Ciment que es pot utilitzar en el cos humà - ciment ossi

El ciment ossi és un nom comunament utilitzat per al ciment ossi i és un material mèdic utilitzat en ortopèdia. A causa del seu aspecte i propietats físiques semblants al ciment blanc utilitzat en la construcció i la decoració després de la solidificació, té un nom tan popular. A la dècada de 1970, el ciment ossi ja s'utilitzava per a la fixació de pròtesis articulars, i també es pot utilitzar com a material d'ompliment i reparació de teixits en ortopèdia i odontologia.

El major avantatge del ciment ossi és la seva ràpida solidificació, que permet realitzar activitats de rehabilitació postoperatòria primerenca. Per descomptat, el ciment ossi també té alguns inconvenients, com ara una pressió alta ocasional a la cavitat de la medul·la òssia durant l'ompliment, que pot provocar que les gotes de greix entrin als vasos sanguinis i provoquen embòlia. A més, és diferent dels ossos humans i, amb el temps, les articulacions artificials encara es poden soltar. Per tant, la investigació sobre biomaterials de ciment ossi sempre ha estat un tema candent de preocupació per als investigadors.

Actualment, els ciments ossis més utilitzats i investigats són el ciment ossi de polimetilmetacrilat (PMMA), el ciment ossi de fosfat de calci i el ciment ossi de sulfat de calci.
El ciment ossi PMMA és un polímer acrílic format mitjançant la barreja de monòmer de metacrilat de metil líquid i copolímer d'estirè de metacrilat de metil dinàmic, amb baix residu de monòmer, baixa resistència a la fatiga i resistència a l'esquerdament per estrès, així com una alta resistència a la tracció i plasticitat. El ciment ossi PMMA s'ha utilitzat àmpliament en el camp de la cirurgia plàstica mèdica i s'ha aplicat en odontologia, crani i altres camps de reparació òssia des dels anys quaranta. El ciment ossi acrilat s'ha utilitzat en la cirurgia de teixits humans i s'ha aplicat en centenars de milers de casos clínics tant a nivell nacional com internacional.

La fase sòlida del ciment ossi PMMA és generalment PMMA prepolímer parcialment polimeritzat, i la fase líquida és monòmer MMA, amb alguns iniciadors i estabilitzadors de polimerització afegits. Quan el prepolímer PMMA en fase sòlida es barreja amb el monòmer MMA en fase líquida, es produeix immediatament una reacció de copolimerització del polímer per aconseguir la solidificació del ciment ossi. Tanmateix, durant aquest procés de solidificació, s'allibera una gran quantitat de calor, que pot causar danys tèrmics als teixits circumdants, provocant inflamació i fins i tot necrosi dels teixits. Per tant, calen més investigacions urgents per millorar la qualitat del ciment ossi de polimetilmetacrilat i reduir o eliminar els efectes secundaris del ciment ossi PMMA.

El fosfat de calci s'aplica en la reparació òssia a causa de la seva excel·lent biocompatibilitat i capacitat de regeneració òssia. Clínicament, sovint s'utilitza com a material injectable per omplir els buits ossis i millorar la fixació del maquinari en la cirurgia de fractures. La composició del ciment ossi de fosfat de calci és similar als minerals dels ossos humans, que es poden reabsorbir i afavoreixen el creixement interior i la remodelació dels ossos naturals. El mecanisme de solidificació del ciment ossi de fosfat de calci és una reacció de precipitació d'hidratació de dissolució. En controlar el valor del pH del procés de reacció, la hidroxiapatita (HA) pot precipitar dins del rang de pH de 4,2-11. En l'etapa inicial, la generació d'HA està controlada principalment per reaccions superficials, i l'HA generat entre partícules i a la superfície de les partícules reforça les connexions entre partícules. Com més gran sigui el contingut de cristalls d'HA, més punts de contacte hi ha, i la resistència a la compressió també augmenta en conseqüència. En l'etapa posterior de la reacció d'hidratació, la superfície de la partícula està recoberta amb una capa d'HA i la reacció d'hidratació del ciment ossi de fosfat de calci es controla la difusió mitjançant la reacció d'hidratació. Amb la reacció d'hidratació contínua, es generen cada cop més partícules d'HA i els cristalls d'HA generats creixen. Els productes d'hidratació omplen gradualment l'espai d'aigua que participa en la reacció, de manera que l'espai ocupat anteriorment per l'aigua es divideix en porus capil·lars irregulars pels cristalls d'HA.

