Cemento que se puede utilizar en el cuerpo humano: cemento óseo.

El cemento óseo es un nombre comúnmente utilizado para el cemento óseo y es un material médico utilizado en ortopedia. Debido a su apariencia y propiedades físicas que se asemejan al cemento blanco utilizado en la construcción y decoración después de solidificarse, tiene un nombre tan popular. En la década de 1970, el cemento óseo ya se utilizaba para la fijación de prótesis articulares, y también puede utilizarse como material de relleno y reparación de tejidos en ortopedia y odontología.

La mayor ventaja del cemento óseo es su rápida solidificación, lo que permite actividades de rehabilitación postoperatoria temprana. Por supuesto, el cemento óseo también tiene algunos inconvenientes, como la alta presión ocasional en la cavidad de la médula ósea durante el llenado, lo que puede provocar que gotas de grasa entren en los vasos sanguíneos y provoquen una embolia. Además, es diferente de los huesos humanos y, con el tiempo, las articulaciones artificiales aún pueden aflojarse. Por lo tanto, la investigación sobre biomateriales de cemento óseo siempre ha sido un tema candente de preocupación para los investigadores.

En la actualidad, los cementos óseos más utilizados e investigados son el cemento óseo de polimetilmetacrilato (PMMA), el cemento óseo de fosfato cálcico y el cemento óseo de sulfato cálcico.
El cemento óseo PMMA es un polímero acrílico formado mezclando monómero de metacrilato de metilo líquido y copolímero de metacrilato de metilo estireno dinámico, con bajo residuo de monómero, baja resistencia a la fatiga y resistencia al agrietamiento por tensión, así como alta resistencia a la tracción y plasticidad. El cemento óseo de PMMA se ha utilizado ampliamente en el campo de la cirugía plástica médica y se ha aplicado en odontología, cráneo y otros campos de reparación ósea ya en la década de 1940. El cemento óseo de acrilato se ha utilizado en cirugía de tejidos humanos y se ha aplicado en cientos de miles de casos clínicos tanto a nivel nacional como internacional.

La fase sólida del cemento óseo de PMMA es generalmente prepolímero de PMMA parcialmente polimerizado y la fase líquida es monómero de MMA, al que se le añaden algunos iniciadores de polimerización y estabilizadores. Cuando el prepolímero PMMA en fase sólida se mezcla con el monómero MMA en fase líquida, se produce inmediatamente una reacción de copolimerización del polímero para lograr la solidificación del cemento óseo. Sin embargo, durante este proceso de solidificación, se libera una gran cantidad de calor, lo que puede causar daño térmico a los tejidos circundantes, provocando inflamación e incluso necrosis tisular. Por lo tanto, se necesita urgentemente más investigación para mejorar la calidad del cemento óseo de polimetilmetacrilato y reducir o eliminar los efectos secundarios del cemento óseo de PMMA.

El fosfato de calcio se aplica en la reparación ósea debido a su excelente biocompatibilidad y capacidad de regeneración ósea. Clínicamente, a menudo se utiliza como material inyectable para llenar los huecos óseos y mejorar la fijación del hardware en la cirugía de fracturas. La composición del cemento óseo de fosfato de calcio es similar a la de los minerales de los huesos humanos, que pueden reabsorberse y promover el crecimiento interno y la remodelación de los huesos naturales. El mecanismo de solidificación del cemento óseo de fosfato cálcico es una reacción de disolución, hidratación y precipitación. Al controlar el valor del pH del proceso de reacción, la hidroxiapatita (HA) puede precipitar dentro del rango de pH de 4,2 a 11. En la etapa inicial, la generación de HA está controlada principalmente por reacciones superficiales, y el HA generado entre las partículas y en la superficie de las partículas fortalece las conexiones entre las partículas. Cuanto mayor es el contenido de cristales de HA, más puntos de contacto existen y, en consecuencia, también aumenta la resistencia a la compresión. En la última etapa de la reacción de hidratación, la superficie de la partícula se recubre con una capa de HA y la reacción de hidratación del cemento óseo de fosfato de calcio se controla por difusión a través de la reacción de hidratación. Con la reacción de hidratación continua, se generan cada vez más partículas de HA y los cristales de HA generados están creciendo. Los productos de hidratación llenan gradualmente el espacio de agua que participa en la reacción, de modo que el espacio previamente ocupado por el agua es dividido en poros capilares irregulares por los cristales de HA.

