Artigo de revisão

Jaulas de Titânio Poroso Impressas em 3D na Fusão Intersombatória Lombar

404 visualizações

⸱

DOI:

10.3791/70575

⸱

30 de abril de 2026

 , 
1Department of Spinal Surgery, Zibo First Hospital

Neste artigo

Resumo

Esta revisão sintetiza evidências atuais sobre gaiolas porosas de titânio impressas em 3D na fusão intersombatória lombar, integrando princípios de design de materiais, desempenho biomecânico e resultados clínicos. Diante do aumento da adoção clínica e da diversidade de relatos, uma avaliação crítica dos dados existentes é oportuna e clinicamente relevante.

Resumo

A doença degenerativa lombar é uma das indicações mais comuns para cirurgia da coluna, e a fusão intersomócrata lombar (LIF) continua sendo uma técnica central em seu manejo. O desempenho de uma gaiola de fusão intersomada depende em grande parte de sua composição material e design estrutural, que influenciam a estabilidade segmentar e a qualidade da fusão óssea. Esta revisão resume as características do material, a justificativa biomecânica, o comportamento biológico e as aplicações clínicas das gaiolas intersombólicas de titânio poroso impresso tridimensionalmente impresso (3D-pTi). Avanços na manufatura aditiva permitem o controle preciso do tamanho dos poros, porosidade e arquitetura de rede de poros, possibilitando que o módulo elástico das gaiolas 3D-pTi seja ajustado para se aproximar mais do do osso canceloso. Essas otimizações podem melhorar a transferência de carga, reduzir a proteção sob tensão e promover um ambiente favorável para a osseointegração. A estrutura porosa interconectada e a superfície rugosa sustentam a adesão dos osteoblastos, o crescimento ósseo e a vascularização precoce. Estudos pré-clínicos demonstram consistentemente que gaiolas 3D-pTi proporcionam maior contato osso–implante e fração de volume ósseo em comparação com implantes sólidos de titânio e polietercetona (PEEK). Achados clínicos iniciais na fusão intersomática lombar transforaminal (TLIF), fusão intersomática lombar lateral (LLIF) e fusão intersomática lombar anterior (ALIF) sugerem que as gaiolas 3D-pTi podem alcançar altas taxas de fusão radiográfica, manter a altura intervertebral e exibir um perfil de segurança aceitável de curto prazo. No entanto, estudos existentes são limitados por tamanhos de amostra pequenos, heterogeneidade metodológica e durações relativamente curtas de acompanhamento. No geral, as gaiolas 3D-pTi representam uma opção biomecânica compatível e osteocondutora promissora para LIF em condições degenerativas. No entanto, seus benefícios clínicos a longo prazo, custo-efetividade e indicações ótimas exigem investigação adicional em estudos rigorosamente elaborados.

Introdução

Com o envelhecimento populacional e as mudanças no estilo de vida, doenças degenerativas lombares, como doença degenerativa do disco, estenose espinhal lombar e espondilolistese degenerativa, tornaram-se algumas das condições mais comuns encontradas na prática de cirurgia espinhal 1,2,3. Para pacientes com instabilidade segmentar radiograficamente evidente, compressão neural significativa ou falha no manejo conservador, a fusão intersomática lombar (LIF) serve como uma importante opção cirúrgica para restaurar a estabilidade da coluna, corrigir deformidades e aliviar a compressãoneural 4. Técnicas de LIF comumente utilizadas incluem fusão intersomática lombar transforaminal (TLIF), fusão intersomática lombar posterior (PLIF), fusão intersomática lombar anterior (ALIF) e fusão intersomática lombar lateral (LLIF)5,6,7,8. Independentemente da abordagem, alcançar a fusão intersomática confiável e duradoura continua sendo um fator chave para os resultados clínicos.

Nos procedimentos de fusão lombar, o material, tamanho, design estrutural e ângulo de posicionamento da gaiola interstocável influenciam a estabilidade segmentar, a distribuição de tensão na placa final e, por fim, a qualidade da fusão 9,10,11,12,13. A prática clínica inicial dependia fortemente do enxerto ósseo ilíaco autólogo ou aloenxerto para suporte intercorporal; No entanto, essas abordagens estão associadas à morbidade do local doador, taxas mais altas de complicações, resistência estrutural limitada e um risco substancial de colapso do enxerto. A adoção subsequente de gaiolas sólidas de titânio proporcionou alta resistência mecânica e estabilidade estrutural, ajudando a manter a altura do disco durante os procedimentosde fusão 14. No entanto, o módulo elástico do titânio sólido excede muito o do osso sacabo, que tem sido associado à proteção sob tensão e pode contribuir para a subsidência da placa final em certascondições 15. As gaiolas de polietercetona (PEEK), com módulo elástico mais próximo do osso cortical e radiolucidez em imagem, ganharam uso generalizado. No entanto, o PEEK é geralmente considerado biologicamente inerte e apresenta capacidade intrínseca limitada de promover a diferenciação osteogênica das células-tronco mesenquimatosas humanas. Em contraste, ligas de titânio demonstraram aumentar a adesão celular, a atividade da fosfatase alcalina e a deposição de cálcio in vitro16. Para resolver essas limitações, implantes mais recentes, como gaiolas PEEK revestidas de titânio, gaiolas expansíveis e implantes PEEK fabricados aditivamente ou porosos, foram introduzidos, visando melhorar a ligação de interface osso–implante enquanto preservam características mecânicas favoráveis. Evidências comparativas entre gaiolas convencionais PEEK, PEEK fabricadas aditivamente e jaulas de titânio impressas em 3D continuam evoluindo, e nenhum material intercorporal "ideal" universalmente aceito foi estabelecido.

