Article de revue

Cages en titane poreux imprimées en 3D lors de fusion intersomaire lombaire

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DOI :

10.3791/70575

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30 avril 2026

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1Department of Spinal Surgery, Zibo First Hospital

Dans cet article

Résumé

Cette revue synthétise les preuves actuelles sur les cages poreuses en titane imprimées en 3D dans la fusion intersomaire lombaire, intégrant les principes de conception des matériaux, la performance biomécanique et les résultats cliniques. Compte tenu de l’adoption clinique croissante et de la diversité des rapports hétérogènes, une évaluation critique des données existantes est opportune et cliniquement pertinente.

Résumé

La maladie dégénérative lombaire est l’une des indications les plus courantes pour la chirurgie de la colonne vertébrale, et la fusion intersomaire lombaire (LIF) reste une technique centrale dans sa prise en charge. La performance d’une cage de fusion intersoque dépend en grande partie de sa composition matérielle et de sa conception structurelle, qui influencent la stabilité segmentaire et la qualité de la fusion osseuse. Cette revue résume les caractéristiques des matériaux, la justification biomécanique, le comportement biologique et les applications cliniques des cages intercochétiques en titane poreux imprimé en trois dimensions (3D-pTi). Les avancées en fabrication additive permettent un contrôle précis de la taille des pores, de la porosité et de l’architecture du réseau, permettant d’ajuster le module élastique des cages 3D-pTi pour s’approcher davantage de celui de l’os cancelleux. Ces optimisations peuvent améliorer le transfert de charge, réduire le blindage de contrainte et favoriser un environnement favorable à l’osseointégration. La structure poreuse interconnectée et la surface rugueuse soutiennent l’adhésion des ostéoblastes, l’incroissance osseuse et la vascularisation précoce. Des études précliniques démontrent systématiquement que les cages 3D-pTi offrent un contact os-implant et une fraction de volume osseuse plus élevés que les implants solides en titane et polyéthéréthércétone (PEEK). Les premières découvertes cliniques concernant la fusion intersomptique lombaire transforaminale (TLIF), la fusion intersomptique lombaire latérale (LLIF) et la fusion intersomptique lombaire antérieure (ALIF) suggèrent que les cages 3D-pTi peuvent atteindre des taux élevés de fusion radiographique, maintenir la hauteur intervertébrale et présenter un profil de sécurité à court terme acceptable. Cependant, les études existantes sont limitées par des échantillons réduits, une hétérogénéité méthodologique et des durées de suivi relativement courtes. Dans l’ensemble, les cages 3D-pTi représentent une option biomécaniquement compatible et ostéoconductrice prometteuse pour le LIF dans les conditions dégénératives. Néanmoins, leurs bénéfices cliniques à long terme, leur rapport coût-efficacité et leurs indications optimales nécessitent des recherches approfondies dans le cadre d’études rigoureusement conçues.

Introduction

Avec le vieillissement de la population et les changements de mode de vie, les maladies dégénératives lombaires telles que la maladie dégénérative des disques, la sténose spinale lombaire et la spondylolisthése dégénérative sont devenues parmi les affections les plus courantes rencontrées en chirurgie de la colonne vertébrale 1,2,3. Pour les patients présentant une instabilité segmentaire radiographiquement évidente, une compression neuronale importante ou un échec de la gestion conservatrice, la fusion intersonaire lombaire (LIF) constitue une option chirurgicale importante pour restaurer la stabilité de la colonne vertébrale, corriger les déformations et soulager la compressionneuronale 4. Les techniques couramment utilisées de LIF incluent la fusion intersonaire lombaire transforaminale (TLIF), la fusion intersonnaire lombaire postérieure (PLIF), la fusion intersonnaire lombaire antérieure (ALIF) et la fusion intersonnaire lombaire latérale (LLIF)5,6,7,8. Quelle que soit l’approche, obtenir une fusion intersonaire fiable et durable reste un facteur clé des résultats cliniques.

Dans les procédures de fusion lombaire, le matériau, la taille, la conception structurelle et l’angle de placement de la cage intercoque influencent la stabilité segmentaire, la répartition des contraintes sur la plaque terminale et, en fin de compte, la qualité de la fusion 9,10,11,12,13. La pratique clinique précoce reposait fortement sur la greffe ou l’allogreffe autologue de la crête iliaque pour le soutien intercorporel ; Cependant, ces approches sont associées à une morbidité sur le site donneur, des taux de complications plus élevés, une résistance structurelle limitée et un risque important d’effondrement du greffon. L’adoption ultérieure de cages en titane massif a offert une grande résistance mécanique et une grande stabilité structurelle, aidant à maintenir la hauteur du disque lors des procéduresde fusion 14. Cependant, le module élastique du titane solide dépasse largement celui de l’os scloison, qui a été associé à un blindage sous contrainte et peut contribuer à la subsidence de la plaque terminale dans certainesconditions 15. Les cages en polyéthéréthérétone (PEEK), avec un module élastique plus proche de celui de l’os cortical et une radiolucidité à l’imagerie, ont donc été largement utilisées. Pourtant, le PEEK est généralement considéré comme biologiquement inerte et présente une capacité intrinsèque limitée à favoriser la différenciation ostéogénique des cellules souches mésenchymates humaines. En revanche, il a été démontré que les alliages de titane améliorent l’adhésion cellulaire, l’activité de phosphatase alcaline et le dépôt de calcium in vitro16. Pour remédier à ces limites, de nouveaux implants tels que les cages PEEK recouvertes de titane, les cages extensibles et les implants PEEK fabriqués ou poreux ont été introduits, visant à améliorer la liaison d’interface os-implant tout en préservant des caractéristiques mécaniques favorables. Les preuves comparatives entre les cages conventionnelles PEEK, PEEK fabriquées par additifs et titane imprimé en 3D continuent d’évoluer, et aucun matériau intercoque « idéal » universellement accepté n’a été établi.

