Мировой опыт применения трехмерных титановых имплантатов в ветеринарной практике

Развитие аддитивных технологий и внедрение их в медицину предоставило новые возможности для реконструктивного лечения в том числе и пациентов-животных. Титан и титановые сплавы благодаря свойствам механической биосовместимости используются в качестве материала для изготовления имплантатов методами 3D-печати.
Целью данного обзора являлось обобщение данных о применении титановых имплантатов, полученных методами трехмерной печати, для лечения животных с костными дефектами. Поиск информации осуществлялся в базах научных данных отечественной и зарубежной литературы и медицинским ресурсам (PubMed, Scopus, eLIBRARY.RU, КиберЛенинка и др.).
В результате проведенного исследования показано, что применение технологии трехмерной печати позволяет проектировать и создавать индивидуальные имплантаты и эндопротезы на основе снимков каждого пациента, точно соответствующие участку дефекта. Кроме того, применение технологии трехмерной печати дает возможность хирургам визуализировать позиционирование имплантата, оптимизируя предоперационное планирование. Такой подход сокращает время оперативного вмешательства, уменьшает сроки послеоперационного восстановления. Индивидуальное проектирование имплантатов для ветеринарии отличается от хирургического лечения людей значительным многообразием анатомических форм костей животных. Нередко единственно возможным вариантом восстановительного лечения животного является установка индивидуально спроектированного имплантата. Преимуществами 3D-печатных имплантатов из титана и его сплавов является возможность получения необходимой заданной пористости и шероховатости поверхности, которые приводят к снижению микроподвижности конструкции костьимплантат и способствуют хорошей остеоинтеграции.
Таким образом, примеры использования индивидуальных трехмерных титановых имплантатов для лечения животных показывают возможности применения аддитивной технологии для ветеринарии.

1. Zhang Q, Wu W, Qian С et al. Advanced biomaterials for repairing and reconstruction of mandibular defects. Materials Science and Engineering. 2019 Oct; 103: 110–120. doi: 10.1016/j.msec.2019.109858.

2. Murr LE. Metallurgy principles applied to powder bed fusion 3D printing / additive manufacturing of personalized and optimized metal and alloy biomedical implants: an overview. Journal of Materials Research and Technology. 2020; 9(1): 1087–1103. doi.org/10.1016/j.jmrt.2019.12.015.

3. Chen Х, Possel JK, Wacongne С et al. 3D printing and modelling of customized implants and surgical guides for non-human primates. Journal of Neuroscience Methods. 2017 Jul; 286: 38–55. doi: 10.1016/j.jneumeth.2017.05.013.

4. Liu S, Shin YC. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: a review. Materials and Design. 2018 Dec; 107552: 1-65. doi: 10.1016/j.matdes.2018.107552.

5. Fahmy MD, Jazayeri HE, Razavi М, Masri R, Tayebi L. Three-Dimensional Bioprinting Materials with Potential Application in Preprosthetic Surgery. Journal of Prosthodontics. 2016 Jun; 25(4):310–318. doi: 10.1111/jopr.12431.

6. Jaeyoung R, Kang BH, Kang HS et al. Effect of rhBMP-2 applied with a 3D-printed titanium implant on new bone formation in rabbit calvarium. Journal of Applied Oral Science. 2021 May; 29: e20201092. doi.org/10.1590/1678-7757-2020-1092.

7. Nickels L. Positive prognosis for 3D printed animal implants. Metal Powder Report. 2018 Aug; 73(4): 1-5.

8. Memarian P, Pishavar Е, Zanotti F et al. Active Materials for 3D Printing in Small Animals: Current Modalities and Future Directions for Orthopedic Applications. International Journal of Molecular Sciences.2022 Jan; 23(3):1045. doi: 10.3390/ijms23031045.

9. Bray JP, Kersley A, Downing W et al. Clinical outcomes of patient-specific porous titanium endoprostheses in dogs with tumors of the mandible, radius, or tibia: 12 cases (2013–2016). Journal of the American Veterinary Medical Association. 2017 Sep; 251 (5): 566–579. doi: 10.2460/javma.251.5.566.

10. Timercan A, Brailovski V, Petit Y, Lussier B,Séguin B. Personalized 3D-printed endoprostheses for limb sparing in dogs: Modeling and in vitro testing. Medical Engineering Physics. 2019 Sep; 71: 17–29. doi: 10.1016/j.medengphy.2019.07.005.