Los poros del gel aumentan y el tamaño de los poros se reduce constantemente. Los cristales de HA están escalonados y unidos, y la fuerza de unión entre las partículas está aumentando. El material de cemento óseo se solidifica en una estructura porosa sólida con una gran cantidad de poros, mostrando así una resistencia de macrocurado.

En la práctica clínica, las fracturas vertebrales traumáticas por estallido tienen un mecanismo de lesión especial y generalmente ocurren en personas jóvenes que tienen una mayor capacidad de reconstrucción ósea. El cemento óseo de fosfato de calcio se puede utilizar eficazmente para tratar este tipo de fracturas. Mientras tanto, el cemento óseo de fosfato de calcio también es un sustituto óseo eficaz para la cirugía de resección de tumores óseos benignos. Sin embargo, debido al largo tiempo de solidificación y la liberación de calor relativamente baja durante el proceso de solidificación, el cemento óseo de fosfato de calcio tiene una adhesión y resistencia relativamente pobres y es propenso a desintegrarse del hueso. Por lo tanto, la investigación sobre el cemento óseo de fosfato cálcico aún está en curso.

El sulfato de calcio es el material alternativo más simple para la reparación ósea y se ha utilizado en materiales de reparación ósea durante más de 100 años, con la historia de aplicación clínica más larga. El sulfato de calcio tiene buena tolerancia humana, biodegradabilidad y propiedades de conducción ósea, lo que lo convierte en un material alternativo importante para el trasplante óseo autólogo en las primeras investigaciones. La fase sólida del cemento óseo de sulfato de calcio es polvo de sulfato de calcio anhidro y la fase líquida es solución salina fisiológica y otras soluciones acuosas. Cuando se mezclan las fases sólida y líquida, el sulfato de calcio sufre una reacción de hidratación, generando bigotes de sulfato de calcio dihidrato en forma de aguja que se unen y se apilan entre sí, solidificándose así en una pila con cierta forma y resistencia. Sin embargo, debido a su escasa actividad biológica, el cemento óseo de sulfato de calcio no puede formar enlaces químicos entre los injertos de sulfato de calcio y el tejido óseo y se degradará rápidamente. El cemento óseo de sulfato de calcio se puede absorber completamente dentro de las seis semanas posteriores a la implantación y esta rápida degradación no coincide con el proceso de formación ósea. Por lo tanto, en comparación con el cemento óseo de fosfato de calcio, el desarrollo y la aplicación clínica del cemento óseo de sulfato de calcio son relativamente limitados.

Además, muchos estudios han demostrado que pequeñas moléculas orgánicas, polímeros biodegradables, proteínas, polisacáridos, moléculas inorgánicas, biocerámicas y biovidrio pueden mejorar eficazmente el rendimiento del cemento óseo, proporcionando ideas innovadoras para nuevos tipos de cemento óseo.
En resumen, el cemento óseo puede desempeñar un papel importante en la odontología clínica y la ortopedia, y se espera que se convierta en un portador de fármacos y un material sustituto óseo ideal para el sistema esquelético.

Con la continua innovación y desarrollo de la ciencia, la tecnología y los materiales, se cree que en el futuro se desarrollarán más materiales de cemento óseo de alta calidad, como los de alta resistencia, inyectables, resistentes al agua y de fraguado rápido. La aplicación del cemento óseo en la práctica clínica se generalizará cada vez más y también aumentará su valor.