Ces dernières années, les cages en titane poreux imprimées en trois dimensions (titane poreux imprimé en 3D, 3D-pTi) sont devenues un axe majeur de la recherche sur la fusion lombaire. Des études cliniques préliminaires ont rapporté des schémas de fusion radiographique encourageants et des résultats cliniques acceptables dans les procédures de fusion interthodique lombaire antérieureet latérale 17,18,19,20. Néanmoins, leur performance comparative par rapport aux cages PEEK conventionnelles et fabriquées par additifs, en particulier en ce qui concerne le risque de subsidence, les taux de réintervention et les résultats entre différentes techniques chirurgicales et sous-groupes de patients, reste en cours d’investigation. Les études existantes sont souvent limitées par de petites tailles d’échantillons, une hétérogénéité méthodologique et des durées de suivi relativement courtes. Bien que plusieurs revues systématiques et méta-analyses récentes aient résumé les résultats cliniques associés aux cages en titane imprimées en 3D, la plupart se sont principalement concentrées sur des critères radiographiques ou cliniques comparatifs, traitant ces implants principalement comme des matériaux alternatifs pour cages plutôt que comme des produits issus de l’évolution technologique axée sur la conception. De plus en plus de preuves suggèrent que la performance clinique des cages 3D-pTi pourrait être influencée par des facteurs tels que l’architecture du réseau, l’adaptation du module élastique, les mécanismes biologiques d’osseointégration et l’optimisation structurelle spécifique au patient — des éléments qui restent insuffisamment intégrés dans les synthèses de preuves précédentes.

Par conséquent, une compréhension plus complète des caractéristiques mécaniques et biologiques des cages 3D-pTi, ainsi que de leur interaction avec les techniques chirurgicales et les stratégies d’augmentation biologique, est nécessaire pour mieux éclairer la prise de décision clinique dans les maladies dégénératives lombaires. Sur cette base, la présente revue narrative fournit une synthèse intégrée des connaissances actuelles, englobant le développement des matériaux, les mécanismes biomécaniques et biologiques, les preuves cliniques et les perspectives translationnelles émergentes, y compris la conception d’implants spécifiques au patient et les stratégies d’optimisation basées sur les données. En reliant les avancées techniques aux considérations cliniques, cette revue vise à fournir un cadre équilibré et cliniquement pertinent, qui dépasse les revues précédemment publiées axées sur les résultats.

Revue et perspective

Stratégie de recherche de littérature
Cette revue narrative a été réalisée à l’aide d’une recherche structurée de la littérature afin d’assurer une couverture complète des preuves pertinentes. Des bases de données électroniques, dont PubMed, Web of Science, Embase et Scopus, ont été consultées pour trouver des études publiées entre janvier 2010 et décembre 2025. La stratégie de recherche comprenait des combinaisons des mots-clés suivants : « cage de titane imprimée en 3D », « titane poreux », « fusion intersociaire lombaire », « fusion spinale », « fabrication additive » et « osseointégration ». Des études cliniques originales, des investigations biomécaniques, des expériences animales et des articles de synthèse pertinents portant sur la fusion intersomaire lombaire utilisant des implants poreux en titane imprimés en 3D ont été envisagés. Les études sans rapport avec les applications vertébrales, les publications non anglophones, les résumés de conférences sans données complètes et les rapports en double ont été exclus. Les articles ont été sélectionnés en fonction de leur pertinence pour les caractéristiques biomécaniques, la performance biologique, les résultats cliniques et les perspectives translationnelles des cages en titane poreuse imprimées en 3D.

Conception et caractéristiques des cages 3D-pTi

Concept de conception et processus de fabrication
La flexibilité structurelle des cages 3D-pTi est rendue possible par les technologies de fabrication additive (AM) plutôt que d’être inhérente au titane lui-même. L’AM a également été appliquée à d’autres biomatériaux, notamment PEEK et alliages cobalt–chrome, permettant une personnalisation géométrique à l’étape de conception. En utilisant des techniques telles que la fusion sélective par laser (SLM) ou la fusion par faisceau d’électrons (EBM), la géométrie macroscopique de la cage et l’architecture microscopique du réseau peuvent être prédéfinies lors de la conception assistéepar ordinateur 21,22. En ajustant les paramètres d’impression et en appliquant des algorithmes de conception topologique, la résistance structurelle et le module élastique peuvent être modulés tout en préservant les canaux pour la croissanceosseuse 23,24. Bien que la SLM et l’EBM diffèrent dans les caractéristiques de traitement, les preuves actuelles ne favorisent pas clairement une technique par rapport à l’autre pour les applications interbodys spinales. Les principes fondamentaux de conception sous-jacents aux cages intersoques en titane poreux imprimées en 3D sont illustrés à la Figure 1.

Caractéristiques biomécaniques
D’un point de vue biomécanique, l’un des principaux objectifs de conception des cages 3D-pTi est d’approcher le module élastique global à celui de l’os spongieux humain, dans le but d’atténuer la concentration de stress à l’interfaceos-implant 23,25. En augmentant la porosité et en optimisant l’orientation et la morphologie de la section transversale des entretoises de soutien, le module élastique effectif peut être considérablement réduit tout en maintenant une résistance à la compression et une performance de fatigue adéquates, ce qui aboutit à une répartition de charge plus homogène sur la plaquevertebrale 26. Les analyses par éléments finis et les études expérimentales in vitro ont montré que des structures poreuses en titane bien conçues sont plus efficaces que les cages métalliques en titane solide ou autres métalliques à haute rigidité pour atténuer les concentrations locales de contraintes et réduire le risque d’effondrement de la plaqueterminale 27. De plus, le réseau poreux interne offre un espace pour l’incarnation osseuse et la formation d’une construction biologique de fixation interne « composite os-métal ». À mesure que l’os nouvellement formé remplit progressivement les pores, le partage de la charge au sein du système cage–plaque terminale devrait passer d’une dépendance majoritaire à une construction combinée « implant + nouvel os », ce qui pourrait améliorer la stabilité mécanique àlong terme 28,29.

