Derleme makalesi

3D baskılı gözenekli titanyum kafesler, bel arası gövde füzyonu

409 görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/70575

⸱

30 Nisan 2026

 , 
1Department of Spinal Surgery, Zibo First Hospital

Bu makalede

Özet

Bu derleme, lomber interbody füzyonunda 3D baskılı gözenekli titanyum kafesleri üzerine güncel kanıtları sentezlerek, malzeme tasarım ilkeleri, biyomekanik performans ve klinik sonuçları entegre etmektedir. Artan klinik benimseme ve heterojen raporlama göz önüne alındığında, mevcut verilerin eleştirel değerlendirilmesi zamanında ve klinik olarak önemlidir.

Özet

Lomber dejeneratif hastalık, omurga cerrahisi için en yaygın endikasyonlardan biridir ve lomber interbody füzyon (LIF) yönetiminde merkezi bir teknik olmaya devam etmektedir. Bir cisimler arası füzyon kafesinin performansı, büyük ölçüde malzeme bileşimi ve yapısal tasarımına bağlıdır; bu tasarımlar segmental stabiliteyi ve kemik birleşme kalitesini etkiler. Bu derleme, üç boyutlu baskılı gözenekli titanyum (3D-pTi) gövde arası kafeslerin malzeme özelliklerini, biyomekanik gerekçelerini, biyolojik davranışını ve klinik uygulamalarını özetlemektedir. Katkı üretimindeki gelişmeler, gözenek boyutu, gözenekliliği ve kafes mimarisinin hassas kontrolünü sağlar; böylece 3D-pTi kafeslerinin elastik modülü söylük kemiklere daha yakın şekilde ayarlanabilir. Bu optimizasyonlar, yük transferini iyileştirebilir, stres korumasını azaltabilir ve osseoentegrasyon için elverişli bir ortam yaratabilir. Birbirine bağlı gözenekli yapı ve pürüzlü yüzey, osteoblast yapışması, kemik büyümesi ve erken vaskülerleşmeyi destekler. Preklinik çalışmalar, 3D-pTi kafeslerinin katı titanyum ve polietereton (PEEK) implantlarına kıyasla daha yüksek kemik-implant teması ve kemik hacmi fraksiyonu sağladığını tutarlı bir şekilde göstermektedir. Transforaminal lomber interbody füzyonu (TLIF), lateral lumber interbody füzyon (LLIF) ve ön bel interbody füzyonu (ALIF) ile ilgili erken klinik bulgular, 3D-pTi kafeslerinin yüksek radyografik füzyon oranlarına ulaşabileceğini, omurgalar arası yüksekliği koruyabileceğini ve kabul edilebilir kısa vadeli güvenlik profili gösterebileceğini göstermektedir. Ancak mevcut çalışmalar, küçük örneklem büyüklükleri, metodolojik heterojenlik ve nispeten kısa takip süreleriyle sınırlıdır. Genel olarak, 3D-pTi kafesleri, dejeneratif koşullarda LIF için biyomekanik olarak uyumlu ve osteoiletken bir seçenek olarak umut vermektedir. Buna rağmen, uzun vadeli klinik faydaları, maliyet etkinliği ve optimal endikasyonları titizlikle tasarlanmış çalışmalarda daha fazla araştırma gerektirir.

Giriş

Nüfusun yaşlanması ve yaşam tarzı değişiklikleriyle birlikte, dejeneratif disk hastalığı, bel spinal stenozu ve dejeneratif spondilolistez gibi bel dejeneratif hastalıkları, omurga cerrahisi uygulamalarında karşılaşılan en yaygın durumlar arasındaolmuştur 1,2,3. Radyografik olarak belirgin segmental dengesizlik, belirgin sinir kompresyonu veya konservatif yönetimin başarısızlığı olan hastalar için, lomber interbody füzyon (LIF), omurga stabilitesini geri kazandırmak, deformiteyi düzeltmek ve sinir sıkışmasını hafifletmek için önemli bir cerrahi seçenekolarak hizmet eder 4. Yaygın kullanılan LIF teknikleri arasında transforaminyal bel arası vücut füzyonu (TLIF), posterior lumber interbody füzyon (PLIF), ön bel interbody füzyonu (ALIF) ve lateral lomber interbody füzyon (LLIF) yer alır 5,6,7,8. Yaklaşım ne olursa olsun, güvenilir ve dayanıklı bedenler arası füzyon elde etmek klinik sonuçların önemli belirleyicisi olmaya devam ediyor.

Bel füzyon prosedürlerinde, gövde arası kafesin malzemesi, boyutu, yapısal tasarımı ve yerleşim açısı segmental stabilite, uç plaka gerilme dağılımını ve nihayetindefüzyon kalitesini etkiler 9,10,11,12,13. Erken klinik uygulamalar, interbody desteği için otolog iliak kret kemik grefti veya allogrefte büyük ölçüde dayanıyordu; ancak bu yaklaşımlar donör bölgesinde hastalıklar, daha yüksek komplikasyon oranları, sınırlı yapısal dayanıklılık ve greft çökmesi riski ile ilişkilidir. Sonrasında katı titanyum kafeslerin benimsenmesi, yüksek mekanik dayanıklılık ve yapısal stabilite, füzyon işlemlerinde disk yüksekliğinin korunmasına yardımcı oldu14. Ancak, katı titanyumun elastik modülü, gerilme koruması ile ilişkilendirilen ve belirli koşullarda uç plakasının çökmesine katkıda bulunan söylülen kemikten çok dahafazladır. Bu nedenle, kortikal kemiklere daha yakın elastik modüle ve görüntülemede radyolucensiye daha yakın olan polietereteton (PEEK) kafesleri yaygın kullanım kazanmıştır. Ancak PEEK genellikle biyolojik olarak inert kabul edilir ve insan mezenkimal kök hücrelerinin osteojenik farklılaşmasını teşvik etme konusunda sınırlı içsel kapasiteye sahiptir. Buna karşılık, titanyum alaşımlarının hücre yapışmasını, alkali fosfataz aktivitesini ve kalsiyum biriktirilmesini in vitro16'da artırdığı gösterilmiştir. Bu sınırlamaları gidermek için, titanyum kaplı PEEK kafesleri, genişletilebilir kafesler ve ek olarak üretilen veya gözenekli PEEK implantları gibi yeni implantlar tanıtılmıştır; bu implantlar, kemik-implant arayüz bağını iyileştirirken avantajlı mekanik özellikleri korumayı amaçlamaktadır. Geleneksel PEEK, ek üretimi ve 3D baskılı titanyum kafesler arasında karşılaştırmalı kanıtlar gelişmekte olup, evrensel olarak kabul gören "ideal" bir interbody kafes malzemesi bulunmamıştır.

