Reviewartikel

3D-geprinte poreuze titanium kooien in lumbale interlichaamfusie

418 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/70575

⸱

30 april 2026

 , 
1Department of Spinal Surgery, Zibo First Hospital

In dit artikel

Samenvatting

Deze review synthetiseert actueel bewijs over 3D-geprinte poreuze titanium kooien bij lumbale interlichaamfusie, waarbij materiaalontwerpprincipes, biomechanische prestaties en klinische uitkomsten worden geïntegreerd. Gezien toenemende klinische adoptie en heterogene rapportages is een kritische evaluatie van bestaande data tijdig en klinisch relevant.

Samenvatting

Lumbale degeneratieve ziekte is een van de meest voorkomende indicaties voor wervelkolomchirurgie, en lumbale interlichaamfusie (LIF) blijft een centrale techniek in de behandeling ervan. De prestaties van een interbody fusiekooi hangen grotendeels af van de materiaalsamenstelling en het structurele ontwerp, die de segmentale stabiliteit en de kwaliteit van de botfusie beïnvloeden. Deze review vat de materiaalkenmerken, biomechanische redenering, biologisch gedrag en klinische toepassingen samen van driedimensionale geprinte poreuze titanium (3D-pTi) interlichaamskooien. Vooruitgang in additive manufacturing maakt nauwkeurige controle mogelijk van poriegrootte, porositeit en roosterarchitectuur, waardoor de elastische modulus van 3D-pTi-kooien kan worden afgestemd om die van cancelloos bot beter te benaderen. Deze optimalisaties kunnen de belastingoverdracht verbeteren, spanningsbescherming verminderen en een gunstige omgeving voor osseointegratie bevorderen. De onderling verbonden poreuze structuur en het ruwe oppervlak ondersteunen osteoblastadhesie, botgroei en vroege vascularisatie. Preklinische studies tonen consequent aan dat 3D-pTi-kooien een hogere bot-implantaat-contact en een hogere botvolumefractie bieden in vergelijking met vaste titanium- en polyetheretherketon (PEEK)-implantaten. Vroege klinische bevindingen bij transforaminale lumbale interlichaamfusie (TLIF), laterale lumbale interlichaamfusie (LLIF) en anterieure lumbale interlichaamfusie (ALIF) suggereren dat 3D-pTi-kooien hoge radiografische fusiesnelheden kunnen bereiken, de intervertebrale hoogte kunnen behouden en een acceptabel kortetermijnveiligheidsprofiel kunnen vertonen. Bestaande studies worden echter beperkt door kleine steekproefgroottes, methodologische heterogeniteit en relatief korte follow-upperiodes. Al met al zijn 3D-pTi-kooien een veelbelovende biomechanisch compatibele en osteoconductieve optie voor LIF bij degeneratieve aandoeningen. Toch vereisen hun langetermijnvoordelen voor de klinische situatie, kosteneffectiviteit en optimale indicaties verder onderzoek in rigoureus ontworpen studies.

Inleiding

Met de veroudering van de bevolking en veranderingen in levensstijl zijn lumbale degeneratieve ziekten zoals degeneratieve schijfziekte, lumbale spinale stenose en degeneratieve spondylolisthesis tot de meest voorkomende aandoeningen geworden bij de ruggenmergchirurgie 1,2,3. Voor patiënten met radiografisch duidelijke segmentale instabiliteit, significante neurale compressie of falen van conservatief beheer dient lumbale interlichaamfusie (LIF) als een belangrijke chirurgische optie om de wervelkolomstabiliteit te herstellen, deformiteit te corrigeren en neurale compressie te verlichten. Veelgebruikte LIF-technieken zijn transforaminale lumbale interlichaamfusie (TLIF), posterior lumbale interlichaamfusie (PLIF), anterieure lumbale interlichaamfusie (ALIF) en laterale lumbale interlichaamfusie (LLIF)5,6,7,8. Ongeacht de aanpak blijft het bereiken van betrouwbare en duurzame interlichaamfusie een belangrijke factor voor klinische uitkomsten.

Bij lumbale fusieprocedures beïnvloeden het materiaal, de grootte, het structurele ontwerp en de plaatsingshoek van de interlichaamkooi de segmentale stabiliteit, de spanningsverdeling van de eindplaat en uiteindelijk de kwaliteit van de fusie. In de vroege klinische praktijk was sterk vertrouwd op autoloog iliacaal kam bottransplantaat of allograft voor interlichaamsondersteuning; Deze benaderingen zijn echter geassocieerd met morbiditeit op donorlocaties, hogere complicatiepercentages, beperkte structurele sterkte en een aanzienlijk risico op instorting van de transplantatie. De latere invoering van vaste titanium kooien zorgde voor hoge mechanische sterkte en structurele stabiliteit, waardoor de schijfhoogte tijdens fusieprocedures werd behouden14. De elastische modulus van vast titanium is echter ruimschoots groter dan die van het afzetbot, dat in verband is gebracht met spanningsafscherming en onder bepaalde omstandigheden kan bijdragen aan eindplaatverzakking15. Polyetheretherketon (PEEK) kooien, met een elastische modulus die dichter bij die van corticale botten ligt en radiolucentie bij beeldvorming, zijn daardoor wijdverbreid gebruikt. Toch wordt PEEK over het algemeen als biologisch inert beschouwd en vertoont het een beperkte intrinsieke capaciteit om osteogene differentiatie van menselijke mesenchymale stamcellen te bevorderen. Daarentegen is aangetoond dat titaniumlegeringen de celadhesie, alkalische fosfataseactiviteit en calciumafzetting in vitro16 verbeteren. Om deze beperkingen aan te pakken, zijn nieuwere implantaten geïntroduceerd zoals titanium gecoate PEEK-kooien, uitvouwbare kooien en additief vervaardigde of poreuze PEEK-implantaten, met als doel de bot-implantaatinterfacebinding te verbeteren terwijl gunstige mechanische eigenschappen behouden blijven. Vergelijkend bewijs tussen conventionele PEEK-, additief vervaardigde PEEK- en 3D-geprinte titanium kooien blijft zich ontwikkelen, en er is geen universeel geaccepteerd "ideal" materiaal voor de interbodykooi vastgesteld.

In de afgelopen jaren zijn driedimensionaal geprinte poreuze titanium (3D-geprinte poreuze titanium, 3D-pTi) kooien uitgegroeid tot een belangrijk aandachtspunt in lumbalfusieonderzoek. Voorlopige klinische studies hebben bemoedigende röntgenfusiepatronen en acceptabele klinische uitkomsten gerapporteerd bij zowel anterieure als laterale lumbale interlichaamfusieprocedures 17,18,19,20. Desalniettemin wordt hun vergelijkbare prestaties ten opzichte van conventionele en additief vervaardigde PEEK-kooien, met name wat betreft het risico op verzakking, reoperatiesnelheden en uitkomsten over verschillende chirurgische technieken en patiëntensubgroepen, nog steeds actief onderzocht. Bestaande studies worden vaak beperkt door kleine steekproefgroottes, methodologische heterogeniteit en relatief korte follow-upperiodes. Hoewel verschillende recente systematische reviews en meta-analyses klinische uitkomsten van 3D-geprinte titanium kooien hebben samengevat, richten de meeste zich voornamelijk op vergelijkende radiologische of klinische eindpunten, waarbij deze implantaten vooral worden behandeld als alternatieve kooimaterialen in plaats van producten van ontwerpgedreven technologische evolutie. Toenemend bewijs suggereert dat de klinische prestaties van 3D-pTi-kooien beïnvloed kunnen worden door factoren zoals roosterarchitectuur, elasticiteitsmodulusmatching, biologische osseointegratiemechanismen en patiëntspecifieke structurele optimalisatie—elementen die in eerdere bewijssyntheses onvoldoende geïntegreerd zijn.

Daarom is een uitgebreider begrip van de mechanische en biologische kenmerken van 3D-pTi-kooien, evenals hun interactie met chirurgische technieken en biologische augmentatiestrategieën, nodig om klinische besluitvorming bij lumbale degeneratieve ziekten beter te kunnen onderbouwen. Op deze basis biedt de huidige narratieve review een geïntegreerde synthese van actuele kennis, inclusief materiaalontwikkeling, biomechanische en biologische mechanismen, klinisch bewijs en opkomende translationele perspectieven, waaronder patiëntspecifiek implantaatontwerp en datagedreven optimalisatiestrategieën. Door technische vooruitgang te verbinden met klinische overwegingen, wil deze review een evenwichtig en klinisch relevant kader bieden dat verder gaat dan eerder gepubliceerde, resultaatgerichte reviews.