Caractéristiques biologiques et osséointégration
Biologiquement, la rugosité de surface et la microarchitecture du titane poreux peuvent favoriser l’adhésion, la migration et la différenciation ostéogénique des ostéoblastes et des cellules souches mésenchymates dérivées de la moelleosseuse 30,31,32. Le réseau poreux fournit un échafaudage tridimensionnel capable de guider les cellules pour migrer et proliférer le long des surfaces des montants, facilitant le dépôt et la minéralisation extracellulaires de la matrice, et conduisant potentiellement à un os trabéculaire continu traversant l’intérieur et l’extérieur de lacage 33. Des études cellulaires in vitro et des modèles animaux sélectionnés ont rapporté un contact os-implant et une fraction de volume osseuse plus élevées à l’interface pour les implants de titane poreux comparé aux témoins à surface lisse, suggérant une osséointégration accrue dans des conditionsexpérimentales 34,35. Parallèlement, des pores interconnectés permettent aux cellules endothéliales d’infiltrer l’intérieur de l’implant, favorisant la formation de réseaux microvasculaires et soutenant ainsi la nutrition et le métabolisme des os nouvellementformés 36,37. Certaines études ont également rapporté une régulation à la hausse des cytokines favorisant l’ostéogenèse sur les surfaces poreuses de titane, ce qui soutient davantage sa capacité à améliorer l’intégrationosseuse 38,39.

Applications actuelles dans la fusion intercobayière lombaire
Avec les avancées des techniques de fabrication et des concepts de conception, les cages intercoque 3D-pTi ont été de plus en plus adoptées dans les procédures TLIF, LLIF, ALIF et autres procédures de fusionlombaire 19,40,41. Cependant, les preuves cliniques actuellement disponibles proviennent en grande partie d’études centriques uniques avec des échantillons relativement petits et des durées de suivi courtes. De plus, il existe une hétérogénéité considérable dans les matériaux comparateurs et les techniques chirurgicales, et les résultats concernant les taux de subsidence, les taux de réintervention et les améliorations de l’alignement segmentaire du sagittal restent incohérents d’une étude à l’autre.

Preuves biomécaniques et biologiques de la 3D-pTi

Simulations biomécaniques et essais mécaniques in vitro
Les analyses par éléments finis et les essais mécaniques in vitro suggèrent que les cages 3D-pTi, grâce à l’adaptation de la porosité et de l’architecture en treillis, peuvent réduire le module élastique effectif à une plage plus proche de celle de l’os cortical ou cancelleux tout en maintenant une résistance mécanique suffisante, ce qui pourrait potentiellement soulager le blindage contreles contraintes 42,43. Zhang et al. ont analysé les cages lombaires poreuses fabriquées par additif et ont rapporté que, comparées aux conceptions solides conventionnelles, les configurations poreuses réduisaient à la fois la contrainte sur la plaque terminale et la contrainte en cage tout en améliorant la répartition de la charge44. Zou et al. ont également démontré que la réduction de la rigidité de la cage diminuait significativement la contrainte maximale de la plaque terminale sous diverses conditions de charge, ce qui pouvait se traduire par un risque réduit de subsidence45.

Une analyse récente par éléments finis (FEA) comparant des cages en titane poreux incorporant un réseau de Voronoi biomimétique avec des structures de cage traditionnelles a révélé que la conception de Voronoi pourrait offrir une réduction supplémentaire d’environ 50 % de l’amplitude segmentaire de mouvement et de 40 % à 60 % des contraintes de cage/plaque d’extrémité, suggérant qu’une architecture de réseau tridimensionnel appropriée pourrait atteindre un meilleur équilibre entre « stabilité » et « réduction des contraintes »46. Du point de vue des matériaux, le module élastique effectif de l’alliage poreux Ti-6Al-4V imprimé en 3D (Ti6Al4V) s’approche de celui de l’os cortical et correspond mieux aux caractéristiques de charge physiologique de la colonne vertébrale antérieure que le titane47 en vrac. Compte tenu de la grande variabilité de la topologie du réseau et de la conception de la porosité entre les cages imprimées en 3D, les résultats biomécaniques quantitatifs doivent être interprétés dans des contextes structurels spécifiques. En conséquence, les paramètres biomécaniques quantitatifs représentatifs rapportés dans la littérature sont résumés dans le tableau 1 afin de faciliter la comparaison des caractéristiques structurelles de conception et des performances mécaniques entre différentes cages en titane poreux impriméesen 3D 26,48,49,50,51,52,53,54.

Modèles de fusion lombaire chez de grands animaux
Dans un modèle de fusion lombaire ovine mature, McGilvray et al. ont comparé trois types de cages — PEEK, titane pulvérisé au plasma et 3D-pTi — implantées à L2–3 et L4–5 via une approche antérieure, avec un suivi à 8–16 semaines. Les segments du groupe 3D-pTi présentaient une amplitude de mouvement significativement réduite, et la fraction de volume osseuse ainsi que le contact os-implant étaient nettement plus élevés que dans le groupe PEEK. Une croissance osseuse et vasculaire étendue a été observée à l’intérieur de la structure poreuse, tandis que les cages PEEK étaient principalement entourées de tissufibreux 49. Cependant, les différences dans les caractéristiques de la surface de l’implant et l’absence de conditions de greffe identiques entre les groupes doivent être prises en compte lors de l’interprétation de ces résultats. Dans un modèle ovin similaire, Laratta et al. ont directement comparé le « 3D-pTi sans greffe osseuse » avec le « PEEK combiné avec autogreffe de la crête iliaque », et ont constaté que le 3D-pTi obtenait une fraction de volume osseux et une liaison osseuse supérieures à 4 et 8 semaines55. Compte tenu de l’asymétrie dans la supplémentation des greffons et des délais d’évaluation précoce, l’attribution directe de ces résultats uniquement à la structure de la cage mérite de la prudence.

En utilisant un modèle de fusion lombaire latérale, Walsh et al. ont également rapporté que les cages en titane imprimées en 3D offraient une rigidité segmentaire stable et une fusion radiographique fiable sans compromettre la sécurité, soutenant leur application dans des procédures telles que le LLIF56. Notamment, les différences dans l’approche chirurgicale, les conditions de charge et les définitions des critères d’extrémité entre les études limitent une comparaison stricte entre modèles. Des études antérieures sur le titane bioactif poreux ont également démontré que des pores d’environ 300 à 600 μm, avec une bonne interconnexion, peuvent induire une croissance osseuserobuste 57. Ces résultats suggèrent que l’architecture des pores et les propriétés de surface, plutôt que la fabrication additive elle-même, pourraient être des déterminants principaux de l’intégration biologique. Collectivement, bien que les grands modèles animaux soutiennent le potentiel des constructions poreuses en titane à améliorer l’interaction os-implant dans des conditions expérimentales, la variabilité des espèces animales, des techniques chirurgicales, de l’utilisation des greffes et des méthodes d’évaluation des résultats limite l’extrapolation directe à la performance de fusion clinique.