Son yıllarda, üç boyutlu baskılı gözenekli titanyum (3D baskılı gözenekli titanyum, 3D-pTi) kafesler, bel füzyonu araştırmalarının ana odağı haline gelmiştir. Ön klinik çalışmalar, hem ön hem de lateral bel beden füzyon prosedürlerinde radyografik füzyon desenleri ve kabul edilebilir klinik sonuçlar bildirmiştir 17,18,19,20. Buna rağmen, özellikle çökme riski, yeniden ameliyat oranları ve farklı cerrahi teknikler ile hasta alt gruplarındaki sonuçlar açısından geleneksel ve takviye yoluyla üretilen PEEK kafeslerine kıyasla karşılaştırmalı performansları aktif olarak araştırılmaktadır. Mevcut çalışmalar genellikle küçük örneklem büyüklükleri, metodolojik heterojenlik ve nispeten kısa takip süreleriyle sınırlandırılır. Son zamanlarda yapılan birkaç sistematik inceleme ve meta-analiz, 3D baskılı titanyum kafeslerle ilişkili klinik sonuçları özetlemiş olsa da, çoğu öncelikle karşılaştırmalı radyografik veya klinik sonuc noktalarına odaklanmış ve bu implantları tasarım odaklı teknolojik evrimin ürünü değil, alternatif kafes malzemeleri olarak ele almıştır. Artan kanıtlar, 3D-pTi kafeslerinin klinik performansının, kafes mimarisi, elastik modül uyumu, biyolojik osseoentegrasyon mekanizmaları ve hastaya özgü yapısal optimizasyon gibi faktörlerden etkilenebileceğini göstermektedir—bunlar önceki kanıt sentezlerinde yeterince entegre edilmemiş unsurlardır.

Bu nedenle, lomber dejeneratif hastalıklarda klinik karar alma süreçlerini daha iyi bilgilendirmek için 3D-pTi kafeslerinin mekanik ve biyolojik özelliklerinin daha kapsamlı bir şekilde anlaşılması ile cerrahi teknikler ve biyolojik artırma stratejileri ile etkileşimine ihtiyaç vardır. Bu temelde, mevcut anlatı incelemesi, materyal geliştirme, biyomekanik ve biyolojik mekanizmalar, klinik kanıtlar ve hastaya özgü implant tasarımı ile veri odaklı optimizasyon stratejileri dahil olmak üzere ortaya çıkan translasyonel bakış açılarını kapsayan mevcut bilginin entegre bir sentezini sunmaktadır. Mühendislik ilerlemelerini klinik kaygılarla birleştirerek, bu inceleme, daha önce yayımlanmış sonuç odaklı incelemelerin ötesine geçen dengeli ve klinik açıdan ilgili bir çerçeve sunmayı amaçlamaktadır.

İnceleme ve perspektif

Literatür arama stratejisi
Bu anlatı incelemesi, ilgili kanıtların kapsamlı kapsamını sağlamak için yapılandırılmış bir literatür araması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ocak 2010 ile Aralık 2025 arasında yayımlanan çalışmalar için PubMed, Web of Science, Embase ve Scopus gibi elektronik veri tabanları arandı. Arama stratejisi şu anahtar kelimelerin kombinasyonlarını içeriyordu: "3D baskılı titanyum kafesi," "gözenekli titanyum," "bel korkundo füzyonu," "omurga füzyon", "katkılı üretim" ve "osseointegrasyon." Özgün klinik çalışmalar, biyomekanik araştırmalar, hayvan deneyleri ve 3D baskılı gözenekli titanyum implantlarla lomber interbody füzyonu üzerine ilgili inceleme makaleleri değerlendirildi. Omurga uygulamalarıyla ilgisi olmayan çalışmalar, İngilizce olmayan yayınlar, tam veri içermeyen konferans özetleri ve tekrarlanan raporlar hariç tutuldu. Makaleler, 3D baskılı gözenekli titanyum kafeslerin biyomekanik özellikleri, biyolojik performansı, klinik sonuçları ve translasyonel perspektifleriyle ilgisi doğrultusunda seçildi.

3D-pTi kafeslerinin tasarımı ve özellikleri

Tasarım konsepti ve üretim süreçleri
3D-pTi kafeslerinin yapısal esnekliği, titanyumun kendisinden ziyade ek üretim () teknolojileri sayesinde sağlanır. , PEEK ve kobalt–krom alaşımları dahil olmak üzere diğer biyomalzemelere de uygulanmış ve tasarım aşamasında geometrik özelleştirmeye olanak sağlamıştır. Seçici lazer eritme (SLM) veya elektron ışını eritme (EBM) gibi teknikler kullanılarak, hem makroskopik kafes geometrisi hem de mikroskobik kafes mimarisi bilgisayar destekli tasarım sırasında önceden tanımlanabilir21,22. Baskı parametreleri ayarlanarak ve topoloji tasarım algoritmaları uygulanarak, yapısal dayanıklılık ve elastik modül modüle edilebilir ve kemik büyümesi için kanallarkorunur 23,24. SLM ve EBM işlem özelliklerinde farklı olsa da, mevcut kanıtlar omurga interbody uygulamaları için bir tekniği diğerine açıkça tercih etmemektedir. 3D baskılı gözenekli titanyum gövde kafeslerinin temel tasarım prensipleri Şekil 1'de gösterilmiştir.

Biyomekanik özellikler
Biyomekanik açıdan, 3D-pTi kafeslerinin ana tasarım hedeflerinden biri, kemik-implant arayüzündeki stres konsantrasyonunu azaltmak amacıyla insan kakl kemiğine genel elastik modülü yaklaşık olarakyaklaştırmaktır 23,25. Gözenekliliği artırarak ve destekleyici desteklerin yönelimi ile kesit morfolojisini optimize ederek, etkili elastik modül önemli ölçüde düşürülür ve yeterli baskı dayanımı ile yorulma performansı korunur; böylece omurga uçplakası 26 boyunca daha homojen bir yük dağılımı sağlanır. Sonlu eleman analizleri ve in vitro deneysel çalışmalar, iyi tasarlanmış gözenekli titanyum yapılarının, yerel gerilme konsantrasyonlarını azaltmada ve uç plakasının çökme riskini azaltmada katı titanyum veya diğer yüksek sertlikli metal kafeslerden daha etkiliolduğunu göstermiştir 27. Ayrıca, iç gözenekli ağ kemik büyümesi ve "kemik-metal kompozit" biyolojik iç fiksasyon yapısının oluşumu için alan sağlar. Yeni oluşan kemik gözenekleri yavaş yavaş doldurdukça, kafes–uç plaka sistemindeki yük paylaşımının ağırlıklı olarak implant bağımlılığından, uzun vadeli mekanik stabiliteyi artırabilecek birleşik "implant + yeni kemik" yapısına kaymasıbeklenmektedir 28,29.