Els porus del gel augmenten i la mida dels porus es redueix constantment. Els cristalls d'HA estan esglaonats i pontats, i la força d'unió entre les partícules augmenta. El material de ciment ossi es solidifica en una estructura porosa sòlida amb un gran nombre de porus, mostrant així una força de curació macro.

En la pràctica clínica, les fractures d'explosió vertebral traumàtica tenen un mecanisme de lesió especial i solen produir-se en joves que tenen una capacitat de reconstrucció òssia més forta. El ciment ossi de fosfat de calci es pot utilitzar eficaçment per tractar aquestes fractures. Mentrestant, el ciment ossi de fosfat de calci també és un substitut ossi eficaç per a la cirurgia de resecció de tumors ossis benignes. Tanmateix, a causa del llarg temps de solidificació i de l'alliberament de calor relativament baix durant el procés de solidificació, el ciment ossi de fosfat de calci té una adhesió i resistència relativament pobres i és propens a la desintegració de l'os. Per tant, la investigació sobre el ciment ossi de fosfat de calci encara està en curs.

El sulfat de calci és el material alternatiu més senzill per a la reparació òssia i s'ha utilitzat en materials de reparació òssia durant més de 100 anys, amb la història d'aplicacions clíniques més llarga. El sulfat de calci té una bona tolerància humana, biodegradabilitat i propietats de conducció òssia, cosa que el converteix en un material alternatiu important per al trasplantament d'os autòleg en les primeres investigacions. La fase sòlida principal del ciment ossi de sulfat de calci és la pols de sulfat de calci anhidre, i la fase líquida és la solució salina fisiològica i altres solucions aquoses. Quan es barregen les fases sòlida i líquida, el sulfat de calci experimenta una reacció d'hidratació, generant bigotis de sulfat de calci dihidrat en forma d'agulla que s'uneixen i s'apilen entre si, solidificant-se així en una pila amb una certa forma i força. Tanmateix, a causa de la poca activitat biològica, el ciment ossi de sulfat de calci no pot formar enllaços químics entre els empelts de sulfat de calci i el teixit ossi, i es degradarà ràpidament. El ciment ossi de sulfat de calci es pot absorbir completament en les sis setmanes posteriors a la implantació, i aquesta degradació ràpida no coincideix amb el procés de formació òssia. Per tant, en comparació amb el ciment ossi de fosfat de calci, el desenvolupament i l'aplicació clínica del ciment ossi de sulfat de calci són relativament limitats.

A més, molts estudis han demostrat que petites molècules orgàniques, polímers biodegradables, proteïnes, polisacàrids, molècules inorgàniques, bioceràmica i biovidre poden millorar eficaçment el rendiment del ciment ossi, proporcionant idees innovadores per a nous tipus de ciment ossi.
En resum, el ciment ossi pot tenir un paper important en l'odontologia clínica i l'ortopèdia, i s'espera que esdevingui un transportador de fàrmacs ideal i un material substitutiu ossi per al sistema esquelètic.

Amb la innovació contínua i el desenvolupament de la ciència, la tecnologia i els materials, es creu que en el futur es desenvoluparan més materials de ciment ossi d'alta qualitat, com ara tipus d'alta resistència, injectables, resistents a l'aigua i de fixació ràpida. L'aplicació del ciment ossi en la pràctica clínica s'estendrà cada cop més, i també augmentarà el seu valor.