Preuves cellulaires et moléculaires
Les études in vitro aux niveaux cellulaire et moléculaire ont permis d’élucider la base biologique sous-jacente à l’osséointégration favorable de la 3D-pTi. Le Ti6Al4V poreux imprimé en 3D présente une surface rugueuse et un réseau de pores tridimensionnelinterconnecté 58. Comparé au titane lisse ou au PEEK, il a été démontré que ce matériau favorise plus efficacement l’adhésion, la propagation et la prolifération des ostéoblastes et des cellules souches mésenchymateuses, et régule à l’augmentation des marqueurs ostéogènes tels que la phosphatase alcaline et l’ostéopontine, favorisant ainsi le dépôtde calcium 59. Des expériences in vitro démontrent également que, sur des échafaudages 3D-pTi avec des réseaux imitant l’os trabéculaire, les cellules ont tendance à s’aligner le long des montants du réseau, avec des fibres de contrainte proéminentes et des bandes de minéralisation, et que le niveau de différenciation ostéogénique est comparable ou même supérieur à celui observé sur les contrôlesPEEK 60,61. Des études animales montrent également que le titane poreux peut atteindre une fraction de volume osseuse élevée et un contact direct étenduos-cage 37. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que le titane poreux pourrait améliorer l’intégration osseuse grâce à une combinaison de compatibilité mécanique accrue et d’un microenvironnement favorable à la formation osseuse, réduisant potentiellement l’encapsulation fibreuse et favorisant une intégration osseuse stable.

Hétérodégenéité de conception des cages en titane poreux imprimées en 3D
Bien qu’elles soient souvent discutées comme une seule catégorie d’implant, les cages en titane poreux imprimées en 3D démontrent une hétérogénéité substantielle dans les paramètres de conception structurelle. Des variations existent dans la distribution de porosité, la topologie du réseau, la taille des pores, les stratégies de modification de surface et les techniques de fabrication additive. Ces différences de conception influencent directement le module élastique, le comportement de transfert de charge, le potentiel d’incroissance osseuse et les interactions implant-plaque terminale. Par exemple, les structures en réseau uniforme visent principalement à obtenir une réduction globale du module, tandis que les architectures gradient ou biomimétiques peuvent optimiser davantage la distribution des contraintes et l’intégration biologique. De même, il a été démontré que la micro- ou nano-texturation de surface améliore l’attachement cellulaire et l’osséointégration indépendamment des caractéristiques de porosité globale. Par conséquent, les résultats biomécaniques et cliniques rapportés dans les études doivent être interprétés dans le contexte de paramètres spécifiques de conception de cage, plutôt que d’attribuer uniformément les bénéfices observés à tous les implants poreux en titane imprimés en 3D.

Performance clinique et application des cages 3D-pTi
Des études cliniques représentatives évaluant la sécurité et l’efficacité des cages en titane poreux imprimées en 3D à travers différentes techniques de fusion lombaire sont résumées dans le tableau 2. Pour faciliter l’interprétation contextuelle des résultats radiographiques de fusion, les matériaux de greffe utilisés dans chaque étude sont également rapportés, compte tenu de leur influence potentielle sur la biologie de lafusion 62,63,64,65,66.

Indications et scénarios chirurgicaux
Les cages 3D-pTi ont été appliquées à travers plusieurs techniques de fusion intersomaire lombaire, bien que leur application clinique ait été plus fréquemment rapportée dans plusieurs scénarios spécifiques. Premièrement, ils sont couramment utilisés dans les procédures LLIF et ALIF qui nécessitent un soutien robuste de la colonne antérieure et une grande surface de contact de la plaque terminale. Deuxièmement, ils sont souvent sélectionnés pour une chirurgie de révision chez des patients ayant déjà défaillé la fusion ou une mauvaise qualité osseuse, dans le but de potentiellement améliorer la croissance osseuse et d’augmenter la probabilité de fusion réussie. Troisièmement, ils ont été appliqués dans les maladies dégénératives multiniveaux, où les chirurgiens cherchent à réduire le risque de perte de hauteur intervertébrale tout en maintenant un équilibre entre la correction de la déformation et la qualité de fusion.

Taux de fusion et résultats radiographiques
De nombreuses études comparatives et revues systématiques suggèrent que les cages 3D-pTi pourraient offrir des avantages par rapport à PEEK ou aux cages en titane solide conventionnelles en ce qui concerne les taux de fusion lombaire et les caractéristiques radiographiques. Patel et al. ont mené une revue systématique de sept études comparatives impliquant des données in vitro, animales et humaines, incluant 299 sujets humains. Six de ces études ont privilégié le 3D-pTi au détriment du PEEK en termes de qualité de fusion ou de liaison os-implant et de résultats liés à la subsidence, sans augmentation nette des taux de révision67. Cette tendance a également été observée dans plusieurs études cliniques prospectives.

Dans un essai contrôlé randomisé en simple aveugle, les chercheurs ont comparé des cages en titane poreux micro-nano-texturés imprimées en 3D (3DPPT) avec des cages PEEK dans un à deux niveaux TLIF. Le groupe 3DPPT a démontré un taux de réussite précoce plus élevé à six mois, suggérant un avantage potentiel dans l’accélération à la fois du rythme et de la qualité de la fusion18,68.

Pour les approches antérieures et latérales, une étude de cohorte rétrospective monocentrique a rapporté que l’utilisation de cages 3D-pTi dans les procédures ALIF/LLIF a permis de réaliser une fusion segmentaire de près de 100 % au suivi CT d’un an, sans protéine morphogénétique osseuse recombinante auxiliative (rhBMP-2)17. Une autre étude du LLIF a révélé que les cages poreuses en titane imprimées en 3D étaient associées à une proportion plus élevée de ponts intersomptiques antérieurs et à une restriction plus importante du mouvement des facettes comparées aux cages traditionnelles en titanefiletée 69. Dans une étude comparative prospective, Deng et al. ont rapporté que les cages en titane imprimées en 3D montraient un plus grand contact entre l’interface os et l’implant, une densité osseuse plus élevée dans la zone de fusion et un gradage de subsidence plus favorable que le PEEK, bien que les différences dans les scores de douleur et les résultats fonctionnels n’aient pas été statistiquementsignificatives 68. Bien que plusieurs études rapportent des résultats favorables pour la fusion radiographique, ces résultats doivent être interprétés avec prudence compte tenu des limites du plan d’étude, de la variabilité de l’utilisation des greffons et des différences dans les critères d’évaluation par imagerie. Dans l’ensemble, la base actuelle de preuves reste hétérogène et provient principalement de cohortes relativement petites et non randomisées.

