Обзорная статья

3D-печатные пористые титановые клетки в поясничном сплаве

407 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70575

⸱

30 апреля 2026 г.

 , 
1Department of Spinal Surgery, Zibo First Hospital

В этой статье

Краткое содержание

Этот обзор обобщает современные данные о 3D-печатных пористых титановых клетках в поясничном сращении между телами, интегрируя принципы проектирования материалов, биомеханические характеристики и клинические результаты. Учитывая растущее клиническое внедрение и гетерогенную отчетность, критическая оценка существующих данных является своевременной и клинически значимой.

Аннотация

Пояснично-дегенеративное заболевание является одним из самых распространённых признаков операций на позвоночнике, и межкорпусное сращение (ЛИФ) остаётся центральным методом его лечения. Эффективность межкорпусной клетки для синтеза во многом зависит от её состава материала и структурного дизайна, которые влияют на стабильность сегментов и качество костного сплавления. В этом обзоре изложены характеристики материала, биомеханическое обоснование, биологическое поведение и клинические применения трёхмерно-печатных пористых титановых (3D-pTi) межкузовых клеток. Достижения в аддитивном производстве позволяют точно контролировать размер пор, пористость и архитектуру решётки, что позволяет настроить упругий модуль клеток 3D-pTi так, чтобы он более близко соответствовал модулю компенсирующей кости. Эти оптимизации могут улучшить передачу нагрузки, снизить экранирование от напряжений и создать благоприятные условия для оссеоинтеграции. Взаимосвязанная пористая структура и шероховатая поверхность поддерживают адгезию остеобластов, рост костей и раннюю васкуляризацию. Доклинические исследования последовательно показывают, что клетки 3D-pTi обеспечивают более высокий контакт между костью и имплантатом и долю костного объёма по сравнению с имплантами из твёрдого титана и полиэфирэфиркетона (PEEK). Ранние клинические данные по трансфораминальному сращению между телами (TLIF), латеральному сращению поясничного отдела (LLIF) и переднепоясничному сращению (ALIF) свидетельствуют о том, что 3D-pTi-клетки могут достигать высокой скорости рентгенографического сращения, поддерживать высоту межпозвоночных и демонстрировать приемлемый краткосрочный профиль безопасности. Однако существующие исследования ограничены небольшими размерами выборки, методологической гетерогенностью и относительно короткими сроками наблюдения. В целом, клетки с 3D-pTi представляют собой перспективный биомеханически совместимый и остеопроводящий вариант для LIF в дегенеративных условиях. Тем не менее, их долгосрочные клинические преимущества, экономическая эффективность и оптимальные показания требуют дальнейшего изучения в тщательно спроектированных исследованиях.

Введение

С возрастом населения и изменением образа жизни дегенеративные заболевания, такие как дегенеративное заболевание дисков, стеноз поясничного отдела позвоночника и дегенеративный спондилолистез, стали одними из самых распространённых состояний, встречающихся в практике хирургии позвоночника 1,2,3. Для пациентов с рентгеновски заметной сегментарной нестабильностью, значительной нейронной компрессией или неэффективным лечением, поясничное сращение (LIF) служит важным хирургическим методом для восстановления стабильности позвоночника, коррекции деформаций и снятия нейроннойкомпрессии 4. Широко используемые методы LIF включают трансфораминальное сращение между телами (TLIF), сращение задней поясничной части (PLIF), сращение переднего поясничного отдела (ALIF) и латеральное сращение между телами (LLIF)5,6,7,8. Независимо от подхода, достижение надёжного и долговечного межкорпусного сращения остаётся ключевым фактором клинических исходов.

В процедурах поясничного сращения материал, размер, конструкция конструкции и угол расположения межкорпусной клетки влияют на стабильность сегментов, распределение напряжений на торцевой пластине и, в конечном итоге, качество сраяния 9,10,11,12,13. Ранняя клиническая практика в значительной степени опиралась на аутологичный костный трансплантат подвздошного гребня или аллотрансплантат для поддержки межтела; Однако эти подходы связаны с заболеваемостью донор-участок, более высокими осложнениями, ограниченной прочностью структуры и высоким риском коллапса трансплантата. Последующее внедрение цельных титановых клеток обеспечило высокую механическую прочность и структурную устойчивость, помогая поддерживать высоту диска во время процедуртермоядерного синтеза 14. Однако модуль упругости твёрдого титана значительно превышает модуль упругости кость, которая связана с экранированием от напряжений и может способствовать просадке торцевой пластины при определённыхусловиях 15. Клетки с полиэфирэфиркетоном (PEEK) с упругим модулем, ближим к корковой кости, и радиопрозрачностью при визуализации, получили широкое распространение. Тем не менее, PEEK обычно считается биологически инертным и обладает ограниченной внутренней способностью способствовать остеогенной дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток человека. В отличие от этого, титановые сплавы показали свою эффективность в улучшении клеточной адгезии, активности щелочной фосфатазы и кальциевого отложения in vitro16. Для решения этих ограничений были введены новые импланты, такие как клетки PEEK с титановым покрытием, расширяемые клетки и аддитивно изготовленные или пористые импланты PEEK, направленные на улучшение связивания между костью и имплантатом при сохранении благоприятных механических характеристик. Сравнительные данные среди традиционных PEEK, аддитивно произведённых PEEK и 3D-печатных титановых клеток продолжают развиваться, и ни один универсально признанный «идеальный» материал межкузовых клеток не был установлен.

