Wysany: Pon 17 Mar, 2014 Cement kostny do mocowania protez
Cementy kostne
Biomateriały, określane w medycynie jako cementy kostne są wykorzystywane przede wszystkim do mocowania endoprotez stawów oraz wypełniania ubytków kostnych.
Rodzaje cementów kostnych
Najwcześniej na rynku medycznym pojawiły się cementy polimerowe. Następnie naukowcy postawili na ceramikę z powodu jej bioaktywności oraz wyższej biozgodności z tkankami. W efekcie wytworzono cementy fosforanowo – wapniowe. Jednak żadne z wyżej wymienionych cementów nie spełniają wszystkich stawianym ich wymogom. W ramach dalszego poszukiwania idealnego biomateriału wiążącego powstały cementy kompozytowe oraz hydrożelowe.
Cementy polimerowe
Cementy akrylanowe są przygotowanie na bazie polimetakrylanu metylu (PMMA). PMMA jest to biodegradowalny polimer pierwszy raz opisany w 1960 roku składający się z monomerów metakrylanu metylu. Cementy te charakteryzują się dobrą wstrzykiwalnością (ok 83%), co znacznie ułatwia podanie cementu. Posiadają również dobre właściwości wytrzymałościowe (moduł Younga, 1800 -2200 MPa, Wytrzymałość na ściskanie 75-105 MPa , wytrzymałość na zginanie 60-75 MPa). Mają krótki czas kohezji (około kilka minut), co stanowi o ich częstym stosowaniu w zabiegach wypełniania ubytków kostnych. Ich podstawową wadą jest występowanie reakcji egzotermicznej w trakcie wiązania in situ, polegającej na mechanizmie polimeryzacji. Podwyższona temperatura może doprowadzić do termicznej martwicy otaczających tkanek. Do innych wad należą występowanie skurczu polimeryzacyjnego, słaba adhezja do powierzchni kości i substancji nieorganicznych, szybka resorpcja czy też wysoka przepuszczalność dla promieniowania. Posiadają również mniejszą odporność na pękanie od kości. Ponadto w utwardzonym cemencie pozostaje 4-7% nieprzereagowanch monomerów, które moga mieć działanie toksyczne.
Podczas polimeryzacji cementu temperatura początkowo rośnie wolno, ale nagle występuje jej szybki i gwałtowny wzrost nawet do 50˚C, co może prowadzić do nekrozy komórek i ewentualnego obluzowania implantu. Aby obniżyć uszkodzenia wywołane skurczem cieplnym masę cementu chłodzi się płynem fizjologicznym. Skurcz polimeryzacyjny i cieplny po obniżeniu temperatury prowadzą do występowania szczeliny na granicy faz cement- endoproteza bezpośrednio po zabiegu operacyjnym, która zarasta elastyczną tkanką włóknistą i nie pozwala na na uzyskanie sztywnego połączenia endoprotezy z kością.
Proszek w cementach akrylanowych składa się zwykle z PMMA. Można się również spotkać z kopolimerami MMA z innymi polimerami np. styrenem i akrylanem metylu. Ponadto w proszku znajduje się inicjator polimeryzacji rodnikowej – nadtlenek benzoilu w ilości 0,75 do 2,7% wagowych proszku. Można się też spotkać z cząstkami dającymi kontrast radiologiczny np. siarczan baru lub dwutlenek cyrkonu w ilości około 10% wagowych. Stosunek proporcji wagowej mieszania proszku z płynem wynosi około 2:1. Cementy akrylanowe często zawierają w sobie antybiotyki np. gentamycynę w celach profilaktycznych oraz terapeutycznych powikłań infekcyjnych po operacjach wszczepienie endoprotez. Uwalnianie antybiotyków następuje w drodze dyfuzji, która jest ściśle związana z penetracją płynów do cementu, jego porowatością i gładkością powierzchni.
Na właściwości cementów akrylanowych wpływa jego skład chemicznych, skład ziarnowy proszku oraz czynniki zewnętrzne t.j. temperatura i wilgotność względna otoczenia. Do składu chemicznego zalicza się rodzaj polimeru, jego masę cząsteczkową, rodzaj monomeru, ilość inicjatora, aktywatora i stabilizatora.
Do przykładowych cementów akrylanowych dostępnych na rynku należą: C-ment 1-3, CMW1-3, Endurance. Osteobond, Palacos R, Simplex P, Versabond , żywica akrylanowa Mendec Spine oraz Kyphx HV-R.
Cementy fosforanowo-wapniowe
Pierwszy raz cementy fosforanowo-wapniowe pojawiły się na początku lat 80 dwudziestego wieku. Podstawową zaletą tych cementów w stosunku do stosowanych wcześniej cementów akrylanowych jest ich bioaktywność i zdolność do wiązania in vivo w jamie kostnej. Poza tym reakcji wiązania in situ nie towarzyszy skurcz i podwyższenie temperatury. Mają jednak niższą wytrzymałość mechaniczną niż cementy akrylanowe i dłuższy czas wiązania. Ponaddto ich iniekcyjność jest niższa od cementów polimerowych. Mogą być użyte do kontrolownej regeneracji tkanki kostnej, gdy ożywa się resorbowalnych materiałów.