Biyolojik özellikler ve osseointegrasyon
Biyolojik olarak, gözenekli titanyumun yüzey pürüzlüğü ve mikro mimarisi, osteoblastların ve kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin yapışması, göçü ve osteojenik farklılaşmasını teşvikedebilir 30,31,32. Gözenekli ağ, hücrelerin strut yüzeyleri boyunca göç etmesini ve çoğaltmasını sağlayan üç boyutlu bir iskele sağlar; bu da ekstrahücre matriks birikimini ve mineralizasyonunu kolaylaştırır ve potansiyel olarak kafesin iç ve dış kısmında sürekli trabeküler kemiklerinyayılmasına yol açar 33. In vitro hücre çalışmaları ve seçilmiş hayvan modelleri, gözenekli titanyum implantlar için arayüzde kemik-implant temasının ve kemik hacmi fraksiyonunun pürüzsüz yüzeyli kontrollere kıyasla daha yüksek olduğunu bildirmiş, deneysel koşullarda gelişmiş osseoentegrasyonuönermektedir 34,35. Aynı zamanda, birbirine bağlı gözenekler endotel hücrelerinin implantın içine sızmasını sağlar, mikrovasküler ağ oluşumunu teşvik eder ve böylece yeni oluşan kemiğin beslenmesi ve metabolizmasınıdestekler 36,37. Bazı çalışmalar, gözenekli titanyum yüzeylerinde osteogenezi destekleyen sitokinlerin yukarı regülasyonunu da bildirmiş, bu da kemik entegrasyonunu geliştirme kapasitesinidaha da desteklemiştir 38,39.

Lomber interbody füzyonunda güncel uygulamalar
Üretim teknikleri ve tasarım konseptlerindeki gelişmelerle, 3D-pTi gövde arası kafesler TLIF, LLIF, ALIF ve diğer bel füzyon prosedürlerinde giderek daha fazlabenimsenmiştir 19,40,41. Ancak, mevcut klinik kanıtlar büyük ölçüde nispeten küçük örneklem büyüklükleri ve kısa takip süreleriyle tek merkezli çalışmalardan elde edilmiştir. Ayrıca, karşılaştırıcı malzemeler ve cerrahi tekniklerde önemli bir heterojenlik vardır ve çökme oranları, yeniden ameliyat oranları ve segmental sagittal hizalama iyileşmeleriyle ilgili bulgular çalışmalar arasında tutarsız kalır.

3D-pTi için biyomekanik ve biyolojik kanıtlar

Biyomekanik simülasyonlar ve in vitro mekanik testler
Sonlu eleman analizleri ve in vitro mekanik testler, 3D-pTi kafeslerinin gözenekliliği ve kafes mimarisini uyarlayarak etkili elastik modülü kortikal veya söyken kemiğe daha yakın bir aralığa indirebileceğini ve yeterli mekanik gücü koruyabileceğini ve böylece stres korumasını potansiyel olarakazaltabileceğini göstermektedir 42,43. Zhang ve ark. ek olarak üretilen gözenekli bel kafeslerini analiz etti ve geleneksel katı tasarımlara kıyasla gözenekli konfigürasyonların hem uç plaka gerginliğini hem de kafes gerginliğini azalttığını ve yük dağılımınıiyileştirdiğini bildirdi. Zou ve ark. ayrıca kafes sertliğini azaltmanın çeşitli yükleme koşullarında zirve end plaka stresini önemli ölçüde azalttığını ve bunun çökme riskiniazaltabileceğini göstermiştir 45.

Biyomimetik Voronoi kafesi içeren gözenekli titanyum kafesleri geleneksel kafes yapılarıyla karşılaştıran yakın tarihli bir sonlu eleman analizi (FEA) Voronoi tasarımının segmental hareket aralığında yaklaşık %50 ve kafes/uç plaka gerilimlerinde %40–%60 ek azalma sağlayabileceğini göstermiştir; bu da uygun üç boyutlu kafes mimarisinin "stabilite" ile "gerilim azaltma" arasında daha elverişli bir denge sağlayabileceğini öne sürmektedir46. Malzeme açısından, 3D baskılı gözenekli Ti-6Al-4V alaşımının (Ti6Al4V) etkin elastik modülü, kortikal kemikin modülüne yaklaşır ve ön omuriliğin fizyolojik yük özelliklerine toplutitanyum 47'ye göre daha iyi uyum sağlar. 3D baskılı kafesler arasında kafes topolojisi ve gözeneklilik tasarımındaki önemli değişkenlik göz önüne alındığında, nicel biyomekanik bulgular belirli yapısal bağlamlar içinde yorumlanmalıdır. Buna göre, literatürün temsil edici nicel biyomekanik parametreleri, farklı 3D baskılı gözenekli titanyum kafesler üzerinde yapısal tasarım özellikleri ve mekanik performansın karşılaştırılmasını kolaylaştırmak için Tablo 1'de özetlenmiştir (26,48,49,50,50,51,52,53,54).

Büyük hayvan bel füzyon modelleri
Olgun bir koy bel füzyon modelinde, McGilvray ve ark. ön yaklaşımla L2–3 ve L4–5'e implante edilen üç tip kafes—PEEK, plazma püskürtülmüş titanyum ve 3D-pTi—karşılaştırdı ve takip 8 –16 haftada yapıldı. 3D-pTi grubundaki segmentlerde hareket aralığı belirgin şekilde azalmış ve hem kemik hacmi fraksiyonu hem de kemik-implant teması PEEK grubuna göre belirgin şekilde daha yüksekti. Gözenekli yapı içinde kapsamlı yeni kemik ve damar büyümesi gözlemlenmişken, PEEK kafesleri ağırlıklı olarak lifli dokuile çevriliydi 49. Ancak, implant yüzeyi özelliklerindeki farklılıklar ve gruplar arasında aynı greft koşullarının olmaması bu bulgular yorumlanırken dikkate alınmalıdır. Benzer bir dişi modelinde, Laratta ve ark. doğrudan "kemik grefti olmadan 3D-pTi" ile "PEEK'in iliak kret otografti kombinasyonu" ile karşılaştırdı ve 3D-pTi'nin 4 ve 8 haftalarda üstün kemik hacmi fraksiyonu ve kemik bağları elde ettiğinibuldular. Greft takviyesi ve erken değerlendirme zaman noktalarındaki asimetri göz önüne alındığında, bu sonuçların doğrudan kafes yapısına atfedilmesi dikkatli olmalıdır.

Lateral bel füzyon modeli kullanarak, Walsh ve ark. ayrıca 3D baskılı titanyum kafeslerinin güvenli bir şekilde stabil segmental sertlik ve güvenilir radyografik füzyon sağladığını, LLIF56 gibi prosedürlerde uygulandıklarını desteklediğini bildirmiştir. Özellikle, cerrahi yaklaşım, yükleme koşulları ve son nokta tanımlarındaki çalışmalar arasındaki farklılıklar, katı çapraz model karşılaştırmalarını sınırlamaktadır. Gözenekli biyoaktif titanyumun önceki köpek ve koy çalışmaları, iyi bir bağlantı ile yaklaşık 300–600 μm gözenek boyutlarının sağlam kemik büyümesini indükteedebileceğini göstermiştir 57. Bu bulgular, biyolojik entegrasyonun başlıca belirleyicileri olmaktan ziyade, gözenek mimarisi ve yüzey özelliklerinin, kendisi ekleme üretimi olmaktan ziyade olabileceğini göstermektedir. Toplu olarak, büyük hayvan modelleri deneysel koşullarda gözenekli titanyum yapılarının kemik-implant etkileşimini artırma potansiyelini desteklese de, hayvan türleri, cerrahi teknik, greft kullanımı ve sonuç değerlendirme yöntemlerindeki değişkenlik, doğrudan ekstrapolasyonu klinik füzyon performansına sınırlandırır.