Considérations méthodologiques dans l’évaluation de la fusion
La comparaison directe des résultats de fusion entre les études précliniques et cliniques doit être interprétée avec prudence en raison de l’hétérogénéité méthodologique substantielle. Les variations dans les matériaux du greffe, les dimensions de la cage, les techniques chirurgicales et les critères d’évaluation peuvent influencer significativement les résultats rapportés et compliquer l’attribution des résultats de fusion uniquement à la conception de la cage10,70. En particulier, les stratégies d’augmentation biologique, incluant l’utilisation d’autogreffes, d’allogannes, de matrice osseuse déminéralisée (DBM) ou de protéines morphogénétiques osseuses (BMP), peuvent augmenter independamment les taux de fusion et représentent donc un facteur de confusion important lors de l’évaluation de la performance del’implant 71.

De plus, l’évaluation radiographique de la fusion reste techniquement difficile. Les artefacts métalliques associés aux implants en titane peuvent obscurcir la visualisation de la formation osseuse à l’intérieur de la cage, conduisant potentiellement à sous-estimer la fusion. Inversement, les matériaux minéralisés des greffons ou les substituts osseux résiduels peuvent être difficiles à distinguer de l’os nouvellement formé lors de l’imagerie, ce qui peut entraîner une surestimation des taux de fusion. De futures études pourraient bénéficier de protocoles d’imagerie standardisés et de méthodes d’évaluation complémentaires, telles que l’évaluation histologique ou biomécanique dans les modèles précliniques, afin d’améliorer la fiabilité et l’interprétabilité de l’évaluation de la fusion.

Affaissement et conséquences de sécurité
L’effondrement de la plaque vertebrale est l’une des principales complications affectant le succès à long terme de la fusionlombaire 72. Pour les approches latérales, une revue systématique et une méta-analyse de LLIF réalisées en 2024, comprenant trois études et 265 patients (441 segments au total), ont indiqué que les taux globaux de subsidence étaient significativement plus faibles dans le groupe 3D-pTi que dans le groupe PEEK (rapport de chances [OR] ≈ 0,25), avec une réduction marquée de l’affaissement sévère (OR ≈ 0,17)69. Dans les premières séries LLIF à bras unique utilisant des cages 3D-pTi, les taux de subsidence segmentaire étaient d’environ 8 %, et seulement environ 1,8 % des segments nécessitaient une réutilisation pour un effondrement sévère, ce qui semble plus favorable que les taux précédemment rapportés pour les cages en titane solide ouPEEK 73.

Dans le cadre du TLIF, plusieurs études de cohorte et de bases de données suggèrent que les cages 3D-pTi pourraient réduire le risque de réintervention liée à la pseudarthrose74. Levy et al. ont rapporté une tendance à des taux de réintervention liés à la pseudarthrose plus faibles dans le TLIF réalisé avec des cages 3D-pTi comparées aux cages PEEK non poreuses, bien que la différence absolue soit faible et nécessite une confirmation par un suivi àplus long terme 41. Des données réelles provenant d’une grande base de données administrative américaine comparant PEEK et des cages en titane imprimées en 3D dans la fusion lombaire et lombosacrale ont montré que les deux groupes présentaient de faibles taux cumulés de réintervention et de révision en 3 et 12 mois (environ 1 %–2 %), sans différences substantielles entre les groupes41.

À ce jour, il n’existe aucune preuve convaincante que les cages 3D-pTi soient associées à des complications graves spécifiques à un matériau nouveau. Bien que les artefacts radiographiques restent à prendre en compte, la structure poreuse pourrait en partie atténuer l’obscurcissement par imagerie par rapport aux cages métalliques solides traditionnelles. Cependant, les données de haute qualité à long terme concernant les particules d’usure, la libération d’ions métalliques et la dégénérescence des segments adjacents restent limitées et devraient être un sujet de recherche future.

Implants spécifiques aux patients et limites des preuves actuelles
En plus des cages standards « prêtes à l’emploi », la fabrication additive a permis l’exploration des implants spécifiques aux patients (PSI) dans la fusion intersonaire lombaire. Dans des essais prospectifs multicentriques utilisant des cages en titane imprimées en 3D spécifiques à chaque patient pour le LIF, le suivi a montré des améliorations significatives de la douleur et des scores de l’Indice d’Invalidité d’Oswestry (ODI), ainsi que des taux de fusionsatisfaisants de 18,75. Des revues systématiques comparant ces approches aux techniques de fusion conventionnelles ont suggéré que les cages en titane imprimées en 3D spécifiques au patient ne sont au moins pas inférieures aux implants standards en termes de soulagement des symptômes et de qualité de vie liée àla santé 76,77.

Cependant, la plupart des études disponibles ont utilisé des plans prospectifs à bras unique et ne disposent pas de comparaisons randomisées directes avec les cages standard 3D-pTi ou PEEK, ce qui rend difficile l’isolement du bénéfice incrémental attribuable spécifiquement à la conception individualisée. Chez les patients présentant une pathologie lombaire principalement dégénérative, les cages 3D-pTi peuvent potentiellement améliorer les caractéristiques de fusion radiographique et réduire le risque de perte de hauteur intervertébrale ou de révision liée à la pseudarthrose, sans preuve claire d’augmentation des complications ou des coûts. Néanmoins, tout bénéfice potentiel en termes de résultats cliniques à long terme et de rapport coût-efficacité reste à confirmer dans des essais contrôlés randomisés plus larges avec un suivi prolongé. Pour clarifier le positionnement conceptuel et la nouveauté de la présente revue par rapport aux synthèses de preuvesrécemment publiées 78,79,80,81, une comparaison des revues représentatives est résumée dans le Tableau 3.