Nos últimos anos, gaiolas de titânio poroso impresso em três dimensões (titânio poroso impresso em 3D, 3D-pTi) emergiram como um foco principal da pesquisa em fusão lombar. Estudos clínicos preliminares relataram padrões de fusão radiográfica encorajadores e resultados clínicos aceitáveis tanto em procedimentos de fusão intersomática lombar anterior quantolateral 17,18,19,20. No entanto, seu desempenho comparativo em relação às gaiolas convencionais e fabricadas aditivamente PEEK, especialmente no que diz respeito ao risco de subsidência, taxas de reoperação e resultados entre diferentes técnicas cirúrgicas e subgrupos de pacientes, permanece sob investigação ativa. Estudos existentes são frequentemente limitados por tamanhos de amostra pequenos, heterogeneidade metodológica e durações de acompanhamento relativamente curtas. Embora várias revisões sistemáticas e meta-análises recentes tenham resumido os resultados clínicos associados a gaiolas de titânio impressas em 3D, a maioria tem se concentrado principalmente em desfechos radiográficos ou clínicos comparativos, tratando esses implantes principalmente como materiais alternativos para gaiolas, e não como produtos da evolução tecnológica orientada pelo design. Evidências crescentes sugerem que o desempenho clínico das gaiolas 3D-pTi pode ser influenciado por fatores como arquitetura de rede, correspondência de módulo elástico, mecanismos biológicos de osseointegração e otimização estrutural específica para cada paciente — elementos que permanecem insuficientemente integrados em sínteses anteriores de evidências.

Portanto, é necessário um entendimento mais abrangente das características mecânicas e biológicas das gaiolas 3D-pTi, bem como sua interação com técnicas cirúrgicas e estratégias de aumento biológico, para melhor informar a tomada de decisões clínicas em doenças degenerativas lombares. Com base nisso, a presente revisão narrativa fornece uma síntese integrada do conhecimento atual, abrangendo desenvolvimento de materiais, mecanismos biomecânicos e biológicos, evidências clínicas e perspectivas translacionais emergentes, incluindo o design específico de implantes para pacientes e estratégias de otimização orientadas por dados. Ao unir avanços de engenharia a considerações clínicas, esta revisão visa fornecer uma estrutura equilibrada e clinicamente relevante que vá além das revisões previamente publicadas focadas em resultados.

Revisão e perspetiva

Estratégia de busca bibliográfica
Esta revisão narrativa foi realizada utilizando uma busca estruturada na literatura para garantir uma cobertura abrangente das evidências relevantes. Bancos de dados eletrônicos, incluindo PubMed, Web of Science, Embase e Scopus, foram pesquisados para estudos publicados entre janeiro de 2010 e dezembro de 2025. A estratégia de busca incluía combinações das seguintes palavras-chave: "gaiola de titânio impressa em 3D", "titânio poroso", "fusão intersomática lombar", "fusão espinhal", "manufatura aditiva" e "osseointegração". Foram considerados estudos clínicos originais, investigações biomecânicas, experimentos com animais e artigos de revisão relevantes focados na fusão intercorporal lombar usando implantes porosos de titânio impressos em 3D. Estudos não relacionados a aplicações na coluna, publicações em outro idioma, resumos de conferências sem dados completos e relatórios duplicados foram excluídos. Os artigos foram selecionados com base em sua relevância para as características biomecânicas, desempenho biológico, resultados clínicos e perspectivas translacionais de gaiolas porosas de titânio impressas em 3D.

Design e características das gaiolas 3D-pTi

Conceito de projeto e processos de fabricação
A flexibilidade estrutural das gaiolas 3D-pTi é possibilitada pelas tecnologias de manufatura aditiva (AM), em vez de ser inerente ao próprio titânio. A AM também foi aplicada a outros biomateriais, incluindo PEEK e ligas cobalto-cromo, permitindo personalização geométrica na fase de projeto. Utilizando técnicas como fusão seletiva a laser (SLM) ou fusão por feixe de elétrons (EBM), tanto a geometria macroscópica da gaiola quanto a arquitetura microscópica de rede podem ser pré-definidas durante o projeto assistidopor computador 21,22. Ajustando os parâmetros de impressão e aplicando algoritmos de projeto de topologia, a resistência estrutural e o módulo elástico podem ser modulados preservando os canais para o crescimentoósseo 23,24. Embora SLM e EBM diferinham nas características de processamento, as evidências atuais não favorecem claramente uma técnica em detrimento da outra para aplicações intercorporais espinhal. Os princípios fundamentais de design subjacentes às gaiolas intersombólicas de titânio poroso impressas em 3D são ilustrados na Figura 1.

Características biomecânicas
Do ponto de vista biomecânico, um dos principais objetivos de projeto das gaiolas 3D-pTi é aproximar o módulo elástico geral ao do osso cancelloso humano, com o objetivo de mitigar a concentração de estresse na interfaceosso-implante 23,25. Ao aumentar a porosidade e otimizar a orientação e a morfologia da seção transversal dos suportes, o módulo elástico efetivo pode ser substancialmente reduzido, mantendo resistência à compressão adequada e desempenho à fadiga, resultando em uma distribuição de carga mais homogênea ao longo da placa terminalvertebral 26. Análises por elementos finitos e estudos experimentais in vitro mostraram que estruturas porosas de titânio bem projetadas são mais eficazes do que o titânio sólido ou outras gaiolas metálicas de alta rigidez para atenuar concentrações locais de tensão e reduzir o risco de colapso da placafinal 27. Além disso, a rede porosa interna oferece espaço para o crescimento ósseo e a formação de uma construção biológica de fixação interna "compósito osso-metal". À medida que o osso recém-formado preenche gradualmente os poros, espera-se que a partilha de carga dentro do sistema gaiola–placa final mude de predominantemente dependente de implante para uma construção combinada "implante + novo osso", o que pode aumentar a estabilidade mecânica alongo prazo 28,29.

