Цемент кој може да се користи во човечкото тело - коскениот цемент

Коскениот цемент е најчесто користено име за коскениот цемент и е медицински материјал кој се користи во ортопедијата. Поради својот изглед и физичките својства што личат на бел цемент што се користи во градежништвото и украсувањето по зацврстувањето, има толку популарно име. Во 1970-тите, коскениот цемент веќе се користел за фиксација на заедничка протеза, а може да се користи и како материјал за полнење и поправка на ткиво во ортопедијата и стоматологијата.

Најголемата предност на коскениот цемент е неговото брзо зацврстување, што овозможува рана постоперативна рехабилитација. Се разбира, коскениот цемент има и некои недостатоци, како што е повремен висок притисок во празнината на коскената срцевина за време на полнењето, што може да предизвика капките маснотии да влезат во крвните садови и да предизвикаат емболија. Освен тоа, тој се разликува од човечките коски и со текот на времето, вештачките зглобови сè уште може да се олабават. Затоа, истражувањето на биоматеријалите од коскениот цемент отсекогаш било жешка тема на загриженост за истражувачите.

Во моментов, најшироко користени и најистражувани коскени цементи се коскениот цемент полиметил метакрилат (PMMA), коскениот цемент од калциум фосфат и коскениот цемент со калциум сулфат.
ПММА коскениот цемент е акрилен полимер формиран со мешање на течен метил метакрилат мономер и динамичен метил метакрилат стирен кополимер, со низок остаток на мономер, мала отпорност на замор и отпорност на напукнување, како и висока цврстина на истегнување и пластичност. ПММА коскениот цемент е широко користен во областа на медицинската пластична хирургија и се применува во стоматологијата, черепот и другите полиња за поправка на коските уште во 1940-тите. Акрилатен коскениот цемент се користел во хирургијата на човечкото ткиво и е применет во стотици илјади клинички случаи и на домашно и на меѓународно ниво.

Цврстата фаза на PMMA коскениот цемент е генерално делумно полимеризиран предполимер PMMA, а течната фаза е MMA мономер, со додадени некои иницијатори за полимеризација и стабилизатори. Кога цврстофазниот предполимер PMMA се меша со течната фаза MMA мономер, веднаш се јавува реакција на кополимеризација на полимер за да се постигне зацврстување на коскениот цемент. Меѓутоа, за време на овој процес на зацврстување, се ослободува голема количина на топлина, што може да предизвика термичко оштетување на околните ткива, што доведува до воспаление, па дури и до некроза на ткивата. Затоа, итно се потребни повеќе истражувања за да се подобри квалитетот на коскениот цемент од полиметил метакрилат и да се намалат или елиминираат несаканите ефекти на PMMA коскениот цемент.

Калциум фосфатот се применува во поправка на коските поради неговата одлична биокомпатибилност и способност за регенерација на коските. Клинички, често се користи како материјал за инјектирање за да се пополнат празнините на коските и да се подобри хардверската фиксација во операцијата на фрактури. Составот на коскениот цемент од калциум фосфат е сличен на минералите на човечките коски, кои можат да се реапсорбираат и да го промовираат внатрешен раст и ремоделирање на природните коски. Механизмот на зацврстување на коскениот цемент на калциум фосфат е реакција на таложење на хидратација на растворање. Со контролирање на pH вредноста на процесот на реакција, хидроксиапатитот (HA) може да таложи во опсегот на pH од 4,2-11. Во почетната фаза, создавањето на HA главно се контролира со површински реакции, а HA генериран помеѓу честичките и на површината на честичките ги зајакнува врските помеѓу честичките. Колку е поголема содржината на HA кристалите, толку повеќе контактни точки има и соодветно се зголемува и јачината на притисок. Во подоцнежната фаза на реакцијата на хидратација, површината на честичките е обложена со слој од HA, а реакцијата на хидратација на коскениот цемент од калциум фосфат станува дифузија контролирана преку реакцијата на хидратација. Со континуираната реакција на хидратација, се генерираат се повеќе HA честички, а генерираните HA кристали растат. Производите за хидратација постепено го исполнуваат просторот на водата што учествува во реакцијата, така што просторот што претходно го окупирала водата се дели на неправилни капиларни пори со HA кристалите.

Порите на гелот се зголемени, а големината на порите постојано се намалува. Кристалите на HA се влечкаат и премостуваат, а јачината на поврзувањето помеѓу честичките се зголемува. Коскениот цементен материјал се зацврстува во цврста порозна структура со голем број пори, со што се покажува макро цврстина на стврднување.

Во клиничката пракса, трауматските рафални фрактури на пршлените имаат посебен механизам за повреда и обично се јавуваат кај млади луѓе кои имаат посилна способност за реконструкција на коските. Калциум фосфат коскениот цемент може ефикасно да се користи за лекување на такви фрактури. Во меѓувреме, коскениот цемент со калциум фосфат е исто така ефикасна коскена замена за операција за ресекција на бенигни коскени тумори. Меѓутоа, поради долгото време на зацврстување и релативно ниското ослободување на топлина за време на процесот на зацврстување, калциум фосфатниот цемент на коските има релативно слаба адхезија и цврстина и е склон кон распаѓање од коската. Затоа, истражувањата за коскениот цемент со калциум фосфат сè уште се во тек.

Калциум сулфатот е наједноставниот алтернативен материјал за поправка на коските и се користи во материјали за поправка на коските повеќе од 100 години, со најдолга историја на клиничка примена. Калциум сулфатот има добра човечка толеранција, биоразградливост и својства на спроводливост на коските, што го прави важен алтернативен материјал за автологна трансплантација на коски во раните истражувања. Главниот тек на цврстата фаза на коскениот цемент на калциум сулфат е безводен калциум сулфат во прав, а течната фаза е физиолошки солен и други водени раствори. Кога цврстата и течната фаза се мешаат, калциум сулфатот се подложува на реакција на хидратација, генерирајќи мустаќи на калциум сулфат дихидрат во облик на игла кои се премостуваат и се натрупуваат едни со други, со што се зацврстуваат во куп со одредена форма и сила. Меѓутоа, поради слабата биолошка активност, калциум сулфатниот коскеен цемент не може да формира хемиски врски помеѓу графтите на калциум сулфат и коскеното ткиво и брзо ќе се разградува. Калциум сулфат коскениот цемент може целосно да се апсорбира во рок од шест недели по имплантацијата, а оваа брза деградација не се совпаѓа со процесот на формирање на коските. Затоа, во споредба со коскениот цемент од калциум фосфат, развојот и клиничката примена на коскениот цемент на калциум сулфат се релативно ограничени.

Дополнително, многу студии покажаа дека малите органски молекули, биоразградливите полимери, протеините, полисахаридите, неорганските молекули, биокерамиката и биогласот можат ефикасно да ги подобрат перформансите на коскениот цемент, обезбедувајќи иновативни идеи за нови видови на коскениот цемент.
Накратко, коскениот цемент може да игра значајна улога во клиничката стоматологија и ортопедија, и се очекува да стане идеален носач на лекови и материјал за замена на коските за скелетниот систем.

Со континуираните иновации и развој на науката, технологијата и материјалите, се верува дека во иднина ќе се развиваат повеќе висококвалитетни коскени цементни материјали, како што се типови со висока цврстина, инјектирање, отпорни на вода и брзо стврднување. Примената на коскениот цемент во клиничката пракса ќе станува се повеќе распространета, а неговата вредност исто така ќе се зголемува.