Limites et orientations futures de recherche
Limitations de la qualité des preuves et de la généralisabilité
Malgré des résultats encourageants rapportés dans des études précliniques et cliniques précoces, le niveau global de preuves en faveur des cages intersomaires 3D-pTi reste limité. La plupart des études cliniques sont des cohortes prospectives monocentriques, rétrospectives ou à petit échelle, avec des périodes de suivi généralement comprises entre 6 et 24 mois ; seule une minorité se compose d’essais prospectifs ou de revues systématiques65. De plus, une hétérogénéité importante existe entre les études concernant l’approche chirurgicale (TLIF/LLIF/ALIF), le nombre de niveaux fusionnés, la présence de spondylolisthésis ou de déformation, l’utilisation d’autogreffes ou de protéines morphogénétiques osseuses, ainsi que les paramètres structurels spécifiques des cages.

Les critères d’évaluation sont également incohérents : certaines études utilisent la gradation de fusion de Brantigan–Steffee basée sur le scanner ou le pontage osseux intercoperaire comme critères principaux, tandis que d’autres mettent l’accent sur la gradation de subsidence ou les taux de réopération. Même les critères de définition et de gradation de la « subsidence » ne sont pas uniformes. Par conséquent, les données actuellement disponibles sont plus adaptées à l’identification des tendances au niveau du signal plutôt qu’à l’établissement d’inférences causales robustes. D’un point de vue imagerie, les artefacts métalliques associés aux implants de titane sont bien reconnus en radiologie spinale et peuvent interférer avec l’évaluation précise de la formation osseuse sur l’imagerie CT56. Les effets de durcissement par faisceau et de diffusion peuvent obscurcir l’interface os-implant, en particulier au sein des structures poreuses. Dans les modèles animaux de grande taille, les constructions poreuses en titane peuvent sembler radiodenses à l’imagerie, ce qui rend difficile la distinction de l’os nouvellement formé du réseau implanté. Inversement, le matériau résiduel greffé ou les substituts osseux minéralisés peuvent également être difficiles à différencier du véritable pontage osséeux.

Ces facteurs liés à l’imagerie introduisent une incertitude dans l’évaluation radiographique de la fusion et peuvent conduire soit à une sous-estimation, soit à une surestimation de l’état réel de la fusion. Collectivement, ces considérations suggèrent que les avantages radiographiques rapportés des cages 3D-pTi doivent être interprétés avec prudence compte tenu des limites d’imagerie et de la variabilité dans la conception de l’étude.

Manque d’une conception unifiée des matériaux et des structures « optimales »
Du point de vue de l’ingénierie des matériaux et des structures, l’avantage clé de la 3D-pTi réside dans la capacité d’obtenir un module élastique « personnalisable » et des canaux d’incroissance osseuse en ajustant la porosité, la taille des pores et la topologie du réseau. Cependant, il n’existe actuellement aucun consensus sur la plage de porosité (par exemple, 50 % à 80 %), la taille des pores (par exemple, 300–600 μm) ou le type de réseau (par exemple, Voronoi, treillis d’octette) les plus adaptés à l’environnement de charge et à la qualité osseuse des plaques lombaires. Il est important de noter qu’il reste incertain qu’un seul design d’échafaudage « optimal » existe, ou si plusieurs configurations structurelles peuvent permettre une stabilité mécanique adéquate et une intégration biologique dans différentes conditions cliniques. Des essais mécaniques récents suggèrent qu’une cage 3D-Ti optimisée avec environ 70 % de porosité et une forme extérieure anatomiquement conforme peut considérablement améliorer la résistance à l’affaissement26. Cependant, de telles conclusions doivent être interprétées comme spécifiques au modèle plutôt que comme universellement généralisables.

Parallèlement, si une structure plus poreuse favorise le potentiel d’incroissance osseuse, elle soulève également des inquiétudes concernant la résistance à la fatigue et la durabilité à long terme. Une porosité excessivement élevée peut compromettre la résistance à la fatigue et augmenter le risque de formation de microfissures et de rupture structurelle, tandis que la porosité trop faible peut être défavorable à la croissance osseuse et au partage de la charge. La plupart des études existantes ont été menées sur des modèles animaux sains ou sur des patients ayant une qualité osseuse relativement préservée. Il existe une rareté de données systématiques pour déterminer si les plans 3D-Ti doivent être ajustés de manière spécifique au patient pour les personnes âgées souffrant d’ostéoporose, de maladies osseuses métaboliques ou d’utilisation prolongée de glucocorticoïdes. Des recherches futures pourraient bénéficier de se concentrer sur la définition de « plages de conception appropriées » pour des contextes biomécaniques et biologiques spécifiques plutôt que d’identifier une architecture d’échafaudage universellement optimale.

Défis économiques, réglementaires et de mise en œuvre
La fabrication additive des implants vertébraux est généralement associée à des coûts de production plus élevés et à une complexité technique plus élevée comparée aux dispositifs standardisés conventionnels. Les implants imprimés en 3D spécifiques au patient introduisent également des considérations supplémentaires liées aux voies d’approbation réglementaires, aux exigences de contrôle qualité et aux responsabilités de surveillance post-commercialisation. À l’heure actuelle, les évaluations économiques formelles de la santé évaluant spécifiquement le coût-efficacité ou l’utilité des cages 3D-pTi dans la fusion lombaire restent limitées. Les données réelles disponibles suggèrent que les coûts d’hospitalisation à court terme et l’utilisation des ressources périopératoires sont globalement comparables à ceux des implants conventionnels ; cependant, des analyses économiques solides à long terme font encore défaut. De plus, les politiques de remboursement et les recommandations directrices pour les implants vertébraux imprimés en 3D n’ont pas encore été standardisés dans les systèmes de santé. Pris ensemble, ces facteurs soulignent la nécessité d’une évaluation économique plus claire et de cadres réglementaires avant qu’une adoption clinique plus large puisse être pleinement évaluée.

