Semen yang dapat digunakan dalam tubuh manusia adalah semen tulang

Semen tulang adalah nama umum untuk semen tulang dan merupakan bahan medis yang digunakan dalam ortopedi. Karena penampilan dan sifat fisiknya yang menyerupai semen putih yang digunakan dalam konstruksi dan dekorasi setelah pemadatan, maka ia mempunyai nama yang begitu populer. Pada tahun 1970-an, semen tulang sudah digunakan untuk fiksasi prostesis sendi, dan juga dapat digunakan sebagai bahan pengisi dan perbaikan jaringan pada bidang ortopedi dan kedokteran gigi.

Keuntungan terbesar dari semen tulang adalah pemadatannya yang cepat, sehingga memungkinkan dilakukannya kegiatan rehabilitasi pasca operasi secara dini. Tentu saja semen tulang juga memiliki beberapa kekurangan, seperti kadang-kadang terjadi tekanan tinggi di rongga sumsum tulang saat pengisian, yang dapat menyebabkan tetesan lemak masuk ke pembuluh darah dan menyebabkan emboli. Selain itu, berbeda dengan tulang manusia, dan seiring berjalannya waktu, sendi buatan mungkin masih kendor. Oleh karena itu, penelitian mengenai biomaterial semen tulang selalu menjadi topik hangat yang menjadi perhatian para peneliti.

Saat ini, semen tulang yang paling banyak digunakan dan diteliti adalah semen tulang polimetil metakrilat (PMMA), semen tulang kalsium fosfat, dan semen tulang kalsium sulfat.
Semen tulang PMMA merupakan polimer akrilik yang dibentuk dengan mencampurkan monomer metil metakrilat cair dan kopolimer stirena metil metakrilat dinamis, dengan residu monomer rendah, ketahanan lelah dan retak tegangan rendah, serta kekuatan tarik dan plastisitas tinggi. Semen tulang PMMA telah banyak digunakan di bidang bedah plastik medis, dan telah diterapkan di bidang kedokteran gigi, tengkorak, dan perbaikan tulang lainnya sejak tahun 1940-an. Semen tulang akrilat telah digunakan dalam pembedahan jaringan manusia dan telah diterapkan pada ratusan ribu kasus klinis baik di dalam negeri maupun internasional.

Fase padat semen tulang PMMA umumnya merupakan prapolimer terpolimerisasi sebagian PMMA, dan fase cair adalah monomer MMA, dengan beberapa inisiator polimerisasi dan stabilisator ditambahkan. Ketika PMMA prapolimer fase padat dicampur dengan monomer MMA fase cair, reaksi kopolimerisasi polimer segera terjadi untuk mencapai pemadatan semen tulang. Namun, selama proses pemadatan ini, sejumlah besar panas dilepaskan, yang dapat menyebabkan kerusakan termal pada jaringan di sekitarnya, menyebabkan peradangan dan bahkan nekrosis jaringan. Oleh karena itu, diperlukan lebih banyak penelitian untuk meningkatkan kualitas semen tulang polimetil metakrilat dan mengurangi atau menghilangkan efek samping semen tulang PMMA.

Kalsium fosfat digunakan dalam perbaikan tulang karena biokompatibilitas dan kemampuan regenerasi tulangnya yang sangat baik. Secara klinis, bahan ini sering digunakan sebagai bahan injeksi untuk mengisi celah tulang dan meningkatkan fiksasi perangkat keras dalam operasi patah tulang. Komposisi semen tulang kalsium fosfat mirip dengan mineral tulang manusia, yang dapat diserap kembali dan mendorong pertumbuhan ke dalam dan renovasi tulang alami. Mekanisme pemadatan semen tulang kalsium fosfat adalah reaksi pengendapan hidrasi pelarutan. Dengan mengontrol nilai pH proses reaksi, hidroksiapatit (HA) dapat mengendap dalam kisaran pH 4,2-11. Pada tahap awal, pembentukan HA terutama dikendalikan oleh reaksi permukaan, dan HA yang dihasilkan antar partikel dan pada permukaan partikel memperkuat hubungan antar partikel. Semakin tinggi kandungan kristal HA, semakin banyak titik kontaknya, dan kekuatan tekannya juga meningkat. Pada tahap akhir reaksi hidrasi, permukaan partikel dilapisi dengan lapisan HA, dan reaksi hidrasi semen tulang kalsium fosfat menjadi difusi yang dikontrol melalui reaksi hidrasi. Dengan reaksi hidrasi yang terus menerus, semakin banyak partikel HA yang dihasilkan, dan kristal HA yang dihasilkan semakin bertambah. Produk hidrasi secara bertahap mengisi ruang air yang berpartisipasi dalam reaksi, sehingga ruang yang sebelumnya ditempati oleh air dibagi menjadi pori-pori kapiler tidak beraturan oleh kristal HA.

