محدودیت استفاده از کیج‌های تیتانیومی مدول الاستیسیته بسیار بیشتر آنها به نسبت بافت استخوان‌های کورتیکال و اسفنجی (0.05–30 GPa) است که باعث می‌شود برای استفاده به عنوان کیج فیوژن در مهره‌های تحت بارگذاری به دلیل ایجاد پدیده استرس شیلندینگ و تحلیل رفتن استخوان‌های اطراف، نا‌مناسب باشند. یک راه‌حل ممکن، ساخت کیج‌های تیتانیومی متخلخل است، از این طریق می‌توان تا مقدار زیادی مدول الاستیسیته ظاهری کیج‌ را کاهش داده و به بافت طبیعی استخوان نزدیک کرده و میزان استرس شیلدینگ را به حداقل رساند. به علاوه مزیت بالقوه کیج متخلخل ستون فقرات ساخته شده از تیتانیوم شرایط مشابه ساختاری آن‌ها با استخوان‌های اسفنجی است که شبکه متخلخل باز و پیوسته‌ای مناسب برای رشد و شکل گیری بافت استخوان فراهم می‌کند که باعث عدم نیاز به استفاده از پیوند استخوانی خواهد شد.

روش‌های ساخت مرسوم و سنتی، شرایط کنترل میزان و ساختار تخلخل را فراهم نمی‌کنند. اسکفلد‌های ساخته شده با این روش‌ها عموما به دلیل تخلخل و پیوستگی کم و نامناسب، رشد استخوانی محدود و خون رسانی ضعیفی در مناطق میانی دارند. اخیرا چند روش مدل‌سازی سریع (Rapid Prototype) برای ساخت ایمپلنت‌های تیتانیومی با ساختار متخلخل توسعه یافته‌ و ارائه شده‌اند. روش تولید افزودنی امکان ساخت پروتز‌‌های متخلخل با قابلیت کنترل ساختار داخلی را  فراهم می‌کند و به کمک این قابلیت شرایط ساخت داربست‌هایی با تخلخل مناسب برای رشد بافت استخوانی را ایجاد می‌کند.

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

استفاده از کیج‌های بین مهره‌ای از جمله کیج تیتانیومی ستون فقرات روشی رایج در درمان بیمار‌ان دچار اختلالات ستون فقرات از جمله آسیب دیسک بین مهره‌ای و ناپایداری ستون فقرات است. پیوند استخوان ایلیاک گرفته شده از خود بیمار می‌تواند اولین راه حل مورد استفاده برای فیوژن مهر‌ه‌ای ستون فقرات باشد اما به دلیل استحکام مکانیکی پایین پیوند تخریب ‌شده و همچنین مشکلات ثانویه در محل برداشت بافت استخوان از جمله شکستگی استخوان، آسیب عروق خونی و درد مزمن را در پی خواهد داشت. از همین رو در سال ۱۹۸۸ برای برطرف کردن محدودیت‌های فیوژن به وسیله پیوند استخوانی گرفته شده از خود فرد به تنهایی، کیج‌های بین مهره‌ای ستون فقرات معرفی و به تدریج به روش رایج درمان این بیماری‌ها تبدیل شدند.

کیج‌های ساخته شده از مواد ترموپلاستیک با قابلیت‌های بالا از جمله PEEK به دلیل مدول الاستیسیته مشابه‌شان با استخوان به فراوانی مورد استفاده قرار‌گرفته‌اند . با وجود نتایج درمانی مناسب معالجه به وسیله کیج‌های PEEK ،این نوع کیج‌ها دارای حفره‌ای هستند که برای پر کردن با گرفت استخوانی جهت تکمیل فیوژن مهره‌ها استفاده می‌شود. این مساله عمل بازسازی را نیازمند انجام فرآیند اضافی برداشت استخوان به ویژه در بیماران دچار پوکی‌ استخوان یا عفونت در محل قرارگیری کیج خواهد کرد.

تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V شرایط بهتری از نظر رشد و چسبندگی استخوانی در محیط آزمایشگاه به نسبت PEEK ایجاد می‌کند از همین رو این آلیاژ به دلیل فراهم کردن شرایط بهتر برای رشد استخوانی می‌تواند ماده بهتری برای استفاده به عنوان کیج باشد.

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”

کیج‌های بین مهره‌ای ستون فقرات ساخته شده از پلی‌اتر ‌اتر کتون (PEEK) از گذشته به صورت گسترده در درمان اختلالات ستون فقرات استفاده می‌شوند هرچند این کیج‌ها به خوبی با بافت استخوانی اطراف یکپارچه نمی‌شوند و رشد استخوانی مناسبی ایجاد نمی‌کنند. آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V نسبت به PEEK رشد استخوانی بهتری را نشان می‌دهد اما محدودیت کیج‌ تیتانیومی ستون فقرات کاملاً جامد، مدول الاستیسیته بسیار بیشتر آن‌ها (110 GPa) به نسبت مدول الاستیسیته استخوان طبیعی (0.5-30 GPa) است.

در این مقاله کیج تیتانیومی متخلخلی به روش ساخت افزودنی ارائه شده که نسبت به کیج‌های تیتانیومی مرسوم مدول الاستیسیته کمتری دارد و کارآیی آن از نظر همجوشی مهره‌ها (فیوژن – Fusion) با کیج PEEK در آزمایش پیش‌بالینی فیوژن مهره گردنی گوسفند مقایسه شده‌است .

کیج تیتانیومی ارائه شده ساختاری متخلخل یکپارچه و به هم پیوسته با درصد تخلخل 68% و با اندازه تخلخل 710 μm داشته و مدول الاستیسیته (2.5 GPa) آن به بافت استخوان نزدیک است. بعد کاشت این کیج در بدن، روند رشد بافت استخوانی تسریع یافته و بدون استفاده از پیوند استخوانی، نسبت حجمی استخوان را به شرایط مشابه شش ماه پس از قرار‌گیری کیجی از جنس PEEK می‌رساند.

به علاوه در ارزیابی‌ها مشاهده شده که این کیج رشد استخوانی بسیار بیشتری (تا ۱۰ برابر) به نسبت کیج‌ PEEK ایجاد می‌کند و همچنین از نظر مکانیکی به میزان قابل ملاحظه‌ای پایداری بهتری دارد که توسط آزمایش‌های بیومکانیکی نشان داده شده است. کیج تیتانیومی متخلخل تولید شده به روش ساخت افزودنی شرایط رشد سریع تر استخوان را فراهم می‌کند و به علاوه از نظر اتصال استخوان به پروتز و پایداری مکانیکی نسبت به کیج‌های PEEK رایج برتری دارند و از همین رو پتانسیل زیادی برای استفاده کلینیکی دارد.

“نقل مطالب با ذکر منبع بلامانع است”