骨折是常見(jiàn)的骨科疾病,其術(shù)后延遲愈合或不愈合發(fā)病率較高。過(guò)去數(shù)十年中,一系列體外和體內(nèi)研究表明鎂基植入物的應(yīng)用可以改善手術(shù)治療結(jié)果。與傳統(tǒng)骨科金屬材料相比,可降解鎂及其合金具備的顯著優(yōu)勢(shì)包括:與皮質(zhì)骨相近的彈性模量,降解產(chǎn)物的促成骨效應(yīng),較低的再手術(shù)(植入物取出術(shù))風(fēng)險(xiǎn),以及作為鎂元素補(bǔ)充來(lái)源對(duì)肌骨系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)等。然而,亦有研究表明鎂離子的持續(xù)釋放可能在局部骨修復(fù)中產(chǎn)生潛在負(fù)面效應(yīng),這提醒研究者需要對(duì)鎂基材料的合理臨床應(yīng)用進(jìn)行更深入的評(píng)估。 最近,德國(guó)Helmholtz-Zentrum Hereon的Regine Willumeit-R?mer教授課題組采用大鼠外固定截骨模型進(jìn)行了一項(xiàng)探索性臨床前研究,驗(yàn)證了髓內(nèi)可降解純鎂植入物(圓柱形,直徑1.2 mm,長(zhǎng)度5.0 mm)促進(jìn)股骨骨折愈合的作用,并分析了多個(gè)解剖部位在術(shù)后第12周的骨組織礦化情況。影像學(xué)研究表明,鎂植入物的應(yīng)用改善了股骨骨折的愈合結(jié)果。此外,本文揭示了鎂植入物在體內(nèi)對(duì)全身骨組織礦化狀態(tài)的復(fù)雜調(diào)控效應(yīng)。 研究采用了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分組,分別為接受髓內(nèi)純鎂植入物和骨折外固定的實(shí)驗(yàn)組,與僅接受骨折固定但無(wú)髓內(nèi)植入物的對(duì)照組。手術(shù)和分組設(shè)計(jì)如文章圖1所示。實(shí)驗(yàn)采用雌性Sprague-Dawley大鼠,經(jīng)腹腔注射誘導(dǎo)全身麻醉后進(jìn)行手術(shù),在隨訪期間密切監(jiān)測(cè)一般狀態(tài)、切口并發(fā)癥及肢體活動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可在術(shù)后第一天恢復(fù)四肢負(fù)重活動(dòng),隨訪至術(shù)后第12周未發(fā)現(xiàn)皮下氣腫或軟組織感染征象。術(shù)后第12周取材后,對(duì)多個(gè)解剖部位的骨組織樣本進(jìn)行了基于micro-CT的定量評(píng)估,分析部位如圖2所示。 圖1 手術(shù)設(shè)計(jì)和分組:(a) 術(shù)前完整股骨;(b) 通過(guò)截骨制備股骨骨折模型;(c) 實(shí)驗(yàn)組接受髓內(nèi)植入物和骨折外固定; (d) 在對(duì)照組中僅進(jìn)行骨折外固定。 圖2 影像學(xué)定量分析解剖部位:(a-e)手術(shù)側(cè)股骨,(f-j)對(duì)側(cè)股骨;(k-m)第3腰椎;(n-r)肱骨。 為對(duì)骨折愈合結(jié)果進(jìn)行組間比較,文章進(jìn)行了骨折區(qū)域的三維和二維影像學(xué)評(píng)估(圖3)。在三維評(píng)估中,骨折近端和遠(yuǎn)端通過(guò)皮質(zhì)骨橋接恢復(fù)連續(xù)性者,定義為穩(wěn)定愈合(stable union);當(dāng)近端和遠(yuǎn)端僅通過(guò)髓內(nèi)區(qū)域建立骨性連接、而未形成有效髓外皮質(zhì)橋接時(shí),定義為不穩(wěn)定愈合(unstable union);如術(shù)后12周時(shí)骨折端未形成骨性連接,定義為不愈合(Non-union)。二維評(píng)估中,根據(jù)密度閾值繪制了截骨水平皮質(zhì)區(qū)域顏色映射偽彩圖,以模擬和改良RUST評(píng)估模式,用于對(duì)皮質(zhì)骨橋接狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分。三維評(píng)估表明,術(shù)后第12周鎂植入物組總體愈合結(jié)果優(yōu)于對(duì)照組。在對(duì)照組中發(fā)現(xiàn)不愈合病例,且不穩(wěn)定愈合例數(shù)高于鎂組。二維影像分析表明,鎂植入物組的皮質(zhì)骨橋接情況亦優(yōu)于對(duì)照組。然而,單純應(yīng)用基于顏色映射改良的評(píng)分系統(tǒng),無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分較低分?jǐn)?shù)樣本的愈合結(jié)果。 