Pori-pori gel membesar, dan ukuran pori-pori terus mengecil. Kristal HA terhuyung dan menjembatani, dan kekuatan ikatan antar partikel meningkat. Bahan semen tulang dipadatkan menjadi struktur berpori padat dengan jumlah pori yang banyak, sehingga menunjukkan kekuatan pengawetan makro.

Dalam praktik klinis, patah tulang belakang traumatis memiliki mekanisme cedera khusus dan biasanya terjadi pada orang muda yang memiliki kemampuan rekonstruksi tulang lebih kuat. Semen tulang kalsium fosfat dapat digunakan secara efektif untuk mengobati patah tulang tersebut. Sementara itu, semen tulang kalsium fosfat juga merupakan pengganti tulang yang efektif untuk operasi reseksi tumor tulang jinak. Namun karena waktu pemadatan yang lama dan pelepasan panas yang relatif rendah selama proses pemadatan, semen tulang kalsium fosfat memiliki daya rekat dan kekuatan yang relatif buruk, serta rentan terhadap disintegrasi dari tulang. Oleh karena itu, penelitian mengenai semen tulang kalsium fosfat masih terus dilakukan.

Kalsium sulfat merupakan bahan alternatif paling sederhana untuk perbaikan tulang dan telah digunakan dalam bahan perbaikan tulang selama lebih dari 100 tahun, dengan riwayat aplikasi klinis terpanjang. Kalsium sulfat memiliki toleransi yang baik terhadap manusia, kemampuan terurai secara hayati, dan sifat konduksi tulang, menjadikannya bahan alternatif penting untuk transplantasi tulang autologus dalam penelitian awal. Arus utama fase padat semen tulang kalsium sulfat adalah bubuk kalsium sulfat anhidrat, dan fase cairnya adalah garam fisiologis dan larutan berair lainnya. Ketika fase padat dan cair dicampur, kalsium sulfat mengalami reaksi hidrasi, menghasilkan kumis kalsium sulfat dihidrat berbentuk jarum yang menjembatani dan menumpuk satu sama lain, sehingga memadat menjadi tumpukan dengan bentuk dan kekuatan tertentu. Namun, karena aktivitas biologis yang buruk, semen tulang kalsium sulfat tidak dapat membentuk ikatan kimia antara cangkok kalsium sulfat dan jaringan tulang, dan akan terdegradasi dengan cepat. Semen tulang kalsium sulfat dapat diserap seluruhnya dalam waktu enam minggu setelah implantasi, dan degradasi yang cepat ini tidak sesuai dengan proses pembentukan tulang. Oleh karena itu, dibandingkan dengan semen tulang kalsium fosfat, pengembangan dan penerapan klinis semen tulang kalsium sulfat relatif terbatas.

Selain itu, banyak penelitian telah menunjukkan bahwa molekul organik kecil, polimer yang dapat terbiodegradasi, protein, polisakarida, molekul anorganik, biokeramik, dan bioglass dapat secara efektif meningkatkan kinerja semen tulang, memberikan ide-ide inovatif untuk semen tulang jenis baru.
Singkatnya, semen tulang dapat memainkan peranan penting dalam kedokteran gigi klinis dan ortopedi, dan diharapkan menjadi pembawa obat yang ideal dan bahan pengganti tulang untuk sistem kerangka.

Dengan terus berinovasi dan berkembangnya ilmu pengetahuan, teknologi, dan material, diyakini akan semakin banyak dikembangkan material semen tulang yang berkualitas di masa depan, seperti jenis high-strength, injection, water resist, dan rapid setting. Penerapan semen tulang dalam praktik klinis akan semakin meluas dan nilainya juga akan meningkat.