1. 3D-printed biomimetic bone grafts: clinical validation and improvement strategies
- Author
-
Ginebra Molins, Maria Pau, Raymond Llorens, Santiago, Johansson, Linh Ha Huong Lovisa, Ginebra Molins, Maria Pau, Raymond Llorens, Santiago, and Johansson, Linh Ha Huong Lovisa
- Abstract
Tesi amb menció de Doctorat Industrial (Generalitat de Catalunya), Tesi amb continguts retallats per motius de confidencialitat, (English) Bone defects pose a major clinical and socio-economic burden and there is a clear need for new bone grafting strategies that take into account the physical-chemical properties of the native bone, to help treat bone defects in a time- and cost-effective way. Autografts are considered the gold standard due to their biological performance, however, additional surgical procedures for bone harvesting poses drawbacks. For this reason, the industrial- and scientific communities have focused on the development of synthetic bone grafting solutions. The present PhD thesis advances in the development of biomimetic personalised bone grafting solutions, including the clinical validation and the development of new material formulations with improved mechanical performance. Chapter 1: Gives an insight into the general context of bone regeneration and the materials used as bone substitutes, emphasising the need for innovative personalised synthetic bone grafts. This chapter offers an overview of additive manufacturing techniques and frequently employed ceramics in bone tissue engineering and their consolidation strategies. Further, a global presentation is given on their clinical translation, especially emphasising calcium phosphates and MimetikOss® 3D. Chapter 2: Focuses on evaluating the clinical performance of the 3D-printed bone graft MimetikOss® 3D in a horizontal vestibular augmentation. The ridge in the anterior maxilla is reconstructed with a synthetic patient-specific bone graft with a staged approach for dental implant placement. 3D-printed bone grafts permit a perfect fit in the surgical site without any additional shaping, which reduces surgery time compared with other bone augmentation techniques (e.g., guided bone regeneration, standard blocks). The bone graft is completely osseointegrated and its macropores colonised by newly formed bone at 10-months post-surgery without signs of encapsulation. A stable bone gain is achieved, resulting in a fully restored b, (Català) Els defectes ossis suposen una càrrega assistencial i una despesa socioeconòmica important i, per tant, hi ha una clara necessitat de desenvolupar noves estratègies d'empelt ossi que tinguin en compte les propietats fisicoquímiques de l'os autòleg per aconseguir tractar els defectes ossis d'una manera més eficaç. Els autoempelts són considerats la opció de referència pel seu excel·lent rendiment biològic. Malgrat això, presenta greus inconvenients ja que requereixen d’una cirurgia addicional per a obtenir- los. Per aquest motiu, les comunitats industrial i científica s'han centrat en el desenvolupament de d'empelts ossis sintètics, aprofitant la facilitat de control químic, estructural i geomètric. La present tesi doctoral es centra en el desenvolupament d'empelts ossis biomimètics personalitzats, incloent la validació clínica i el desenvolupament de noves formulacions de materials amb un millor comportament mecànic. El capítol 1 dóna una visió global de l’estat de l’art de la regeneració òssia i els materials utilitzats com a substituts ossis, posant èmfasi en la necessitat de desenvolupar empelts ossis sintètics personalitzats innovadors. Aquest capítol ofereix una revisió de les tècniques de fabricació additiva i els materials ceràmics utilitzats més freqüentment en l'enginyeria de teixits ossis i les seves estratègies de consolidació. Es presenta la seva transferència a l’entorn clínic, focalitzant-se en els fosfats de calci i en MimetikOss® 3D. El capítol 2 es centra en avaluar el comportament clínic de l'empelt ossi ceràmic imprès en 3D MimetikOss® 3D en un augment vestibular horitzontal. Aquests empelts ossis permeten un encaix perfecte en el lloc quirúrgic sense cap necessitat de fresat addicional, la qual cosa redueix el temps de cirurgia en comparació amb altres tècniques de regeneració òssia (regeneració òssia guiada, blocs estandarditzats). L'empelt ossi està completament osteointegrat i els seus macropors són colonitzats per l'os 10 mesos despr, (Español) Los defectos óseos suponen una carga asistencial y un gasto socioeconómico importante y, por eso, existe una necesidad de desarrollar nuevas estrategias de injerto óseo que tengan en cuenta las propiedades fisicoquímicas del hueso autólogo, para conseguir tratar los defectos óseos de una manera más eficaz. Los autoinjertos se consideran el estándar de referencia debido a su excelente comportamiento biológico. No obstante, presentan graves inconvenientes, requerido de una cirugía adicional para su obtención. Por este motivo, las comunidades industrial y científica se han centrado en el desarrollo de injertos óseos sintéticos, aprovechando su capacidad de control químico, estructural y geométrico. La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de injertos óseos biomiméticos y personalizados, incluyendo la validación clínica y el desarrollo de nuevas formulaciones de materiales con comportamiento mecánico mejorado. En el capítulo 1 se presenta el estado del arte en el campo de la regeneración ósea y los materiales utilizados como sustitutos óseos, enfatizando la necesidad de injertos óseos sintéticos personalizados innovadores. Este capítulo describe las técnicas de fabricación aditiva y los cerámicos frecuentemente empleados en la ingeniería de tejido óseo y sus estrategias de consolidación. Se presenta su transferencia al mundo clínico, haciendo hincapié en el fosfato de cálcico y MimetikOss® 3D. El capítulo 2 se centra en evaluar el comportamiento clínico del injerto óseo cerámico personalizado MimetikOss® 3D en un aumento vestibular horizontal. Los injertos óseos impresos en 3D permiten un ajuste perfecto en el lecho quirúrgico sin necesidad de fresado adicional, lo que reduce el tiempo de la cirugía en comparación con otras técnicas de reconstrucción ósea (regeneración ósea guiada, bloques estándar). El injerto óseo está completamente osteointegrado y sus macroporos son colonizados por hueso 10 meses después de la cirugía sin signos de encapsulaci, Postprint (published version)
- Published
- 2024