Características biológicas e osseointegração
Biologicamente, a rugosidade superficial e a microarquitetura do titânio poroso podem promover adesão, migração e diferenciação osteogênica de osteoblastos e células-tronco mesenquimatosas derivadas da medulaóssea 30,31,32. A rede porosa fornece um andaime tridimensional que pode guiar as células para migrarem e proliferarem ao longo das superfícies dos suportes, facilitando a deposição e mineralização da matriz extracelular e potencialmente levando a ossos trabeculares contínuos atravessando o interior e o exterior dagaiola 33. Estudos celulares in vitro e modelos animais selecionados relataram maior contato osso–implante e fração de volume ósseo na interface para implantes porosos de titânio em comparação com controles de superfície lisa, sugerindo osseointegração aprimorada em condiçõesexperimentais 34,35. Ao mesmo tempo, poros interconectados permitem que células endoteliais infiltrem o interior do implante, promovendo a formação de redes microvasculares e, assim, apoiando a nutrição e o metabolismo do osso recém-formado36,37. Alguns estudos também relataram regulação para cima de citocinas favoráveis à osteogênese em superfícies porosas de titânio, apoiando ainda mais sua capacidade de aumentar a integraçãoóssea 38,39.

Aplicações atuais na fusão intersombórica lombar
Com os avanços nas técnicas de fabricação e conceitos de design, as gaiolas intersopladoras 3D-pTi têm sido cada vez mais adotadas em procedimentos de fusão lombar TLIF, LLIF, ALIF e outros 19,40,41. No entanto, as evidências clínicas atualmente disponíveis são em grande parte derivadas de estudos centrais únicos, com amostras relativamente pequenas e períodos de acompanhamento curtos. Além disso, há considerável heterogeneidade nos materiais comparadores e nas técnicas cirúrgicas, e os achados sobre taxas de subsidência, taxas de reoperação e melhorias no alinhamento segmentar sagital permanecem inconsistentes entre os estudos.

Evidências biomecânicas e biológicas para o 3D-pTi

Simulações biomecânicas e testes mecânicos in vitro
Análises por elementos finitos e testes mecânicos in vitro sugerem que gaiolas 3D-pTi, por meio da adaptação da porosidade e da arquitetura em rede, podem reduzir o módulo elástico efetivo para uma faixa mais próxima da do osso cortical ou canceloso, mantendo resistência mecânica suficiente, aliviando assim potencialmente a proteção contraestresse 42,43. Zhang et al. analisaram gaiolas lombares porosas fabricadas aditivamente e relataram que, em comparação com projetos sólidos convencionais, as configurações porosas reduziram tanto a tensão na placa final quanto a tensão na gaiola, ao mesmo tempo em que melhoravam a distribuição de carga44. Zou et al. demonstraram ainda que a redução da rigidez da gaiola diminuiu significativamente o estresse máximo na placa final sob várias condições de carga, o que pode se traduzir em um risco reduzido de subsidência45.

Uma análise recente de elementos finitos (FEA) comparando gaiolas porosas de titânio incorporando uma rede Voronoi biomimética com estruturas tradicionais de gaiolas descobriu que o projeto Voronoi poderia proporcionar uma redução adicional de aproximadamente 50% na amplitude segmentária de movimento e 40%–60% nas tensões da gaiola/placa final, sugerindo que uma arquitetura de rede tridimensional apropriada pode alcançar um equilíbrio mais favorável entre "estabilidade" e "redução de tensão"46. Do ponto de vista do material, o módulo elástico efetivo da liga porosa Ti-6Al-4V impressa em 3D (Ti6Al4V) se aproxima do osso cortical e corresponde melhor às características fisiológicas de carga da coluna vertebral anterior do que o titânio47 a granel. Dada a variabilidade substancial na topologia da rede e no design da porosidade entre gaiolas impressas em 3D, os achados biomecânicos quantitativos devem ser interpretados dentro de contextos estruturais específicos. Assim, parâmetros biomecânicos quantitativos representativos relatados na literatura são resumidos na Tabela 1 para facilitar a comparação das características estruturais do projeto e do desempenho mecânico entre diferentes gaiolas de titânio poroso impressas em3D 26,48,49,50,51,52,53,54.

Modelos de fusão lombar em animais grandes
Em um modelo maduro de fusão lombar ovina, McGilvray et al. compararam três tipos de gaiolas — PEEK, titânio pulverizado com plasma e 3D-pTi — implantadas em L2–3 e L4–5 via abordagem anterior, com acompanhamento entre 8 e 16 semanas. Os segmentos do grupo 3D-pTi apresentaram amplitude de movimento significativamente reduzida, e tanto a fração de volume ósseo quanto o contato osso–implante foram marcadamente maiores do que no grupo PEEK. Novos crescentes de osso e vascular foram observados extensos dentro da estrutura porosa, enquanto as gaiolas PEEK estavam predominantemente cercadas por tecidofibroso 49. No entanto, diferenças nas características da superfície do implante e a ausência de condições idênticas de enxerto entre os grupos devem ser consideradas ao interpretar esses achados. Em um modelo ovino semelhante, Laratta et al. compararam diretamente "3D-pTi sem enxerto ósseo" com "PEEK combinado com autoenxerto da crista ilíaca", e descobriram que o 3D-pTi alcançou fração de volume ósseo superior e ligação óssea às 4 e 8 semanas55. Dada a assimetria na suplementação de enxertos e nos momentos de avaliação precoce, a atribuição direta desses resultados exclusivamente à estrutura da gaiola merece cautela.

Usando um modelo de fusão lombar lateral, Walsh et al. relataram ainda que gaiolas de titânio impressas em 3D proporcionavam rigidez segmentar estável e fusão radiográfica confiável sem comprometer a segurança, apoiando sua aplicação em procedimentos como o LLIF56. Notavelmente, diferenças na abordagem cirúrgica, condições de carga e definições de desfechos entre os estudos limitam a comparação rigorosa entre modelos. Estudos anteriores caninos e ovinos sobre titânio bioativo poroso também demonstraram que poros de aproximadamente 300–600 μm, com boa interconectividade, podem induzir crescimento ósseorobusto 57. Esses achados sugerem que a arquitetura dos poros e as propriedades da superfície, em vez da manufatura aditiva em si, podem ser determinantes primários da integração biológica. Coletivamente, embora modelos animais grandes apoiem o potencial de construções porosas de titânio para aprimorar a interação osso-implante sob condições experimentais, a variabilidade nas espécies animais, técnica cirúrgica, uso de enxertos e métodos de avaliação de resultados limita a extrapolação direta ao desempenho clínico da fusão.

