L’échafaudage en grille de titane pour impression 3D facilite l’ostéogenèse des défauts segmentaires mandibulaires

npj Regenerative Medicine volume 8, Numéro d'article : 38 (2023) Citer cet article

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La fusion osseuse des extrémités cassées des défauts est la base de la reconstruction fonctionnelle des défauts osseux segmentaires maxillo-faciaux critiques. Cependant, les traitements actuellement disponibles n’atteignent pas facilement cet objectif. Par conséquent, cette étude visait à fabriquer des échafaudages de grille en titane pour l’impression 3D, possédant des pores suffisants et une résistance biomécanique de base pour faciliter l’ostéogenèse afin de réaliser la fusion osseuse dans les défauts osseux segmentaires mandibulaires. L'essai clinique a été approuvé et supervisé par le comité d'éthique médicale de l'hôpital général chinois PLA le 28 mars 2019 (Beijing, Chine. approbation n° S2019-065-01) et enregistré dans la plateforme de registre des essais cliniques (numéro d'enregistrement : ChiCTR2300072209). Des échafaudages en grille de titane ont été fabriqués par fusion sélective au laser et implantés chez 20 chiens Beagle présentant des défauts segmentaires mandibulaires. La moitié des animaux ont été traités avec des copeaux d'os autologues et des substances osseuses incorporées dans les échafaudages ; aucun remplissage supplémentaire n'a été utilisé pour le reste des animaux. Après 18 mois d'observation, l'analyse radiologique et l'analyse histologique sur des modèles canins ont révélé que les pores de l'os régénéré étaient remplis d'échafaudages en grille de titane et que les extrémités osseuses cassées étaient intégrées. De plus, trois patients ont été traités avec des implants similaires à grille en titane dans des défauts segmentaires mandibulaires ; aucune complication mécanique n'a été observée et une régénération osseuse similaire a été observée dans les mandibules des patients reconstruits en clinique. Ces résultats ont démontré que l’impression 3D d’échafaudages en grille de titane dotés de pores suffisants et d’une résistance biomécanique de base pourrait faciliter la régénération osseuse dans les défauts osseux mandibulaires de grands segments.

La reconstruction des défauts osseux segmentaires maxillo-faciaux après une tumeur, un traumatisme ou une infection reste un défi majeur pour les cliniciens, en particulier pour les défauts osseux segmentaires critiques. Environ 2,2 millions de patients souffrent de malformations osseuses liées à l'orthopédie, à la neurochirurgie ou à la dentisterie1. Diverses stratégies ont été utilisées pour traiter de telles affections cliniques, notamment l'ostéogenèse par distraction, la greffe osseuse allogénique, la greffe osseuse autologue et les implants en matériaux hétérogènes. Cependant, des traumatismes chirurgicaux supplémentaires, des ressources insuffisantes des donateurs et diverses complications limitent l'application clinique des méthodes mentionnées. Les développements récents dans le domaine interdisciplinaire de l’ingénierie tissulaire se sont concentrés sur la restauration ou le maintien de la fonction tissulaire à l’aide d’échafaudages, de substances bioactives et/ou de cellules ou de tissus dotés d’un potentiel de régénération2. Des stratégies d’ingénierie tissulaire ont été utilisées dans les domaines de la plasturgie3, de l’orthopédie4 et de la chirurgie maxillo-faciale5. Les processus traditionnels d’ingénierie tissulaire pour l’implantation tissulaire reposent sur des échafaudages ex vivo combinés à des cellules et des biomolécules2. L'ingénierie tissulaire in situ, une autre approche de la régénération des tissus endommagés, régénère les tissus avec l'espace volumique de leur site fonctionnel prévu, en exploitant le potentiel régénérateur inné du corps. Par rapport à l’ingénierie tissulaire ex vivo traditionnelle, la récolte de cellules souches de graines et l’établissement de conditions de culture cellulaire complexes peuvent être éliminées lors de l’ingénierie tissulaire in situ. Ainsi, les approches in situ peuvent être plus favorablement transposées dans un contexte clinique que celles d’ingénierie tissulaire ex vivo6, notamment dans le domaine de la greffe osseuse pour l’orthopédie7 ou les applications maxillo-faciales8,9.

Sur la base de nos découvertes précédentes 10, 11, 12, nous avons tenté de fabriquer une construction d'ingénierie tissulaire in situ au niveau de la région du défaut à l'aide d'un échafaudage 3D, avec un double effet de propriétés mécaniques favorables pour résister à la fatigue et créer un espace intermédiaire suffisant pour la vascularisation (Fig. 1). ) . Le développement de l’impression 3D a permis la fabrication d’échafaudages présentant une porosité suffisante14,15. Plusieurs chercheurs ont analysé les propriétés biomécaniques et biocompatibles des échafaudages d'impression 3D via l'analyse par éléments finis (FEA), des tests biomécaniques et des expériences in vitro16,17,18,19,20. Après qu'une patiente de 83 ans ait subi l'implantation d'une prothèse de mâchoire en titane spécifique fabriquée avec la technique de fusion sélective au laser (SLM) en 2011, une série d'études cliniques ont tenté de reconstruire un défaut mandibulaire à l'aide d'une prothèse d'impression 3D17,18,19,20. ,21. De plus, in vivo, des expériences et des essais cliniques issus d’études orthopédiques ont rapporté une croissance osseuse dans les pores de structures poreuses d’impression 3D22 ou d’échafaudages maillés23. Cependant, ces études n’ont pas étudié la fusion osseuse continue à partir d’extrémités d’os cassés, ce qui est crucial pour la pose ultérieure d’implants dentaires dans le domaine de la dentisterie. Par conséquent, nous avons tenté de réaliser une fusion osseuse continue à partir d’extrémités osseuses cassées via des échafaudages Ti-grid imprimés en 3D dans le cadre d’expérimentations animales et d’essais cliniques.