圖3 骨折愈合的影像學(xué)分析:(a-i)三維愈合結(jié)果評(píng)估和二維皮質(zhì)骨橋接評(píng)分示意圖;(j-l)骨折愈合和皮質(zhì)骨橋接評(píng)分結(jié)果。 文章進(jìn)一步對(duì)不同部位骨組織樣本的礦化狀態(tài)進(jìn)行了組間比較(圖4和圖5)。研究中對(duì)術(shù)后12周骨折穩(wěn)定愈合動(dòng)物的雙側(cè)股骨進(jìn)行分析,在手術(shù)側(cè)股骨全骨中未發(fā)現(xiàn)組間差異,而鎂植入物組中非手術(shù)側(cè)股骨全骨的骨礦物質(zhì)密度(TMD)高于對(duì)照組。進(jìn)一步分析表明,在非手術(shù)側(cè)的股骨中部骨干和遠(yuǎn)端皮質(zhì)骨區(qū)域,鎂植入物組TMD高于對(duì)照組。手術(shù)側(cè)股骨的區(qū)域性分析表明,快速降解的鎂解植入物在長(zhǎng)期留置過(guò)程中,對(duì)骨折部位及其遠(yuǎn)端礦化狀態(tài)的潛在影響:在截骨區(qū)域,鎂組的骨礦物質(zhì)含量(BMC)低于對(duì)照組;在遠(yuǎn)端,鎂組的皮質(zhì)骨TMD高于對(duì)照組,但松質(zhì)骨區(qū)的BMC低于對(duì)照組。對(duì)腰椎樣本分析表明,鎂植入組的TMD高于對(duì)照組,而在肱骨樣本中未檢測(cè)到組間差異。 圖4 股骨樣本的骨組織礦化分析(部分節(jié)選) 圖5 腰椎和肱骨樣本的骨組織礦化分析(部分節(jié)選) 作者還對(duì)骨折愈合和和礦化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了基于PCA的機(jī)器學(xué)習(xí)研究(圖6)??紤]在臨床實(shí)際治療和隨訪中采集全部類似數(shù)據(jù)的可能性極低,本文選擇在醫(yī)療實(shí)踐中獲取可行性高的參數(shù)構(gòu)建簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)集。結(jié)果表明,基于簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)集和PCA構(gòu)建的主成分作為潛在影像學(xué)標(biāo)記物,有助于鑒別骨折術(shù)后第12周的不同愈合結(jié)果,結(jié)合t-SNE可進(jìn)一步呈現(xiàn)穩(wěn)定愈合和不穩(wěn)定愈合樣本間的聚類趨勢(shì)。 圖6 基于 PCA 的數(shù)據(jù)分析(部分節(jié)選) 骨折愈合并非單純的局部組織修復(fù)和再生進(jìn)程,同時(shí)還伴隨全身的骨礦化狀態(tài)改變。本研究提示局部鎂植入物可發(fā)揮系統(tǒng)性的骨組織礦化調(diào)控作用,可能有助于降低非植入部位的骨折風(fēng)險(xiǎn)。然而,研究亦表明長(zhǎng)期或高劑量鎂離子釋放可能導(dǎo)致局部的骨組織抑制效應(yīng)?;?/span>PCA的機(jī)器學(xué)習(xí)分析提示,在對(duì)可降解金屬或生物活性材料進(jìn)行研究時(shí),有必要同時(shí)關(guān)注局部和系統(tǒng)性肌骨組織反應(yīng),以及二者間潛在相關(guān)性。從整體角度應(yīng)將骨折愈合視為全身性病理生理進(jìn)程、而非單純局部創(chuàng)傷修復(fù)進(jìn)行分析,有助于提升臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。 此外,本探索性研究還提出了以下需要更多在體實(shí)驗(yàn)回答和解決的問(wèn)題:(1)能否通過(guò)調(diào)控材料的體內(nèi)降解,使鎂植入物在促進(jìn)骨折愈合并改善全身肌骨系統(tǒng)狀態(tài)的同時(shí)、避免產(chǎn)生局部骨抑制效應(yīng)?(2)降解中的鎂植入物及相關(guān)產(chǎn)物、與愈合中的骨組織微環(huán)境之間,如何互動(dòng)并影響治療結(jié)果?(3)監(jiān)測(cè)愈合過(guò)程中的全身骨組織礦化狀態(tài),是否有助于骨折不愈合等并發(fā)癥的早期診斷? 聲明:以上所有內(nèi)容源自各大平臺(tái),版權(quán)歸原作者所有,我們對(duì)原創(chuàng)作者表示感謝,文章內(nèi)容僅用來(lái)交流信息所用,僅供讀者作為參考,一切解釋權(quán)歸鎂途公司所有,如有侵犯您的原創(chuàng)版權(quán)請(qǐng)告知,經(jīng)核實(shí)我們會(huì)盡快刪除相關(guān)內(nèi)容。鳴謝:鎂途公司及所有員工誠(chéng)摯感謝各位朋友對(duì)鎂途網(wǎng)站的關(guān)注和關(guān)心,同時(shí),也誠(chéng)摯歡迎廣大同仁到網(wǎng)站發(fā)帖 |
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