Evidências celulares e moleculares
Estudos in vitro nos níveis celular e molecular ajudaram a elucidar a base biológica subjacente à osseointegração favorável do 3D-pTi. O Ti6Al4V poroso impresso em 3D apresenta uma superfície rugosa e uma rede de poros tridimensionalinterconectada 58. Comparado ao titânio liso ou PEEK, esse material demonstrou apoiar a adesão, a disseminação e a proliferação de osteoblastos e células-tronco mesenquimatosas de forma mais eficaz, além de aumentar a valorização de marcadores osteogênicos como fosfatase alcalina e osteopontina, promovendo assim a deposição decálcio 59. Experimentos in vitro demonstram ainda que, em andaimes 3D-pTi com designs de rede que imitam ossos trabeculares, as células tendem a se alinhar ao longo dos suportes da rede, com fibras de tensão proeminentes e faixas de mineralização, e o nível de diferenciação osteogênica é comparável ou até melhor do que o observado nos controlesPEEK 60,61. Estudos em animais também mostram que o titânio poroso pode alcançar alta fração de volume ósseo e contato direto extenso entre ossose gaiolas 37. Em conjunto, esses achados sugerem que o titânio poroso pode potencializar a integração óssea por meio de uma combinação de compatibilidade mecânica aprimorada e um microambiente favorável para a formação óssea, potencialmente reduzindo o encapsulamento fibroso e promovendo a estabilidade da integração óssea.

Heterogeneidade de design das gaiolas de titânio poroso impressas em 3D
Apesar de frequentemente serem discutidas como uma única categoria de implante, as gaiolas de titânio poroso impressas em 3D demonstram uma heterogeneidade substancial nos parâmetros estruturais do projeto. Existem variações na distribuição de porosidade, topologia da rede, tamanho dos poros, estratégias de modificação da superfície e técnicas de manufatura aditiva. Essas diferenças de projeto influenciam diretamente o módulo elástico, o comportamento de transferência de carga, o potencial de crescimento ósseo e as interações entre implante e placa terminal. Por exemplo, estruturas de rede uniforme visam principalmente alcançar a redução global do módulo, enquanto arquiteturas de gradiente ou biomiméticas podem otimizar ainda mais a distribuição de tensões e a integração biológica. De forma semelhante, a micro- ou nano-texturização superficial demonstrou melhorar a fixação celular e a osseointegração independentemente das características de porosidade global. Portanto, os resultados biomecânicos e clínicos relatados em estudos devem ser interpretados no contexto de parâmetros específicos do desenho da gaiola, em vez de atribuir benefícios observados de forma uniforme a todos os implantes porosos de titânio impressos em 3D.

Desempenho clínico e aplicação de gaiolas 3D-pTi
Estudos clínicos representativos avaliando a segurança e a eficácia das gaiolas de titânio poroso impressas em 3D em diferentes técnicas de fusão lombar são resumidos na Tabela 2. Para facilitar a interpretação contextual dos resultados da fusão radiográfica, os materiais de enxerto usados em cada estudo também são relatados, dado seu potencial de influência na biologia da fusão 62,63,64,65,66.

Indicações e cenários cirúrgicos
Jaulas 3D-pTi foram aplicadas em múltiplas técnicas de fusão intersoplana lombar, embora sua aplicação clínica tenha sido relatada com mais frequência em vários cenários específicos. Primeiro, são comumente usados em procedimentos LLIF e ALIF que exigem suporte robusto da coluna anterior e uma grande área de contato da placa terminal. Segundo, eles são frequentemente selecionados para cirurgia de revisão em pacientes com falha prévia da fusão ou baixa qualidade óssea, com o objetivo de potencialmente aumentar o crescimento ósseo e aumentar a probabilidade de fusão bem-sucedida. Terceiro, eles foram aplicados em doenças degenerativas multinível, onde os cirurgiões buscam reduzir o risco de perda de altura intervertebral, mantendo um equilíbrio entre correção de deformidade e qualidade de fusão.

Taxas de fusão e resultados radiográficos
Diversos estudos comparativos e revisões sistemáticas sugerem que as gaiolas 3D-pTi podem oferecer vantagens sobre PEEK ou gaiolas convencionais de titânio sólido em relação às taxas de fusão lombar e características radiográficas da fusão. Patel et al. realizaram uma revisão sistemática de sete estudos comparativos envolvendo dados in vitro, animais e humanos, incluindo 299 sujeitos humanos. Seis desses estudos favoreceram o 3D-pTi em relação ao PEEK em termos de qualidade de fusão ou ligação osso–implante e resultados relacionados à subsidência, sem um aumento claro nas taxasde revisão 67. Essa tendência também foi observada em várias investigações clínicas prospectivas.

Em um ensaio clínico randomizado em formato de cegueira simples, os pesquisadores compararam gaiolas de titânio porosas micro-nanotexturadas impressas em 3D (3DPPT) com gaiolas PEEK em TLIF de um a dois níveis. O grupo 3DPPT demonstrou uma taxa de sucesso precoce maior em seis meses, sugerindo uma vantagem potencial na aceleração tanto da taxa quanto da qualidade dafusão 18,68.

Para abordagens anterior e lateral, um estudo de coorte retrospectivo de um único centro relatou que o uso de gaiolas 3D-pTi em procedimentos ALIF/LLIF alcançou quase 100% de fusão segmentar em acompanhamento de TC de 1 ano, sem a proteína morfogenética óssea humana recombinante adjunta–2 (rhBMP-2)17. Outro estudo do LLIF constatou que gaiolas porosas de titânio impressas em 3D estavam associadas a uma proporção maior de pontes ósseas interstocos anteriores e maior restrição do movimento das facetas em comparação com as tradicionais gaiolas de titânioroscadas 69. Em um estudo comparativo prospectivo, Deng et al. relataram que as gaiolas de titânio impressas em 3D demonstraram maior contato entre os ossos e o implante, maior densidade óssea na área de fusão e gradação de subsidência mais favorável do que o PEEK, embora as diferenças nas pontuações de dor e nos resultados funcionais não tenham sido estatisticamentesignificativas 68. Embora vários estudos relatem resultados favoráveis para fusão radiográfica, esses achados devem ser interpretados com cautela diante das limitações do desenho do estudo, variabilidade no uso de enxertos e diferenças nos critérios de avaliação por imagem. No geral, a base de evidências atual permanece heterogênea e é predominantemente derivada de coortes relativamente pequenas e não randomizadas.

