями вертлужной впадины с внедрением в клиническую практику индивидуальных имплантатов со структурой и размером пористой поверхности, оптимальными с точки зрения биологической фиксации.

Материалы и методы. Имплантаты с различными типами пористой структуры производились методом прямого лазерного спекания из порошков титанового сплава Ti-6Al-4V. Проведена экспериментальная работа in vitro по определению способности проникновения живых фибробластов в структуру пор различной величины. Затем проведена клиническая часть исследования с целью определения признаков биологической фиксации индивидуальных имплантатов в области вертлужной впадины у группы пациентов (n = 30).

Результаты. Результаты эксперимента по изучению проникновения живых фибробластов в пористую структуру имплантатов с различным размером пор показали, что металлоконструкции с размером пор 400-499 мкм можно выделить из всех остальных, поскольку при данном размере пор проникновение живых фибробластов в структуру поверхности имплантата наибольшее. Замещение дефектов костной ткани в области вертлужной впадины с использованием индивидуальных имплантатов, имеющих поверхность в виде сетчатой пористой структуры (400-499 мкм), показало наличие признаков биологической фиксации в окружающей индивидуальный имплантат костной ткани у группы исследуемых спустя 12 месяцев.

Обсуждение. Анализ литературных данных показывает, что единого мнения по оптимальной структуре и размеру пор индивидуального имплантата не существует. В нашей работе мы исследовали способность проникновения живых фибробластов человека в структуру поверхности индивидуального имплантата, в результате чего определили оптимальный размер пор – 400-499 мкм. Необходимо отметить, что данное исследование проводилось в пределах узкой анатомической локализации – вертлужной впадины, соответственно, нельзя исключать, что полученные данные актуальны и для других анатомических зон.

Заключение. Замещение дефектов костей области вертлужной впадины индивидуальными имплантатами с размером пор 400-499 мкм является оправданным и актуальным методом. Обязательным условием использования таких имплантатов является строгое соблюдение показаний к их применению, тщательное предоперационное планирование и правильное позиционирование.

1. Laird A, Keating JF. Acetabular fractures: a 16-year prospective epidemiological study. J Bone Joint Surg Br. 2005;87(7):969-73. doi: 10.1302/0301-620X.87B7

2. Madhu R, Kotnis R, Al-Mousawi A, et al. Outcome of surgery for reconstruction of fractures of the acetabulum. The time dependent effect of delay. J Bone Joint Surg Br. 2006;88(9):1197-203. doi: 10.1302/0301-620X.88B9.17588

3. Stibolt RD Jr, Patel HA, Huntley SR, et al. Total hip arthroplasty for posttraumatic osteoarthritis following acetabular fracture: A systematic review of characteristics, outcomes, and complications. Chin J Traumatol. 2018;21(3):176-181. doi: 10.1016/j.cjtee.2018.02.004

4. Mears DC, Velyvis JH, Chang CP. Displaced acetabular fractures managed operatively: indicators of outcome. Clin Orthop Relat Res. 2003;(407):173- 186. doi: 10.1097/00003086-200302000-00026

5. Grubor P, Krupic F, Biscevic M, Grubor M. Controversies in treatment of acetabular fracture. Med Arch. 2015;69(1):16-20. doi: 10.5455/ medarh.2015.69.16-20

6. Beletskiy AV, Voronovich AI, Murzich AE, et al. Determination of Indications to Surgical Treatment and Choice of Surgical Approaches in Complicated Complex Acetabular Fractures. N.N. Priorov journal of traumatology and orthopedics. 2010;17(4):30-37. (In Russ.)

7. Lai O, Yang J, Shen B, Zhou Z, Kang P, Pei F. Midterm results of uncemented acetabular reconstruction for posttraumatic arthritis secondary to acetabular fracture. J Arthroplasty. 2011;26(7):1008-1013. doi: 10.1016/j.arth.2011.02.026

8. Salama W, Ditto P, Mousa S, et al. Cementless total hip arthroplasty in the treatment after acetabular fractures. Eur J Orthop Surg Traumatol. 2018;28(1):59-64. doi: 10.1007/s00590-017-2021-x

9. Solod EJ, Lazarev AF, Sakharnykh IN, Stoyukhin SS. New technologies of Acetabular Osteosynthesis. Medical alphabet. 2014; 11(2): 6-10. (In Russ.)

10. Romanova SV, Pronskikh AA, Mamuladze TZ, et al. Classification of posttraumatic defects and deformations of the acetabulum. Literature review. Modern problems of science and education. 2022;(6-2). doi: 10.17513/spno.32116

11. Toropov SS, Artyukh VA, Bozhkova SA. Possibilities of X-ray diagnostics in preoperative planning in chronic periprosthetic infection of the hip joint. Modern achievements of traumatology and orthopedics: collection of scientific articles. SPb.: RNIITO im. R.R. Vredena Publ.; 2018:244-247.

