S'abonner

Low Elastic Modulus Titanium Alloy Pedicle Screws Reduce the Risk of Screw Loosening: A Pre-Clinical Biosafety and Biomechanical Evaluation - 10/11/26

Doi : 10.1016/j.otsr.2025.104547 
Jinhui Liu a, 1, Wenqiang Xu b, 1, Lijunpeng Jia c, 1, Weiye Cai b, Longlong Zhang c, Ke Duan a, Yang Liu d, Jingchi Li c, d, ⁎, 1
a Sichuan Provincial Laboratory of Orthopaedic Engineering, Department of Bone and Joint Surgery, Affiliated Hospital of Southwest Medical University, Luzhou, Sichuan Province, P.R. China 
b Department of Orthopaedics, Affiliated Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing, 210028, Jiangsu Province, P.R. China 
c Department of Orthopedics, Luzhou Key Laboratory of Orthopedic Disorders, The Affiliated Traditional Chinese Medicine Hospital, Southwest Medical University, Luzhou, 646000, Sichuan Province, P.R. China 
d Department of Spine Surgery, Shanghai Changzheng Hospital, Naval Medical University, Shanghai, P.R. China 

⁎ Corresponding author.

Abstract

Background

The exacerbation of interfacial stiffness differences can lead to localized stress concentration and an increased incidence of pedicle screw loosening. Consequently, the etiology behind the higher occurrence of screw loosening in osteoporotic patients stems not only from a reduction in bone strength but also from a progressive decline in bone elastic modulus. In this context, we hypothesize that constructing pedicle screws using materials with low elastic modulus may help mitigate stiffness discrepancies at the bone-screw interface, potentially serving as an alternative biomechanical strategy to reduce the incidence of screw loosening.

Methods

In vitro experiments were conducted to evaluate the biosafety of the novel low elastic modulus titanium alloy, Ti2448. This assessment was performed through various methods including the CCK-8 assay, flow cytometry, live and dead cell staining, and lactate dehydrogenase detection. In-vivo insertion of Ti2448 block have also been performed to assess whether it caused a local inflammatory response. Subsequently, conventional and low elastic modulus titanium alloy pedicle screws with identical shapes are machined. A comprehensive biomechanical study, comprising mechanical tests and numerical simulations, was conducted using an osteoporotic test block to evaluate the impact of reduced differences in bone-screw interfacial stiffness on local stress distribution and screw anchorage capability.

Results

The ideal biosafety of the Ti2448 has been demonstrated through both in vitro and in vivo examinations. Furthermore, when compared to traditional titanium alloy, screws with a low elastic modulus exhibit superior anchorage capabilities in mechanical testing. Correspondingly, mechanical simulations indicate that the low elastic modulus screw can reduce interfacial stiffness differences, thereby alleviating stress concentration at the bone-screw interface.

Conclusions

Low elastic modulus titanium alloy pedicle screws, characterized by their excellent biosafety, represent a viable alternative for the internal fixation of osteoporotic patients. This innovative approach aims to minimize interfacial stress concentration and mitigate the risk of screw loosening.

Level of evidence

IV; basic science and biomechanical study.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Screw loosening, Interfacial stress concentration, Stiffness difference, Pedicle screw, Low elastic modulus titanium alloy


Plan


© 2025  Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Ajouter à ma bibliothèque Retirer de ma bibliothèque Imprimer
Export

    Export citations

  • Fichier

  • Contenu

Vol 112 - N° 7

Article 104547- février 2026 Retour au numéro
Article précédent Article précédent
  • Unexpected findings on CT scan after use of ABM/P-15 as a bone substitute for anterior lumbar interbody fusion
  • Carlos Aleman, Nicolas Ross, Philippe Phan, Alexandre Dhenin, Matthieu Vassal, Guillaume Lonjon
| Article suivant Article suivant
  • Is an excessively high posterior tibial slope a predisposition to knee injuries in children? Systematic review of the literature
  • Céline Klein, Riadh Rahab, Thomas Rouanet, François Deroussen, Julien Demester, Richard Gouron

Bienvenue sur EM-consulte, la référence des professionnels de santé.
L’accès au texte intégral de cet article nécessite un abonnement.

Déjà abonné à cette revue ?

Elsevier s'engage à rendre ses eBooks accessibles et à se conformer aux lois applicables. Compte tenu de notre vaste bibliothèque de titres, il existe des cas où rendre un livre électronique entièrement accessible présente des défis uniques et l'inclusion de fonctionnalités complètes pourrait transformer sa nature au point de ne plus servir son objectif principal ou d'entraîner un fardeau disproportionné pour l'éditeur. Par conséquent, l'accessibilité de cet eBook peut être limitée. Voir plus

Mon compte


Plateformes Elsevier Masson

Déclaration CNIL

EM-CONSULTE.COM est déclaré à la CNIL, déclaration n° 1286925.

En application de la loi nº78-17 du 6 janvier 1978 relative à l'informatique, aux fichiers et aux libertés, vous disposez des droits d'opposition (art.26 de la loi), d'accès (art.34 à 38 de la loi), et de rectification (art.36 de la loi) des données vous concernant. Ainsi, vous pouvez exiger que soient rectifiées, complétées, clarifiées, mises à jour ou effacées les informations vous concernant qui sont inexactes, incomplètes, équivoques, périmées ou dont la collecte ou l'utilisation ou la conservation est interdite.
Les informations personnelles concernant les visiteurs de notre site, y compris leur identité, sont confidentielles.
Le responsable du site s'engage sur l'honneur à respecter les conditions légales de confidentialité applicables en France et à ne pas divulguer ces informations à des tiers.


Tout le contenu de ce site: Copyright © 2026 Elsevier, ses concédants de licence et ses contributeurs. Tout les droits sont réservés, y compris ceux relatifs à l'exploration de textes et de données, a la formation en IA et aux technologies similaires. Pour tout contenu en libre accès, les conditions de licence Creative Commons s'appliquent.