Considerações metodológicas na avaliação da fusão
A comparação direta dos resultados da fusão entre estudos pré-clínicos e clínicos deve ser interpretada com cautela devido à substancial heterogeneidade metodológica. Variações nos materiais do enxerto, dimensões da gaiola, técnicas cirúrgicas e desfechos do estudo podem influenciar significativamente os resultados relatados e complicar a atribuição dos resultados da fusão apenas ao desenho dagaiola 10,70. Em particular, estratégias de aumento biológico, incluindo o uso de autoenxerto, aloenxávio, matriz óssea desmineralizada (DBM) ou proteínas morfogenéticas ósseas (BMPs), podem aumentar independentemente as taxas de fusão e, portanto, representar um importante fator de confusão na avaliação do desempenho doimplante 71.

Além disso, a avaliação radiográfica da fusão continua tecnicamente desafiadora. Artefatos metálicos associados a implantes de titânio podem dificultar a visualização da formação óssea dentro da gaiola, potencialmente levando à subestimação da fusão. Por outro lado, materiais mineralizados de enxerto ou substitutos ósseos residuais podem ser difíceis de distinguir do osso recém-formado em exames de imagem, o que pode resultar em superestimação das taxas de fusão. Estudos futuros podem se beneficiar de protocolos de imagem padronizados e métodos complementares de avaliação, como avaliação histológica ou biomecânica em modelos pré-clínicos, para melhorar a confiabilidade e a interpretabilidade da avaliação de fusão.

Subsidência e resultados de segurança
O colapso da placa terminal vertebral é uma das principais complicações que afetam o sucesso a longo prazo da fusão lombar72. Para abordagens laterais, uma revisão sistemática e meta-análise de 2024 do LLIF, incluindo três estudos e 265 pacientes (441 segmentos no total), relatou que as taxas gerais de subsidência foram significativamente menores no grupo 3D-pTi do que no grupo PEEK (razão de chances [OR] ≈ 0,25), com redução significativa na subsidência grave (OR ≈ 0,17)69. Nas primeiras séries LLIF de braço único usando gaiolas 3D-pTi, as taxas de subsidência segmentar eram de aproximadamente 8%, e apenas cerca de 1,8% dos segmentos exigiram reoperação para colapso severo, o que parece mais favorável do que as taxas previamente relatadas para titânio sólido ou gaiolasPEEK 73.

No contexto do TLIF, vários estudos de coorte e banco de dados sugerem que as gaiolas 3D-pTi podem reduzir o risco de reoperação relacionada à pseudartrose74. Levy et al. relataram uma tendência para taxas de reoperação relacionadas à pseudartróse mais baixas em TLIF realizada com gaiolas 3D-pTi em comparação com gaiolas PEEK não porosas, embora a diferença absoluta tenha sido pequena e exija confirmação com acompanhamentode longo prazo 41. Dados do mundo real de um grande banco de dados administrativo dos Estados Unidos que comparam PEEK e gaiolas de titânio impressas em 3D em fusão lombar e lumbossacral mostraram que ambos os grupos apresentaram baixas taxas acumuladas de reoperação e revisão em 3 e 12 meses (aproximadamente 1%–2%), sem diferenças substanciais entre os grupos41.

Até o momento, não há evidências convincentes de que gaiolas 3D-pTi estejam associadas a complicações graves específicas de materiais novos. Embora artefatos radiográficos continuem sendo considerados, a estrutura porosa pode mitigar parcialmente a obscuração de imagem em comparação com as jaulas tradicionais de metal sólido. No entanto, dados de longo prazo de alta qualidade sobre partículas de desgaste, liberação de íons metálicos e degeneração de segmentos adjacentes continuam limitados e devem ser foco de pesquisas futuras.

Implantes específicos para pacientes e limitações das evidências atuais
Além das gaiolas padrão "prontas para usar", a manufatura aditiva possibilitou a exploração de implantes específicos para pacientes (PSIs) na fusão intersomática lombar. Em ensaios prospectivos multicêntricos usando gaiolas de titânio impressas em 3D específicas para pacientes para LIF, o acompanhamento demonstrou melhorias significativas na dor e nos escores do Índice de Incapacidade de Oswestry (ODI), além de taxas de fusãosatisfatórias de 18,75. Revisões sistemáticas comparando essas abordagens com técnicas convencionais de fusão sugeriram que as gaiolas de titânio impressas em 3D específicas para pacientes são pelo menos não inferiores aos implantes padrão em termos de alívio dos sintomas e qualidade de vida relacionada àsaúde 76,77.

No entanto, a maioria dos estudos disponíveis utilizou desenhos prospectivos de braço único e carece de comparações randomizadas diretas com gaiolas padrão 3D-pTi ou PEEK, tornando difícil isolar o benefício incremental atribuível especificamente ao desenho individualizado. Em pacientes com patologia lombar predominantemente degenerativa, as gaiolas 3D-pTi podem potencialmente proporcionar características radiográficas melhoradas da fusão e reduzir o risco de perda de altura intervertebral ou revisão relacionada à pseudartrose, sem evidências claras de complicações ou custos aumentados. No entanto, quaisquer vantagens potenciais nos resultados clínicos de longo prazo e na relação custo-efetividade ainda precisam ser confirmadas em ensaios clínicos randomizados maiores com acompanhamento prolongado. Para esclarecer o posicionamento conceitual e a novidade da presente revisão em relação às sínteses de evidência recentemente publicadas 78,79,80,81, uma comparação das revisões representativas é resumida na Tabela 3.