Hücresel ve moleküler kanıtlar
Hücresel ve moleküler düzeyde yapılan in vitro çalışmalar, 3D-pTi'nin olumlu osseointegrasyonunun biyolojik temelini aydınlatmaya yardımcı olmuştur. 3D baskılı gözenekli Ti6Al4V, pürüzlü bir yüzey ve birbirine bağlı üç boyutlu gözenekağı sergiler. Düzgün titanyum veya PEEK ile karşılaştırıldığında, bu malzemenin osteoblastların ve mezenkimal kök hücrelerin yapışma, yayılma ve çoğaltmasını daha etkili desteklediği ve alkali fosfataz ve osteopontin gibi osteojenik belirteçleri yukarı regülasyonla desteklediği gösterilmiştir; böylece kalsiyumbirikimini teşvik eder 59. In vitro deneyler, trabeküler kemik taklit yapan kafes tasarımlarına sahip 3D-pTi iskelelerinde hücrelerin kafes destekleri boyunca hizalandığını, belirgin stres lifleri ve mineralizasyon bantlarının oluştuğunu, osteojenik farklılaşma seviyesinin PEEKkontrollerinde gözlemlenenle karşılaştırılabilir veya hatta daha iyi olduğunu göstermektedir. Hayvan çalışmaları da gözenekli titanyumun yüksek kemik hacmi fraksiyonu ve geniş doğrudan kemik-kafes teması37 elde edebildiğini göstermektedir. Bir arada, bu bulgular gözenekli titanyumun kemik entegrasyonunu geliştirmiş mekanik uyumluluk ve kemik oluşumu için elverişli bir mikroortam kombinasyonuyla geliştirebileceğini, lifli kapsülasyonu azaltabileceğini ve stabil kemik entegrasyonunu teşvik edebileceğini göstermektedir.

3D baskılı gözenekli titanyum kafeslerin tasarım heterojenliği
Sıklıkla tek bir implant kategorisi olarak tartışılsa da, 3D baskılı gözenekli titanyum kafesler yapısal tasarım parametrelerinde önemli bir heterojenlik gösterir. Gözeneklilik dağılımı, kafes topolojisi, gözenek boyutu, yüzey modifikasyon stratejileri ve katkı üretim tekniklerinde farklılıklar mevcuttur. Bu tasarım farklılıkları doğrudan elastik modülü, yük transfer davranışını, kemik büyüme potansiyelini ve implant-uç plaka etkileşimlerini etkiler. Örneğin, uniform kafes yapıları öncelikle küresel modül indirgemesini hedeflerken, gradyan veya biyomimetik mimariler gerilim dağılımını ve biyolojik entegrasyonu daha da optimize edebilir. Benzer şekilde, yüzey mikro- veya nano-doku işlemenin, hacimli gözeneklilik özelliklerinden bağımsız olarak hücresel bağlantı ve osseoentegrasyonu geliştirdiği gösterilmiştir. Bu nedenle, çalışmalar boyunca bildirilen biyomekanik ve klinik sonuçlar, gözlemlenen faydaların tüm 3D baskılı gözenekli titanyum implantlara eşit şekilde atfedilmesi yerine, belirli kafes tasarım parametreleri bağlamında yorumlanmalıdır.

3D-pTi kafeslerinin klinik performansı ve uygulaması
Farklı bel füzyon tekniklerinde 3D baskılı gözenekli titanyum kafeslerin güvenliği ve etkinliğini değerlendiren temsili klinik çalışmalar, Tablo 2'de özetlenmiştir. Radyografik füzyon sonuçlarının bağlamsal yorumlanmasını kolaylaştırmak için, her çalışmada kullanılan greft malzemeleri de füzyon biyolojisi üzerindeki potansiyel etkileri göz önünealınarak rapor edilmiştir 62,63,64,65,66.

Endikasyonlar ve cerrahi senaryolar
3D-pTi kafesleri, birden fazla bel arası füzyon tekniğinde uygulanmıştır, ancak klinik uygulamaları birkaç özel senaryoda daha sık rapor edilmiştir. İlk olarak, sağlam ön kolon desteği ve büyük bir uç plaka temas alanı gerektiren LLIF ve ALIF prosedürlerinde yaygın olarak kullanılırlar. İkinci olarak, önceki füzyon başarısızlığı veya kemik kalitesi düşük olan hastalarda genellikle revizyon ameliyatı için seçilir; bu yöntem, kemik büyümesini artırmak ve başarılı füzyon olasılığını artırmak amacıyla yapılır. Üçüncü olarak, cerrahların omurgalar arası boy kaybı riskini azaltmaya çalışırken deformite düzeltme ile füzyon kalitesi arasında dengeyi korumaya çalıştığı çok katmanlı dejeneratif hastalıklarda uygulanmıştır.

Füzyon oranları ve radyografik sonuçlar
Birden fazla karşılaştırmalı çalışma ve sistematik inceleme, 3D-pTi kafeslerinin PEEK veya geleneksel katı titanyum kafeslere göre bel füzyon oranları ve radyografik füzyon özellikleri açısından avantaj sağlayabileceğini göstermektedir. Patel ve ark. ise in vitro, hayvan ve insan verilerini içeren yedi karşılaştırmalı çalışmanın sistematik bir incelemesini yaptı; bunların içinde 299 insan denek bulundu. Bu çalışmaların altısı, füzyon veya kemik-implant bağlanma kalitesi ve çökme ile ilgili sonuçlar açısından PEEK'e göre 3D-pTi'yi tercih etti, revizyon oranlarında belirgin bir artışolmadı. Bu eğilim birkaç prospektif klinik araştırmada da gözlemlenmiştir.

Tek kör randomize kontrollü bir çalışmada, araştırmacılar 3D baskılı mikro-nano dokulu gözenekli titanyum kafesleri (3DPPT) bir ila iki seviyeli TLIF'teki PEEK kafesleriyle karşılaştırdılar. 3DPPT grubu, altı ayda erken füzyon başarı oranının daha yüksek olduğunu gösterdi ve bu da füzyonun hızını ve kalitesini hızlandırmada potansiyel bir avantajolduğunu gösteriyor 18,68.

Ön ve lateral yaklaşımlar için, tek merkezli retrospektif bir kohort çalışması, ALIF/LLIF prosedürlerinde 3D-pTi kafeslerinin kullanımının, 1 yıllık BT takibinde yardımcı rekombinant insan kemik morfogenetik protein–2 (rhBMP-2)17 olmadan neredeyse %100 segmental füzyon sağladığını bildirdi. Başka bir LLIF çalışması, gözenekli 3D baskılı titanyum kafeslerin, geleneksel dişli titanyum kafeslere kıyasla daha yüksek ön vücut arası kemik köprüleme oranı ve faset hareketinin daha fazla kısıtlanması ile ilişkiliolduğunu buldu 69. Prospektif karşılaştırmalı bir çalışmada, Deng ve ark. 3D baskılı titanyum kafeslerin kemik-implant arayüzü temasının, füzyon alanında daha yüksek kemik yoğunluğunun ve daha olumlu çökme derecelendirmesinin PEEK'e göre daha uygun olduğunu bildirdi; ancak ağrı puanları ve fonksiyonel sonuçlardaki farklılıklar istatistiksel olarak anlamlıdeğildi 68. Birçok çalışma olumlu radyografik füzyon sonuçları bildirse de, bu bulgular çalışma tasarımı sınırlamaları, greft kullanımındaki değişkenlik ve görüntüleme değerlendirme kriterlerindeki farklılıklar ışığında dikkatli yorumlanmalıdır. Genel olarak, mevcut kanıt tabanı heterojen olmaya devam etmekte ve ağırlıklı olarak nispeten küçük, rastgele olmayan kohortlardan türetilmektedir.

Füzyon değerlendirmesinde metodolojik hususlar
Preklinik ve klinik çalışmalar arasında füzyon sonuçlarının doğrudan karşılaştırılması, önemli metodolojik heterojenlik nedeniyle dikkatli yorumlanmalıdır. Greft malzemeleri, kafes boyutları, cerrahi teknikler ve çalışma sonları arasındaki farklılıklar, bildirilen sonuçları önemli ölçüde etkileyebilir ve füzyon sonuçlarının yalnızca kafes tasarımına atfedilmesinizorlaştırabilir 10,70. Özellikle, otograft, allograft, demineralize kemik matrisi (DBM) veya kemik morfogenetik proteinleri (BMP) gibi biyolojik artırma stratejileri bağımsız olarak füzyon oranlarını artırabilir ve bu nedenle implant performansının değerlendirildiğinde önemli bir karıştırıcı faktöroluşturur 71.

Ayrıca, füzyonun radyografik değerlendirmesi teknik olarak hâlâ zordur. Titanyum implantlarıyla ilişkili metalik artefaktlar, kafes içindeki kemik oluşumunun görselleştirilmesini engelleyebilir ve bu da füzyonun küçümsemesine yol açabilir. Buna karşılık, mineralize greft materyalleri veya kalıntı kemik ikamelerini görüntülemede yeni oluşan kemiklerden ayırt etmek zor olabilir ve bu da füzyon oranlarının aşırı tahmin edilmesine yol açabilir. Gelecekteki çalışmalar, füzyon değerlendirmesinin güvenilirliğini ve yorumlanabilirliğini artırmak için standartlaştırılmış görüntüleme protokolleri ve histolojik veya biyomekanik değerlendirme gibi tamamlayıcı değerlendirme yöntemlerinden fayda görebilir.

Çökme ve güvenlik sonuçları
Omurga uç plakasının çökmesi, lomberfüzyon 72'nin uzun vadeli başarısını etkileyen temel komplikasyonlardan biridir. Lateral yaklaşımlar için, 2024 sistematik incelemesi ve LLIF'in meta-analizi, üç çalışma ve 265 hastayı (toplamda 441 segment) kapsayan, 3D-pTi grubunda genel çökme oranlarının PEEK grubuna göre anlamlı şekilde daha düşük olduğunu (oran oranı [OR] ≈0,25) ve şiddetli çökmede belirgin bir azalma (OR ≈ 0,17)69 bildirildi. 3D-pTi kafesleri kullanan erken tek kollu LLIF serilerinde, segmental çökme oranları yaklaşık %8'di ve segmentlerin sadece yaklaşık %1,8'i ciddi çökme için yeniden ameliyat gerektirdi; bu, katı titanyum veya PEEKkafesleri 73 için daha önce bildirilen oranlardan daha elverişli görünüyor.

TLIF ortamında, çeşitli kohort ve veri tabanı çalışmaları, 3D-pTi kafeslerininpseudarthrosis 74 ile ilgili yeniden ameliyat riskini azaltabileceğini göstermektedir. Levy ve ark. 3D-pTi kafeslerle yapılan TLIF'te, gözeneksiz PEEK kafeslerine kıyasla pseudarthrosis kaynaklı yeniden ameliyat oranlarının daha düşük olduğunu belirtti, ancak mutlak fark küçüktü ve uzun vadeli takip ile doğrulamagerektiriyor 41. Büyük bir Amerika Birleşik Devletleri idari veritabanından elde edilen gerçek dünya verileri, PEEK ile 3D baskılı titanyum kafeslerini lomber ve lumbosakral füzyonda karşılaştıran verilerde, her iki grubun da 3 ve 12 ay içinde düşük kümülatif reektif ve revizyon oranlarına sahip olduğunu (yaklaşık %1–%2) gösterdi ve gruplar arasında önemli farklaryoktu41.

Bugüne kadar, 3D-pTi kafeslerinin yeni materyal spesifik ciddi komplikasyonlarla ilişkili olduğuna dair ikna edici bir kanıt yoktur. Radyografik artefaktlar hâlâ dikkate alınmaya devam etse de, gözenekli yapı geleneksel katı metal kafeslere kıyasla görüntüleme gizliliğini kısmen azaltabilir. Ancak, aşınma parçacıkları, metal iyon salınımı ve bitişik segment dejenerasyonuna dair yüksek kaliteli uzun vadeli veriler sınırlı kalmaktadır ve gelecekteki araştırmaların odak noktası olmalıdır.

Hastaya özgü implantlar ve mevcut kanıtların sınırlamaları
"Hazır olan" standart boyutlu kafeslerin yanı sıra, ek üretim, bel arası füzyonda hastaya özgü implantların (PSI) keşfini mümkün kıldı. LIF için hastaya özgü 3D baskılı titanyum kafesler kullanılarak yapılan çok merkezli prospektif çalışmalarda, takip ağrı ve Oswestry Sabiliylik Indeksi (ODI) puanlarında önemli iyileşmeler ve tatmin edici füzyonoranları 18,75 gösterdi. Bu yaklaşımları geleneksel füzyon teknikleriyle karşılaştıran sistematik incelemeler, hastaya özgü 3D baskılı titanyum kafeslerin semptom hafifletme ve sağlıkla ilgili yaşam kalitesi açısından standart implantlardan en azından daha düşük olmadığınıgöstermiştir 76,77.

Ancak, mevcut çalışmaların çoğu tek kollu prospektif tasarımlar kullanmış ve standart 3D-pTi veya PEEK kafesleriyle doğrudan rastgele karşılaştırmalar yoktur; bu da bireysel tasarıma özgü artan faydayı ayırmayı zorlaştırmaktadır. Ağırlıklı olarak dejeneratif bel patolojisi olan hastalarda, 3D-pTi kafesleri potansiyel olarak daha iyi radyografik füzyon özellikleri sağlayabilir ve omurgalar arası yükseklik kaybı veya pseudarthrosis kaynaklı revizyon riskini azaltabilir; ancak artmış komplikasyon veya maliyet kanıtı olmadan. Buna rağmen, uzun vadeli klinik sonuçlar ve maliyet etkinliğindeki potansiyel avantajlar, uzun süreli takibi olan daha büyük randomize kontrollü çalışmalarda doğrulanmaya hak kazanmaktadır. Mevcut incelemenin kavramsal konumunu ve yeniliğini, yakın zamanda yayımlanmış kanıtsentezlerine göre netleştirmek için 78,79,80,81, temsil incelemelerin karşılaştırması Tablo 3'te özetlenmiştir.