В последние годы трёхмерные печатные клетки пористого титана (3D-печатный пористый титан, 3D-pTi) стали основным направлением исследований поясничного синтеза. Предварительные клинические исследования показали положительные радиографические паттерны сращения и приемлемые клинические результаты как в операциях по сращению между телами, передней и латеральнойпоясничной части 17,18,19,20. Тем не менее, их сравнительная эффективность по сравнению с традиционными и аддитивно изготовленными клетками PEEK, особенно с точки зрения риска проседания, частоты повторных операций и исходов по различным хирургическим методам и подгруппам пациентов, остаётся активной подверженностью. Существующие исследования часто ограничены небольшими размерами выборки, методологической гетерогенностью и относительно короткими сроками последующего наблюдения. Хотя несколько недавних систематических обзоров и мета-анализа обобщили клинические результаты, связанные с 3D-печатными титановыми клетками, большинство из них в основном сосредоточены на сравнительных рентгенографических или клинических конечных точках, рассматривая эти импланты преимущественно как альтернативные материалы для клеток, а не как продукты технологической эволюции, основанной на дизайне. Растущие данные свидетельствуют о том, что клиническая эффективность 3D-pTi клеток может зависеть от таких факторов, как архитектура решётки, согласование упругих модулей, механизмы биологической остеоинтеграции и специфическая для пациента структурная оптимизация — элементы, которые остаются недостаточно интегрироваными в предыдущих синтезах доказательств.

Поэтому необходимо более всестороннее понимание механических и биологических характеристик 3D-pTi-клеток, а также их взаимодействия с хирургическими методами и стратегиями биологической аугментации, чтобы лучше информировать клинические решения при дегенеративных заболеваниях поясничного отдела. На этой основе настоящий обзор повествования предлагает интегрированный синтез современных знаний, охватывающий разработку материалов, биомеханические и биологические механизмы, клинические данные и новые трансляционные перспективы, включая индивидуальный дизайн имплантов и стратегии оптимизации на основе данных. Объединяя инженерные достижения с клиническими аспектами, этот обзор стремится создать сбалансированную и клинически значимую структуру, выходящую за рамки ранее опубликованных обзоров, ориентированных на результат.

Обзор и перспектива

Стратегия поиска в литературе
Этот нарративный обзор проводился с использованием структурированного поиска литературы для обеспечения всестороннего освещения релевантных доказательств. В электронных базах данных, включая PubMed, Web of Science, Embase и Scopus, были поисканы исследования, опубликованные с января 2010 по декабрь 2025 года. Стратегия поиска включала комбинации следующих ключевых слов: «3D-печатная титановая клетка», «пористый титан», «поясничный межкорпусный синтез», «спинальный синтез», «аддитивное производство» и «оссеоинтеграция». Рассматривались оригинальные клинические исследования, биомеханические исследования, эксперименты на животных и соответствующие обзорные статьи, посвящённые сращению между телами в пояснице с использованием 3D-печатных пористых титановых имплантов. Исследования, не связанные с применением позвоночника, публикации, не на английском языке, аннотации конференций без полных данных и дублирующие отчёты были исключены. Статьи отбирались на основе их значимости для биомеханических характеристик, биологических характеристик, клинических результатов и трансляционных перспектив 3D-печатных пористых титановых клеток.

Конструкция и характеристики клеток 3D-pTi

Концепция проектирования и производственные процессы
Конструктивная гибкость 3D-pTi клеток обеспечивается технологиями аддитивного производства (AM), а не присущей самому титану. AM также применялся к другим биоматериалам, включая PEEK и кобальт-хромовые сплавы, что позволяет геометрическую настройку на этапе проектирования. Используя такие методы, как селективное лазерное плавление (SLM) или плавление электронным лучом (EBM), можно заранее определить как макроскопическую геометрию клетки, так и архитектуру микроскопической решётки в рамках автоматизированногопроектирования 21,22. Путём корректировки параметров печати и применения алгоритмов топологического проектирования можно модулировать структурную прочность и модуль упругости, сохраняя каналы для врастаниякостей 23,24. Хотя SLM и EBM различаются по характеристикам обработки, современные данные явно не отдают предпочтение одной из методов для межпозвоночных приложений. Основные принципы проектирования, лежащие в основе 3D-печатных 3D-печатных титановых межкорпусных клеток, иллюстрированы на рисунке 1.

Биомеханические характеристики
С биомеханической точки зрения одной из основных целей конструкции 3D-pTi клеток является приближение общего модуля упругости к модульу человеческой костей с целью снижения концентрации напряжений на границе костейи имплантата 23,25. Увеличивая пористость и оптимизируя ориентацию и поперечное сечение опорных стойк, эффективный модуль упругости можно значительно снизить, сохраняя при этом достаточную прочность на сжатие и усталость, что приводит к более однородному распределению нагрузки по концевой пластинепозвоночника 26. Конечные элементные анализы и экспериментальные исследования in vitro показали, что хорошо спроектированные пористые титановые структуры эффективнее, чем твёрдые титановые или другие высокожёсткие металлические клетки, снижают локальные концентрации напряжений и снижают риск обрушения торцевойпластины 27. Кроме того, внутренняя пористая сеть обеспечивает пространство для роста костей и формирования биологической конструкции «костно-металлический композит» — внутренней фиксации. По мере того как новообразованная кость постепенно заполняет поры, разделение нагрузки в системе клетки и концевой пластины, как ожидается, сменится с преимущественно зависимой от импланта к комбинированной конструкции «имплант + новая кость», что может повысить долгосрочную механическуюстабильность 28,29.