Limitações e direções futuras de pesquisa
Limitações na qualidade das evidências e na generalização
Apesar dos achados animadores relatados em estudos pré-clínicos e clínicos iniciais, o nível geral de evidências a favor das gaiolas intersomórias 3D-pTi permanece limitado. A maioria dos estudos clínicos é de coortes prospectivas monocêntricas, retrospectivas ou de amostra pequena, com períodos de acompanhamento tipicamente variando de 6 a 24 meses; apenas uma minoria consiste em ensaios prospectivos ou revisõessistemáticas 65. Além disso, existe uma heterogeneidade substancial entre os estudos em relação à abordagem cirúrgica (TLIF/LLIF/ALIF), número de níveis fundidos, presença de espondilolistese ou deformidade, uso de proteínas autoenxertas ou morfogenéticas ósseas e os parâmetros estruturais específicos das gaiolas.

Os desfechos também são inconsistentes: alguns estudos usam a graduação de fusão de Brantigan–Steffee baseada em TC ou a ponte óssea intersomática como desfechos primários, enquanto outros enfatizam a graduação de subsidência ou taxas de reoperação. Mesmo a definição e os critérios de graduação para "subsidência" não são uniformes. Consequentemente, os dados atualmente disponíveis são mais adequados para identificar tendências em nível de sinal do que para estabelecer inferências causais robustas. Do ponto de vista da imagem, artefatos metálicos associados a implantes de titânio são bem reconhecidos em radiologia espinhal e podem interferir na avaliação precisa da formação óssea na TC56. Efeitos de endurecimento e dispersão do feixe podem obscurecer a interface osso–implante, especialmente dentro de estruturas porosas. Em modelos animais grandes, construtos porosos de titânio podem parecer radiodensos em imagens, dificultando a distinção do osso recém-formado da rede do implante. Por outro lado, material residual de enxerto ou substitutos ósseos mineralizados também podem ser difíceis de diferenciar da verdadeira ponte óssea.

Esses fatores relacionados à imagem introduzem incerteza na avaliação radiográfica da fusão e podem levar à subestimação ou superestimação do status real da fusão. Coletivamente, essas considerações sugerem que as vantagens radiográficas relatadas das gaiolas 3D-pTi devem ser interpretadas com cautela, à luz das limitações de imagem e da variabilidade no desenho do estudo.

Falta de um projeto unificado de material e estrutura "ótima"
Do ponto de vista da engenharia de materiais e estruturas, a principal vantagem do 3D-pTi está na capacidade de alcançar um módulo elástico "personalizável" e canais de crescimento ósseo ajustando porosidade, tamanho dos poros e topologia da rede. No entanto, atualmente não há consenso sobre qual faixa de porosidade (por exemplo, 50%–80%), tamanho dos poros (por exemplo, 300–600 μm) ou tipo de rede (por exemplo, Voronoi, treliça octeto) é mais adequada para o ambiente de carga e a qualidade óssea das placas laterais lombares. Importante, permanece incerto se existe um único projeto de andaime "ótimo" ou se múltiplas configurações estruturais podem alcançar estabilidade mecânica adequada e integração biológica sob diferentes condições clínicas. Testes mecânicos recentes sugerem que uma gaiola 3D-Ti otimizada com aproximadamente 70% de porosidade e uma forma externa anatômicamente conformável pode aumentar substancialmente a resistência àsubsidência 26. No entanto, tais achados devem ser interpretados como específicos de cada modelo, e não como universalmente generalizáveis.

Ao mesmo tempo, embora uma estrutura mais porosa aumente o potencial de crescimento ósseo, também levanta preocupações sobre a resistência à fadiga e durabilidade a longo prazo. Porosidade excessivamente alta pode comprometer a resistência à fadiga e aumentar o risco de formação de microfissuras e falha estrutural, enquanto porosidade muito baixa pode ser desfavorável para o crescimento ósseo e o compartilhamento de carga. A maioria dos estudos existentes foi realizada em modelos animais saudáveis ou em pacientes com qualidade óssea relativamente preservada. Há escassez de dados sistemáticos para determinar se os desenhos 3D-Ti devem ser ajustados de forma específica para pacientes idosos com osteoporose, doença metabólica óssea ou uso prolongado de glicocorticoides. Pesquisas futuras podem se beneficiar de focar na definição de "faixas de projeto apropriadas" para contextos biomecânicos e biológicos específicos, em vez de identificar uma arquitetura de andaime universalmente ótima.

Desafios econômicos, regulatórios e de implementação
A manufatura aditiva de implantes espinais geralmente está associada a custos de produção mais altos e maior complexidade técnica em comparação com dispositivos convencionais padronizados. Implantes 3D específicos para pacientes também introduzem considerações adicionais relacionadas a vias regulatórias de aprovação, requisitos de controle de qualidade e responsabilidades de vigilância pós-comercialização. Atualmente, avaliações econômicas formais de saúde que avaliam especificamente o custo-efetividade ou custo-utilidade das gaiolas 3D-pTi na fusão lombar permanecem limitadas. Dados reais disponíveis sugerem que os custos de hospitalização de curto prazo e a utilização de recursos perioperatórias são, em geral, comparáveis aos dos implantes convencionais; No entanto, ainda faltam análises econômicas robustas de longo prazo. Além disso, as políticas de reembolso e as recomendações de diretrizes para implantes espinais impressos em 3D ainda não foram padronizadas em todos os sistemas de saúde. Juntos, esses fatores destacam a necessidade de uma avaliação econômica mais clara e de marcos regulatórios antes que uma adoção clínica mais ampla possa ser plenamente avaliada.

Áreas prioritárias para futuras pesquisas e tradução clínica
Embora estudos pré-clínicos e clínicos iniciais sugiram potenciais vantagens de gaiolas porosas de titânio impressas em 3D, a base de evidências atual permanece heterogênea e limitada em termos de acompanhamento a longo prazo. Investigações futuras se beneficiariam de um relato mais padronizado dos parâmetros de projeto estrutural e das definições de desfechos para melhorar a comparabilidade entre estudos. Além disso, serão necessários dados clínicos de longo prazo e estudos comparativos adequadamente elaborados para esclarecer durabilidade, comportamento de subsidência e resultados funcionais. Tecnologias emergentes, incluindo estratégias específicas de design de implantes para pacientes e abordagens de modelagem orientadas por dados, permanecem exploratórias e exigem validação adicional antes que a integração clínica rotineira possa ser considerada.