Review en perspectief

Strategie voor literatuurzoektocht
Deze verhalende review werd uitgevoerd met behulp van een gestructureerde literatuurzoektocht om een uitgebreide dekking van relevant bewijs te waarborgen. Elektronische databases, waaronder PubMed, Web of Science, Embase en Scopus, werden doorzocht op studies die tussen januari 2010 en december 2025 zijn gepubliceerd. De zoekstrategie omvatte combinaties van de volgende trefwoorden: "3D-geprinte titanium kooi," "poreus titanium," "lumbale interbody fusie," "spinale fusie," "additieve productie" en "osseointegratie." Oorspronkelijke klinische studies, biomechanische onderzoeken, dierproeven en relevante overzichtsartikelen gericht op lumbale interlichaamfusie met 3D-geprinte poreuze titaniumimplantaten werden overwogen. Studies die niet gerelateerd waren aan wervelkolomapplicaties, niet-Engelstalige publicaties, conferentieabstracts zonder volledige gegevens en dubbele rapporten werden uitgesloten. Artikelen zijn geselecteerd op basis van hun relevantie voor de biomechanische kenmerken, biologische prestaties, klinische uitkomsten en translationele perspectieven van 3D-geprinte poreuze titanium kooien.

Ontwerp en kenmerken van 3D-pTi-kooien

Ontwerpconcept en productieprocessen
De structurele flexibiliteit van 3D-pTi-kooien wordt mogelijk gemaakt door additive manufacturing (AM) technologieën in plaats van inherent aan titanium zelf te zijn. AM is ook toegepast op andere biomaterialen, waaronder PEEK en kobalt-chroom legeringen, waardoor geometrische aanpassingen in de ontwerpfase mogelijk zijn. Met technieken zoals selectief lasersmelten (SLM) of elektronenbundelsmelten (EBM) kunnen zowel de macroscopische kooigeometrie als de microscopische roosterarchitectuur vooraf worden gedefinieerd tijdens computerondersteund ontwerp21,22. Door printparameters aan te passen en topologieontwerpalgoritmen toe te passen, kunnen structurele sterkte en elasticiteitsmodulus worden gemoduleerd, terwijl kanalen voor botingroeibehouden blijven 23,24. Hoewel SLM en EBM verschillen in verwerkingskenmerken, is het huidige bewijs niet duidelijk in het voordeel van de ene techniek voor spinale interlichaamtoepassingen. De fundamentele ontwerpprincipes die ten grondslag liggen aan 3D-geprinte poreuze titanium interbody-kooien worden geïllustreerd in Figuur 1.

Biomechanische eigenschappen
Vanuit biomechanisch perspectief is een van de belangrijkste ontwerpdoelen van 3D-pTi-kooien het benaderen van de algehele elastische modulus van die van menselijk cancelloos bot, met als doel de spanningsconcentratie bij de bot–implantaatinterface te verminderen23,25. Door de porositeit te vergroten en de oriëntatie en dwarsdoorsnedemorfologie van ondersteunende stutten te optimaliseren, kan de effectieve elastische modulus aanzienlijk worden verlaagd, terwijl voldoende druksterkte en vermoeidheidsprestaties behouden blijven, wat resulteert in een meer homogene belastingsverdeling over de werveleindplaat26. Finite-elementenanalyses en in vitro experimentele studies hebben aangetoond dat goed ontworpen poreuze titaniumstructuren effectiever zijn dan massief titanium of andere hoogstijfe metalen kooien in het dempen van lokale spanningsconcentraties en het verminderen van het risico op instorten van eindplaat. Daarnaast biedt het interne poreuze netwerk ruimte voor botingroei en de vorming van een "bot-metaal composiet" biologische interne fixatieconstructie. Naarmate nieuw gevormd bot geleidelijk de poriën vult, wordt verwacht dat de belastingsdeling binnen het kooi-eindplaatsysteem verschuivt van voornamelijk implantaatafhankelijk naar een gecombineerde "implantaat + nieuw bot"-constructie, wat de mechanische stabiliteit op de lange termijn kan verbeteren28,29.

Biologische kenmerken en osseointegratie
Biologisch gezien kan de oppervlakteruwheid en microstructuur van poreus titanium adhesie, migratie en osteogene differentiatie van osteoblasten en door het beenmerg afgeleide mesenchymale stamcellenbevorderen 30,31,32. Het poreuze netwerk vormt een driedimensionaal raamwerk dat cellen kan leiden om te migreren en zich te vermenigvuldigen langs de strutoppervlakken, waardoor extracellulaire matrixafzetting en mineralisatie mogelijk wordt gemaakt en mogelijk leidt tot continue trabeculaire botten die de binnen- en buitenkant van de kooidoorkruisen. In vitro celstudies en geselecteerde diermodellen hebben een hogere bot-implantaat-contactfractie en botvolumefractie aan de interface voor poreuze titaniumimplantaten gerapporteerd in vergelijking met gladde controles, wat wijst op verbeterde osseointegratie onder experimentele omstandigheden34,35. Tegelijkertijd laten onderling verbonden poriën endotheelcellen het binnenste van het implantaat binnendringen, wat de vorming van microvasculaire netwerken bevordert en zo de voeding en stofwisseling van nieuw gevormd bot36,37 ondersteunt. Sommige studies hebben ook een upregulatie van osteogenese-bevorderende cytokines op poreuze titaniumoppervlakken gerapporteerd, wat het vermogen om botintegratie te verbeterenverder ondersteunt 38,39.

Huidige toepassingen bij lumbale interlichaamfusie
Met vooruitgang in productietechnieken en ontwerpconcepten zijn 3D-pTi interlichaamkooien steeds vaker toegepast in TLIF, LLIF, ALIF en andere lumbale fusieprocedures 19,40,41. Het momenteel beschikbare klinisch bewijs is echter grotendeels afkomstig uit enkelvoudige studies met relatief kleine steekproefgroottes en korte follow-upperiodes. Daarnaast is er aanzienlijke heterogeniteit in vergelijkingsmaterialen en chirurgische technieken, en bevindingen over subsidiesnelheden, reoperatiesnelheden en verbeteringen in segmentale sagittale uitlijning blijven inconsistent tussen de studies.

Biomechanisch en biologisch bewijs voor 3D-pTi

Biomechanische simulaties en in vitro mechanische tests
Finite-elementenanalyses en in vitro mechanische tests suggereren dat 3D-pTi-kooien, door het aanpassen van porositeit en roosterarchitectuur, de effectieve elasticiteitsmodulus kunnen verlagen tot een bereik dat dichter bij dat van corticaal of cancelloos bot ligt, terwijl voldoende mechanische sterkte behouden blijft, waardoor spanningsafschermingmogelijk wordt verminderd 42,43. Zhang et al. analyseerden additief vervaardigde poreuze lumbale kooien en rapporteerden dat, vergeleken met conventionele vaste ontwerpen, poreuze configuraties zowel de spanning van de eindplaat als de kooispanning verminderden terwijl de belastingsverdelingverbeterde 44. Zou et al. toonden verder aan dat het verlagen van kooistijfheid de piekspanning van de eindplaat onder verschillende belastingsomstandigheden aanzienlijk verminderde, wat kan leiden tot een verminderd risico op verzakking45.

Een recente eindige-elementenanalyse (FEA) die poreuze titanium kooien met een biomimetisch Voronoi-rooster vergelijkt met traditionele kooistructuren, vond dat het Voronoi-ontwerp een extra vermindering van ongeveer 50% in segmentale bewegingsvrijheid en 40%–60% in kooi/eindplaatspanningen kan bieden, wat suggereert dat een geschikte driedimensionale roosterarchitectuur een gunstiger evenwicht kan bereiken tussen "stabiliteit" en "spanningsvermindering"46. Vanuit materiaaloogpunt benadert de effectieve elastische modulus van 3D-geprinte poreuze Ti-6Al-4V-legering (Ti6Al4V) die van corticaal bot en sluit beter aan bij de fysiologische belastingskenmerken van de voorste wervelkolom dan bulk-titanium47. Gezien de aanzienlijke variabiliteit in roostertopologie en porositeitsontwerp tussen 3D-geprinte kooien, moeten kwantitatieve biomechanische bevindingen worden geïnterpreteerd binnen specifieke structurele contexten. Dienovereenkomstig worden representatieve kwantitatieve biomechanische parameters die in de literatuur zijn gerapporteerd, samengevat in Tabel 1 om de vergelijking van structurele ontwerpkenmerken en mechanische prestaties tussen verschillende 3D-geprinte poreuze titanium kooien te vergemakkelijken: 26,48,49,50,51,52,53,54.