Биологические характеристики и остеоинтеграция
С биологической точки зрения, поверхностная шероховатость и микроархитектура пористого титана могут способствовать адгезии, миграции и остеогенной дифференцировки остеобластов и мезенхимальных стволовых клеток, полученных из костногомозга 30,31,32. Пористая сеть обеспечивает трёхмерный каркас, который может направлять клетки к миграции и размножению вдоль поверхностей стойк, способствуя отложению и минерализации внеклеточного матрикса, а также потенциально приводя к непрерывному трабекулярному кость, проходящему по внутренней и внешней части клетки33. Исследования клеток in vitro и выбранные животные модели сообщили о более высоком контакте между костью и имплантатом и доле костного объёма на границе для пористых титановых имплантов по сравнению с контролями гладкой поверхности, что указывает на усиленную оссеоинтеграцию в экспериментальныхусловиях 34,35. В то же время взаимосвязанные поры позволяют эндотелиальным клеткам проникать внутрь имплантата, способствуя формированию микрососудистой сети и тем самым поддерживая питание и обмен веществ новообразованнойкости 36,37. Некоторые исследования также сообщили о повышении эффективности цитокинов, благоприятных для остеогенеза, на пористых титановых поверхностях, что дополнительно подтверждает его способность улучшать интеграциюкостей 38,39.

Современные применения в поясничном сращении между телами
С развитием производственных технологий и концепций дизайна 3D-pTi межтелесные клетки всё чаще применяются в процедурах сращения поясницы (TLIF, LLIF, ALIF) и других процедурах поясничногосращения 19,40,41. Однако имеющиеся на данный момент клинические данные в основном основаны на исследованиях с одним центром с относительно небольшой выборкой и короткими периодами наблюдения. Кроме того, существует значительная гетерогенность в материалах компаратора и хирургических методах, а результаты по скорости проседания, частоте повторной операции и улучшению сегментального сагиттального выравнивания остаются непоследовательными в разных исследованиях.

Биомеханические и биологические доказательства 3D-pTi

Биомеханические симуляции и in vitro механические испытания
Конечные элементные анализы и in vitro-механические тесты показывают, что 3D-pTi-клетки, благодаря адаптации пористости и решётчатой архитектуры, могут уменьшить эффективный упругий модуль до диапазона, ближего к корковому или компенсирующему костному модулю, сохраняя при этом достаточную механическую прочность, тем самым потенциально снижая защиту отнапряжений 42,43. Чжан и соавт. проанализировали аддитивно изготовленные пористые поясничные клетки и сообщили, что по сравнению с традиционными твёрдыми конструкциями пористые конфигурации снижают как напряжение торцевой пластины, так и напряжение клетки, одновременно улучшая распределениенагрузки 44. Зоу и др. также показали, что снижение жёсткости клетки значительно снижает пиковое напряжение на торцевой пластине при различных условиях нагрузки, что может привести к снижению рискапроседания 45.

Недавний анализ конечных элементов (FEA), сравнивающий пористые титановые клетки с биомиметической решёткой Вороного с традиционными структурами клеток, показал, что конструкция Вороного может обеспечить дополнительное снижение диапазона сегментного движения примерно на 50% и на 40–60% напряжений клетки/торцевой пластины, что говорит о том, что подходящая трёхмерная архитектура решётки может обеспечить более благоприятный баланс между «стабильностью» и «снижением напряжения»46. С точки зрения материала, эффективный модуль упругости 3D-печатанного пористого сплава Ti-6Al-4V (Ti6Al4V) приближается к кортикальной кости и лучше соответствует физиологическим нагрузкам передней части позвоночника, чем у объёмноготитана-47. Учитывая значительную вариабельность топологии решётки и пористости среди 3D-печатных клеток, количественные биомеханические результаты следует интерпретировать в конкретных структурных контекстах. Соответственно, репрезентативные количественные биомеханические параметры, представленные в литературе, суммированы в Таблице 1 для облегчения сравнения конструктивных характеристик и механических характеристик между различными 3D-печатными пористыми титановымиклетками 26, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54.

Модели поясничного сращения крупных животных
В зрелой модели поясничного сращения у овец МакГилврей и соавторы сравнили три типа клеток — PEEK, плазменно распылённый титан и 3D-pTi — имплантированные на уровнях L2–3 и L4–5 с помощью переднего подхода, с последующим наблюдением на 8–16 неделе. Сегменты в группе 3D-pTi демонстрировали значительно уменьшенную амплитуду движений, и как доля костного объёма, так и контакт костей с имплантом были значительно выше, чем в группе PEEK. В пористой структуре наблюдалось обширное новое врастание костей и сосудов, тогда как клетки PEEK были преимущественно окружены волокнистойтканью 49. Однако при интерпретации этих результатов следует учитывать различия в характеристиках поверхности имплантата и отсутствие одинаковых условий трансплантата между группами. В похожей модели овец Ларатта и соавт. напрямую сравнили «3D-pTi без костного трансплантата» с «PEEK в сочетании с автографтом подвздошного гребня» и обнаружили, что 3D-pTi достигает лучшего объема костной доли и костного сцепления на 4–8 недель55 лет. Учитывая асимметрию в добавлении трансплантата и ранних сроков обследования, прямое приписывание этих результатов исключительно структуре клетки требует осторожности.

Используя модель латерального сращения поясничного сращения, Уолш и соавторы также сообщили, что 3D-печатные титановые клетки обеспечивают стабильную жёсткость сегментов и надёжное рентгенографическое слияние без ущерба безопасности, что подтверждает их применение в таких процедурах, какLLIF 56. В частности, различия в хирургическом подходе, условиях нагрузки и определениях конечных точек между исследованиями ограничивают строгое сравнение между моделями. Более ранние исследования пористого биоактивного титана на собаках и овнах также показали, что размеры пор примерно 300–600 мкм с хорошей взаимосвязностью могут вызвать устойчивый росткостей 57. Эти данные свидетельствуют о том, что архитектура пор и свойства поверхности, а не само аддитивное производство, могут быть основными факторами биологической интеграции. В совокупности, хотя модели на крупных животных подтверждают потенциал пористых титановых конструкций для усиления взаимодействия костей и имплантата в экспериментальных условиях, вариабельность видов животных, хирургических методов, использования трансплантата и методов оценки результатов ограничивает прямое экстраполяцию на клиническую производительность слияния.