12. Nikolaev N.S., Malyuchenko L.I., Preobrazhenskaia E.V., et al. Use of customized acetabular components for hip joint arthroplasty in posttraumatic coxarthrosis. Genij Ortopedii. 2019;25(2):207-213. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-2-207-213

13. Kryukov EV, Brizhan LK, Buryachenko BP, Varfolomeev DI. The use of digital planning for hip replacementin the orthopedic department of the "Main military clinical hospital named of N.N. Burdenko" Ministry of Defense of the Russian Federation. Department of traumatology and orthopedics. 2017;3(29):95-99. (In Russ.)

14. Zhang Y, Sun N, Zhu M, et al. The contribution of pore size and porosity of 3D printed porous titanium scaffolds to osteogenesis. Biomater Adv. 2022;133:112651. doi: 10.1016/j.msec.2022.112651

15. Taniguchi N, Fujibayashi S, Takemoto M, et al. Effect of pore size on bone ingrowth into porous titanium implants fabricated by additive manufacturing: An in vivo experiment. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016;59:690-701. doi: 10.1016/j.msec.2015.10.069

16. Korytkin AA, Orlinskaya NY, Novikova YS, et al. Biocompatibility and Osseointegration of Calcium Phosphate-Coated and Non-Coated Titanium Implants with Various Porosities. Modern technologies in medicine. 2021;13(2):52-57. (In Russ.) doi: 10.17691/stm2021.13.2.06

17. Pronskikh AA, Romanova SV, Lukinov VL, et al. Total Hip Arthroplasty in Patients With Post-Traumatic Bone Defects and Acetabular Deformities. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2022;28(4):66-78. doi: 10.17816/2311-2905-2001

18. Tikhilov RM, Shubnyakov II, Chiladze IT, et al. Choice of surgical approach for acetabular component’s implantation using current classification for arthritis following acetabular fracture. Traumatology and orthopedics of Russia. 2011;17(2):37-43. (In Russ.)

19. Moore MS, McAuley JP, Young AM, Engh CA Sr. Radiographic signs of osseointegration in porous-coated acetabular components. Clin Orthop Relat Res. 2006;444:176-183. doi: 10.1097/01.blo.0000201149.14078.50

20. Wang H, Su K, Su L, et al. The effect of 3D-printed Ti6Al4V scaffolds with various macropore structures on osteointegration and osteogenesis: A biomechanical evaluation. J Mech Behav Biomed Mater. 2018;88:488-496. doi: 10.1016/j.jmbbm.2018.08.049

21. Wang X, Xu H, Zhang J. Using personalized 3D printed Titanium sleeve-prosthetic composite for reconstruction of severe segmental bone loss of proximal femur in revision total hip arthroplasty: A case report. Medicine (Baltimore). 2020;99(3):e18784. doi: 10.1097/MD.0000000000018784

22. Zanasi S, Zmerly H. Customised three-dimensional printed revision acetabular implant for large defect after failed triflange revision cup. BMJ Case Rep. 2020;13(5):e233965. doi: 10.1136/bcr-2019-233965

23. Wyatt MC. Custom 3D-printed acetabular implants in hip surgery--innovative breakthrough or expensive bespoke upgrade? Hip Int. 2015;25(4):375- 9. doi: 10.5301/hipint.5000294

24. Ran Q, Yang W, Hu Y, et al. Osteogenesis of 3D printed porous Ti6Al4V implants with different pore sizes. J Mech Behav Biomed Mater. 2018;84:1- 11. doi: 10.1016/j.jmbbm.2018.04.010

25. Wang H, Su K, Su L, et al. Comparison of 3D-printed porous tantalum and titanium scaffolds on osteointegration and osteogenesis. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019;104:109908. doi: 10.1016/j.msec.2019.109908

26. Li K, Guo A, Ran Q, et al. A novel biocomposite scaffold with antibacterial potential and the ability to promote bone repair. J Biomater Appl. 2021;36(3):474-480. doi: 10.1177/0885328221994448

27. Zheng Y, Han Q, Wang J, et al. Promotion of Osseointegration between Implant and Bone Interface by Titanium Alloy Porous Scaffolds Prepared by 3D Printing. ACS Biomater Sci Eng. 2020;6(9):5181-5190. doi: 10.1021/acsbiomaterials.0c00662

28. Jing Z, Zhang T, Xiu P, et al. Functionalization of 3D-printed titanium alloy orthopedic implants: a literature review. Biomed Mater. 2020;15(5):052003. doi: 10.1088/1748-605X/ab9078

29. Yang S, Jiang W, Ma X, et al. Nanoscale Morphologies on the Surface of 3D-Printed Titanium Implants for Improved Osseointegration: A Systematic Review of the Literature. Int J Nanomedicine. 2023;18:4171-4191. doi: 10.2147/IJN.S409033

30. Wixted CM, Peterson JR, Kadakia RJ, Adams SB. Three-dimensional Printing in Orthopaedic Surgery: Current Applications and Future Developments. J Am Acad Orthop Surg Glob Res Rev. 2021;5(4):e20.00230-11. doi: 10.5435/JAAOSGlobal-D-20-00230