Lumbale fusiemodellen voor grote dieren
In een volwassen lumbale fusiemodel voor het lend van het schaamt vergeleken McGilvray et al. drie typen kooien—PEEK, plasma-gespoten titanium en 3D-pTi—geïmplanteerd op L2–3 en L4–5 via een voorste benadering, met follow-up na 8–16 weken. Segmenten in de 3D-pTi-groep vertoonden significant een verminderde bewegingsvrijheid, en zowel de botvolumefractie als het bot-implantaatcontact waren duidelijk hoger dan in de PEEK-groep. Uitgebreide nieuwe bot- en vasculaire ingroei werden waargenomen binnen de poreuze structuur, terwijl PEEK-kooien voornamelijk omgeven waren door vezeligweefsel 49. Echter, verschillen in implantaatoppervlakkenmerken en het ontbreken van identieke graftcondities tussen groepen moeten worden meegenomen bij het interpreteren van deze bevindingen. In een vergelijkbaar schaamtemodel vergeleken Laratta et al. direct "3D-pTi zonder bottransplantaat" met "PEEK gecombineerd met iliacale kamautograft" en ontdekten dat 3D-pTi een superieure botvolumefractie en botbinding bereikte na 4 en 8 weken55. Gezien de asymmetrie in graftsupplementatie en vroege evaluatietijden, is het direct toeschrijven van deze uitkomsten uitsluitend aan de kooistructuur voorzichtig.

Met behulp van een lateraal lumbalfusiemodel rapporteerden Walsh et al. verder dat 3D-geprinte titanium kooien stabiele segmentale stijfheid en betrouwbare radiografische fusie boden zonder de veiligheid in gevaar te brengen, wat hun toepassing in procedures zoals LLIF56 ondersteunde. Opmerkelijk is dat verschillen in chirurgische aanpak, belastingscondities en eindpuntdefinities tussen studies de strikte cross-model vergelijking beperken. Eerdere honden- en schapenstudies van poreus bioactief titanium toonden ook aan dat poriegroottes van ongeveer 300–600 μm met goede onderlinge connectiviteit robuuste botgroeikunnen induceren. Deze bevindingen suggereren dat poriearchitectuur en oppervlakte-eigenschappen, en niet de additive manufacturing zelf, mogelijk primaire bepalende factoren zijn van biologische integratie. Gezamenlijk ondersteunen grote diermodellen het potentieel van poreuze titaniumconstructies om bot-implantaatinteractie onder experimentele omstandigheden te verbeteren, maar de variabiliteit in diersoorten, chirurgische techniek, graftgebruik en uitkomstbeoordelingsmethoden beperken de directe extrapolatie naar klinische fusieprestaties.

Cellulair en moleculair bewijs
In vitro-studies op cellulair en moleculair niveau hebben geholpen de biologische basis achter de gunstige osseo-integratie van 3D-pTi te verduidelijken. 3D-geprinte poreuze Ti6Al4V vertoont een ruw oppervlak en een onderling verbonden driedimensionaal porienetwerk58. In vergelijking met glad titanium of PEEK is aangetoond dat dit materiaal effectiever adhesie, verspreiding en proliferatie van osteoblasten en mesenchymale stamcellen ondersteunt, en osteogene markers zoals alkalische fosfatase en osteopontine opreguleert, waardoor calciumafzetting59 wordt bevorderd. In vitro-experimenten tonen verder aan dat op 3D-pTi-steigers met trabeculaire bot-nabootsende roosterontwerpen, cellen geneigd zijn uit te lijnen langs de roostersteunen, met prominente stressvezels en mineralisatiebanden, en het niveau van osteogene differentiatie vergelijkbaar is met of zelfs beter dan dat waargenomen op PEEK-controles 60,61. Dierstudies tonen ook aan dat poreus titanium een hoge botvolumefractie kan bereiken en extensief direct contact tussen bot en kooikan bereiken. Gezamenlijk suggereren deze bevindingen dat poreus titanium de botintegratie kan verbeteren door een combinatie van verbeterde mechanische compatibiliteit en een gunstige microomgeving voor botvorming, wat mogelijk de vezelige inkapseling vermindert en stabiele botintegratie bevordert.

Ontwerpheterogeniteit van 3D-geprinte poreuze titanium kooien
Hoewel ze vaak als één enkele implantaatcategorie worden besproken, tonen 3D-geprinte poreuze titanium kooien een aanzienlijke heterogeniteit in structurele ontwerpparameters. Er bestaan variaties in porositeitsverdeling, roostertopologie, poriegrootte, strategieën voor oppervlaktemodificatie en additieve productietechnieken. Deze ontwerpverschillen beïnvloeden direct de elasticiteitsmodulus, het gedraging van belastingsoverdracht, het potentieel voor botingroei en de interacties tussen implantaat en eindplaat. Uniforme roosterstructuren zijn bijvoorbeeld vooral gericht op het bereiken van globale modulusreductie, terwijl gradient- of biomimetische architecturen de spanningsverdeling en biologische integratie verder kunnen optimaliseren. Evenzo is aangetoond dat micro- of nanotexturing van oppervlakken de cellulaire hechting en osseointegratie verbetert, onafhankelijk van de bulkporositeitskenmerken. Daarom moeten biomechanische en klinische uitkomsten die in studies worden gerapporteerd worden geïnterpreteerd in de context van specifieke kooiontwerpparameters in plaats van de waargenomen voordelen uniform toe te schrijven aan alle 3D-geprinte poreuze titaniumimplantaten.

Klinische prestaties en toepassing van 3D-pTi-kooien
Representatieve klinische studies die de veiligheid en effectiviteit van 3D-geprinte poreuze titanium kooien in verschillende lumbale fusietechnieken beoordelen, worden samengevat in Tabel 2. Om contextuele interpretatie van radiologische fusie-uitkomsten te vergemakkelijken, worden ook de graftmaterialen die in elke studie worden gebruikt gerapporteerd, gezien hun potentiële invloed op fusiebiologie 62,63,64,65,66.

Indicaties en chirurgische scenario's
3D-pTi-kooien zijn toegepast bij meerdere lumbale interlichaamfusietechnieken, hoewel hun klinische toepassing vaker in verschillende specifieke situaties is gerapporteerd. Ten eerste worden ze vaak gebruikt in LLIF- en ALIF-procedures die robuuste voorste kolomsteun en een groot contactoppervlak van de eindplaat vereisen. Ten tweede worden ze vaak geselecteerd voor revisiechirurgie bij patiënten met eerdere fusiefalen of slechte botkwaliteit, met als doel de botgroei mogelijk te verbeteren en de kans op een succesvolle fusie te vergroten. Ten derde zijn ze toegepast bij meervoudige degeneratieve ziekten, waarbij chirurgen proberen het risico op hoogteverlies tussen de wervels te verkleinen en tegelijkertijd een balans te behouden tussen deformiteitscorrectie en fusiekwaliteit.

Fusiesnelheden en röntgenuitkomsten
Meerdere vergelijkende studies en systematische reviews suggereren dat 3D-pTi-kooien voordelen kunnen bieden ten opzichte van PEEK of conventionele vaste titanium kooien wat betreft lumbale fusiesnelheden en radiografische fusiekenmerken. Patel et al. voerden een systematische review uit van zeven vergelijkende studies met in vitro-, dier- en menselijke data, waaronder 299 menselijke proefpersonen. Zes van deze studies gaven de voorkeur aan 3D-pTi boven PEEK wat betreft fusie- of botimplantaatbindingskwaliteit en subsidentie-gerelateerde uitkomsten, zonder een duidelijke stijging van de revisiepercentages67. Deze trend is ook waargenomen in verschillende prospectieve klinische onderzoeken.

In een enkelblinde, gerandomiseerde gecontroleerde studie vergeleken onderzoekers 3D-geprinte micro-nano-getextureerde poreuze titanium kooien (3DPPT) met PEEK-kooien in één tot twee niveaus TLIF. De 3DPPT-groep toonde een hoger succespercentage bij vroege fusie na zes maanden, wat wijst op een potentieel voordeel bij het versnellen van zowel de snelheid als de kwaliteit van fusie18,68.

Voor anterieure en laterale benaderingen rapporteerde een retrospectieve cohortstudie met één centrum dat het gebruik van 3D-pTi-kooien in ALIF/LLIF-procedures bijna 100% segmentale fusie bereikte bij 1-jarige CT-follow-up zonder adjunctief recombinant humaan botmorfogenetisch eiwit–2 (rhBMP-2)17. Een andere LLIF-studie vond dat poreuze 3D-geprinte titanium kooien geassocieerd waren met een hoger aandeel voorste interlichaam-botbruggen en een grotere beperking van facetbeweging vergeleken met traditionele titanium kooien met schroefdraad69. In een prospectieve vergelijkende studie rapporteerden Deng et al. dat 3D-geprinte titanium kooien een groter contact tussen bot en implantaat verlieten, een hogere botdichtheid binnen het fusiegebied en gunstigere subsidentiebeoordeling vertoonden dan PEEK, hoewel verschillen in pijnscores en functionele uitkomsten niet statistisch significantwaren van 68. Hoewel verschillende studies gunstige radiologische fusie-uitkomsten rapporteren, moeten deze bevindingen voorzichtig worden geïnterpreteerd in het licht van beperkingen in het onderzoeksontwerp, variabiliteit in graftgebruik en verschillen in beeldvormingsbeoordelingscriteria. Over het algemeen blijft de huidige bewijsbasis heterogeen en is voornamelijk afgeleid van relatief kleine, niet-gerandomiseerde cohorten.