Domaines prioritaires pour la recherche future et la traduction clinique
Bien que des études précliniques et cliniques précoces suggèrent des avantages potentiels des cages poreuses en titane imprimées en 3D, la base actuelle de preuves reste hétérogène et limitée en termes de suivi à long terme. Les futures enquêtes bénéficieraient d’une communication plus standardisée des paramètres de conception structurelle et des définitions des résultats afin d’améliorer la comparabilité entre les études. De plus, des données cliniques à plus long terme et des études comparatives adaptées seront nécessaires pour clarifier la durabilité, le comportement de subsidence et les résultats fonctionnels. Les technologies émergentes, y compris les stratégies de conception d’implants spécifiques aux patients et les approches de modélisation basée sur les données, restent exploratoires et nécessitent une validation supplémentaire avant qu’une intégration clinique de routine puisse être envisagée.

Conclusions

Les cages intersomaires en titane poreux imprimées en 3D représentent un développement technologique récent en chirurgie de fusion lombaire et ont été étudiées dans des études précliniques et cliniques précoces. Les preuves disponibles suggèrent que leur architecture en réseau peut faciliter la compatibilité mécanique et l’interaction os-implant dans certaines conditions. Cependant, les données comparatives actuelles par rapport aux cages en titane, PEEK conventionnelles et fabriquées par additifs restent limitées et hétérogènes, empêchant de tirer des conclusions définitives sur la performance clinique relative. La durabilité à long terme, la rentabilité-efficacité et l’évaluation standardisée des résultats nécessitent une investigation approfondie. À l’heure actuelle, les cages 3D-pTi doivent être considérées comme une option parmi plusieurs technologies d’implants intercocédaires disponibles, leur rôle clinique précis devant être clarifié par de futures recherches comparatives de haute qualité.

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Figure 1 : Principes de conception des cages intercocochistes poreuses en titane imprimées en 3D. La porosité contrôlée et l’architecture du réseau permettent d’ajuster le module élastique vers celui de l’os cancelleux, facilitant un transfert de charge physiologique accru et réduisant potentiellement la protection contre les contraintes. Le réseau poreux interconnecté peut soutenir la croissance osseuse et la vascularisation, contribuant à une amélioration de l’osséointégration et à la stabilité à long terme de l’implant tout en réduisant potentiellement le risque de subsidence de la cage. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

TitreÉtudesAnnéeType d’étudeModèlePrincipales conclusions
Guyer et al. (48)2016Étude biomécanique des animauxModèle porcinÉchafaudage poreux en titane vs PEEK vs allogreffeL’échafaudage en titane poreux a montré une interface os-implant significativement plus solide et une meilleure osseointégration.
McGilvray et al. (49)2018Étude comparative animaleModèle de fusion lombaire ovine (moutons)Cage à JEU-TÊTE ; PEEK poreux recouvert de titane pulvérisé au plasma (PSP) ; Cage en alliage poreux de titane imprimée en 3D (PTA)Les cages en alliage de titane poreux imprimées en 3D ont montré une croissance osseuse significativement plus importante, une amplitude de mouvement réduite et une raideur de construction accrue par rapport aux cages PEEK et PSP, indiquant un potentiel d’osséointégration et de fusion supérieur.
Carpenter et al. (50)2018Analyse par éléments finisModèle FE computationnel basé sur la géométrie de l’implant micro-CTStructures d’implant poreux PEEK vs. implants poreux en titane imprimé en 3D (Ti)Le PEEK poreux a significativement augmenté le partage de charge avec l’os incarné comparé au titane poreux (par exemple, transfert de charge ~66 % contre ~13 % après 4 semaines sous compression) et a généré des tensions physiologiques plus élevées dans l’os adjacent, suggérant un environnement mécanique plus favorable au maintien osseux et à l’osséointégration.
Zhang et al. (51)2020Expérience sur animaux contrôlésModèle de fusion intersompaire lombaire macaque rhésus (OLIF)Cage poreuse imprimée en 3D en Ti6Al4V ; Cages remplies de Simvastatine/Poloxamer 407 Hydrogel vs Hydrogel seulement vs Cage BlankL’hydrogel chargé en simvastatine, dans des cages poreuses en titane, a significativement augmenté la croissance osseuse, l’activité ostéoblastique (PET/TC SUV), la fraction de volume osseuse et la réduction de la mobilité de mouvement, indiquant une amélioration de la fusion vertébrale et une stabilité mécanique améliorée.
Yee-Yanagishita et al. (52)2022Essais biomécaniques in vitroModèle de blocs de mousse polyuréthane simulant des plaques de fin vertébralesCage en titane poreuse (réseau corporel + plaques terminales microporeuses) ; cage PEEK poreuse ; Cage en titane à treillisLa cage en titane poreux a montré la meilleure résistance à l’affaissement avec la plus grande rigidité du bloc et le plus faible déplacement dynamique de subsidence comparé aux cages poreuses en titane PEEK et à treillis de ferme, ce qui indique que la conception de la cage joue un rôle plus important que le matériau seul pour prévenir le subsidence.
Fogel et al. (26)2022Étude préclinique comparative (essais mécaniques in vitro + étude animale in vivo)modèle de bloc de subsidence en mousse en polyuréthane (ASTM F2267) et modèle de fusion intercocélaire lombaire ovineCage poreuse Ti-6Al-4V imprimée en 3D avec réseau corporel optimisé pour les contraintes et plaques terminales microporeuses (Modulus XLIF)La conception poreuse de cage en titane a réduit la raideur de l’implant, démontré une forte résistance à l’affaissement (raideur de blocage ≈1976,8 N/mm), et a montré une croissance osseuse progressive et une fusion dans un modèle ovine avec des taux de fusion de 87,5 % à 12 semaines et de 100 % à 26 semaines.
Xu et al. (53)2022Expérience animale in vitro + in vivoCulture d’ostéoblastes MC3T3-E1 et modèle de malformation fémorale chez le lapinÉchafaudages poreux Ti6Al4V imprimés en 3D avec prisme hexagonal creux vs structures de pores à prisme triangulaire creuxL’échafaudage poreux en titane du prisme hexagonal présentait une meilleure adhérence cellulaire, une activité ALP plus élevée, ainsi qu’une meilleure intégration osseuse et formation osseuse neuve comparée à la structure prismatique triangulaire.
Johnson et al. (54)2023Étude préclinique animale avec analyses biomécaniques, de la tomodotomométrie μCT et de l’histomorphométrieModèle de fusion intersompaire lombaire ovine (6 moutons ; L2–L3 et L4–L5)Cages de treillis poreux Ti6Al4V fabriquées par additif : réseau corporel vs conception de réseau corps + surfaceLes deux conceptions de cages en titane poreux imprimées en 3D ont permis de produire des résultats positifs en fusion ; Les cages en réseau corporel ont montré un contact osseuse significativement plus élevé que les cages en réseau de surface, et la performance globale de fusion était supérieure à celle des cages PEEK précédemment rapportées.

