小児の脊椎変形治療のための磁気制御成長ロッド (MCGR) からのチタンの摩耗

Scientific Reports volume 12、記事番号: 10811 (2022) この記事を引用

3935 アクセス

2 引用

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

磁気制御成長ロッド (MCGR) は、早期発症型側弯症 (EOS) の効果的な治療法です。近年、インプラントに隣接する組織やこれらの患者の血液サンプルでチタンの摩耗の増加が観察されています。この研究は、MCGR 治療中の金属損失の量と血液中のチタン濃度の間の潜在的な相関関係、および金属摩耗の影響因子を調査することを目的としています。合計 44 個の MCGR (n = 23 患者) が平均 2.6 年間の移植後に回収され、触覚測定器を使用して分析され、その後の減肉計算が行われました。チタン血漿レベル (n = 23) は、誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS) を使用して取得されました。両方のパラメーターの相関関係と影響因子が分析されました。 MCGR 上のチタンの摩耗は、大部分のインプラントで観察されました。金属インプラントの磨耗またはチタン血漿の値と、MCGR 埋込み時間、外部延長処置の回数、患者の歩行状態、性別、体重または身長との相関はありませんでした。 MCGR の物質損失はチタン血漿値と正の相関を示しました。本研究は、高精度計測技術を使用して回収された MCGR を分析し、これらの結果を血液チタン値を決定する ICP-MS 分析と比較する最初の研究の 1 つです。

進行性の早期発症型側弯症（EOS）の小児は、変形を制御し、脊椎の成長可能性を維持し、胸部機能不全症候群を予防するために、外科的治療を必要とすることがよくあります1。過去数十年間に、成長に優しい脊椎インプラントがいくつか導入されてきましたが、そのほとんどは脊椎の成長を維持するためにインプラントを延長するために反復的な外科的介入を必要としています。最近、磁気制御成長ロッド (MCGR) により、EOS 患者のサブグループでは複数の外科的延長処置が不要になりました 2。多くの研究で、初期の脊椎変形の管理における MCGR の短期および長期の結果に関する結果が報告されています 3,4,5,6。変形の進行を制御する能力と外来での MCGR の気晴らしの利点は明らかですが、過剰な金属破片の生成などの合併症のリスクについては懸念が残っています。

MCGR は生体用チタン合金 (Ti-6Al-4V) で構成されています7。チタンの生物学的および機械的適合性にもかかわらず、微細な金属粒子がロッド内 8 およびロッドの周囲組織 7、9、10、11 に広範囲に観察されています。チタンの摩耗破片は、局所的に炎症反応、骨溶解、インプラントの緩みを引き起こす可能性があることが示唆されています11、12、13。さらに、チタン粒子は血液循環に入り、他の組織や離れた器官に蓄積すると考えられています14。チタンは活性酸素種を生成する能力があるため、酸化ストレスを誘発し、がんのリスクを高める可能性があります15。インプラントによって引き起こされるチタン粒子の長期的な影響の可能性は注目を集め、懸念を引き起こしています。いくつかの研究では、小児への脊椎チタン装置の移植後、患者の全血、血清、または尿中のチタン濃度が増加することが示されました9,10。

また、MCGR からの金属摩耗の兆候としての摩耗跡も観察されています 8,16,17 が、金属摩耗の程度を特徴づけるために計測技術を使用した研究はほとんどありません 16。インプラントの摩耗を測定することは、特に材料の変化のスケールが小さいことや、摩耗が現れる可能性がある個々の形状により困難です。したがって、発生する形状の摩耗を検出できる非常に正確な機器が必要です。

この研究の目的は、MCGR 治療中の小児におけるチタン摩耗の程度 (つまり、摩耗した材料の量) と、MCGR の材料損失と血漿中で測定されたチタン値との間の潜在的な相関関係を調査することでした。さらに、ロッドの材料損失に影響を与える可能性がある患者関連要因 (体重、身長、性別、歩行能力) およびインプラント関連要因 (治療期間、伸延処置の回数) が評価されました。

施設内倫理審査委員会の承認後、側弯症（神経筋性n = 19、先天性n = 2、特発性n = 1、症候群性n = 1）と診断された23人の小児（平均年齢10.7歳、範囲7.4～14.9歳）を対象に前向き研究を実施した。 1）は、肋骨クレードルと骨盤フック固定を備えた傍脊椎MCGR（標準インプラント1本とオフセットインプラント1本）で治療されました（図1）。すべての参加者は研究の目的について説明を受け、すべての被験者とその法的保護者から口頭および書面によるインフォームドコンセントを得ました。 MCGR の移植後、ロッドあたり 5 mm の標準化された外来患者の伸延処置を 3 か月ごとに繰り返し実施しました。最大限の伸展および/または手術が必要な合併症の後、平均 2.6 年後に外科的 MCGR 交換が行われました。手術中に患者の血液サンプルが採取され、外植された MCGR が採取されました。金属変性による修正の技術的困難は観察されませんでした。患者の人口統計データと臨床データをサンプリングして、チタン摩耗と血中濃度との相関関係を調べました。

小児の脊椎変形矯正のための両側 MCGR システム。神経筋性側弯症を患う 6 歳男児の前後面 X 線写真 (a、c) および側面 X 線写真 (b、d)。主要な脊柱側弯曲線は 71° (a) から 32° (c) に矯正され、矢状方向プロファイル (b、d) もさらに改善されました。術中に、隣接する軟組織の変色が見つかりました (e)。

麻酔導入後、交換手術または再手術を開始する前に、各患者 (n = 23) の全血 2 ～ 5 mL を EDTA モノベット (Sarstedt AG & Co. KG、ドイツ) に採取しました。対照群の患者（n = 9）の全血サンプルは、それに応じて麻酔後に収集されました。室温、２０００×ｇで１０分間の遠心分離により、細胞を血漿から分離した。血漿として指定された上清を移し、清潔なチューブに等分し、すぐに -20 °C で保存しました。

誘導結合血漿質量分析計 (ICP-MS) モデル 2030 (島津製作所、日本) を使用して、血漿のチタンを分析しました (表 1)。

ICP-MS 単一チタン標準溶液の段階希釈を校正に使用しました (Sigma Aldrich Merck グループ、ポーランド)。さらに、1% HNO3 ≧ 99.999% 微量金属ベースの ICP-MS Sc (Sigma Aldrich Merck グループ、ポーランド) を内部標準として使用しました (T ピースによる分析中に自動的に追加)。脱イオン水は、Milli-Q Direct 8 浄水システム (Merck Millipore) から取得し、サンプル (前) 処理および希釈に適用しました。一連のスパイクサンプル (マトリックスシミュレーションサンプルとして S1 ヒト血清、正常、BCR637 および S7023) を調製および分析して、サンプル調製方法を検証しました (Ti 分析には CRM および SRM は使用できません)。分析結果は 86 ～ 110% の回収率でした。血漿サンプルは、100 μl のサンプル + 300 μl の HNO3 (70%、再蒸留により精製、Sigma Aldrich、ポーランド) を添加し、60 °C の水浴で 2 時間前処理する方法を使用して調製しました。チタンの検出限界は 0.2 ng/mL でした。この検出限界を下回る濃度はすべてゼロとして割り当てられました。

合計 44 個のインプラント (NuVasive、米国) が 23 人の患者 (両側インプラントシステムの患者 21 人、片側インプラントシステムの患者 2 人) から回収されました。外植後、MCGR を H2O2 で洗浄しました。まだ完全に拡張していない場合は、MCGR を磁気的に最大長まで拡張し、収縮状態でシリンダー内にあるロッドの内部にアクセスできるようにしました。 4 つのセグメントからなるこの内側部分 (図 3a) には、明らかな金属摩耗の痕跡が見られました (図 2a)。金属損失の量を決定するために、目に見える金属摩耗のあるすべての角度セグメントを、触覚測定器 MarSurf LD260 (Mahr GmbH、ドイツ) を使用して測定しました (図 2b、c)。ダイヤモンドチップを備えたプローブアームが、セグメントに沿って長手方向の触覚トレースを測定します。速度は 0.5 mm/s に設定され、z 方向の分解能は 0.8 nm、触力は 0.75 mN (ISO 3274 以降の粗さ測定に推奨される触力) でした。測定点密度は、1 mm あたり 4,000 測定点 (0.25 μm ごとに 1 つの測定点) に設定しました。ソフトウェア MarWin v.11.00-19 (Mahr GmbH、ドイツ) を使用して痕跡を分析し (図 2d)、摩耗した材料の体積を計算しました (図 3)。

MCGR の触覚測定。内側セグメントが完全に拡張された MCGR の選択。検出可能な摩耗のない 1 本のロッド (左側のロッド) と金属摩耗のある 5 本のロッド (a) が表示されます。 MarSurf LD260 マシン (Mahr GmbH、ドイツ) 内に固定された個々の MCGR を、一度に 1 つのセグメントを上に向けて表示 (b)。プローブアームのダイヤモンドチップは、MCGR のこのセグメントに沿った縦方向の触覚痕跡を記録するように設定されました (c)。ソフトウェア MarWin (Mahr GmbH、ドイツ) のスクリーンショット。触覚痕跡に沿った金属の摩耗を表す、個々のノッチの深さ、幅、面積を測定するために使用されました (d)。

触痕から計算された研磨材の体積。 1 つの角度セグメントに 5 つの代表的なノッチを備えた MCGR の内部セグメントの概略図。 b はセグメント (a) の幅です。セグメントの幅 b (約 5 mm) 全体が規則的なトレースでカバーされるように、互いに 0.5 mm の距離を持つ 9 つの縦方向のトレース (A ～ I) がセグメントに沿って縦方向に記録されました。 (b) には、2 つの代表的なノッチ (1) と (2) が示されています。ソフトウェア MarWin で表示されるノッチの概略図。ソフトウェアを使用して、各トレース上の各ノッチ (ここでは FC2) の 2D 面積が決定されました (c)。体積は面積から数値積分により計算した。したがって、トレース (FA1、FB1 など) 上の各ノッチの面積に、トレース間の距離 (d) である 0.5 mm を掛けます。

摩耗した材料の体積を計算するために、約 5 mm のセグメントの幅全体が規則的な触跡でカバーされるように、互いに 0.5 mm の距離を持つ 9 つの平行な触跡がセグメントに沿って縦方向に記録されました。事前テストを実行した結果、妥当な測定時間 (セグメントごとに約 15 分) を維持しながら、ロッドの十分なカバー領域で表面を描写するには、相互の距離が 0.5 mm の 9 つのトレースが適切であると判断しました。ソフトウェア MarWin を使用して、トレース上の各ノッチの 2D 面積を計算しました。ノッチは摩耗した材料を表します。研磨された材料の 3D 体積は、数値積分 (つまり、2D 領域に 0.5 mm を掛ける) によって計算されました (図 3)。測定の精度は、測定装置の技術データと記載された評価手順に基づく誤差伝播を使用して推定されました。計算された不確実性は推定値の約 15% です。

得られたデータは、GraphPad Prism (Microsoft Corporations, USA) を使用して統計的に検討されました。すべてのデータは平均 ± 標準偏差として表示されます。統計的有意性は、p < 0.05 (*) で決定されました。

人間の参加者が関与する研究で行われたすべての手順は、機関および/または国の研究委員会の倫理基準、および 1964 年のヘルシンキ宣言およびその後の修正または同等の倫理基準に従っていました。すべての参加者は研究の目的について知らされ、口頭および書面によるインフォームドコンセントが得られました。ゲッティンゲン大学医療センターの施設内倫理委員会はこの研究を承認した（参照番号 33/8/17）。

進行性側弯症と移植された MCGR を有する 23 人の脊柱側弯症の小児 (女性 14 人、男性 9 人) のデータを分析しました (表 2)。最初のロッドの外科的移植は平均年齢 6.4 歳（範囲 1.8 ～ 10.9 歳）で実施されました。ロッド分析は 12 例で最初の MCGR を使用して実行されましたが、11 人の患者は MCGR デバイス分析を実行する前にインプラント交換を受けました。分析されたすべてのロッドは 2015 年から 2019 年の間に移植されました。したがって、可能な限り最新の世代のインプラントが使用されました。インプラントの再修正とそれに続く MCGR デバイスの分析は、MCGR の最大伸長 (n = 20) または必要な合併症関連の再修正手術 (n = 3) のため、2.6 年後 (範囲 0.8 ～ 3.4) に実施されました。再置換術を必要とする合併症は 3 人の患者に発生し、インプラントの失敗 (骨盤フックの破損 n = 1、ロッドの脱臼 n = 1) またはインプラント感染症 (n = 1) でした。 1 つのロッドを除くすべてのロッドが取り外し時に機能していました。 4 例では骨格成長の終わりに達したため、MCGR 除去の数週間後に脊椎固定術が行われましたが、16 例の患者は最大限に拡張したロッドを除去する手術の際に新しい MCGR を受けました。参加患者全員 (n = 23) の MCGR 修正と採血は、平均年齢 10.7 歳 (範囲 7.4 ～ 14.9) で行われました。その時点で、患者は平均 4.2 年間 (範囲 0.9 ～ 10.7) MCGR による治療を受けていました。金属変性に関する明らかな臨床症状や訴えは観察されませんでした。平均年齢7.7歳（範囲4.8～13.8歳）で、これまでインプラントを行っていない対照側弯症の小児9人からの血漿サンプルを、患者のサンプルに従って分析した。

23 人の患者の 44 個の外植された MCGR の摩耗を測定したところ、1 個の MCGR (97.7%) を除くすべてで金属の損失が示されました。減肉は、30 本のロッドの 4 つのセグメントのうち 1 つ (68.2%)、10 本のロッドの 2 つのセグメント (22.7%)、および 4 本のロッドの 3 つのセグメント (9.1%) で測定できました。ロッドあたりの研磨材の体積は、44 件中 37 件 (84%) で > 0.001 mm3、44 件中 31 件 (70.5%) で > 0.002 mm3、17 件 (38.6%) で > 0.01 mm3、10 件で > 0.05 mm3 でした。 1 件 (22.7%)、0.1 mm3 (0.15 mm3) を超えるケース (2.3%)。側弯症曲線の凹面側と凸面側の MCGR 間に差は観察されませんでした (図 4)。インプラントの磨耗の程度は、MCGR 移植の時間、伸長処置の回数、患者の歩行状態、性別、体重または身長と相関しませんでした (データは示されていません)。

23 人の患者の測定されたすべてのロッドのチタン摩耗 (mm3)。 21 人の患者には 2 本のロッド (凹面、凸面) が埋め込まれていましたが、2 人の患者 (患者番号 13 と 18) には凹面側に 1 本のインプラントのみが埋め込まれていました。患者 6 と 12 の凸状ロッドは、それぞれ磨耗がないか、ごくわずか (0.00016 mm3) を示しましたが、患者 10 は最大値 (a) を示しました。側弯症脊椎の凹面側または凸面側に移植された MCGR の摩耗の間に有意差は検出されませんでした (対応のある t 検定; p = 0.9913) (b)。

MCGR インプラントで測定された金属損失とチタン血漿値との潜在的な相関関係を評価するために、MCGR 交換手術または外植手術中に血液サンプルが採取され、これらが健康な対照 (n = 9) と比較されました。患者（平均 14.7 ± 11.4 ng/mL）と年齢が一致した健康な個人（7.4 ± 4.9 ng/mL）を比較した場合、チタン値は有意に異なりました（p = 0.020）（図 5）。

チタンプラズマ分析。年齢が一致した対照（n = 9; p = 0.020）と比較して、MCGR患者（n = 23）のチタン摩耗には有意な差。ウェルチ補正を使用した対応のない t 検定 (異なる SD を仮定)。

血漿チタン値は、MCGR 移植時間 (測定された移植時間および全体時間)、伸長処置の回数、患者の歩行状態、性別、体重または身長とは相関しませんでした (データは示されていません)。

ロッドの金属損失が血液チタンと相関するかどうかを判断するために、採血時のインプラントが初期のものであった患者 (n = 12) についてのみ分析が行われました。線形回帰分析により、R2 = 0.3743の両方のチタン摩耗測定値（インプラント上の摩耗と血液サンプル中のチタン粒子）と無視できない散乱との間に正の相関関係が示されました（図6a）。さらに、参加者の年齢、体重、したがって血液量の大きなばらつきによる偏りを排除するために、各患者の血漿チタン値を血液量に外挿しました。血液量は 80 mL/kg 体重で推定され、1.4 ～ 4.2 L の範囲でした。血漿が総血液の 55% であると仮定し、各患者の総推定血漿量における値をチタン mg で表しました。研磨方法と血漿中のこの外挿チタン値との間の正の関係は、R2 = 0.2041 のままでした (図 6b)。

プラズマ中の摩耗とチタン分析の相関関係。採血時のインプラントが初期のものであった患者 (n = 12) については、インプラントの摩耗 (mm3) (x 軸) と血漿サンプル中のチタン間の線形回帰分析 (ng/mL (y 軸)) が表示されます。正の相関 (R2 = 0.3743; ゼロからの傾きの有意な偏差 p = 0.0345) (a)。測定されたチタン濃度を各患者の推定全血漿量に外挿すると、正の関係が残りました (R2 = 0.2041; ゼロからの傾きの偏差は有意ではありません p = 0.1404) (b)。

MCGR デバイスは、重度の進行性脊椎変形 2 を持つ小児にとって好ましい治療選択肢となっており、外科的インプラントの延長を繰り返す必要がありません。これらのインプラントの効率はいくつかの研究で証明されています 3、4、5 が、インプラントに関連する合併症は依然として残っています。 MCGR は通常、小児の重要な成長期に数年間移植されるため、小児生体における金属摩耗の程度とチタンの潜在的な危険性が、EOS の現在の標準治療を評価する上で重要になります。

発表されたデータは、側弯症の小児患者 23 名について、血液サンプルと外植された MCGR インプラント自体のチタン摩耗分析に関するデータレポートです。 3 つの主な観察結果が見つかりました。まず、分析されたロッドの大部分でチタンの摩耗が観察されました。第二に、MCGR 移植時間の長さ、外部延長処置の回数、患者の歩行状態、性別、体重または身長は、金属摩耗またはチタン血漿値に影響を与えませんでした。第三に、MCGR の物質損失はチタン血漿値と正の相関を示しました。

他の研究では、観察されたすべてのケースでロッドの内部にチタンの摩耗破片が見つかる可能性があります8。軸外荷重により、ロッドの延長バーがロッドハウジングの内面に接触することが示唆されています8。インプラントの周囲組織における明らかな金属変性は、延長処置中のロッドの高い応力の結果として生じるロッドの延長バー上の成長跡 18 またはロッド内部からのチタン摩耗の漏れ 8 のいずれかによって説明できます。我々は、ロッド上の金属損失の程度と血液中の測定されたチタン値との間に一定の相関関係を見つけることができた。ただし、血漿チタンの値は、周囲の組織内の局所的なチタンの破片や、臓器に沈着したり排泄された可能性のあるチタンを反映していません。したがって、提示されたデータから小児の身体全体のチタン含有量と直接相関関係を作ることはできません。

本研究では、患者は、デバイスが埋め込まれていない対照と比較して、平均して2倍の高い血中チタン値を示しました（患者ごとに大きなばらつきがあります）。他の研究では、チタン脊椎インプラントの移植後の血中チタン値の増加も検出できる可能性があります。リーら。 MCGR を有する患者 (4.5 ng/mL) については、対照 (1.5 ng/mL) よりも 3 倍高い値が決定されました 19。イルゴルら。 MCGR を有する患者（10.2 ng/mL）のチタン値は、対照（2.8 ng/mL）よりも 4 倍高いことが判明しました7。ボルデら。 MCGR 患者ではさらに高い値 (15.9 ng/mL) が見つかりました 20。したがって、測定値 14.7 ng/mL は文献値の範囲内です。

対照群では、一部の人で特定のチタン血漿値が検出されましたが、これはおそらく、日焼け止めや歯磨き粉などのパーソナルケア製品や化粧品、ならびに発生源となる食品（チューインガムやお菓子など）への曝露によるものと考えられます21。小児整形外科用チタンインプラントとは関係のないチタン曝露の影響。数人の著者は、チタンによるインプラントの破損の閾値を確立するために、「正常な」チタンの血中濃度の範囲を決定しようとしました22。ただし、個々の範囲は広く、血液中の金属を測定するためのさまざまな方法論的アプローチが同じサンプルに対して同じ値を与えることはほとんどありません。

体液中のチタンを測定する信頼性の高い方法はほとんどありません。最も一般的に使用されるアプローチは、ICP-MS ベースの手法です。ただし、これらの方法には十分な訓練を受けたオペレーターが必要であり、ランニングコストが高くなります。さらに、主に標準化されたサンプル前処理、機器の種類と設定、分析アプローチが欠如しているため、研究室間の比較は困難です23。したがって、チタン血液の絶対値は慎重に解釈する必要があります。

私たちの知る限り、これは MCGR からの摩耗物質の量を測定した最初の研究です。視覚的なスコアリングのバイアスが排除され、ノッチの幅と深さ、そしてそれによって研磨された材料の体積を非常に正確に決定することができました（解像度はz 0.8 nm、測定点密度は0.25 μmあたり1つの測定点に設定されました）。さらに、触覚痕跡を測定すると、目には見えない材料表面の回転構造が明らかになりました。一部の領域では、材料は光沢があるように見え、視覚的な印象からはノッチの形での摩耗を示唆していましたが、触った痕跡ではノッチはなく、回転構造の表面的な摩耗のみが明らかになりました。

一部のロッドで発生した、個々のセグメントのエッジに小さな摩耗痕跡を直接記録することはできませんでした。そのため、セグメントからの合計摩耗量は、測定値よりわずかに高い可能性があります。かなり規則的なノッチのパターンは、内側と外側のシリンダーの互いに対する動きが、摩耗時間中に特定の位置で摩耗を引き起こし、それが通常の延長時に変化し、延長手順中の応力に加えて摩耗を引き起こすことを意味します18。私たちの研究では、ノッチが 1 つまたは 2 つだけ、場合によっては 3 つの隣接するセグメントで発生するという観察は、軸外荷重が片側摩耗を引き起こすという仮説を裏付けています 16。ただし、摩耗の原因を特定するには、曲線の剛性や冠状および矢状のバランスなど、より多くのパラメータを使用したさらなる調査が必要です。

私たちの研究では、MCGR のアクチュエータからの漏れはチタン摩耗粉の発生源として考慮されていませんでした。しかし、この漏れは、内部コンポーネントの金属摩耗を評価するために MCGR を切り開いた以前の研究で、金属分解の重大な原因であることが証明されました 8。

金属インプラントの磨耗やチタンの血漿値に対する、埋植時間、伸長回数、患者の体重、身長、性別、歩行状態の影響は検出できませんでした。ただし、この研究コホートでは、個々の要因の影響がいくつかの要因の複雑な相互作用によって影が薄くなっている可能性や、影響を与える要因がより大きく均質な集団で見つかる可能性があることを除外することはできません。

私たちの研究では、金属摩耗の線形回帰分析と血漿中のチタンの値は正の相関を示しました。血液中のチタン濃度の上昇は、インプラント失敗 24 またはインプラントの緩み 25 のある患者でも観察されており、血液、血清、または血漿中のチタン濃度が整形外科インプラントの性能のバイオマーカーとして使用できる可能性があることが提案されています 22、24、25、26。血清コバルトとクロムの測定は、金属関節インプラントの摩耗のバイオマーカーとして機能し 27,28、機能が良好な股関節インプラントと機能不全の股関節インプラントの基準レベルが利用可能です 29。しかし、チタンに関するガイドラインも、正常または異常な血液値も確立されていません。その理由の一部は、技術的な課題と、研究室間で得られた結果の比較可能性の欠如です。最近、チタン製股関節インプラントが良好に機能している患者における血液および血漿チタンの臨床検査基準レベルが提案されました（血液および血漿についてそれぞれ 2.2 および 2.56 µg/L）30。著者らは、これが「整形外科インプラントの性能のバイオマーカーとしての血液チタンの臨床的有用性を探求するさらなる研究の出発点」であると示唆した30。技術的な課題が存在し、チタンレベルの上昇がすべての患者のインプラント性能の指標になるわけではありませんが、血漿またはその他の体液中のチタンレベルをインプラント性能の潜在的なバイオマーカーとして使用する可能性をさらに検討する価値はあります。

私たちが適用した触覚技術を使用して小規模な摩耗を合理的に迅速かつ経済的に測定するためのプロトコルを確立したという事実は、摩耗に影響を与える可能性のある要因が検出される可能性のある将来の大規模研究でこれを使用することを魅力的にしています。また、チタンの毒性レベルが将来的によりよく理解される可能性があることを考慮すると、この方法の潜在的な臨床応用が考慮される可能性があります。つまり、血中チタンレベルの測定の代わりに、またはそれに加えて、除去時のインプラントの摩耗を測定することです。患者内のチタン負荷を評価し、さらなるインプラントによる治療を決定するのに役立つ可能性があります。

この研究の限界は、サンプルサイズが小さいこと、そしてさらに重要なことに、血液中のチタン粒子の個々の増加を推定するための移植前の血液チタン値に関するデータが欠如していることである。チタンイオンの考えられる輸送経路、臓器内での分布、小児の体内でのチタンの拡散に対する治療法についてさらに研究が進めば、小児におけるインプラントによる金属摩耗の範囲と長期的な影響についてのより良い理解が得られるだろう。

この研究では、平均 2.6 年間、脊椎変形矯正のために小児に埋め込まれた磁気制御成長ロッド (MCGR) からのチタンの磨耗を分析し、これらの結果をチタンの血漿値と相関させました。計測技術を使用すると、MCGR からのチタン摩耗を高い精度で測定でき、摩耗値の線形回帰分析と ICP-MS によって測定されたチタン血漿値は正の相関を示しました。移植時間、伸長回数、患者の歩行状態などの摩耗に影響を与える要因は検出できませんでした。側弯症を治療するインプラントによって引き起こされる小児の身体におけるチタンの影響と潜在的な危険性を判断するには、さらなる研究が必要です。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。

磁気制御された成長ロッド

早発性側弯症

高分解能誘導結合プラズマ質量分析計

ミリニュートン

キャンベル、RM 他肋骨の癒合と先天性側弯症を伴う胸部機能不全症候群の特徴。 J. 骨関節外科午前。 85-A、399–408 (2003)。

記事 Google Scholar

チャン、KM-C。他。幼児の重度の脊椎湾曲に対する磁気制御された成長ロッド: 前向きの症例シリーズ。ランセット・ロンド。英語。 379、1967–1974 (2012)。

記事 Google Scholar

Abdelaal, A.、Munigangaiah, S.、Trivedi, J. & Davidson, N. 早期発症型側弯症の治療における磁気制御された成長ロッド。ボーンJt. オープン 1、405–414 (2020)。

記事 Google Scholar

ローレンツ、HM et al. 脊髄性筋萎縮症の小児の脊椎に平行な磁気制御装置。 JB JS オープンアクセス 2、e0036 (2017)。

記事 Google Scholar

Subramanian、T. et al. 磁気制御された成長ロッドを使用して治療された早発性側弯症の小児31人を対象とした6年間の観察研究で、最低2年間の追跡調査が行われました。ボーンJt. J. 100-B、1187–1200 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Thakar, C. et al. 早期発症型側弯症の治療のための磁気制御された成長桿体に関連する合併症の系統的レビュー。ユーロ。スパイン J. オフ。出版物。ユーロ。脊椎学会ユーロ。脊椎の変形。社会ユーロ。宗派。頸部。脊椎解像度社会 https://doi.org/10.1007/s00586-018-5590-4 (2018)。

記事 Google Scholar

Yilgor, C. et al. 早期発症型側弯症に対する成長に優しい器具使用中の金属イオン放出: 予備研究。脊椎の変形。 6、48–53 (2018)。

記事 Google Scholar

Joyce, TJ、Smith, SL、Rushton, PRP、Bowey, AJ & Gibson, MJ 英国の 7 つの脊椎センターから移植された、磁気制御された成長ロッドの分析。スパイン 43、E16-22 (2018)。

記事 Google Scholar

カンディ、TP 他小児における器具を用いた脊椎固定術後 2 年間の血清チタン、ニオブ、およびアルミニウムのレベル: インプラントの表面積は血清金属イオンのレベルを予測しますか? ユーロ。スパイン J. オフ。出版物。ユーロ。脊椎学会ユーロ。脊椎の変形。社会ユーロ。宗派。頸部。脊椎解像度社会 23、2393–2400 (2014)。

記事 Google Scholar

ルキナ、E.ら。チタン成長誘導スライド器具の移植後の血液および組織中の金属濃度。スパイン J. オフ。 J. ノースアム。脊椎学会 16、380–388 (2016)。

記事 Google Scholar

Zhang, T. et al. 早期発症型側弯症に対する磁気制御成長ロッド移植に関連する金属変性の体系的な研究。ボーンJt. J. 102-B、1375–1383 (2020)。

記事 Google Scholar

カニンガム、BW et al. 脊椎器具の微粒子摩耗破片の影響。 in vivo ウサギモデルと、回収された計測事例の応用臨床研究。脊椎。 J.オフ。 J. ノースアム。脊椎学会 3、19–32 (2003)。

記事 Google Scholar

Mochida, Y.、Bauer, TW、Nitto, H.、Kambic, HE & Muschler, GF インビボでの磨耗破片粒子の生成に対する脊椎固定装置の安定性と機械的特性の影響。Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．メーター。解像度 53、193–198 (2000)。

3.0.CO;2-3" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4636%282000%2953%3A3%3C193%3A%3AAID-JBM1%3E3.0.CO%3B2-3" aria-label="Article reference 13" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4636(2000)53:33.0.CO;2-3">記事 CAS Google Scholar

ルビオ、JC 他金属インプラントを埋め込んだラットの腎臓、肝臓、肺、脾臓における金属痕跡の長時間の移植後の測定。 J. メーター。科学。メーター。医学。 19、369–375 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Coen, N.、Kadhim, MA、Wright, EG、Case, CP & Mothersill, CE チタン金属プロテーゼからの粒子状破片は、初代ヒト線維芽細胞のゲノム不安定性を引き起こします。 Br. J. Cancer 88、548–552 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

魏、JZら。機械的摩耗分析は、回収された磁気制御された成長ロッドの破損メカニズムを理解するのに役立ちます: 回収研究。 BMC筋骨格。障害。 21、1–11 (2020)。

記事 Google Scholar

パナジオトポウロウ、VC 他回収された磁気制御された脊椎ロッドの破損メカニズムの分析。ユーロ。 Spine J. 26、1699–1710 (2017)。

記事 Google Scholar

テオ、KH 他側弯症の治療における磁気制御された成長ロッドの移植後の金属変性: 症例シリーズ。ボーンJt. J. 98-B、1662–1667 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Li, Y.、Graham, CK、Robbins, C.、Caird, MS & Farley, FA 成長に優しい器具で治療された早期発症型側弯症の小児の血清チタンレベルの上昇。 J. Pediatr. 整形外科。 40、e420–e423 (2020)。

記事 Google Scholar

Borde, MD、Sapare, S.、Schutgens, E.、Ali, C. & Noordeen, H. 磁気成長ロッドを使用して手術された早期発症型側弯症患者におけるチタンおよびアルミニウムイオンの血清レベルの分析 - 単一施設研究14人の患者のうち。脊椎の変形。 9、1473–1478 (2021)。

記事 Google Scholar

Weir, A.、Westerhoff, P.、Fabricius, L.、Hristovski, K. & von Goetz, N. 食品およびパーソナルケア製品中の二酸化チタンのナノ粒子。環境。科学。テクノロジー。 46、2242–2250 (2012)。

記事 CAS ADS Google Scholar

Swiatkowska, I.、Martin, N. & Hart, AJ 整形外科用インプラントの磨耗のバイオマーカーとしての血中チタン濃度。 J. トレースエレム。医学。バイオル。オルガン学会鉱夫。トレースエレム。 GMS 53、120–128 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Koller, D. et al. ヒト全血中の可溶性または二酸化チタン由来のチタンレベルの分析: 研究室間比較からのコンセンサス。アナリスト 143、5520–5529 (2018)。

記事 CAS ADS Google Scholar

McAlister、IP および Abdel、MP チタンモジュラー溝付きテーパーステムの故障のマーカーとしての血清チタンレベルの上昇。整形外科 39、e768–e770 (2016)。

記事 Google Scholar

Liu、TK、Liu、SH、Chang、CH、Yang、RS セメントレス人工膝関節全置換術を受けた患者の血液および尿中の金属元素の濃度。東北J実験医学。 185、253–262 (1998)。

記事 CAS Google Scholar

ジェイコブズ、JJ 他金属レベルを使用して、金属対金属の股関節形成術を監視できますか? J. Arthroplasty 19、59–65 (2004)。

記事 Google Scholar

Sampson, B. & Hart, A. メタル・オン・メタル股関節インプラントの失敗を評価するための血液金属測定の臨床的有用性。アン。クリン。生化学。内部。 J.Lab. 医学。 49、118–131 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

De Smet, K. et al. 金属対金属による股関節表面再形成の問題を特定するための診断ツールとしての金属イオン測定。 J. ボーン Jt. 外科。 90(補足 4)、202–208 (2008)。

記事 Google Scholar

ハート、AJら。メタルオンメタル人工股関節置換術の失敗を予測するための、血液コバルトおよびクロム金属イオンの感度と特異性。 J. 骨関節外科 Br. 93-B、1308–1313 (2011)。

記事 Google Scholar

Swiatkowska、I. et al. 良好に機能する股関節インプラントに関連する血中および血漿チタンレベル。 J. トレースエレム。医学。バイオル。 57、9–17 (2020)。

記事 CAS Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

著者 (KAL、LB、KT、HML、AKH) は、欧州希少神経筋疾患参照ネットワーク (ERN EURO-NMD) のメンバーです。

Projekt DEAL によって実現および組織されたオープンアクセス資金調達。研究の一部は、BMBF (FKZ: 13GW0302B) と Uniwersytet im によって資金提供されました。アダマ・ミツキェヴィツァ・w・ポズナニウ、化学学部。

ゲッティンゲン大学医療センター、外傷・整形外科・形成外科、小児整形外科、ゲッティンゲン、ドイツ

KA ルーダース、L ブラウンシュヴァイク、A ヴィヒマン、SE ギュスウェル、TC トゥルー、K ツァナキス、HM ローレンツ、AK ヘル

アダム・ミツキェヴィチ大学化学学部、ポズナン、ポーランド

A. ジオラ=フランコウスカ、A. ストイェク、D. ヤキエルスカ、M. フランコウスキー

臨床化学、ゲッティンゲン大学医療センター、ゲッティンゲン、ドイツ

GH ディハジ & F. ストライト

Mahr GmbH、ゲッティンゲン、ドイツ

S. リューダース & J. シュリー

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

LB、GHD、FS、HML、AKH が研究のアイデアと設計を開始しました。 KT、HML、AKH が参加者を募集しました。 KAL、AZF、AS、DJ、AW、SEG、TCT、SL、JS、MF はすべてのサンプルとデータを取得しました。 KAL、SL、JS がデータ分析と統計分析に大きく貢献しました。データの解釈は、KAL、LB、GHD、FS、MF、AKHKAL によって行われ、LB と AKH が最初の草案を作成しました。すべての著者は提出されたバージョンを最終承認し、作業のあらゆる側面について責任を負うことに同意しました。

AKヘル対応。

すべての著者は利益相反がないことを宣言します。 Mahr GmbH での測定時間の一部は、UMG の BMBF 基金から資金提供されました。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Lüders, KA、Braunschweig, L.、Zioła-Frankowska, A. 他小児の脊椎変形の治療のための磁気制御成長ロッド (MCGR) からのチタンの摩耗。 Sci Rep 12、10811 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-15057-1

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 1 月 4 日

受理日: 2022 年 6 月 17 日

公開日: 2022 年 6 月 25 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15057-1

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

科学レポート (2023)

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。