Sınırlamalar ve gelecekteki araştırma yönleri
Kanıt kalitesi ve genellenebilirlikteki sınırlamalar
Preklinik ve erken klinik çalışmalarda bildirilen umut verici bulgulara rağmen, 3D-pTi beden arası kafesleri destekleyen genel kanıt seviyesi sınırlıdır. Çoğu klinik çalışma, tek merkezli, retrospektif veya küçük örneklemli prospektif kohortlardır ve takip süreleri genellikle 6–24 ay arasında değişir; sadece azınlık bir kısmı ileriye dönük denemeler veya sistematik derlemelerdenoluşmaktadır 65. Ayrıca, cerrahi yaklaşım (TLIF/LLIF/ALIF), birleşmiş seviyeler sayısı, spondilolistez veya deformite varlığı, otograft veya kemik morfogenetik proteinlerin kullanımı ve kafeslerin spesifik yapısal parametreleri açısından çalışmalar arasında önemli heterojenlik vardır.

Uç noktalar da tutarsızdır: bazı çalışmalar BT tabanlı Brantigan–Steffee füzyon gradasyonu veya bedenler arası kemik köprüsünü birincil sonuç olarak kullanırken, diğerleri çökme derecelendirmesi veya yeniden ameliyat oranlarını vurgular. "Çökme" için tanım ve derecelendirme kriterleri bile tekiz değildir. Sonuç olarak, mevcut veriler, sağlam nedensel çıkarımlar oluşturmak yerine sinyal düzeyindeki eğilimleri tanımlamak için daha uygundur. Görüntüleme açısından, titanyum implantlarıyla ilişkili metalik artefaktlar omurga radyolojisinde iyi tanınır ve BT görüntülemede kemik oluşumunun hassas değerlendirilmesiniengelleyebilir. Işin sertleşmesi ve saçılma etkileri, özellikle gözenekli yapılar içinde kemik–implant arayüzünü gizleyebilir. Büyük hayvan modellerinde, gözenekli titanyum yapıları görüntülemede radyoyoğun görünebilir ve bu da yeni oluşmuş kemiği implant kafesinden ayırt etmeyi zorlaştırır. Buna karşılık, kalıntı greft materyali veya mineralize kemik ikameleri de gerçek kemik köprüsünden ayırt etmek zor olabilir.

Bu görüntülemeyle ilgili faktörler, radyografik füzyon değerlendirmesinde belirsizlik yaratır ve gerçek füzyon durumunun ya az ya da fazla tahmin edilmesine yol açabilir. Bu değerlendirmeler, 3D-pTi kafeslerinin bildirilen radyografik avantajlarının, görüntüleme sınırlamaları ve çalışma tasarımındaki değişkenlik ışığında dikkatli yorumlanması gerektiğini öne sürmektedir.

Birleşik bir "optimal" malzeme ve yapısal tasarımın eksikliği
Malzeme ve yapısal mühendislik açısından bakıldığında, 3D-pTi'nin temel avantajı, gözeneklilik, gözenek boyutu ve kafes topolojisini ayarlayarak "özelleştirilebilir" elastik modül ve kemik büyüme kanalları elde edebilme yeteneğidir. Ancak, şu anda hangi gözeneklilik aralığının (örneğin %50–80), gözenek boyutu (ör. 300–600 μm) veya kafes tipinin (ör. Voronoi, oktet truss) bel uç plakalarının yükleme ortamı ve kemik kalitesi için en uygun olduğu konusunda bir uzlaşma yoktur. Önemli olarak, tek bir "optimal" iskele tasarımının olup olmadığı veya birden fazla yapısal konfigürasyonun farklı klinik koşullarda yeterli mekanik stabilitelik ve biyolojik entegrasyon sağlayıp sağlamayacağı belirsizdir. Son mekanik testler, yaklaşık %70 gözenekliliğe ve anatomik olarak uyumlu dış şekle sahip optimize edilmiş bir 3D-Ti kafesinin, çökmeye karşı direnci önemli ölçüdeartırabileceğini göstermektedir 26. Ancak, bu bulgular evrensel olarak genelleştirilebilir değil, modele özgü olarak yorumlanmalıdır.

Aynı zamanda, daha gözenekli bir yapı kemik büyüme potansiyelini artırırken, yorgunluk gücü ve uzun vadeli dayanıklılık konusunda da endişeler doğurur. Aşırı yüksek gözeneklilik yorgunluk direncini zayıflatabilir ve mikroçatlak oluşumu ile yapısal bozulma riskini artırabilirken, çok düşük gözeneklilik kemik büyümesi ve yük paylaşımı için olumsuz olabilir. Mevcut çalışmaların çoğu, sağlıklı hayvan modellerinde veya kemik kalitesi nispeten korunmuş hastalarda yapılmıştır. Osteoporoz, metabolik kemik hastalığı veya uzun süreli glukokortikoid kullanımı olan yaşlı bireyler için 3D-Ti tasarımlarının hastaya özgü şekilde ayarlanıp ayarlanmaması gerektiğini belirlemek için sistematik veri çok azdır. Gelecekteki araştırmalar, evrensel olarak optimal bir iskele mimarisi belirlemek yerine, belirli biyomekanik ve biyolojik bağlamlar için "uygun tasarım aralıkları" tanımlamaya odaklanmaktan fayda görebilir.

Ekonomik, düzenleyici ve uygulama zorlukları
Omurga implantlarının ek üretimi genellikle geleneksel standartlaştırılmış cihazlara kıyasla daha yüksek üretim maliyetleri ve daha yüksek teknik karmaşıklıkla ilişkilidir. Hastaya özel 3D baskılı implantlar ayrıca düzenleyici onay yolları, kalite kontrol gereksinimleri ve piyasa sonrası gözetim sorumluluklarıyla ilgili ek hususlar da getirir. Şu anda, lomber füzyonda 3D-pTi kafeslerinin maliyet-etkinliği veya maliyet-faydasını özellikle değerlendiren resmi sağlık ekonomik değerlendirmeleri sınırlı kalmaktadır. Mevcut gerçek dünya verileri, kısa vadeli hastaneye yatış maliyetleri ve perioperatif kaynak kullanımının genel olarak geleneksel implantlarla karşılaştırılabilir olduğunu göstermektedir; Ancak, sağlam uzun vadeli ekonomik analizler hâlâ eksik durumda. Ayrıca, 3D baskılı omurga implantları için geri ödeme politikaları ve rehber önerileri henüz sağlık sistemlerinde standartlaştırılmamıştır. Bu faktörler bir arada, daha geniş klinik benimseme tam olarak değerlendirilmeden önce daha net ekonomik değerlendirme ve düzenleyici çerçevelere ihtiyaç olduğunu vurgular.