Proszek w cementach fosforanowo wapniowych składa się zwykle z amorficznego fosforanu wapnia (ACP), α-trójfosforanu wapnia (α-TCP), difosforanu wapnia (DCP ) dziewięciotlenku difosforu (V) tetrawapnia (TTCP), jednowodnego fosforanu jednowapniowego (MCPM) i węglanu wapnia (CC). Jako płyny utwardzające w cementach fosforanowo-wapniowych stosowane są woda oraz wodne roztwory różnych soli lub kwasu fosforowego. Skład spoiwa ma wpływ na kinetykę wiązania i utwardzania, formowania się mikrostruktury i mechanicznych właściwości produktu końcowego [8]. Wiązanie in situ dla cementów fosforanowo-wapniowych polega na reakcjach kwasowo-zasadowych z utworzeniem obojętnego związku lub reakcji hydrolizy metastabilnej fosforanów w środowisku wodnym. Proces powstawania faz podczas wiązania, w najprostszym przypadku, przebiega w trzech etapach: rozpuszczeniu cząsteczek faz stałych w płynie aż do nasycenia w odniesieniu do jonów wapnia i jonów fosforanowych, wzajemnym oddziaływaniu tych jonów w roztworze do utworzenia zarodków krystalizacji z fazy roztworu oraz wzrostu kryształu tej fazy. Rekrystalizacja może występować równolegle ze zmianą wielkości kryształu i przemiany fazowej.
Bioaktywne akrylanowe cementy kostne
W celu poprawy adhezji cementów akrylanowych do powierzchni kości i substancji nieorganicznych opracowuje się bioaktywne cementy kostne oparte na PMMA z dodatkiem ceramiki takiej jak hydroksyapatyt (HA) czy TCP lub szkła bioaktywnego. Dodatek HA powoduje nieznaczny wzrost modułu Younga i spadek wytrzymałości na ściskanie oraz zmniejszenie porowatości i poprawę odporności na pękanie Wśród obecnych na rynku preparatów zaliczających się do tej grupy cementów można wymienić Orthocomp i Cortoss. [11-14]
Cementy hydrożelowe
Hydrożele to usieciowane, polimerowe i hydrofilowe materiały które nie rozpuszczają się w wodzie, ale w kontakcie z nią pęcznieją do równowagowej objętości zachowując swój kształt. Cementy hydrożelowe są wprowadzane dopiero od niedawna. Charakteryzują się wysoką biozgodnością, osteoindukcyjnością, są nietoksyczne i utrzymają bioaktywność cząstek t,j. czynniki wzrostu oraz nie występuje podwyższenie temperatury podczas wiązania się cementu, co zapobiega uszkodzeniom tkanek. Przykładem takiego cementu kostnego jest materiał zbudowany z koniugatu tyraminy z kwasem hialurionowym i apatytów usieciowany za pomocą reakcji enzymatycznej katalizowanej wyprodukowany przez firmę exploit technologies z Singapuru.
Cementy kompozytowe
Podobnie jak w każdej istniejące dziś dziedzinie duże nadzieje, na uzyskanie idealnego materiału do danego użytku wiąże się z kompozytami. Z tego powodu opracowywane są również różnego rodzaju cementy kompozytowe. Przykładem takiego cementu jest hydroksylowy fumaran polipropylenu (HT-PPF). Jest to biokompatybilny i biodegrodawalny cement wytworzony przez sieciowanie HT-PPF z komonomerem n-winylopirolidyny (NVP). Cement ten posiada wypełniacze fosforanowo wapniowe. Ma właściwości osteokonduktywne i osteoinduktywny, czyli indukuje osteointegracje i przebudowę kości. Wywołuje adhezje komórek i propagacje cytoplazmatyczną osteoblastów. Utwardzanie cementu nie wywołuje podrażnień śródskórnych i uczuleń skóry. Czas wiązania wynosi 5 minut, i towarzyszy mu podwyższona temperatura (42˚C). Charakteryzuje się wytrzymałością na ściskanie 76 MPa. Innym cementem, nad którym trwaja badania w celu udoskonalenia jest cement złożony z kwasu polilakrylanowego (PAA) i szkła strontowo, wapniowo, cynkowo, krzemowego (Zn-GPCs). Do jego aktualnych wad należy zbyt krótki czas pracy (2 min) i wiązania się cementu (9 min.) do wypełniania ubytków kostnych i stabilizacji złamań. Wytrzymałość na ściskanie tego cementu wynosi 39 MPa, która jest odpowiednia do zastosowania w artroplastyce. Posiada właściwości bioaktywne i antybakteryjne. Poprawy wciąż wymaga iniekcyjność tego cementu, przed wprowadzeniem go na rynek.
Jestem ciekawa jakie cementy miały użyte do mocowania swoich endo i kapo nasze forumowe bioderka, które są po operacjach