Tableau 1 : Résumé des études biomécaniques et biologiques représentatives sur des cages poreuses en titane imprimées en 3D utilisées dans la fusion intersomaire lombaire. Ce tableau résume des études expérimentales représentatives étudiant les performances biomécaniques et biologiques des cages intercocédaires poreuses ou en titane imprimées en 3D utilisées dans la recherche sur la fusion lombaire. Les études incluses comprennent des analyses par éléments finis, des tests mécaniques in vitro , des expériences cellulaires et des modèles précliniques de fusion animale. Les résultats rapportés incluent la raideur de l’implant, la résistance à l’affaissement, le contact os-implant, l’incroissance osseuse et la stabilité biomécanique liée à la fusion. Collectivement, ces études fournissent des preuves mécanistes soutenant les avantages potentiels des structures poreuses en titane pour optimiser la répartition des charges, réduire le blindage contre les contraintes et favoriser l’osséointégration. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

ÉtudesAnnéeApprocheConception de l’étudeTaille de l’échantillonSuiteRésultats radiographiquesComparateur
Adl Amini D. et al. (62)2021LLIFComparaison rétrospective113 patients (186 niveaux)6–12 moisSubsidence sévère : 3,0 % (Ti) contre 18,5 % (PEEK)Ti imprimé en 3D vs PEEK
Corso KA.  et al. (63)2022ALIF / PLIFCohorte descriptive rétrospective93 patients par groupe6 moisRévision : 0 % (Ti) vs 0,5 % (PEEK)Ti imprimé en 3D vs PEEK
Alan N.  et al. (64)2023LLIFCohorte rétrospective avec correspondance de propension97 vs 97 niveaux12 moisAffaissement : 27 % contre 8 %pTi vs PEEK
Segi N.  et al. (65)2023XLIFÉtude comparative rétrospective32 patients3 moisVEC : 8 % contre 45 %Ti imprimé en 3D vs PEEK
Donaldson C.  et al. (66)2024ALIF / LLIFCohorte rétrospective50 patients (66 niveaux)12 moisAffaissement 3,03 %Aucun (un seul bras)

Tableau 2 : Études cliniques clés évaluant la sécurité et l’efficacité des cages poreuses en titane imprimées en 3D dans la fusion intersonaire lombaire. Ce tableau résume des études cliniques représentatives étudiant les résultats radiographiques et cliniques associés aux cages intersomaires poreuses ou en titane imprimées en 3D dans les procédures de fusion intersonaire lombaire, incluant la fusion intersonaire lombaire latérale (LLIF), la fusion intersontaire lombaire antérieure (ALIF), la fusion intersontaire lombaire postérieure (PLIF) et la fusion intersonaire latérale extrême (XLIF). Le tableau rapporte la conception de l’étude, la taille de l’échantillon, la durée du suivi et les principaux résultats radiographiques tels que la subsidence de la cage, la formation des kystes de la plaque vertebrale et les taux de révision. Des études comparatives (cages en titane poreux vs cages PEEK) ainsi que des séries cliniques à un seul bras sont incluses pour fournir un aperçu des preuves cliniques actuelles concernant la stabilité et la sécurité à court terme de l’implant. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

NonAuteurAnnéeType de critiqueAxe de la revueBiomécaniqueRésultats cliniquesConception / fabricationCadre conceptuel
1Duan Y (78)2024Revue systématique et méta-analyseComparaison clinique entre cages Ti imprimées en 3D et PEEKNonOuiLimitéNon
2Pairojboriboon S (79)2024Méta-analyse de réseauRésultats de fusion entre différents matériaux de cageNonOuiLimitéNon
3Lee JJ (80)2025Revue narrativeÉvolution historique des cages en titane et technologie d’impression 3DLimitéLimitéOuiNon
4Cette critique/Revue intégrative narrativeSynthèse mécaniste des principes de conception, des performances biomécaniques, de l’osséointégration et des résultats cliniques des cages poreuses en titane imprimées en 3DOuiOuiOuiOui

Tableau 3 : Comparaison des critiques récentes sur les cages intercoquaires en titane imprimées en 3D et la portée de la présente critique. Ce tableau compare les revues récentes représentatives sur les cages intercococentriques en titane imprimées en 3D avec la présente revue en termes de type de revue, de focus principal de recherche et de couverture thématique. Les principaux aspects évalués incluent si les revues ont abordé les mécanismes biomécaniques, les résultats cliniques, la conception d’implants et les principes de fabrication additive, ainsi que des cadres conceptuels plus larges intégrant les perspectives d’ingénierie et clinique. Cette comparaison met en lumière l’étendue élargie de la présente revue, qui intègre des preuves biomécaniques, biologiques, de conception et cliniques afin d’offrir une synthèse conceptuelle plus exhaustive. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Déclarations de divulgation

Tous les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts concernant la conception, l’analyse ou la publication de cet ouvrage. Aucune relation financière, rôle de conseil, demande de brevet ou autre intérêt concurrent n’est associé à ce manuscrit. Conceptualisation : Peng Sun et Kai Su ; Revue de la littérature : Kai Su ; Écriture — brouillon original : Kai Su ; Rédaction — critique et édition : Peng Sun ; Supervision : Peng Sun.

Remerciements

Les auteurs expriment leur sincère reconnaissance aux collègues qui ont apporté leur soutien dans la recherche de littérature, l’organisation des données et les discussions académiques. Nous remercions également notre institution pour avoir offert un environnement de recherche favorable et une assistance administrative, ce qui a permis la déroulement sans encombre de ce travail. L’intelligence artificielle générative a été utilisée pour l’édition et le polissage du manuscrit. Les auteurs assument l’entière responsabilité du contenu et de l’interprétation de l’œuvre.

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