Methodologische overwegingen bij fusiebeoordeling
Directe vergelijking van fusie-uitkomsten tussen preklinische en klinische studies moet met voorzichtigheid worden geïnterpreteerd vanwege aanzienlijke methodologische heterogeniteit. Variaties in graftmateriaal, kooiafmetingen, chirurgische technieken en studie-eindpunten kunnen de gerapporteerde uitkomsten aanzienlijk beïnvloeden en het toeschrijven van fusieresultaten uitsluitend aan kooiontwerp10,70 bemoeilijken. In het bijzonder kunnen biologische augmentatiestrategieën, waaronder het gebruik van autograft, allograft, gedemineraliseerde botmatrix (DBM) of botmorfogenetische eiwitten (BMP's), onafhankelijk de fusiesnelheid verhogen en daarom een belangrijke verstorende factor vormen bij het evalueren van implantaatprestaties71.

Daarnaast blijft de radiografische beoordeling van fusie technisch uitdagend. Metalen artefacten die geassocieerd worden met titaniumimplantaten kunnen de visualisatie van botvorming binnen de kooi belemmeren, wat mogelijk leidt tot onderschatting van de fusie. Omgekeerd kunnen gemineraliseerd graftmateriaal of restbotvervangers moeilijk te onderscheiden zijn van nieuw gevormd bot op beeldvorming, wat kan leiden tot overschatting van de fusiesnelheden. Toekomstige studies kunnen baat hebben bij gestandaardiseerde beeldvormingsprotocollen en aanvullende beoordelingsmethoden, zoals histologische of biomechanische evaluatie in preklinische modellen, om de betrouwbaarheid en interpreteerbaarheid van fusiebeoordeling te verbeteren.

Verzakking en veiligheidsresultaten
Het instorten van de werveleindplaat is een van de belangrijkste complicaties die het langetermijnsucces van lumbale fusie72 beïnvloeden. Voor laterale benaderingen rapporteerde een systematische review en meta-analyse van LLIF uit 2024, inclusief drie studies en 265 patiënten (in totaal 441 segmenten), dat de totale subsidentiepercentages significant lager waren in de 3D-pTi-groep dan in de PEEK-groep (odds ratio [OR] ≈ 0,25), met een duidelijke vermindering van ernstige subsidentie (OR ≈ 0,17)69. In vroege enkelarmige LLIF-series met 3D-pTi-kooien waren segmentale subsidentiesnelheden ongeveer 8%, en slechts ongeveer 1,8% van de segmenten vereiste heroperatie voor ernstige inzakking, wat gunstiger lijkt dan eerder gerapporteerde percentages voor massief titanium of PEEK-kooien73.

In de TLIF-context suggereren verschillende cohort- en databasestudies dat 3D-pTi-kooien het risico op reoperatie gerelateerd aan pseudarthrosis74 kunnen verminderen. Levy et al. rapporteerden een trend naar lagere pseudartroose-gerelateerde reoperatiepercentages in TLIF uitgevoerd met 3D-pTi-kooien vergeleken met niet-poreuze PEEK-kooien, hoewel het absolute verschil klein was en bevestiging vereist met langdurig follow-up41. Praktijkgegevens uit een grote administratieve database van de Verenigde Staten die PEEK en 3D-geprinte titanium kooien bij lumbasale en lumbosakrale fusie vergeleken, toonden aan dat beide groepen lage cumulatieve reoperatie- en revisiepercentages hadden binnen 3 en 12 maanden (ongeveer 1%–2%), zonder substantiële verschillen tussen groepen41.

Tot op heden is er geen overtuigend bewijs dat 3D-pTi-kooien geassocieerd zijn met nieuwe, materiaalspecifieke ernstige complicaties. Hoewel radiografische artefacten een overweging blijven, kan de poreuze structuur beeldvorming gedeeltelijk beperken in vergelijking met traditionele massieve metalen kooien. Hoogwaardige langetermijngegevens over slijtagedeeltjes, metaalionenafgifte en degeneratie van aangrenzende segmenten blijven echter beperkt en zouden ze een focus van toekomstig onderzoek moeten zijn.

Patiëntspecifieke implantaten en beperkingen van het huidige bewijs
Naast standaardkooien van standaardformaat heeft additive manufacturing het mogelijk gemaakt patiëntspecifieke implantaten (PSI's) te onderzoeken bij lumbale interlichaamfusie. In multicenter prospectieve onderzoeken met patiëntspecifieke 3D-geprinte titanium kooien voor LIF toonde follow-up significante verbeteringen in pijn en Oswestry Disability Index (ODI)-scores, samen met bevredigende fusiepercentagesvan 18,75. Systematische reviews die deze benaderingen vergelijken met conventionele fusietechnieken suggereren dat patiëntspecifieke 3D-geprinte titanium kooien ten minste niet inferieur zijn aan standaardimplantaten wat betreft symptoomverlichting en gezondheidsgerelateerde levenskwaliteit76,77.

De meeste beschikbare studies maken echter gebruik van eenarmige prospectieve ontwerpen en missen directe gerandomiseerde vergelijkingen met standaard 3D-pTi- of PEEK-kooien, waardoor het moeilijk is om het incrementele voordeel dat specifiek aan een individueel ontwerp te danken is, te isoleren. Bij patiënten met voornamelijk degeneratieve lumbale pathologie kunnen 3D-pTi-kooien mogelijk verbeterde radiologische fusiekenmerken bieden en het risico op hoogteverlies tussen de wervels of pseudartrose gerelateerde revisies verminderen, zonder duidelijk bewijs van verhoogde complicaties of kosten. Desalniettemin blijven eventuele voordelen in langetermijn klinische uitkomsten en kosteneffectiviteit bevestigd in grotere gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken met langdurige follow-up. Om de conceptuele positie en nieuwheid van de huidige review ten opzichte van recent gepubliceerde evidence syntheses 78,79,80,81 te verduidelijken, wordt een vergelijking van representatieve reviews samengevat in Tabel 3.

Beperkingen en toekomstige onderzoeksrichtingen
Beperkingen in bewijskwaliteit en generaliseerbaarheid
Ondanks bemoedigende bevindingen uit preklinische en vroege klinische studies, blijft het algehele bewijsniveau dat 3D-pTi interlichaamkooien ondersteunt beperkt. De meeste klinische studies zijn single-center, retrospectieve of kleine steekproef prospectieve cohorten, met follow-upperiodes die doorgaans variëren van 6–24 maanden; slechts een minderheid bestaat uit prospectieve onderzoeken of systematische reviews65. Daarnaast bestaat er aanzienlijke heterogeniteit in de studies met betrekking tot de chirurgische benadering (TLIF/LLIF/ALIF), aantal gefuseerde niveaus, aanwezigheid van spondylolisthesis of deformiteit, gebruik van autograft- of botmorfogenetische eiwitten en de specifieke structurele parameters van de kooien.

Ook de eindpunten zijn inconsistent: sommige studies gebruiken CT-gebaseerde Brantigan–Steffee fusiebeoordeling of interbody botoverbrugging als primaire uitkomsten, terwijl andere de nadruk leggen op subsidentiebeoordeling of reoperatiesnelheden. Zelfs de definitie en beoordelingscriteria voor "verzakking" zijn niet uniform. Daarom zijn de momenteel beschikbare gegevens geschikter om signalenniveautrends te identificeren dan om robuuste causale inferenties vast te stellen. Vanuit beeldvormingsperspectief zijn metalen artefacten die geassocieerd worden met titaniumimplantaten goed herkend in de spinale radiologie en kunnen ze de nauwkeurige beoordeling van botvorming op CT-beeldvorming56 belemmeren. Stralingsharding en verstrooiingseffecten kunnen de bot-implantaatinterface verhullen, vooral binnen poreuze structuren. In modellen van grote dieren kunnen poreuze titaniumconstructies radiodicht lijken op beeldvorming, waardoor het moeilijk is om nieuw gevormd bot van het implantaatrooster te onderscheiden. Omgekeerd kunnen restmateriaal van graft of gemineraliseerde botvervangers ook moeilijk te onderscheiden zijn van echte botbruggen.

Deze beeldvormingsgerelateerde factoren brengen onzekerheid met zich mee in de beoordeling van radiografische fusie en kunnen leiden tot onderschatting of overschatting van de werkelijke fusiestatus. Gezamenlijk suggereren deze overwegingen dat de gerapporteerde radiologische voordelen van 3D-pTi-kooien met voorzichtigheid moeten worden geïnterpreteerd in het licht van beeldbeperkingen en variabiliteit in het onderzoeksontwerp.

Gebrek aan een uniform "optimal" materiaal- en constructieontwerp
Vanuit materiaal- en constructietechnisch oogpunt ligt het belangrijkste voordeel van 3D-pTi in het vermogen om een "aanpasbare" elastische modulus en botingroeikanalen te bereiken door porositeit, poriegrootte en roostertopologie aan te passen. Er is echter momenteel geen consensus over welk porositeitsbereik (bijv. 50%–80%), poriegrootte (bijv. 300–600 μm) of roostertype (bijv. Voronoi, octetspan) het meest geschikt is voor de belastingomgeving en botkwaliteit van lumbale eindplaten. Belangrijk is dat het onzeker blijft of er één "optimal" scaffoldontwerp bestaat, of dat meerdere structurele configuraties voldoende mechanische stabiliteit en biologische integratie kunnen bereiken onder verschillende klinische omstandigheden. Recente mechanische tests suggereren dat een geoptimaliseerde 3D-Ti kooi met ongeveer 70% porositeit en een anatomisch conforme buitenvorm de weerstand tegen verzakking26 aanzienlijk kan vergroten. Dergelijke bevindingen moeten echter als modelspecifiek worden geïnterpreteerd in plaats van universeel generaliseerbaar.

Tegelijkertijd verhoogt een meer poreuze structuur het botgroeipotentieel, maar roept het ook zorgen op over de sterkte van vermoeidheid en de duurzaamheid op lange termijn. Te hoge porositeit kan de vermoeidheidsbestendigheid aantasten en het risico op microscheurvorming en structureel falen vergroten, terwijl te lage porositeit ongunstig kan zijn voor botgroei en belastingsdeling. De meeste bestaande studies zijn uitgevoerd in gezonde diermodellen of bij patiënten met relatief goed bewaarde botkwaliteit. Er is een gebrek aan systematische gegevens om te bepalen of 3D-Ti-ontwerpen patiëntspecifiek moeten worden aangepast voor oudere personen met osteoporose, metabole botziekte of langdurig glucocorticoïdegebruik. Toekomstig onderzoek kan baat hebben bij het definiëren van "geschikte ontwerpbereiken" voor specifieke biomechanische en biologische contexten, in plaats van het identificeren van een universeel optimale steigerarchitectuur.

Economische, regelgevende en implementatie-uitdagingen
Additieve productie van spinale implantaten gaat over het algemeen gepaard met hogere productiekosten en grotere technische complexiteit in vergelijking met conventionele gestandaardiseerde apparaten. Patiëntspecifieke 3D-geprinte implantaten brengen ook extra overwegingen met zich mee met betrekking tot regelgevingsgoedkeuringsroutes, kwaliteitscontrole-eisen en post-market surveillance. Op dit moment zijn formele gezondheids-economische evaluaties die specifiek de kosteneffectiviteit of kosten-bruikbaarheid van 3D-pTi-kooien in lumbale fusie beoordelen, beperkt. Beschikbare gegevens uit de praktijk suggereren dat kortdurende ziekenhuisopnamekosten en het gebruik van perioperatieve middelen grotendeels vergelijkbaar zijn met die van conventionele implantaten; Toch ontbreken robuuste langetermijnanalyses in de economie nog steeds. Bovendien zijn vergoedingsbeleid en richtlijnaanbevelingen voor 3D-geprinte spinale implantaten nog niet gestandaardiseerd binnen de zorgsystemen. Gezamenlijk benadrukken deze factoren de noodzaak van duidelijkere economische evaluatie en regelgevende kaders voordat bredere klinische adoptie volledig kan worden beoordeeld.

Prioriteitsgebieden voor toekomstig onderzoek en klinische vertaling
Hoewel preklinische en vroege klinische studies potentiële voordelen suggereren van 3D-geprinte poreuze titanium kooien, blijft de huidige bewijsbasis heterogeen en beperkt wat betreft langdurige follow-up. Toekomstige onderzoeken zouden baat hebben bij meer gestandaardiseerde rapportage van structurele ontwerpparameters en uitkomstdefinities om de vergelijkbaarheid tussen studies te verbeteren. Daarnaast zullen langetermijnklinische gegevens en goed ontworpen vergelijkende studies nodig zijn om duurzaamheid, verzakkingsgedrag en functionele uitkomsten te verduidelijken. Opkomende technologieën, waaronder patiëntspecifieke implantaatontwerpstrategieën en datagedreven modelleringsbenaderingen, blijven verkennend en vereisen verdere validatie voordat routinematige klinische integratie kan worden overwogen.

Conclusies

3D-geprinte poreuze titanium interlichaamkooien vertegenwoordigen een recente technologische ontwikkeling in lumbale fusiechirurgie en zijn onderzocht in preklinische en vroege klinische studies. Beschikbaar bewijs suggereert dat hun roosterarchitectuur onder bepaalde omstandigheden mechanische compatibiliteit en bot-implantaatinteractie kan bevorderen. Echter, de huidige vergelijkende gegevens met conventionele titanium, conventionele PEEK-kooien en additief vervaardigde PEEK-kooien blijven beperkt en heterogeen, waardoor definitieve conclusies over relatieve klinische prestaties onmogelijk zijn. Langdurige duurzaamheid, kosteneffectiviteit en gestandaardiseerde uitkomstbeoordeling vereisen verder onderzoek. Op dit moment moeten 3D-pTi-kooien worden gezien als een optie uit verschillende beschikbare interlichaam-implantaattechnologieën, waarbij hun precieze klinische rol zal worden verduidelijkt door toekomstig vergelijkend onderzoek van hoge kwaliteit.

figure-results-1
Figuur 1: Ontwerpprincipes van 3D-geprinte poreuze titanium interbody kooien. Gecontroleerde porositeit en roosterarchitectuur maken het mogelijk de elastische modulus aan te passen naar die van het cancelloze bot, wat meer fysiologische belastingsoverdracht mogelijk maakt en mogelijk de spanningsafscherming vermindert. Het onderling verbonden poreuze netwerk kan botgroei en vascularisatie ondersteunen, wat bijdraagt aan verbeterde osseointegratie en langdurige implantaatstabiliteit en mogelijk het risico op kooi-inzakking verlaagt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

TitelStudieJaarStudietypeModelBelangrijkste bevindingen
Guyer et al. (48)2016Biomechanische dierstudiePorcinemodelPoreuze titanium steiger versus PEEK versus allograftPoreuze titanium steigers toonden een aanzienlijk sterkere bot-implantaatinterface en betere osseointegratie.
McGilvray et al. (49)2018Vergelijkend dieronderzoekLendenfusiemodel van het schaamt (schapen)PEEK-kooi; Plasma-gespoten poreuze titanium gecoate PEEK (PSP); 3D-geprinte poreuze titanium legering kooi (PTA)3D-geprinte poreuze titaniumlegering kooien vertoonden significant een grotere botgroei, een verminderde bewegingsvrijheid en een verhoogde stijfheid van de constructie in vergelijking met PEEK- en PSP-kooien, wat wijst op superieure osseointegratie en fusiepotentieel.
Carpenter et al. (50)2018Eindige-elementenanalyseComputationeel FE-model gebaseerd op micro-CT implantaatgeometriePoreuze PEEK versus poreuze 3D-geprinte titanium (Ti) implantaatstructurenPoreuze PEEK verhoogde significant de belastingsdeling met ingegroeid bot vergeleken met poreus titanium (bijv. ~66% versus ~13% belastingsoverdracht na 4 weken onder compressie) en veroorzaakte hogere fysiologische spanningen in aangrenzend bot, wat wijst op een gunstigere mechanische omgeving voor botonderhoud en osseointegratie.
Zhang et al. (51)2020Gecontroleerde dierproevenRhasusmakaak lumbale interlichaamfusiemodel (OLIF)3D-geprinte poreuze Ti6Al4V-kooi; Kooien gevuld met simvastatine/poloxamer 407 hydrogel versus alleen hydrogel versus lege kooiSimvastatine-geladen hydrogel in poreuze titanium kooien verhoogde aanzienlijk de botgroei, osteoblastische activiteit (PET/CT SUV), botvolumefractie en verminderde bewegingsvrijheid, wat wijst op verbeterde wervelfusie en mechanische stabiliteit.
Yee-Yanagishita et al. (52)2022In vitro biomechanische mechanische testsPolyurethaanschuimblokmodel dat werveleindplaten simuleertPoreuze titanium kooi (lichaamsrooster + microporeuze eindplaten); poreuze PEEK-kooi; Truss titanium kooiPoreuze titanium kooi vertoonde de beste bodembestendigheid met de hoogste blokstijfheid en de laagste dynamische verplaatsing van de subsidentie vergeleken met poreuze PEEK- en truss titanium kooien, wat aangeeft dat kooiontwerp een grotere rol speelt dan materiaal alleen bij het voorkomen van verzakking.
Fogel et al. (26)2022Vergelijkend preklinisch onderzoek (in vitro mechanische tests + in vivo dieronderzoek)Polyurethaanschuimblok subsideringsmodel (ASTM F2267) en het parenlumbale interbody fusiemodel3D-geprinte poreuze Ti-6Al-4V kooi met spanningsgeoptimaliseerd lichaamsrooster en microporeuze eindplaten (Modulus XLIF)Het ontwerp van de poreuze titanium kooi verminderde de stijfheid van het implantaat, toonde hoge subsidentieweerstand (blokstijfheid ≈1976,8 N/mm), en toonde progressieve botgroei en fusie in een schaammodel met fusiepercentages van 87,5% na 12 weken en 100% na 26 weken.
Xu et al. (53)2022In vitro + in vivo dierproevenMC3T3-E1 osteoblastkweek en konijn femorale defectmodel3D-geprinte poreuze Ti6Al4V-steigers met holle zeshoekige prisma versus holle driehoekige prisma-poriënstructurenDe zeshoekige prisma-poreuze titanium steiger vertoonde een grotere celadhesie, hogere ALP-activiteit en betere botintegratie en nieuwe botvorming vergeleken met de driehoekige prismastructuur.
Johnson et al. (54)2023Preklinische dierstudies met biomechanische, μCT- en histomorfometrie-analysesLendenlumbale interlichaamfusiemodel (6 schapen; L2–L3 en L4–L5)Additief vervaardigde poreuze Ti6Al4V roosterkooien: lichaamrooster versus lichaam + oppervlakteroosterontwerpBeide 3D-geprinte ontwerpen van poreuze titanium kooien behaalden positieve fusieresultaten; Body-roosterkooien vertoonden significant een hoger bot-in-contact dan oppervlakte-roosterkooien, en de algehele fusieprestaties waren beter dan eerder gerapporteerde PEEK-kooien.

Tabel 1: Samenvatting van representatieve biomechanische en biologische studies over 3D-geprinte poreuze titanium kooien die worden gebruikt bij lumbale interlichaamfusie. Deze tabel vat representatieve experimentele studies samen die de biomechanische en biologische prestaties van poreuze of 3D-geprinte titanium interlichaamskooien onderzoeken die worden gebruikt in lumbale fusieonderzoek. De opgenomen studies omvatten eindige-elementenanalyses, in vitro mechanische tests, cellulaire experimenten en preklinische dierfusiemodellen. Gerapporteerde uitkomsten omvatten stijfheid van het implantaat, weerstand tegen verzakking, bot-implantaatcontact, botingroei en fusie-gerelateerde biomechanische stabiliteit. Gezamenlijk leveren deze studies mechanistisch bewijs dat de potentiële voordelen van poreuze titaniumstructuren ondersteunt bij het optimaliseren van belastingsverdeling, het verminderen van spanningsbescherming en het bevorderen van osseointegratie. Klik hier om deze tabel te downloaden.

StudieJaarBenaderingStudieontwerpSteekproefgrootteVervolgRadiografisch resultaatVergelijker
Adl Amini D. et al (62)2021LLIFRetrospectief vergelijkend113 patiënten (186 niveaus)6–12 moErnstige bodemverzakking: 3,0% (Ti) versus 18,5% (PEEK)3D-geprinte Ti versus PEEK
Corso KA.  et al (63)2022ALIF / PLIFRetrospectieve beschrijvende cohort93 patiënten per groep6 maandenHerziening: 0% (Ti) versus 0,5% (PEEK)3D-geprinte Ti versus PEEK
Alan N.  et al (64)2023LLIFRetrospectieve cohort met propensity matching97 vs 97 niveaus12 moUitzakking: 27% vs 8%pTi versus PEEK
Segi N.  et al. (65)2023XLIFRetrospectieve vergelijkende studie32 patiënten3 maandenVEC: 8% versus 45%3D-geprinte Ti versus PEEK
Donaldson C.  et al. (66)2024ALIF / LLIFRetrospectieve cohort50 patiënten (66 niveaus)12 moVerzakking 3,03%Geen (enkelarm)

Tabel 2: Belangrijke klinische studies die de veiligheid en effectiviteit van 3D-geprinte poreuze titanium kooien bij lumbale interlichaamfusie evalueren. Deze tabel vat representatieve klinische studies samen die de radiografische en klinische uitkomsten onderzoeken die geassocieerd zijn met poreuze of 3D-geprinte titanium interlichaamkooien bij lumbale interlichaamfusieprocedures, waaronder laterale lumbale interlichaamfusie (LLIF), anterieure lumbale interlichaamfusie (ALIF), posterieure lumbale interlichaamfusie (PLIF) en extreme laterale interlichaamfusie (XLIF). De tabel geeft het onderzoeksontwerp, steekproefgrootte, follow-upduur en belangrijke radiologische uitkomsten weer, zoals kooi-subsidentie, de vorming van een cyste van de werveleindplaat en revisiepercentages. Zowel vergelijkende studies (poreus titanium versus PEEK-kooien) als enkelarmige klinische series zijn opgenomen om een overzicht te geven van het huidige klinisch bewijs met betrekking tot implantaatstabiliteit en kortetermijnveiligheid. Klik hier om deze tabel te downloaden.

NeeAuteurJaarRecensietypeFocus van de beoordelingBiomechanicaKlinische uitkomstenOntwerp / productieConceptueel kader
1Duan Y (78)2024Systematische review & meta-analyseKlinische vergelijking van 3D-geprinte Ti- en PEEK-kooienNeeJaBeperktNee
2Pairojboriboon S (79)2024Netwerkmeta-analyseFusie-uitkomsten over verschillende kooimaterialenNeeJaBeperktNee
3Lee JJ (80)2025Narratieve reviewHistorische evolutie van titanium kooien en 3D-printtechnologieBeperktBeperktJaNee
4Deze recensie/Narratieve integratieve reviewMechanistische synthese van ontwerpprincipes, biomechanische prestaties, osseointegratie en klinische uitkomsten van 3D-geprinte poreuze titanium kooienJaJaJaJa

Tabel 3: Vergelijking van recente reviews over 3D-geprinte titanium interbody-kooien en de reikwijdte van deze review. Deze tabel vergelijkt representatieve recente reviews van 3D-geprinte titanium interbody-kooien met de huidige review qua reviewtype, primaire onderzoeksfocus en thematische dekking. Belangrijke geëvalueerde aspecten zijn onder andere of de reviews biomechanische mechanismen, klinische uitkomsten, implantaatontwerp en principes van additive manufacturing behandelden, en bredere conceptuele kaders die engineering- en klinische perspectieven integreren. Deze vergelijking benadrukt de uitgebreide reikwijdte van de huidige review, die biomechanisch, biologisch, ontwerp- en klinisch bewijs integreert om een meer uitgebreide conceptuele synthese te bieden. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Openbaarmakingen

Alle auteurs geven aan dat zij geen belangenconflicten hebben met betrekking tot het ontwerp, de analyse of de publicatie van dit werk. Er zijn geen financiële relaties, adviesrollen, octrooiaanvragen of andere concurrerende belangen verbonden aan dit manuscript. Conceptualisatie: Peng Sun en Kai Su; Literatuuroverzicht: Kai Su; Schrijven—originele versie: Kai Su; Schrijven—recensie en redactie: Peng Sun; Toezicht: Peng Sun.

Dankbetuigingen

De auteurs spreken hun oprechte waardering uit aan de collega's die ondersteuning boden bij het opzoeken van literatuur, dataorganisatie en academische discussies. We danken onze instelling ook voor het bieden van een ondersteunende onderzoeksomgeving en administratieve ondersteuning, waardoor dit werk soepel werd afgerond. Generatieve kunstmatige intelligentie werd gebruikt voor taalbewerking en het verfijnen van het manuscript. De auteurs nemen de volledige verantwoordelijkheid voor de inhoud en interpretatie van het werk.