Клеточные и молекулярные доказательства
Исследования in vitro на клеточном и молекулярном уровнях помогли выяснить биологическую основу, лежащую в основе благоприятной оссеоинтеграции 3D-pTi. 3D-печатная пористая Ti6Al4V имеет шероховатую поверхность и взаимосвязанную трёхмерную поровуюсеть 58. По сравнению с гладким титаном или PEEK, этот материал показал более эффективную поддержку адгезии, распространения и пролиферации остеобластов и мезенхимальных стволовых клеток, а также повышает уровень остеогенных маркеров, таких как щелочная фосфатаза и остеопонтин, тем самым способствуя отложениюкальция 59. Эксперименты in vitro дополнительно демонстрируют, что на 3D-pTi-каркасах с решёткой, имитирующей трабекулярную кость, клетки склонны выстраиваться вдоль стойк решётки, с выраженными напряжёнными волокнами и полосами минерализации, а уровень остеогенной дифференцировки сопоставим или даже выше, чем наблюдаемый на контроляхPEEK 60,61. Исследования на животных также показывают, что пористый титан способен достигать высокой доли костного объёма и обширного прямого контакта между костьюи клеткой 37. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что пористый титан может способствовать интеграции костной ткани за счёт улучшенной механической совместимости и благоприятной микросреды для формирования костей, что потенциально снижает инкапсуляцию волокнистой и способствует стабильной интеграции костей.

Гетерогенность конструкции 3D-печатных пористых титановых клеток
Несмотря на то, что 3D-печатные пористые титановые клетки часто рассматриваются как единая категория имплантов, они демонстрируют значительную гетерогенность в параметрах конструкции. Существуют различия в распределении пористости, топологии решётки, размере пор, стратегиях модификации поверхности и методах аддитивного производства. Эти различия в конструкции напрямую влияют на модуль упругости, поведение при переносе нагрузки, потенциал роста костей и взаимодействие имплантата с торцевой пластиной. Например, однородные структуры решётки в первую очередь направлены на глобальное сокращение модуля, тогда как градиентные или биомиметические архитектуры могут дополнительно оптимизировать распределение напряжений и биологическую интеграцию. Аналогично, микро- или нанотекстурирование поверхности показало свою эффективность в улучшении клеточной прикрепления и оссеоинтеграции независимо от характеристик объёмной пористости. Поэтому биомеханические и клинические результаты, представленные в разных исследованиях, следует интерпретировать в контексте конкретных параметров конструкции клетки, а не однородно приписывать наблюдаемые преимущества всем 3D-печатным пористым титановым имплантатам.

Клиническая эффективность и применение 3D-pTi-клеток
Репрезентативные клинические исследования, оценивающие безопасность и эффективность 3D-печатных пористых титановых клеток при различных методах поясничного сращения приведены в таблице 2. Для облегчения контекстуальной интерпретации результатов рентгенового синтеза также указываются материалы трансплантата, использованные в каждом исследовании, учитывая их потенциальное влияние на биологиюсинтеза 62,63,64,65,66.

Показания и хирургические сценарии
Клетки 3D-pTi применялись в различных методах сращения поясничного отдела, хотя их клиническое применение чаще сообщалось в нескольких конкретных случаях. Во-первых, они часто применяются в процедурах LLIF и ALIF, требующих надёжной опоры передней колонны и большой площади контакта с торцевой пластиной. Во-вторых, их часто выбирают для повторной операции у пациентов с предыдущей неудачей сращения или плохим качеством костей, с целью потенциального увеличения роста костей и повышения вероятности успешного сращения. В-третьих, они применялись при многоуровневых дегенеративных заболеваниях, когда хирурги стремятся снизить риск потери высоты межпозвоночных мышц, сохраняя баланс между коррекцией деформаций и качеством сращения.

Скорость слияния и рентгенографические результаты
Многочисленные сравнительные исследования и систематические обзоры показывают, что 3D-pTi-клетки могут давать преимущества по сравнению с PEEK или обычными твёрдыми титаными клетками с точки зрения скорости сращения поясничника и характеристик рентгенологического синтеза. Патель и соавторы провели систематический обзор семи сравнительных исследований с использованием in vitro, животных и людей, включая 299 человек. Шесть из этих исследований отдавали предпочтение 3D-pTi PEEK с точки зрения качества слияния или связывания между костью и импланта, а также результатов, связанных с проседанием, без явного увеличения показателейревизии 67. Эта тенденция также наблюдалась в нескольких перспективных клинических исследованиях.

В однослепом рандомизированном контролируемом исследовании исследователи сравнивали 3D-печатные микро-нанотекстурированные пористые титановые клетки (3DPPT) с клетками PEEK в одно- и двухуровневом TLIF. Группа 3DPPT продемонстрировала более высокий уровень успеха раннего синтеза через шесть месяцев, что указывает на потенциальное преимущество в ускорении как скорости, так и качествасинтеза 18,68.

Для передних и латеральных подходов ретроспективное когортное исследование с одним центром показало, что использование 3D-pTi клеток в процедурах ALIF/LLIF достигло почти 100% сегментного слияния на 1-летнем КТ без дополнительного рекомбинантного морфогенетического белка человеческой кости–2 (rhBMP-2)17. Другое исследование LLIF показало, что пористые 3D-печатные титановые клетки связаны с более высокой долей передних межтелесных мостов и большим ограничением движения фасеток по сравнению с традиционными резьбовыми титанымиклетками 69. В проспективном сравнительном исследовании Денг и соавторы сообщили, что 3D-печатные титановые клетки демонстрировали больший контакт между костью и имплантом, более высокую плотность костей в области сращения и более благоприятную градиацию просадки по сравнению с PEEK, хотя различия в болевых шкалах и функциональных результатах не были статистическизначимыми. 68. Хотя несколько исследований сообщают о положительных результатах рентгенологического слияния, эти результаты следует интерпретировать с осторожностью с учётом ограничений дизайна исследований, вариабельности использования трансплантата и различий в критериях оценки визуализации. В целом, текущая база доказательств остаётся гетерогенной и преимущественно основана на относительно небольших, нерандомизированных когортах.