11. Popov V, Muller-Kamskii JrG, Katz-Demyanetz A et al. Additive manufacturing to veterinary practice: recovery of bony defects after the osteosarcoma resection in canines. Biomedical Engineering Letters. 2019 Jan; 9(1): 97–108. doi: 10.1007/s13534-018-00092-7.

12. Castelli E, Schmierer PA,Pozzi A. Custom acetabular prosthesis for total hip replacement: A case report in a dog with acetabular bone loss after femoral head and neck ostectomy. Veterinary Surgery. 2019 Aug; 48(8): 1520–1529. doi: org/10.1111/vsu.13303.

13. Fitzpatrick N, Guthrie JW. Hemipelvic and proximal femoral limb salvage endoprosthesis with tendon ongrowth in a dog. Veterinary Surgery. 2018 Sep; 47(7): 963–969. doi: 10.1111/vsu.12955.

14. Dokic Z, Lorinson D, Weigel JP, Vezzoni A. Patellar groove replacement in patellar luxation with severe femoro-patellar osteoarthritis. Veterinary and Comparative Orthopaedics Traumatology. 2015 Feb; 28(2): 124–130. doi: 10.3415/VCOT-14-07-0106.

15. Carwardine DR, Gosling MJ, Burton NJ, O’Malley FL, Parsons KJ. ThreeDimensional-Printed Patient-Specific Osteotomy Guides, Repositioning Guides and Titanium Plates for Acute Correction of Antebrachial Limb Deformities in Dogs. Veterinary and Comparative Orthopaedics Traumatology. 2021 Jan;34(1):43–52. doi: 10.1055/s-0040-1709702.

16. Kimura S, Nakata K, Nakano Y et al. Case Report: Spinal Stabilization Surgery Using a Novel Custom-Made Titanium Fixation System for the Spinal Instability Caused by Vertebral Malformation in a Dog. Frontiers in Veterinary Science. 2021 Feb; 8: 1–13. doi.org/10.3389/fvets.2021.755572.

17. James J, Oblak ML, zur Linden AR et al. Schedule feasibility and workflow for additive manufacturing of titanium plates for cranioplasty in canine skull tumors. BMC Veterinary Research. 2020 Jun; 16(1): 1–8. doi: org/10.1186/s12917-020-02343-1.

18. Colverde AS, Nicetto T, Falzone C. Occipital cranioplasty using customized titanium prosthesis yields successful outcome in association with foramen magnum decompression in dogs suffering by Chiari-like malformation. American Journal of Veterinary Research. 2021 Dec; 83(3): 275–282. doi: 10.2460/ajvr.21.11.0178.

19. Tsugawa AJ, Arzi AB, Vapniarsky N, Verstraete FJM. Retrospective Study on Mandibular Reconstruction Following Excision of Canine Acanthomatous Ameloblastoma. Frontiers in Veterinary Science. 2022 May; 9: 900031. doi: 10.3389/fvets.2022.900031.

20. Additive manufacturing in veterinary surgery – savingawell-lovedmember of the family. Alta Vista Animal Hospital case study. Available at: http://resources.renishaw.com/en/download/casestudy-additive-manufacturing-in-veterinarysurgery-saving-a-well-loved-member-of-thefamily--98590 [Accessed 15 May 2022].

21. Song C, Wang A, Wu Z et al. The design and manufacturing of a titanium alloy beak for Grus japonensis using additive manufacturing. Materials and Design. 2017 Dec; 117 (2): 410-416. doi: 10.1016/j.matdes.2016.11.092.

22. Горшков С.С., Уланова Н.В., Козлов Е.М., Мануйлова В.В., Петрова Е.И. Клинический случай хирургического лечения остеосаркомы лучевой кости у собаки с замещением пострезекционного костного дефекта индивидуальным эндопротезом, изготовленным методом 3D-печати. Ветеринарный Петербург. 2019; 1(2): 21-26.

23. Preservation of the limb with a bone tumor. Modern possibilities of veterinary medicine. Available at: https://www.biocontrol.ru/blog/soxraneniekonechnosti-pri-opuxoli-kosti-sovremennyevozmozhnosti-veterinarnoj-mediciny.html [Accessed 18October 2022].(In Russ.).

24. Unique hybrid implant installed for the first time in an animal.Available at: https://misis.ru/science/achievements/2019-07/6216/ [Accessed 18 October 2022]. (In Russ.).

25. Чернов А.В. Герниопластика сетчатым имплантом из никелида титана у плотоядных животных. Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицмны им. Н.Э. Баумана. 2006; 186: 209-214.