Conclusões

Jaulas intersombóceas porosas de titânio impressas em 3D representam um desenvolvimento tecnológico recente na cirurgia de fusão lombar e foram investigadas em estudos pré-clínicos e clínicos iniciais. Evidências disponíveis sugerem que sua arquitetura em rede pode facilitar a compatibilidade mecânica e a interação osso–implante sob certas condições. No entanto, os dados comparativos atuais em comparação com o titânio convencional, PEEK convencional e as gaiolas PEEK fabricadas aditivamente continuam limitados e heterogêneos, impedindo conclusões definitivas sobre o desempenho clínico relativo. Durabilidade a longo prazo, custo-efetividade e avaliação padronizada de resultados exigem investigação adicional. Atualmente, as gaiolas 3D-pTi devem ser vistas como uma opção entre várias tecnologias disponíveis de implantes intersomiais, com seu papel clínico preciso a ser esclarecido por futuras pesquisas comparativas de alta qualidade.

figure-results-1
Figura 1: Princípios de design de gaiolas intersomaladoras de titânio poroso impressas em 3D. A porosidade controlada e a arquitetura de rede permitem o ajuste do módulo elástico em direção ao osso de cancellação, facilitando uma maior transferência fisiológica de carga e potencialmente reduzindo a proteção de estresse. A rede porosa interconectada pode apoiar o crescimento ósseo e a vascularização, contribuindo para a melhoria da osseointegração e estabilidade do implante a longo prazo, ao mesmo tempo em que potencialmente reduz o risco de subsidência da gaiola. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

TítuloEstudoAnoTipo de estudoModeloPrincipais descobertas
Guyer et al. (48)2016Estudo biomecânico de animaisModelo suínoAndaime de titânio poroso vs PEEK vs aloenxertoAndaimes porosos de titânio mostraram interface osso-implante significativamente mais forte e melhor osseointegração.
McGilvray et al. (49)2018Estudo comparativo com animaisModelo de fusão lombar ovina (ovinos)Jaula de ESPIAR; PEEK poroso revestido de titânio pulverizado com plasma (PSP); Jaula de liga de titânio porosa impressa em 3D (PTA)As gaiolas de liga de titânio porosa impressas em 3D apresentaram crescimento ósseo significativamente maior, redução da amplitude de movimento e aumento da rigidez do construto em comparação com as gaiolas PEEK e PSP, indicando potencial de osseointegração e fusão superior.
Carpenter et al. (50)2018Análise por elementos finitosModelo computacional de FE baseado na geometria do implante micro-CTEstruturas de implante de titânio (Ti) impressas em 3D porosas vs. porosas PEEKO PEEK poroso aumentou significativamente o compartilhamento de carga com osso encravado em comparação com titânio poroso (por exemplo, transferência de carga ~66% vs ~13% às 4 semanas de compressão) e gerou tensões fisiológicas mais altas no osso adjacente, sugerindo um ambiente mecânico mais favorável para a manutenção óssea e osseointegração.
Zhang et al. (51)2020Experimento com animais controladosModelo de fusão intersombórica lombar macaco rhesus (OLIF)gaiola porosa Ti6Al4V impressa em 3D; gaiolas cheias de simvastatina/poloxamer 407 hidrogel vs apenas hidrogel vs gaiola em brancoHidrogel carregado de simvastatina em gaiolas porosas de titânio aumentou significativamente o crescimento ósseo, a atividade osteoblástica (PET/CT SUV), a fração de volume ósseo e a redução da amplitude de movimento, indicando melhora na fusão espinhal e estabilidade mecânica.
Yee-Yanagishita et al. (52)2022Testes biomecânicos mecânicos in vitroModelo de bloco de espuma de poliuretano simulando placas vertebraisGaula de titânio porosa (rede corporal + placas terminais microporosas); gaiola porosa PEEK; Gaiola de Titânio em treliçaGaiolas de titânio poroso apresentaram a melhor resistência à subsidência, com maior rigidez de bloco e menor deslocamento dinâmico de subsidência, em comparação com gaiolas porosas PEEK e de titânio treliçada, indicando que o design das gaiolas desempenha um papel maior do que o material sozinho na prevenção do afundamento.
Fogel et al. (26)2022Estudo pré-clínico comparativo (testes mecânicos in vitro + estudo in vivo em animais)modelo de bloco de subsidência de espuma de poliuretano (ASTM F2267) e modelo de fusão intersocorporal lombar ovinaGaula porosa Ti-6Al-4V impressa em 3D com rede corporal otimizada para tensão e placas extremas microporosas (Módulo XLIF)O design de gaiola porosa de titânio reduziu a rigidez do implante, demonstrou alta resistência à subsidência (rigidez em bloco ≈1976,8 N/mm) e mostrou crescimento e fusão óssea progressivos em um modelo ovíno com taxas de fusão de 87,5% às 12 semanas e 100% às 26 semanas.
Xu et al. (53)2022Experimento in vitro + in vivo com animaisCultura de osteoblastos MC3T3-E1 e modelo de defeito femoral em coelhoAndaimes porosos impressos em 3D com prisma hexagonal oco versus estruturas de poros de prisma triangular ocoO andaime poroso de titânio com prisma hexagonal apresentou maior adesão celular, maior atividade ALP e melhor integração óssea e formação de novos ossos em comparação com a estrutura prismática triangular.
Johnson et al. (54)2023Estudo pré-clínico em animais com análises biomecânicas, μCT e histomorfometriaModelo de fusão intersomalizada lombar ovina (6 ovelhas; L2–L3 e L4–L5)Gaiolas de treliça porosas Ti6Al4V fabricadas aditivamente: rede corporal vs design de rede corpo + superfícieAmbos os designs de gaiolas de titânio poroso impressas em 3D alcançaram resultados positivos de fusão; as gaiolas de rede corporal apresentaram contato osso significativamente maior do que as de superfície, e o desempenho geral da fusão foi superior ao das jaulas PEEK relatadas anteriormente.