Методологические аспекты при оценке синтеза
Прямое сравнение результатов слияния между доклиническими и клиническими исследованиями следует интерпретировать осторожно из-за значительной методологической гетерогенности. Различия в материалах трансплантата, размерах клетки, хирургических методах и конечных точках исследования могут существенно влиять на опубликованные результаты и усложнять приписывание результатов сращения только к дизайну клетки10,70. В частности, стратегии биологического дополнения, включая использование аутотрансплантата, аллотрансплантата, деминерализированного костного матрикса (DBM) или костных морфогенетических белков (BMPs), могут независимо увеличивать скорость слияния и, следовательно, представлять собой важный фактор, вызывающий замешательство при оценке эффективностиимпланта 71.

Кроме того, рентгеновая оценка синтеза остаётся технически сложной. Металлические артефакты, связанные с титановыми имплантами, могут затруднять визуализацию образования костей в клетке, что может привести к недооценке сращения. Наоборот, минерализованные материалы трансплантата или остаточные заменители костной кости могут быть трудноразличимы от недавно образованной кости при визуализации, что может привести к переоценке скорости сращения. Будущие исследования могут получить пользу от стандартизированных протоколов визуализации и дополнительных методов оценки, таких как гистологическая или биомеханическая оценка в доклинических моделях, чтобы повысить надёжность и интерпретируемость оценки слияния.

Последствия проседания и безопасности
Коллапс концовой пластины позвоночника — одно из ключевых осложнений, влияющих на долгосрочный успех поясничногосращения 72. Для латеральных подходов систематический обзор и мета-анализ LLIF 2024 года, включавшие три исследования и 265 пациентов (всего 441 сегмент), показали, что общие темпы опускания были значительно ниже в группе 3D-pTi, чем в группе PEEK (отношение шансов [OR] ≈ 0,25), с заметным снижением тяжелого просадки (OR ≈ 0,17)69. В ранних сериях LLIF с одним рукавом с использованием 3D-pTi скорости проседания сегментов составляли примерно 8%, и только около 1,8% сегментов требовали повторной эксплуатации при сильном коллапсе, что кажется более выгодным, чем ранее сообщаемые показатели для твёрдых титановых или PEEK клеток73.

В условиях TLIF несколько когортных и баз данных исследований показывают, что клетки 3D-pTi могут снижать риск повторной операции, связанной с псеудартрозом74. Леви и соавторы сообщили о тенденции к снижению частоты повторной операции, связанной с псеудартрозом, в TLIF, проводимых с клетками 3D-pTi, по сравнению с непористыми клетками PEEK, хотя абсолютная разница была небольшой и требует подтверждения при более длительномнаследовании 41. Реальные данные из крупной административной базы данных США, сравнивающей PEEK и 3D-печатные титановые клетки при сращении поясничного и пояснично-крестцового сражений, показали, что обе группы имели низкие кумулятивные показатели повторной операции и ревизии в течение 3–12 месяцев (примерно 1%–2%), без существенных различий междугруппами 41.

На сегодняшний день нет убедительных доказательств того, что 3D-pTi клетки связаны с новыми материалоспецифическими тяжёлыми осложнениями. Хотя рентгенографические артефакты остаются учитываемыми, пористая структура может частично снижать затуманенность изображения по сравнению с традиционными цельными металлическими клетками. Однако высококачественные долгосрочные данные о износе частиц, выделении ионов металлов и дегенерации соседних сегментов остаются ограниченными и должны стать объектом будущих исследований.

Импланты, специфичные для пациента, и ограничения существующих данных
Помимо стандартных клеток стандартного размера, аддитивное производство позволило исследовать специфические для пациента имплантаты (PSI) при сращении поясничного отдела. В многоцентровых проспективных исследованиях с использованием специфичных для пациента 3D-печатных титановых клеток для LIF последующие наблюдения показали значительное улучшение боли и показателей Oswestry Disability Index (ODI), а также удовлетворительные показатели сращения18,75. Систематические обзоры, сравнивающие эти методы с традиционными методами сращения, показали, что специфичные для пациента титановые клетки с 3D-печатью по мере того, как минимум не уступают стандартным имплантатам по облегчению симптомов и улучшению качества жизни создоровьем 76,77.

Однако большинство доступных исследований используют односторонние проспективные конструкции и не имеют прямых рандомизированных сравнений со стандартными клетками 3D-pTi или PEEK, что затрудняет выделение дополнительной пользы, присущей именно индивидуальному дизайну. У пациентов с преимущественно дегенеративной патологией поясничного отдела клетки 3D-pTi могут потенциально улучшать характеристики рентгенографического сращения и снижать риск потери высоты межпозвоночных или ревизии, связанных с псеудартрозом, при отсутствии явных признаков увеличения осложнений или затрат. Тем не менее, любые потенциальные преимущества в долгосрочных клинических результатах и экономической эффективности остаются подтверждены в более крупных рандомизированных контролируемых исследованиях с длительным наблюдением. Для уточнения концептуального положения и новизны настоящего обзора относительно недавно опубликованных синтезов доказательств78, 79, 80, 81 сравнение репрезентативных рецензий приведено в Таблице 3.

Ограничения и направления будущих исследований
Ограничения качества доказательств и обобщаемости
Несмотря на обнадёживающие результаты, опубликованные в доклинических и ранних клинических исследованиях, общий уровень доказательств в пользу межтелесных клеток 3D-pTi остаётся ограниченным. Большинство клинических исследований проводятся с одним центром, ретроспективными или небольшой выборкой проспективных когорт, с периодами наблюдения обычно от 6 до 24 месяцев; лишь меньшинство состоит из проспективных исследований или систематическихобзоров 65. Кроме того, в исследованиях наблюдается значительная гетерогенность по хирургическому подходу (TLIF/LLIF/ALIF), количеству спондилолистезов или деформаций, использованию аутотрансплантатных или костных морфогенетических белков, а также специфических структурных параметров клеток.

Конечные показатели также непоследовательны: в некоторых исследованиях как основными результатами используются градация слияния Брантигана–Стеффи на основе КТ или межтелесное костное соединение, в то время как другие акцентируют внимание на степени просадки или реоперации. Даже определение и критерии оценки «проседания» неедины. Следовательно, имеющиеся данные больше подходят для выявления тенденций на уровне сигналов, чем для установления надёжных причинно-следственных выводов. С точки зрения визуализации, металлические артефакты, связанные с титаными имплантами, хорошо известны в спинальной радиологии и могут мешать точной оценке формирования костей наКТ 56. Эффекты упрочнения и рассеяния пучка могут закрывать границу между костью и имплантом, особенно в пористых структурах. В моделях на крупных животных пористые титановые конструкции могут казаться радиоплотными при визуализации, что затрудняет различие новообразованной кости от решётки импланта. Напротив, остаточный материал трансплантата или минерализованные заменители костной ткани также могут быть трудно отличить от истинного костного моста.

Эти факторы, связанные с визуализацией, вводят неопределённость в радиографическую оценку синтеза и могут привести либо к занижению, либо к переоценке фактического состояния слияния. В совокупности эти соображения свидетельствуют о том, что опубликованные рентгенографические преимущества 3D-pTi клеток следует интерпретировать осторожно с учётом ограничений визуализации и вариабельности дизайна исследования.

Отсутствие единого «оптимального» материала и конструктивного проектирования
С точки зрения материалов и конструкционной инженерии ключевое преимущество 3D-pTi заключается в возможности достичь «настраиваемого» упругого модуля и каналов врастания костей путём регулировки пористости, размера пор и топологии решётки. Однако в настоящее время нет единого мнения относительно того, какой диапазон пористости (например, 50%–80%), размер пор (например, 300–600 мкм) или тип решётки (например, Вороной, октетная ферма) наиболее подходит для нагрузки и качества костных концов поясничных пластин. Важно, что остаётся неясным, существует ли единая «оптимальная» конструкция каркасов или могут ли несколько структурных конфигураций обеспечить адекватную механическую устойчивость и биологическую интеграцию в различных клинических условиях. Недавние механические испытания показывают, что оптимизированная 3D-Ti клетка с примерно 70% пористостью и анатомически соответствующей внешней формой может значительно повысить устойчивость кпроседанию 26. Однако такие выводы следует интерпретировать как специфичные для модели, а не как универсально обобщаемые.

В то же время, хотя более пористая структура увеличивает потенциал роста костей, она также вызывает опасения по поводу усталостной прочности и долговечности. Чрезмерно высокая пористость может снижать устойчивость к усталости и увеличивать риск образования микротрещин и структурного разрушения, тогда как слишком низкая пористость может быть неблагоприятной для роста костей и распределения нагрузки. Большинство существующих исследований проводились на здоровых животных моделях или у пациентов с относительно сохранившимся качеством костей. Существует нехватка систематических данных, чтобы определить, следует ли корректировать дизайны 3D-Ti индивидуально для пожилых людей с остеопорозом, метаболическими заболеваниями костей или длительное использование глюкокортикоидов. Будущие исследования могут выиграть от того, чтобы сосредоточиться на определении «подходящих диапазонов проектирования» для конкретных биомеханических и биологических контекстов, а не на определении универсально оптимальной архитектуры каркасов.

Экономические, регуляторные и реализующие вызовы
Аддитивное производство спинальных имплантатов обычно связано с более высокими производственными затратами и большей технической сложностью по сравнению с традиционными стандартизированными устройствами. Специфичные для пациента 3D-печатные импланты также вводят дополнительные аспекты, связанные с путями одобрения регуляторов, требованиями к контролю качества и обязанностями по постмаркетинговому надзору. В настоящее время формальные экономические оценки здоровья, специально оценивающие экономичность, эффективность или полезность 3D-pTi клеток при сращении поясничного отдела, остаются ограниченными. Имеющиеся реальные данные свидетельствуют о том, что затраты на краткосрочную госпитализацию и использование ресурсов в периоперационном режиме в целом сопоставимы с обычными имплантами; Однако надёжных долгосрочных экономических анализов всё ещё не хватает. Кроме того, политики возмещения расходов и рекомендации по 3D-печатным спинномозговым имплантатам пока не стандартизированы во всех системах здравоохранения. В совокупности эти факторы подчёркивают необходимость более чёткой экономической оценки и нормативных рамок перед полной оценкой более широкого клинического внедрения.

Приоритетные направления для будущих исследований и клинического перевода
Хотя доклинические и ранние клинические исследования указывают на потенциальные преимущества 3D-печатных пористых титановых клеток, текущая база доказательств остаётся гетерогенной и ограниченной в плане долгосрочного наблюдения. Будущие исследования выиграли бы от более стандартизированной отчетности параметров конструкции и определений результатов для повышения сопоставимости между исследованиями. Кроме того, для уточнения долговечности, поведения при просадке и функциональных исходов потребуется долгосрочные клинические данные и правильно разработанные сравнительные исследования. Новые технологии, включая индивидуальные для пациента стратегии проектирования имплантов и подходы к моделированию на основе данных, остаются исследовательскими и требуют дополнительной валидации перед возможностью плановой клинической интеграции.

Выводы

3D-печатные пористые титановые межкорпусные клетки представляют собой недавнее технологическое достижение в хирургии сращения поясницы и изучались в доклинических и ранних клинических исследованиях. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что их архитектура решётки может способствовать механической совместимости и взаимодействию костей с имплантатом при определённых условиях. Однако современные сравнительные данные по сравнению с традиционными титаными, традиционными PEEK и аддитивно изготовленными клетками PEEK остаются ограниченными и разнородными, что не позволяет сделать окончательные выводы относительно относительной клинической эффективности. Долгосрочная долговечность, экономическая эффективность и стандартизированная оценка результатов требуют дальнейшего изучения. В настоящее время клетки 3D-pTi следует рассматривать как один из нескольких доступных технологий межкорпусных имплантов, а их точная клиническая роль будет прояснена в будущих высококачественных сравнительных исследованиях.

figure-results-1
Рисунок 1: Принципы проектирования 3D-печатных пористых титановых межкузовых клеток. Контролируемая пористость и архитектура решётки позволяют корректировать модуль упругости в сторону компенсирующей кости, что способствует большему физиологическому переносу нагрузки и потенциально снижает защиту от напряжения. Взаимосвязанная пористая сеть может поддерживать рост костей и васкуляризацию, способствуя улучшению оссеоинтеграции и долгосрочной стабильности имплантата, а также потенциально снижая риск проседания клетки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

НазваниеИзучениеГодТип исследованияМодельКлючевые выводы
Гайер и др. (48)2016Биомеханические исследования на животныхМодель свинейПористые титановые строительные леса против PEEK против аллотрансплантатаПористый титановый каркас показал значительно более прочный интерфейс между костью и имплант и лучшую оссеоинтеграцию.
МакГилврей и др. (49)2018Сравнительное исследование на животныхМодель сращения поясничного сращения овец (овца)Клетка PEEK; PEEK (PSP) с плазменным распылением пористого титанового покрытия; 3D-печатная клетка из пористого титанового сплава (PTA)3D-печатные клетки из пористого титанового сплава демонстрировали значительно большее врастание костей, уменьшение подвижности и повышенную жёсткость конструкции по сравнению с клетками PEEK и PSP, что свидетельствует о превосходном потенциале оссеоинтеграции и синтеза.
Карпентер и др. (50)2018Конечный элементный анализВычислительная модель FE, основанная на геометрии микро-КТ имплантатаПористые структуры имплантатов PEEK против пористых 3D-печатных титановых (Ti) имплантатовПористый PEEK значительно увеличивал распределение нагрузки с вросшей костью по сравнению с пористым титаном (например, ~66% против ~13% переноса нагрузки через 4 недели при сжатии) и вызывал более высокие физиологические напряжения в соседней кости, что указывает на более благоприятную механическую среду для поддержания и остеоинтеграции.
Чжан и др. (51)2020Эксперимент с контролируемыми животнымиМодель сращения между телами макаки резуса (OLIF)3D-печатная пористая клетка Ti6Al4V; Клетки, заполненные симвастатином/полоксамером 407 гидрогелем против только гидрогеля против пустой клеткиГидрогель, насыщенный симвастатином, в клетках из пористого титана значительно увеличил рост костей, остеобластную активность (ПЭТ/КТ SUV), долю костного объёма и снижение ROM, что свидетельствует о улучшении сращения позвоночника и механической стабильности.
Йи-Янагишита и др. (52)2022Биомеханические испытания in vitroМодель полиуретанового блока, имитирующая торцевые пластины позвоночникаПористая титановая клетка (решётка тела + микропористые торцевые пластины); пористая клетка PEEK; Ферма и титановая клеткаПористая титановая клетка показала наилучшее сопротивление проседанию с наибольшей жёсткостью блока и минимальным динамическим просадкой по сравнению с пористыми титановыми клетками PEEK и ферменными титановыми клетками, что указывает на то, что конструкция клеток играет большую роль, чем сам материал, в предотвращении проседания.
Фогель и др. (26)2022Сравнительное доклиническое исследование (in vitro механическое тестирование + исследование на животных in vivo)Модель просадки полиуретанового блока (ASTM F2267) и модель сращения между телами и поясничного сращения овцей3D-печатная пористая клетка Ti-6Al-4V с оптимизированной к нагрузке решёткой корпуса и микропористыми торцовыми пластинами (Modulus XLIF)Конструкция клетки из пористого титана снижала жёсткость имплантатов, демонстрировала высокую устойчивость к проседанию (жёсткость блока ≈1976,8 Н/мм), а также прогрессирующую врастание и сращение костей в модели овец с частотой сращения 87,5% на 12 неделе и 100% на 26-й неделе.
Сюй и др. (53)2022Эксперимент на животных in vitro + in vivoКультура остеобластов MC3T3-E1 и модель дефекта бедра кроликов3D-печатные пористые каркаси Ti6Al4V с полой шестиугольной призмой против полых треугольных поровых структур призмыГексагональная призма-пористый титановый каркас показал лучшую клеточную адгезию, более высокую активность ALP и лучшую интеграцию костей и формирование новых костей по сравнению со структурой треугольной призмы.
Джонсон и др. (54)2023Доклиническое исследование на животных с использованием биомеханических, μКТ и гистоморфометрических анализовМодель сращения поясничного отдела овец (6 овец; L2–L3 и L4–L5)Аддитивно изготовленные пористые решетчатые клетки Ti6Al4V: решётка корпуса против корпуса + конструкция поверхностной решёткиОбе 3D-печатные конструкции пористых титановых клеток достигли положительных результатов синтеза; Клетки с решёткой тела показали значительно более высокий контакт костей по сравнению с поверхностными решётчатыми клетками, а общая производительность слияния была лучше, чем ранее сообщавшиеся клетки PEEK.

Таблица 1: Краткое изложение репрезентативных биомеханических и биологических исследований 3D-печатных пористых титановых клеток, используемых для сращения между телами в поясничном отделе. В этой таблице представлены репрезентативные экспериментальные исследования, изучающие биомеханические и биологические характеристики пористых или 3D-печатных титановых межкорпусных клеток, используемых в исследованиях поясничного сращения. Включённые исследования охватывают конечные элементные анализы, in vitro механические испытания, клеточные эксперименты и доклинические модели слияния с животными. Сообщаемые результаты включают жёсткость импланта, устойчивость к проседающемуся, контакт костей с имплантом, рост костей и биомеханическую стабильность, связанную с слиянием. В совокупности эти исследования предоставляют механистические доказательства, подтверждающие потенциальные преимущества пористых титановых структур в оптимизации распределения нагрузки, снижении экранизации от напряжений и стимулировании оссеоинтеграции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

ИзучениеГодПодходДизайн исследованияРазмер выборкиПродолжениеРентгенографический результатКомпаратор
Адл Амини Д. и др. (62)2021LLIFРетроспективное сравнительное исследование113 пациентов (186 уровней)6–12 месяцевСильное проседание: 3,0% (Ti) против 18,5% (PEEK)3D-печатные Ti против PEEK
Corso KA.  и др. (63)2022ALIF / PLIFРетроспективная описательная когорта93 пациента на группу6 месяцевРедакция: 0% (Ti) против 0,5% (PEEK)3D-печатные Ti против PEEK
Алан Н.  и др. (64)2023LLIFРетроспективная когорта с совпадением склонности97 против 97 уровней12 месяцевПроседание: 27% против 8%pTi против PEEK
Сеги Н.  и др. (65)2023XLIFРетроспективное сравнительное исследование32 пациента3 месяцаVEC: 8% против 45%3D-печатные Ti против PEEK
Дональдсон С.  и др. (66)2024ALIF / LLIFРетроспективная когорта50 пациентов (66 уровней)12 месяцевПроседание 3,03%Нет (однорукий)

Таблица 2: Ключевые клинические исследования, оценивающие безопасность и эффективность 3D-печатных пористых титановых клеток при сращении между телами в поясничном отделе. В этой таблице представлены репрезентативные клинические исследования, изучающие рентгенографические и клинические результаты, связанные с пористыми или 3D-печатными титановыми межкорпусными клетками при процедурах сращения между телами в поясничном отделе, включая латеральное сращение между телами (LLIF), переднее сращение между телами (ALIF), заднее сращение поясничного отдела (PLIF) и экстремальное латеральное межтело сращение (XLIF). Таблица отражает дизайн исследования, размер выборки, продолжительность наблюдения и основные рентгенографические результаты, такие как просадка клетки, образование кисты на концовой пластинке позвоночника и частота повторных изменений. Включены как сравнительные исследования (клетки из пористого титана против PEEK), так и клинические серии с одной рукой, чтобы дать обзор современных клинических данных о стабильности имплантов и краткосрочной безопасности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

НетАвторГодТип рецензииФокус обзораБиомеханикаКлинические результатыДизайн / производствоКонцептуальная структура
1Дуань И (78)2024Систематический обзор и метаанализКлиническое сравнение 3D-печатных клеток Ti и PEEKНетДаЛимитированныйНет
2Пайрожборибун S (79)2024Сетевой мета-анализРезультаты слияния в разных материалах клеткиНетДаЛимитированныйНет
3Ли Джей Джей (80)2025Обзор повествованияИсторическая эволюция титановых клеток и технологий 3D-печатиЛимитированныйЛимитированныйДаНет
4Этот обзор/Интегративный обзор повествованияМеханистический синтез принципов проектирования, биомеханических характеристик, оссеоинтеграции и клинических результатов 3D-печатных пористых титановых клетокДаДаДаДа

Таблица 3: Сравнение недавних обзоров 3D-печатных титановых клеток и масштаба данного обзора. В этой таблице представлены репрезентативные недавние обзоры 3D-печатных титановых межкорпусных клеток с текущим обзором по типу обзора, основному исследовательскому фокусу и тематическому охвату. Ключевые оцениваемые аспекты включают рассмотрение биомеханических механизмов, клинических результатов, принципов дизайна имплантатов и аддитивного производства, а также более широкие концептуальные рамки, интегрирующие инженерные и клинические перспективы. Это сравнение подчёркивает расширенный охват настоящего обзора, который интегрирует биомеханические, биологические, дизайнерские и клинические данные для более комплексного концептуального синтеза. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Раскрытие информации

Все авторы заявляют, что у них нет конфликтов интересов, связанных с дизайном, анализом или публикацией данной работы. С этой рукописью не связаны финансовые отношения, консультативные роли, патентные заявки или другие конкурирующие интересы. Концептуализация: Пэн Сун и Кай Су; Обзор литературы: Кай Су; Сценарий — оригинальный черновик: Кай Су; Сценарий — рецензия и редактирование: Пэн Сун; Супервизор: Пэн Сун.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность коллегам, которые оказывали поддержку в поиске литературы, организации данных и академических обсуждениях. Мы также благодарим наше учреждение за предоставленную поддерживающую исследовательскую среду и административную помощь, что позволило бесперебойно завершить эту работу. Генеративный искусственный интеллект использовался для редактирования и полировки рукописи. Авторы несут полную ответственность за содержание и интерпретацию произведения.

Ссылки

  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).

Перепечатки и разрешения

Больше статей

3D-печатный титанаддитивное производствоврастание костной тканиоссеоинтеграциясегментарная стабильностьадгезия остеобластовэффект экранирования напряженийбиомеханическое обоснование
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.