Referenties

  1. Kim, H. S., Wu, P. H., Jang, I. T. Lumbar degenerative disease part 1: anatomy and pathophysiology of intervertebral discogenic pain and radiofrequency ablation of basivertebral and sinuvertebral nerve treatment for chronic discogenic back pain. Int J Mol Sci. 21 (4), (2020).
  2. Fakhoury, J., Dowling, T. J. Lumbar spinal stenosis. , StatPearls Publishing. Treasure Island, FL. (2025).
  3. Young, J. J., et al. Prevalence of multimorbid degenerative lumbar spinal stenosis with knee and/or hip osteoarthritis: Protocol for a systematic review and meta-analysis. Syst Rev. 9 (1), 232(2020).
  4. Fortunati, M., Rossi-Mossuti, F., Muroi, C. Degenerative lumbar spinal disorders and their treatment options. Praxis Bern. 109 (2), 87-95 (2020).
  5. Mehren, C., Ostendorff, N., Schmeiser, G., Papavero, L., Kothe, R. Do TLIF and PLIF techniques differ in perioperative complications? Comparison of complication rates of two high-volume centers. Global Spine J. 15 (1), 84-93 (2025).
  6. Yunga Tigre, J., et al. Risk factors for vascular injuries in anterior lumbar interbody fusion: a single-institution retrospective study. J Neurosurg Spine. 41 (1), 17-23 (2024).
  7. Shi, J., et al. Meta-analysis of the efficacy and safety of OLIF and TLIF in the treatment of degenerative lumbar spondylolisthesis. J Orthop Surg Res. 19 (1), 242(2024).
  8. Ogata, Y., et al. The optimal patient position on the surgical table for lateral lumbar interbody fusion in adult spinal deformity using three-dimensional computed tomography. Spine Surg Relat Res. 8 (2), 180-187 (2024).
  9. Segi, N., et al. Trabecular bone remodeling after posterior lumbar interbody fusion: comparison of osseointegration in porous titanium cages and polyether-ether-ketone cages. Global Spine J. 15 (1), 66-75 (2025).
  10. You, K. H., et al. Effect of cage material and size on fusion rate and subsidence following biportal endoscopic transforaminal lumbar interbody fusion. Neurospine. 21 (3), 973-983 (2024).
  11. Talukdar, R. G., Dhara, S., Gupta, S. Bone ingrowth in randomly distributed porous interbody cage during lumbar spinal fusion. Med Eng Phys. 133, 104248(2024).
  12. Liu, J., Xue, K., Li, S., Zhang, Y., Cheng, J. Whole-lesion histogram analysis of T1- and T2-weighted imaging for differentiating adrenal adenoma and pheochromocytoma using support vector machine. Can Assoc Radiol J. 72 (3), 452-459 (2021).
  13. Liang, Y., et al. Effects of different orientations of cage implantation on lumbar interbody fusion. World Neurosurg. 140, e97-e104 (2020).
  14. Mokawem, M., Katzouraki, G., Harman, C. L., Lee, R. Lumbar interbody fusion rates with 3D-printed lamellar titanium cages using calcium phosphate bone graft. J Clin Neurosci. 68, 134-139 (2019).
  15. Tan, J. H., Cheong, C. K., Hey, H. W. D. Titanium cages may be superior to PEEK cages in lumbar interbody fusion: systematic review and meta-analysis. Eur Spine J. 30 (5), 1285-1295 (2021).
  16. Ragni, E., et al. Superior osteo-inductive and osteo-conductive properties of trabecular titanium versus PEEK scaffolds on human mesenchymal stem cells. Int J Mol Sci. 22 (5), 2379(2021).
  17. Calek, A. K., Hochreiter, B., Buckland, A. J. 3D-printed titanium cages for anterior and lateral lumbar interbody fusion result in excellent fusion rates one year after surgery. Global Spine J. 16 (1), 341-348 (2025).
  18. Weinberg, J. H., et al. Lumbar fusion with micro- and nano-textured porous titanium versus PEEK interbody cages in TLIF: Randomized controlled trial. Global Spine J. 16 (1), 434-445 (2025).
  19. Liu, S. X., et al. 3D-printed porous titanium versus PEEK cages in lateral lumbar interbody fusion: systematic review and meta-analysis. Front Med Lausanne. 11, 1389533(2024).
  20. Wang, H., Zhang, H., Xiao, C., Zhang, K., Qi, L. Clinical and radiological outcomes of titanium cage versus PEEK cage in lumbar interbody fusion: Systematic review and meta-analysis. Neurosurg Rev. 48 (1), 295(2025).
  21. Smit, T., Aage, N., Haschtmann, D., Ferguson, S. J., Helgason, B. Patient-specific spinal fusion cages designed by full-scale topology optimization. J Mech Behav Biomed Mater. 159, 106695(2024).
  22. Pan, C. T., et al. Design of customized interbody fusion cages of Ti64ELI with gradient porosity by selective laser melting process. Micromachines Basel. 12 (3), 307(2021).
  23. Huang, S. F., et al. Biomechanical evaluation of an osteoporotic anatomical 3D printed posterior lumbar interbody fusion cage with lattice design. Int J Bioprint. 9 (3), 697(2023).
  24. Ho, N. C., et al. Evaluation of topology optimization using 3D printing for bioresorbable fusion cages: a biomechanical study in a porcine model. Spine Phila Pa 1976. 48 (4), E46-E53 (2023).
  25. Mushtaq, R. T., et al. Optimization of 3D-printed bio-based super tough PLA scaffolds for cancellous bone regeneration. Int J Biol Macromol. 316 (1), 144466(2025).
  26. Fogel, G., et al. Subsidence and fusion performance of a 3D-printed porous interbody cage with stress-optimized lattice. Spine J. 22 (6), 1028-1037 (2022).
  27. Liu, B., et al. Structural design and finite element simulation analysis of graded porous titanium implant. Int J Mol Sci. 23 (17), 10090(2022).
  28. Lei, H., et al. Structural optimization of 3D-printed porous titanium implants promotes bone regeneration for enhanced biological fixation. ACS Appl Mater Interfaces. 17 (12), 18059-18073 (2025).
  29. Sadighi, A., et al. Prediction of bone ingrowth into porous swelling bone anchors using an osteoconnectivity-based adaptive finite element algorithm. Med Biol Eng Comput. 63, 2923-2942 (2025).
  30. Idaszek, J., et al. Mimicking nature: Effect of architectural design inspired by cancellous bone on the biological response of hMSC cultured on titanium scaffolds fabricated by laser beam powder bed fusion. J Biomed Mater Res A. 113 (1), e37860(2025).
  31. Guo, W., et al. Multiscale hierarchical micro- and nano-surface induced by high-repetition-rate femtosecond laser promote peri-implant osseointegration. ACS Appl Bio Mater. 8 (2), 1621-1634 (2025).
  32. Tambun, D. V., et al. Titanium surface roughness mediated macrophage polarization influences osteogenic differentiation of periodontal ligament-derived mesenchymal stromal cells. Eur J Dent. 20 (1), 105-113 (2025).
  33. Chu, S., et al. Hierarchical interconnected porous scaffolds with regulated interfacial nanotopography exhibit antimicrobial, alleviate inflammation, promote neovascularization, and tissue integration for bone regeneration. Biomaterials. 318, 123186(2025).
  34. Zhang, T. M., et al. Effects of 3D-printed porous Ti-6Al-4V scaffold pore structure and micro-nano surface topography on the repair of maxillofacial bone defects. Materials & Design. 257, 114376(2025).
  35. Shu, T., et al. Microscale bone interlocking enhances osseointegration strength on the rough surface of 3D-printed titanium implants: Experimental and finite element analysis. BMC Oral Health. 25 (1), 208(2025).
  36. Deering, J., et al. Osseointegration of functionally graded Ti6Al4V porous implants: Histology of the pore network. Biomater Adv. 155, 213697(2023).
  37. Wu, M. H., et al. In vitro and in vivo comparison of bone growth characteristics in additive-manufactured porous titanium, nonporous titanium, and porous tantalum interbody cages. Materials Basel. 15 (10), 3670(2022).
  38. Wang, X., Nie, Z., Chang, J., Lu, M. L., Kang, Y. Multiple channels with interconnected pores in a bioceramic scaffold promote bone tissue formation. Sci Rep. 11 (1), 20447(2021).
  39. Greer, A. I. M., et al. Nanopatterned titanium implants accelerate bone formation in vivo. ACS Appl Mater Interfaces. 12 (30), 33541-33549 (2020).
  40. Farber, S. H., et al. Computed tomography assessment of long-term fusion and subsidence for anterior lumbar interbody fusion performed at the lumbosacral junction. Clin Spine Surg. 39 (1), E38-E44 (2025).
  41. Levy, H. A., et al. Do three-dimensional printed porous titanium relative to polyetheretherketone interbody cages reduce complications and revisions after transforaminal lumbar interbody fusion. Global Spine J. 16 (1), 185-195 (2025).