Tabela 1: Resumo de estudos biomecânicos e biológicos representativos em gaiolas de titânio poroso impressas em 3D usadas na fusão intersomática lombar. Esta tabela resume estudos experimentais representativos que investigam o desempenho biomecânico e biológico de gaiolas intersomatárias porosas ou de titânio impressas em 3D usadas em pesquisas de fusão lombar. Os estudos incluídos abrangem análises por elementos finitos, testes mecânicos in vitro , experimentos celulares e modelos pré-clínicos de fusão animal. Os desfechos relatados incluem rigidez do implante, resistência à subsidência, contato osso–implante, crescimento ósseo e estabilidade biomecânica relacionada à fusão. Coletivamente, esses estudos fornecem evidências mecanicistas que apoiam as potenciais vantagens de estruturas porosas de titânio na otimização da distribuição de cargas, redução de proteção sob tensão e promoção da osseointegração. Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.

EstudoAnoAbordagemDesenho do estudoTamanho da amostraAcompanhamentoDesfecho radiográficoComparador
Adl Amini D. et al (62)2021LLIFComparativa retrospectiva113 pacientes (186 níveis)6–12 mesesSubsidência severa: 3,0% (Ti) vs 18,5% (PEEK)Ti impresso em 3D vs PEEK
Corso KA.  et al (63)2022ALIF / PLIFCoorte descritiva retrospectiva93 pacientes por grupo6 mesesRevisão: 0% (Ti) vs 0,5% (PEEK)Ti impresso em 3D vs PEEK
Alan N.  et al (64)2023LLIFCoorte retrospectiva com correspondência de propensão97 vs 97 níveis12 mesesSubsidência: 27% contra 8%pTi vs PEEK
Segi N.  et al (65)2023XLIFEstudo comparativo retrospectivo32 pacientes3 mesesVEC: 8% contra 45%Ti impresso em 3D vs PEEK
Donaldson C.  et al (66)2024ALIF / LLIFCoorte retrospectiva50 pacientes (66 níveis)12 mesesSubsidência 3,03%Nenhum (braço único)

Tabela 2: Principais estudos clínicos avaliando a segurança e a eficácia de gaiolas porosas de titânio impressas em 3D na fusão intersomática lombar. Esta tabela resume estudos clínicos representativos que investigam os desfechos radiográficos e clínicos associados a gaiolas intersométicas porosas ou de titânio impressas em 3D em procedimentos de fusão intersomacal lombar, incluindo fusão intersomática lombar lateral (LLIF), fusão intersomacal lombar anterior (ALIF), fusão intersomática lombar posterior (PLIF) e fusão intersomática lateral extrema (XLIF). A tabela relata o desenho do estudo, tamanho da amostra, duração do acompanhamento e principais desfechos radiográficos, como subsidência da gaiola, formação de cistos nas extremidades vertebrais e taxas de revisão. Tanto estudos comparativos (jaulas de titânio poroso vs PEEK) quanto séries clínicas de braço único são incluídos para fornecer uma visão geral das evidências clínicas atuais sobre estabilidade do implante e segurança a curto prazo. Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.

NãoAutorAnoTipo de ResenhaFoco da RevisãoBiomecânicaDesfechos clínicosDesign / fabricaçãoEstrutura conceitual
1Duan Y (78)2024Revisão sistemática e meta-análiseComparação clínica entre gaiolas Ti impressas em 3D e PEEKNãoSimLimitadoNão
2Pairojboriboon S (79)2024Meta-análise de redesResultados da fusão entre diferentes materiais de gaiolaNãoSimLimitadoNão
3Lee JJ (80)2025Revisão narrativaEvolução histórica das gaiolas de titânio e tecnologia de impressão 3DLimitadoLimitadoSimNão
4Esta análise/Revisão narrativa integrativaSíntese mecanicista de princípios de projeto, desempenho biomecânico, osseointegração e resultados clínicos de gaiolas de titânio poroso impressas em 3DSimSimSimSim

Tabela 3: Comparação entre avaliações recentes sobre gaiolas intersocolantes de titânio impressas em 3D e o escopo da presente análise. Esta tabela compara revisões recentes representativas sobre gaiolas intersomalizadas de titânio impressas em 3D com a atual revisão em termos de tipo de revisão, foco principal de pesquisa e cobertura temática. Os principais aspectos avaliados incluem se as revisões abordaram mecanismos biomecânicos, resultados clínicos, design de implantes e princípios de manufatura aditiva, além de estruturas conceituais mais amplas que integram perspectivas de engenharia e clínicas. Esta comparação destaca o escopo ampliado da presente revisão, que integra evidências biomecânicas, biológicas, de design e clínicas para fornecer uma síntese conceitual mais abrangente. Por favor, clique aqui para baixar esta Tabela.

Divulgações

Todos os autores declaram que não têm conflitos de interesse relacionados ao design, análise ou publicação desta obra. Nenhum relacionamento financeiro, função consultiva, pedido de patente ou outros interesses concorrentes está associado a este manuscrito. Conceitualação: Peng Sun e Kai Su; Revisão bibliográfica: Kai Su; Escrita — rascunho original: Kai Su; Redação—revisão e edição: Peng Sun; Supervisão: Peng Sun.

Agradecimentos

Os autores expressam seu sincero agradecimento aos colegas que forneceram apoio na recuperação de literatura, organização de dados e discussões acadêmicas. Também agradecemos à nossa instituição por oferecer um ambiente de pesquisa e assistência administrativa acolhedora, o que possibilitou a conclusão tranquila deste trabalho. A inteligência artificial generativa era usada para edição de linguagem e polimento do manuscrito. Os autores assumem total responsabilidade pelo conteúdo e pela interpretação da obra.

Referências

  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).

Reimpressões e permissões

Explorar mais artigos

Titânio Impresso em 3DManufatura AditivaCrescimento ÓsseoOsseointegraçãoEstabilidade SegmentarAdesão de OsteoblastosBlindagem de TensãoFundamentação Biomecânica
Fale conosco
Recomendar à biblioteca

Privacidade

Termos de Uso

Políticas

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados.