综述：颞下颌关节重建的当前临床与转化挑战

　　本综述系统阐述了颞下颌关节（TMJ）重建领域的最新进展与挑战，重点探讨了计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）、三维（3D）打印、虚拟手术规划（VSP）等数字化技术在定制化假体中的应用，并前瞻性地分析了组织工程与生物打印（Bioprinting）等再生医学策略的转化潜力与发展瓶颈，为口腔颌面外科与生物医学工程研究人员提供了重要参考。

　　

Introduction

颞下颌关节紊乱病（TMD）影响全球约31%–34%的人口，女性患病率高于男性。在严重病例中，如终末期TMJ疾病、先天性异常、肿瘤或创伤，可能需要进行TMJ手术重建。2014年，美国植入了572个人工TMJ假体，预计到2030年将增至902例。手术方式根据病理累及范围而异，从关节镜技术、靶向间盘切除术到下颌髁突切除或TMJ全切除。

现代TMJ重建策略整合了多种外科技术，包括血管化组织转移、肋软骨移植和人工TMJ置换。手术选择取决于患者年龄、基础病理、骨骼成熟度以及对侧关节功能受损风险等因素。在所有oplastic假体进行全TMJ置换是多数临床情况下的首选方法，而自体移植重建则常用于生长发育期儿童、恶性肿瘤切除后需辅助放疗的患者以及低收入人群。

State of the art–established techniques in TMJ reconstruction

Virtual surgical planning

早期TMJ手术依赖手动塑形自体移植物，如肋软骨或腓骨游离瓣，通过解剖标志引导并在术中调整。自由手塑形骨移植体成为精确拟合的髁头具有挑战性，新TMJ轮廓的不准确可能导致下颌功能障碍。为改善结果，VSP将数字模拟和3D模型整合到术前工作流程中，提高了精度。

当前临床工作流程使用高分辨率计算机断层扫描（CT）或锥形束CT（CBCT）扫描捕捉骨骼解剖结构，在特定病例中辅以磁共振成像（MRI）可视化软组织和血管结构。这些数据集以DICOM文件格式导入专用手术规划软件，通过半自动或AI辅助分割工具隔离各个解剖区域并转换为3D表面文件。在后续设计平台中定义截骨线，虚拟设计假体组件，并通过3D打印制造手术导板。

VSP与个性化CAD/CAM生产设备的整合旨在提高效率并支持外科医生进行TMJ重建。这种方法提供：减少手术时间、通过切割和放置导板及预计算接触表面提高准确性、改善美学效果、术前和术中可视化患者特异性解剖变异以及在TMJ重建前肿瘤切除场景中的精确边界。

Current TMJ alloplastic replacement systems

目前市售的TMJ置换系统包括Zimmer Biomet Microfixation系统、Stryker的患者特异性TMJ Concepts、Materialise的定制TMJ全关节成形系统以及KLS Martin的IPS Implants?。Zimmer Biomet系统提供库存和定制假体，而TMJ Concepts、Materialise和KLS Martin的系统完全是患者特异性的。

库存假体具有即时可用性和较低成本的优点，但需要术中适应，可能延长手术程序。定制假体提供患者特异性设计的优势，实现简化的术中工作流程、减少骨修改和增强拟合精度，但制造成本更高。

所有系统都是双组件设计，包括下颌髁突和关节盂窝。下颌组件通常由钴铬钼（Co-Cr-Mo）合金髁头和钛合金体部组成，而关节窝组件由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）制成。所有系统都提供切割和/或定位导板。

Alloplastic vs. autologous reconstruction

在人工TMJ置换系统出现之前以及这些植入物禁忌的情况下，自体TMJ重建是且仍然是首选方法。最常用的移植组织包括肋软骨移植、胸锁关节移植和游离腓骨移植。

肋软骨移植的并发症发生率为51%–58%，包括感染、面神经无力、错颌和因超负荷导致的移植骨折。特别是（再）强直和移植过度生长是常见问题。胸锁关节移植与关节强直、异物巨细胞反应、移植破坏或骨折以及供区并发症相关。腓骨游离瓣重建下颌髁突主要在涉及髁突的下颌切除病例中进行，移植存活率报告为100%。

在临床实践中，人工TMJ假体是TMJ置换或重建的主要选择。文献显示这些设备的移除和翻修率较低。即使在扩展TMJ置换病例中，TMJ假体治疗也被证明是安全有效的选择。

TMJ replacement in children

儿童TMJ重建呈现独特的临床挑战。最常见的潜在疾病包括先天性畸形、肿瘤、强直和进行性吸收性疾病。早期重建下颌骨和TMJ可降低面部不对称和生长障碍的风险。

传统手术范式支持在骨骼未成熟患者中使用自体移植，强调其随儿童生长的潜力。然而，最近的研究展示了定制人工TMJ假体在骨骼未成熟患者中的应用。虽然人工TMJ假体在成人中被认为是治疗选择，但在生长患者中的使用仍存在争议。

Novel innovations and future perspectives

Total joint replacement

全关节置换适用于终末期TMJ疾病，涉及用人工假体手术替换TMJ。全TMJ置换的目的是恢复形态和功能，尽可能接近天然TMJ。FDA批准的人工关节假体材料包括钴铬合金、商业纯钛（cpTi）、合金钛（Ti6Al4V）和UHMWPE。

研究越来越专注于优化定制关节假体的精确拟合以恢复最佳功能。新型患者特异性TMJ假体具有可定制髁头形状和旋转中心的设计特点，穿孔凹槽延伸到宿主骨中，关节盂设计促进充分旋转并允许前后和内外侧平移。

Tissue engineering–the future of TMJ reconstruction?

TMJ重建的组织工程专注于三个组件：骨骼髁突、纤维软骨盘以及关节盂窝和关节结节。该过程结合支架、细胞和生长因子，但为TMJ每个解剖组件优化这些元素仍然具有挑战性。

用于重建关节盘的生物支架包括脱细胞细胞外基质（ECM）片、纤维蛋白、胶原蛋白和壳聚糖。合成支架包括PLA、PCL、聚乙醇酸（PGA）、聚L-乳酸（PLLA）、聚L-乳酸-乙醇酸（PLGA）和光聚合水凝胶聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）。各种细胞类型可用于接种这些支架，包括干细胞、诱导多能干细胞（iPSCs）和分化软骨细胞。

用于下颌髁突工程的支架可包括上述合成材料以及羟基磷灰石（HA）等矿化成分。虽然合成材料供应无限且制造简单，但矿化支架紧密模拟天然骨结构，提供增强的机械强度并展示骨传导特性。MSCs和生长因子（如TGF-β1、FGF和BMP-2）的组合可用于生物工程骨骼髁突。

工程化关节盂窝面临重大挑战，由于其复杂的形态和软骨-骨界面。只有少数研究解决了这方面的问题。

Recent advancements in 3D printing

生物打印代表了组织工程中的尖端发展，通过能够生产具有细胞存活力的复杂多组织结构来推进重建手术的范围。基于三维打印原理，生物打印将活细胞、生物材料和生物活性化合物整合到精确的逐层排列中，以模拟天然解剖组织。

生物打印的基础来自CT和MRI等先进成像模式的数据，这些数据被转换为CAD模型用于定制组织制造。喷墨、挤出、激光辅助生物打印（LAB）和立体光刻等技术利用这些模型创建针对TMJ复杂结构的患者特异性移植物。

TMJ重建具有挑战性，由于结构多样性和生物力学需求。生物打印提供了一种有前景的方法，能够精确定制每个TMJ组件以有效应对这些复杂性。特别是，TMJ纤维软骨组织的生物打印具有未来的前景，得益于对软骨生物打印技术的持续研究。

先进打印方法，如集成组织和器官打印（ITOP），允许同时沉积多种生物墨水（即水凝胶、细胞成分和生物活性添加剂的组合）以创建复合组织。此外，使用3D打印手术导板有助于在植入过程中准确放置移植物，进一步改善临床结果。

Tissue-engineered TMJ components in the growing patient

作为前瞻性方法，组织工程TMJ组件代表了一种有前景的生物替代方案，特别是在儿科患者中。几项研究证明了组织工程器官在生长儿童中成功植入。儿童可能比成人更多地从与宿主生物完全整合并适应体细胞生长的工程化组织中受益。

生长适应性移植物能够适应发育中颅面骨骼的动态解剖变化并促进宿主介导的重塑。此外，长期耐久性是儿科患者的关键考虑因素，由于其延长的预期寿命和对重建材料累积的机械需求。

Approval pathways and ethical challenges

人工TMJ设备的FDA批准过程遵循医疗器械监管路径，通常需要上市前批准（PMA）。相比之下，组织工程TMJ组件属于组合产品类别，涉及生物制品和设备，通过设备与放射健康中心（CDRH）和生物制品评估与研究中心（CBER）的协调方法进行监管。

在儿科患者中使用人工和组织工程TMJ重建引发了与生长兼容性、长期安全和同意相关的伦理问题。涉及儿童的临床研究也面临比成人更高的监管和伦理障碍。

Discussion

数字模拟和增材制造的最新进展催化了TMJ重建的范式转变。定制人工假体显著改善了功能和美学结果，而新兴再生策略如组织工程和生物打印提供了有前景的新方向。

VSP的整合通过从传统自由手技术转向精确、患者特异性方法，显著推进了TMJ重建。数字模拟和3D打印导板简化了操作程序并增强了移植塑形和假体放置的准确性。

虽然所有四种TMJ置换系统都提供具有类似组件和材料的定制设备，但细微差异仍然存在。历史上，自体重建是TMJ置换的主要方法。然而，与自体移植相关的显著并发症和供区发病率推动了向人工假体的转变。

增材制造的最新进展进一步改进了这些人工TMJ置换设备。大约27%的金属TMJ组件现在使用3D打印生产，该技术有望主导患者特异性设备的未来。持续研究专注于开发越来越个体化的系统，以更好地复制天然关节生物力学并增强功能结果。

创新再生策略进一步拓宽了TMJ重建的范围。组织工程通过利用先进支架、多种细胞类型和生长因子来复制天然解剖结构和恢复功能，提供了传统选择的有前景替代方案。然而，在优化TMJ复杂组件的材料和方法方面仍然存在重大挑战。

在这种情况下，生物打印自然作为组织工程方法的补充扩展出现，提供了在三维结构内精确定位细胞、生物材料和生物活性化合物的能力。生物打印整合到TMJ重建中具有通过减少供区发病率、减少手术时间和增强移植物性能来革命ize颌面手术的潜力。

TMJ重建通过数字技术如VSP和增材制造见证了变革性进展，实现了高度准确、患者特异性的人工假体。然而，三大挑战仍然存在：儿科患者缺乏生长适应性、3D打印植入物的材料和机械限制以及再生策略面临的转化障碍。新兴技术，如4D生物打印、基因治疗和自下而上组织工程，通过实现动态、生物整合的结构能够更好地复制天然关节的复杂性，提供了有前景的解决方案。