Gelecekteki araştırmalar ve klinik çeviri için öncelikli alanlar
Preklinik ve erken klinik çalışmalar, 3D baskılı gözenekli titanyum kafeslerin potansiyel avantajlarını öne sürse de, mevcut kanıt tabanı heterojen ve uzun vadeli takip açısından sınırlı kalıyor. Gelecekteki araştırmalar, çalışmalar arasında karşılaştırılabilirliği artırmak için yapısal tasarım parametreleri ve sonuç tanımlarının daha standartlaştırılmış raporlanmasından fayda sağlayacaktır. Ayrıca, dayanıklılık, çökme davranışı ve fonksiyonel sonuçları netleştirmek için uzun vadeli klinik veriler ve uygun tasarlanmış karşılaştırmalı çalışmalar gerekecektir. Hastaya özgü implant tasarım stratejileri ve veri odaklı modelleme yaklaşımları dahil olmak üzere yeni teknolojiler, rutin klinik entegrasyonun düşünülmeden önce daha fazla doğrulama gerektiriyor.

Sonuçlar

3D baskılı gözenekli titanyum interbody kafesleri, bel füzyon cerrahisinde son teknolojik bir gelişmeyi temsil etmekte olup, preklinik ve erken klinik çalışmalarda araştırılmıştır. Mevcut kanıtlar, kafes mimarilerinin mekanik uyumluluğu ve kemik-implant etkileşimini belirli koşullar altında kolaylaştırabileceğini göstermektedir. Ancak, mevcut karşılaştırmalı veriler geleneksel titanyum, geleneksel PEEK ve ek üretimi PEEK kafesleriyle sınırlı ve heterojen kalır; bu da göreceli klinik performansa dair kesin sonuçlar alınmasını engellemektedir. Uzun vadeli dayanıklılık, maliyet etkinliği ve standartlaştırılmış sonuç değerlendirmesi daha fazla araştırma gerektirir. Şu anda, 3D-pTi kafesleri, mevcut birkaç interbody implant teknolojisi arasında bir seçenek olarak görülmelidir ve onların kesin klinik rolü gelecekteki yüksek kaliteli karşılaştırmalı araştırmalarla netleştirilmelidir.

figure-results-1
Şekil 1: 3D baskılı gözenekli titanyum interbody kafeslerinin tasarım prensipleri. Kontrollü gözeneklilik ve kafes mimarisi, elastik modülün söklöz kemiklere göre ayarlanmasını sağlar; bu da daha fazla fizyolojik yük transferini kolaylaştırır ve stres korumasını potansiyel olarak azaltır. Birbirine bağlı gözenekli ağ, kemik büyümesini ve vaskülarizatasyonunu destekleyebilir; bu da osseointegrasyonun iyileşmesine ve uzun vadeli implant stabilitesine katkıda bulunurken, kafes çökme riskini potansiyel olarak azaltabilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

BaşlıkÇalışmaYılÇalışma türüModelÖnemli bulgular
Guyer ve ark. (48)2016Biyomekanik hayvan çalışmalarıDomuz modeliGözenekli titanyum iskele vs PEEK vs allograftGözenekli titanyum iskele, kemik-implant arayüzü ve daha iyi osseointegrasyon göstermiştir.
McGilvray ve ark. (49)2018Karşılaştırmalı hayvan çalışmasıKoy lumber füzyon modeli (koyun)PEEK kafesi; Plazma püskürtülmüş gözenekli titanyum kaplamalı PEEK (PSP); 3D baskılı gözenekli titanyum alaşımı kafes (PTA)3D baskılı gözenekli titanyum alaşımlı kafesler, PEEK ve PSP kafeslerine kıyasla anlamlı şekilde daha fazla kemik büyümesi, hareket menzili azalması ve yapı sertliği arttı; bu da üstün osseoentegrasyon ve füzyon potansiyelini gösteriyor.
Carpenter ve ark. (50)2018Sonlu eleman analiziMikro-CT implant geometrisine dayalı hesaplamalı FE modeliGözenekli PEEK ile gözenekli 3D baskılı titanyum (Ti) implant yapılarıGözenekli PEEK, gözenekli titanyuma kıyasla batık kemikle yük paylaşımını anlamlı şekilde artırdı (örneğin, 4 hafta sıkıştırma altında ~%66 vs ~13% yük transferi) ve bitişik kemikte daha yüksek fizyolojik gerilimler oluşturdu; bu da kemik bakımı ve osseointegrasyonu için daha elverişli mekanik ortam olduğunu düşündürdü.
Zhang ve ark. (51)2020Kontrollü hayvan deneyiRhesus makak lomber interbody füzyon modeli (OLIF)3D baskılı gözenekli Ti6Al4V kafesi; Simvastatin/poloksamer 407 hidrojel ile doldurulmuş kafesler vs sadece hidrojel vs boş kafesGözenekli titanyum kafeslerdeki simvastatin yüklü hidrojel, kemik büyümesi, osteoblastik aktivite (PET/CT SUV), kemik hacmi fraksiyonu ve ROM'u önemli ölçüde artırdı; bu da omurga füzyonu ve mekanik stabilitede iyileşmeyi gösterdi.
Yee-Yanagishita ve ark. (52)2022In vitro biyomekanik mekanik testlerOmurga uç plakalarını simüle eden poliyuretan köpük blok modeliGözenekli titanyum kafes (gövde kafesi + mikro gözenekli uç plakalar); gözenekli PEEK kafesi; Kafes titanyum kafesiGözenekli titanyum kafes, gözenekli PEEK ve truss titanyum kafeslere kıyasla en yüksek blok sertliği ve en düşük dinamik çökme yer değiştirme ile en iyi çökme direncini göstermiştir; bu da kafes tasarımının çökmeyi önlemede sadece malzemeden daha büyük bir rol oynadığını gösterir.
Fogel ve ark. (26)2022Karşılaştırmalı preklinik çalışma (in vitro mekanik test + in vivo hayvan çalışması)Poliyuretan köpük blok çökme modeli (ASTM F2267) ve omuz bel arası füzyon modeli3D baskılı gözenekli Ti-6Al-4V kafes, stres optimize edilmiş gövde kafesi ve mikrogözenekli uç plakalar (Modulus XLIF)Gözenekli titanyum kafes tasarımı implant sertliğini azalttı, yüksek basma direnci gösterdi (blok sertliği ≈1976,8 N/mm) ve bir kuş modelinde ilerleyici kemik büyümesi ve füzyonu gösterdi; füzyon oranları 12. haftada %87,5, 26. haftada %100 oldu.
Xu ve ark. (53)2022In vitro + in vivo hayvan deneyiMC3T3-E1 osteoblast kültürü ve tavşan femoral defekti modeli3D baskılı gözenekli Ti6Al4V iskeleleri, içi boş altıgen prizmalı vs boş üçgen prizma gözenek yapılarıAltıgenal prizma gözenekli titanyum iskele, üçgen prizma yapısına kıyasla daha fazla hücre yapışması, daha yüksek ALP aktivitesi ve daha iyi kemik entegrasyonu ile yeni kemik oluşumu gösterdi.
Johnson ve ark. (54)2023Biyomekanik, μCT ve histomorfometri analizleriyle preklinik hayvan çalışmalarıOvine lumber interbody füzyon modeli (6 koyun; L2–L3 ve L4–L5)Ek olarak üretilen gözenekli Ti6Al4V kafes kafesleri: gövde kafesi vs gövde + yüzey kafesi tasarımıHer iki 3D baskılı gözenekli titanyum kafes tasarımı olumlu füzyon sonuçları elde etti; Vücut kafes kafesleri, yüzey kafeslerine göre kemik temasında belirgin şekilde daha yüksek ve genel füzyon performansı daha önce bildirilen PEEK kafeslerinden üstündü.