  42. Zhang, C., Wang, Y. Biomechanical analysis of axial gradient porous dental implants: a finite element analysis. J Funct Biomater. 14 (12), 557(2023).
  43. Chowdhury, S., Anand, A., Singh, A., Pal, B. Evaluation of mechanical properties of Ti-25Nb BCC porous cell structures and their association with porosity: A finite element and analytical study. Proc Inst Mech Eng H. 235 (7), 827-837 (2021).
  44. Zhang, Z., et al. Biomechanical analysis of porous additive manufactured cages for lateral lumbar interbody fusion: a finite element analysis. World Neurosurg. 111, e581-e591 (2018).
  45. Zou, D., et al. Biomechanical analysis of lumbar interbody fusion cages with various elastic moduli in osteoporotic and non-osteoporotic lumbar spine. Global Spine J. 14 (7), 2053-2061 (2024).
  46. Zhu, C., Deng, K., Shao, Z., Wang, Y. Biomechanical optimization of lumbar fusion cages with a porous design: a finite element analysis. Appl Sci. 15 (10), 5384(2025).
  47. Zhang, H., et al. Biomaterials for interbody fusion in bone tissue engineering. Front Bioeng Biotechnol. 10, 900992(2022).
  48. Guyer, R. D., Abitbol, J. J., Ohnmeiss, D. D., Yao, C. Evaluating osseointegration into a deeply porous titanium scaffold: a biomechanical comparison with PEEK and allograft. Spine Phila Pa 1976. 41 (19), E1146-E1150 (2016).
  49. Mcgilvray, K. C., et al. Bony ingrowth potential of 3D-printed porous titanium alloy: A direct comparison of interbody cage materials in an ovine lumbar fusion model. Spine J. 18 (7), 1250-1260 (2018).
  50. Carpenter, R. D., et al. Effect of porous orthopaedic implant material and structure on load sharing with simulated bone ingrowth: A finite element analysis comparing titanium and PEEK. J Mech Behav Biomed Mater. 80, 68-76 (2018).
  51. Zhang, W., et al. 3D-printed porous titanium cages filled with simvastatin hydrogel promote bone ingrowth and spinal fusion in rhesus macaques. Biomater Sci. 8 (15), 4147-4156 (2020).
  52. Yee-Yanagishita, C., et al. Biomechanical comparison of subsidence performance among three modern porous lateral cage designs. Clin Biomech Bristol. 99, 105764(2022).
  53. Xu, Z., et al. In vitro and in vivo analysis of the effects of 3D-printed porous titanium alloy scaffold structure on osteogenic activity. Biomed Res Int. 2022, 8494431(2022).
  54. Johnson, J. W., et al. Novel 3D printed lattice structure titanium cages evaluated in an ovine model of interbody fusion. JOR Spine. 6 (3), e1268(2023).
  55. Laratta, J. L., et al. 3D-printed titanium cages without bone graft outperform PEEK cages with autograft in an animal model. Spine J. 22 (6), 1016-1027 (2022).
  56. Walsh, W. R., et al. Preclinical evaluation of lateral interbody fusions using 3D printed PEEK or 3D printed titanium cages. N Am Spine Soc J. 23, 100756(2025).
  57. Loenen, A. C. Y., et al. Early bone ingrowth and segmental stability of a trussed titanium cage versus a polyether ether ketone cage in an ovine lumbar interbody fusion model. Spine J. 22 (1), 174-182 (2022).
  58. Wang, C., et al. Improving osteoinduction and osteogenesis of Ti6Al4V alloy porous scaffold by regulating the pore structure. Front Chem. 11, 1190630(2023).
  59. Yu, M., et al. 3D printed Ti-6Al-4V implant with a micro/nanostructured surface and its cellular responses. ACS Omega. 5 (49), 31738-31743 (2020).
  60. Papaefstathiou, S., et al. Three-dimensional printing of biomimetic titanium mimicking trabecular bone induces human mesenchymal stem cell proliferation: An in vitro analysis. Spine Phila Pa 1976. 47 (14), 1027-1035 (2022).
  61. Taylor, B. L., et al. Three-dimensional porous trabecular scaffold exhibits osteoconductive behaviors in vitro. Regen Eng Transl Med. 6 (3), 241-250 (2020).
  62. Adl Amini, D., et al. Evaluation of cage subsidence in standalone lateral lumbar interbody fusion: novel 3D-printed titanium versus polyetheretherketone cage. Eur Spine J. 30 (8), 2377-2384 (2021).
  63. Corso, K. A., et al. Early revision events among patients with a three-dimensional printed cellular titanium or PEEK spinal cage for single-level lumbar spinal fusion. Expert Rev Med Devices. 19 (2), 195-201 (2022).
  64. Alan, N., et al. Graft subsidence and reoperation after lateral lumbar interbody fusion: A propensity score–matched cost analysis of PEEK versus 3D-printed porous titanium interbodies. J Neurosurg Spine. 39 (2), 187-195 (2023).
  65. Segi, N., et al. Vertebral endplate concavity in lateral lumbar interbody fusion: Tapered 3D-printed porous titanium cage versus squared PEEK cage. Medicina Kaunas. 59 (2), 372(2023).
  66. Donaldson, C., Santro, T., Awad, M., Morokoff, A. 3D-printed titanium alloy cage in anterior and lateral lumbar interbody fusion for degenerative lumbar spine disease. J Spine Surg. 10 (1), 22-29 (2024).
  67. Patel, N. A., et al. Three-dimensional printed titanium versus polyetheretherketone cages for lumbar interbody fusion: Systematic review of comparative in vitro, animal, and human studies. Neurospine. 20 (2), 451-463 (2023).
  68. Deng, Z., et al. Comparison between three-dimensional printed titanium and PEEK cages for cervical and lumbar interbody fusion: A prospective controlled trial. Orthop Surg. 15 (11), 2889-2900 (2023).
  69. Velluto, C., et al. Radiological evaluation of fusion patterns after lateral lumbar interbody fusion with 3D-printed porous titanium cages versus conventional titanium cages. Front Surg. 11, 1446792(2024).
  70. Parajón, A., et al. Minimally invasive transforaminal lumbar interbody fusion: Meta-analysis of fusion rates and optimal graft material. Neurosurgery. 81 (6), 958-971 (2017).
  71. Chen, C., et al. Self-assembled nanocomposite hydrogels as carriers for demineralized bone matrix particles and enhanced bone repair. Adv Healthc Mater. 13 (10), e2303592(2024).
  72. Chang, C. C., et al. Long-term radiographic outcomes of expandable versus static cages in transforaminal lumbar interbody fusion. J Neurosurg Spine. 34 (3), 471-480 (2021).
  73. Alan, N., et al. Subsidence after lateral lumbar interbody fusion using a 3D-printed porous titanium interbody cage: Single-institution case series. J Neurosurg Spine. 37 (5), 663-669 (2022).
  74. Tao, X., et al. TLIF is associated with lower rates of adjacent segment disease and complications compared to ALIF: A matched cohort analysis. Spine Phila Pa 1976. 48 (19), 1335-1341 (2023).
  75. Corso, K. A., et al. Evaluation of healthcare outcomes of patients treated with 3D-printed titanium and PEEK cages during lumbar fusion procedures. Med Devices Auckl. 18, 37-51 (2025).
  76. Seex, K. A., et al. Clinical outcomes of 3D-printed titanium patient-specific implants in lumbar interbody fusion: A prospective clinical trial with systematic review. J Pers Med. 15 (7), 320(2025).
  77. Turlip, R. W., et al. Evaluating the efficacy of a novel titanium cage system in ALIF and LLIF: a retrospective clinical and radiographic analysis. J Clin Med. 14 (16), (2025).
  78. Duan, Y., et al. Comparison of lumbar interbody fusion with 3D-printed porous titanium cage versus PEEK cage in lumbar degenerative disease: systematic review and meta-analysis. World Neurosurg. 183, 144-156 (2024).
  79. Pairojboriboon, S., et al. Comparison of TLIF cage material on fusion rates: Systematic review and network meta-analysis. World Neurosurg X. 23, 100392(2024).
  80. Lee, J. J., Jacome, F. P., Hiltzik, D. M., Pagadala, M. S., Hsu, W. K. Evolution of titanium interbody cages and current uses of 3D-printed titanium in spine fusion surgery. Curr Rev Musculoskelet Med. 18 (12), 635-644 (2025).
  81. Liu, D., et al. Radiographic and clinical comparison of polyetheretherketone versus 3D-printed titanium cages in lumbar interbody fusion. J Clin Med. 14 (6), 1813(2025).

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

3D-geprint titaniumadditieve productiebotingroeiosseointegratiesegmentale stabiliteitosteoblastadhesiestress shieldingbiomechanische rationalisatie
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.