Tablo 1: Bel arası füzyonda kullanılan 3D baskılı gözenekli titanyum kafesler üzerinde temsil biyomekanik ve biyolojik çalışmaların özeti. Bu tablo, bel füzyon araştırmalarında kullanılan gözenekli veya 3D baskılı titanyum interbody kafeslerinin biyomekanik ve biyolojik performansını inceleyen temsili deneysel çalışmaları özetlemektedir. Dahil edilen çalışmalar sonlu eleman analizlerini, in vitro mekanik testleri, hücresel deneyleri ve preklinik hayvan füzyon modellerini kapsamaktadır. Bildirilen sonuçlar arasında implant sertliği, çökme direnci, kemik-implant teması, kemik büyümesi ve füzyon ile ilişkili biyomekanik stabilite yer almaktadır. Bu çalışmalar birlikte, gözenekli titanyum yapılarının yük dağılımını optimize etmede, gerilim korumasını azaltmada ve osseoentegrasyonu teşvik etmede potansiyel avantajlarını destekleyen mekanik kanıtlar sunmaktadır. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

ÇalışmaYılYaklaşımÇalışma tasarımıÖrneklem büyüklüğüDevamRadyografik sonuçlarKarşılaştırıcı
Adl Amini D. ve diğerleri (62)2021LLIFGeriye dönük karşılaştırmalı113 hasta (186 seviye)6–12 ayŞiddetli çökme: %3,0 (Ti) vs %18,5 (PEEK)3D baskılı Ti vs PEEK
Corso KA.  ve diğerleri (63)2022ALIF / PLIFRetrospektif betimleyici kohortHer grup için 93 hasta6 ayRevizyon: %0 (Ti) vs %0,5 (PEEK)3D baskılı Ti vs PEEK
Alan N.  et al (64)2023LLIFEğilim eşleştirmesi ile retrospektif kohort97 vs 97 seviyeleri12 ayÇökme: %27 vs %8pTi vs PEEK
Segi N.  ve diğerleri (65)2023XLIFGeriye dönük karşılaştırmalı çalışma32 hasta3 ayVEC: %8 vs %453D baskılı Ti vs PEEK
Donaldson C.  ve diğerleri (66)2024ALIF / LLIFRetrospektif kohort50 hasta (66 seviye)12 ayÇökme %3,03Yok (tek kol)

Tablo 2: Bel arası füzyonda 3D baskılı gözenekli titanyum kafeslerin güvenliği ve etkinliğini değerlendiren temel klinik çalışmalar. Bu tablo, lateral bel interbody füzyonu (LLIF), ön bel beden füzyonu (LLIF), ön bel interbody füzyonu (ALIF), posterior lumber interbody füzyon (PLIF) ve aşırı lateral interbody füzyon (XLIF) gibi gözenekli veya 3D baskılı titanyum interbody kafesleriyle ilişkili radyografik ve klinik sonuçları inceleyen temsilli klinik çalışmaları özetlemektedir. Tablo, çalışma tasarımı, örneklem büyüklüğü, takip süresi ve kafes çökmesi, omurga uç plaka kist oluşumu ve revizyon oranları gibi başlıca radyografik sonuçları rapor eder. Hem karşılaştırmalı çalışmalar (gözenekli titanyum vs PEEK kafesleri) hem de tek kollu klinik seriler dahil edilmiştir; böylece implant stabilitesi ve kısa vadeli güvenlik ile ilgili güncel klinik kanıtların genel bir özetini sunar. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

HayırYazarYılİnceleme Türüİnceleme OdağıBiyomekanikKlinik sonuçlarTasarım / üretimKavramsal çerçeve
1Duan Y (78)2024Sistematik inceleme ve meta-analiz3D baskılı Ti ile PEEK kafeslerinin klinik karşılaştırmasıHayırEvetSınırlıHayır
2Pairojboriboon S (79)2024Ağ meta-analiziFarklı kafes malzemeleri arasında füzyon sonuçlarıHayırEvetSınırlıHayır
3Lee JJ (80)2025Anlatı incelemesiTitanyum kafeslerin ve 3D baskı teknolojisinin tarihsel evrimiSınırlıSınırlıEvetHayır
4Bu inceleme/Anlatı bütünleştirici inceleme3D baskılı gözenekli titanyum kafeslerin tasarım ilkeleri, biyomekanik performans, osseoentegrasyon ve klinik sonuçların mekanik senteziEvetEvetEvetEvet

Tablo 3: 3D baskılı titanyum gövde arası kafesler üzerine son incelemelerin karşılaştırılması ve mevcut incelemenin kapsamı. Bu tablo, 3D baskılı titanyum interbody kafesleri üzerine yapılan temsilli yakın tarihli incelemeleri mevcut incelemeyle karşılaştırmaktadır; inceleme türü, birincil araştırma odağı ve tematik kapsama açısından. Değerlendirilen temel unsurlar arasında incelemelerin biyomekanik mekanizmaları, klinik sonuçları, implant tasarımı ve katkıcı üretim prensiplerini ele alıp almadığı ile mühendislik ile klinik perspektifleri entegre eden daha geniş kavramsal çerçeveler yer almaktadır. Bu karşılaştırma, biyomekanik, biyolojik ve klinik kanıtları entegre ederek daha kapsamlı bir kavramsal sentez sağlayan mevcut incelemenin genişletilmiş kapsamını vurgulamaktadır. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Açıklamalar

Tüm yazarlar, bu çalışmanın tasarımı, analizi veya yayımlanmasıyla ilgili çıkar çatışmaları olmadığını belirtir. Bu makaleyle ilgili hiçbir finansal ilişki, danışmanlık rolü, patent başvurusu veya diğer rekabet eden çıkarlar bulunmamaktadır. Kavramsallaştırma: Peng Sun ve Kai Su; Literatür incelemesi: Kai Su; Yazım—orijinal taslak: Kai Su; Yazım—inceleme ve düzenleme: Peng Sun; Denetim: Peng Sun.

Teşekkürler

Yazarlar, literatür arama, veri organizasyonu ve akademik tartışmalarda destek sağlayan meslektaşlarına içten takdirlerini sunarlar. Ayrıca, bu çalışmanın sorunsuz bir şekilde tamamlanmasını sağlayan destekleyici bir araştırma ortamı ve idari yardım sunduğu için kurumumuza teşekkür ediyoruz. Dil düzenlemesi ve el yazmasının cilalanmasında üretken yapay zeka kullanılmıştır. Yazarlar, eserin içeriği ve yorumundan tam sorumluluğu üstlenir.

Kaynaklar

  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).

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

3 Boyutlu Yazdırılmış TitanyumEklemeli İmalatKemik İçi BüyümeOsseointegrasyonSegmental StabiliteOsteoblast AdhezyonuStres PerdelemeBiyomekanik Gerekçe
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.