मानवी शरीरात वापरता येणारे सिमेंट - हाडांचे सिमेंट

बोन सिमेंट हे हाडांच्या सिमेंटसाठी सामान्यतः वापरले जाणारे नाव आहे आणि ऑर्थोपेडिक्समध्ये वापरले जाणारे वैद्यकीय साहित्य आहे. त्याचे स्वरूप आणि भौतिक गुणधर्मांमुळे बांधकाम आणि सजावटीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या पांढऱ्या सिमेंटसारखे दिसते, त्याला इतके लोकप्रिय नाव आहे. 1970 च्या दशकात, हाडांच्या सिमेंटचा वापर सांधे कृत्रिम अवयव निश्चित करण्यासाठी आधीच केला जात होता, आणि ते ऑर्थोपेडिक्स आणि दंतचिकित्सामध्ये ऊतक भरणे आणि दुरुस्ती सामग्री म्हणून देखील वापरले जाऊ शकते.

हाडांच्या सिमेंटचा सर्वात मोठा फायदा म्हणजे त्याचे जलद घट्टीकरण, लवकर पोस्टऑपरेटिव्ह पुनर्वसन क्रियाकलापांना अनुमती देते. अर्थात, हाडांच्या सिमेंटमध्ये काही तोटे देखील आहेत, जसे की भरताना अधूनमधून अस्थिमज्जा पोकळीमध्ये उच्च दाब, ज्यामुळे चरबीचे थेंब रक्तवाहिन्यांमध्ये प्रवेश करू शकतात आणि एम्बोलिझम होऊ शकतात. शिवाय, ते मानवी हाडांपेक्षा वेगळे आहे आणि कालांतराने, कृत्रिम सांधे अजूनही सैल होऊ शकतात. त्यामुळे हाडांच्या सिमेंट बायोमटेरियल्सवरील संशोधन हा संशोधकांसाठी नेहमीच चिंतेचा विषय राहिला आहे.

सध्या, सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे आणि संशोधन केलेले हाड सिमेंट म्हणजे पॉलीमिथाइल मेथाक्रिलेट (PMMA) हाड सिमेंट, कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंट आणि कॅल्शियम सल्फेट हाड सिमेंट.
PMMA बोन सिमेंट हे लिक्विड मिथाइल मेथॅक्रिलेट मोनोमर आणि डायनॅमिक मिथाइल मेथॅक्रिलेट स्टायरीन कॉपॉलिमर, कमी मोनोमर अवशेष, कमी थकवा प्रतिरोध आणि तणाव क्रॅकिंग प्रतिरोध, तसेच उच्च तन्य शक्ती आणि प्लॅस्टिकिटी यांचे मिश्रण करून तयार केलेले ऍक्रेलिक पॉलिमर आहे. PMMA हाडांच्या सिमेंटचा वापर वैद्यकीय प्लास्टिक सर्जरीच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर केला गेला आहे आणि 1940 च्या दशकापासून दंतचिकित्सा, कवटी आणि इतर हाडांच्या दुरुस्तीच्या क्षेत्रात त्याचा वापर केला गेला आहे. ऍक्रिलेट हाडांच्या सिमेंटचा वापर मानवी ऊतींच्या शस्त्रक्रियेमध्ये केला गेला आहे आणि देशांतर्गत आणि आंतरराष्ट्रीय स्तरावर शेकडो हजारो क्लिनिकल प्रकरणांमध्ये वापरला गेला आहे.

PMMA हाड सिमेंटचा घन टप्पा सामान्यतः अंशतः पॉलिमराइज्ड प्रीपॉलिमर PMMA असतो आणि द्रव टप्पा MMA मोनोमर असतो, ज्यामध्ये काही पॉलिमरायझेशन इनिशिएटर्स आणि स्टॅबिलायझर्स जोडले जातात. जेव्हा सॉलिड-फेज प्रीपॉलिमर पीएमएमए लिक्विड-फेज एमएमए मोनोमरमध्ये मिसळले जाते, तेव्हा हाडांच्या सिमेंटचे घट्टीकरण साध्य करण्यासाठी पॉलिमर कॉपोलिमरायझेशन प्रतिक्रिया लगेच येते. तथापि, या घनीकरण प्रक्रियेदरम्यान, मोठ्या प्रमाणात उष्णता सोडली जाते, ज्यामुळे आसपासच्या ऊतींचे थर्मल नुकसान होऊ शकते, ज्यामुळे जळजळ आणि अगदी ऊतक नेक्रोसिस देखील होऊ शकते. त्यामुळे, पॉलीमिथाइल मेथाक्रिलेट बोन सिमेंटची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी आणि PMMA बोन सिमेंटचे दुष्परिणाम कमी करण्यासाठी किंवा दूर करण्यासाठी अधिक संशोधनाची तातडीने गरज आहे.

कॅल्शियम फॉस्फेट हाडांच्या दुरुस्तीमध्ये त्याच्या उत्कृष्ट जैव अनुकूलता आणि हाडांच्या पुनरुत्पादन क्षमतेमुळे वापरला जातो. वैद्यकीयदृष्ट्या, हाडांमधील अंतर भरण्यासाठी आणि फ्रॅक्चर शस्त्रक्रियेमध्ये हार्डवेअर फिक्सेशन सुधारण्यासाठी हे इंजेक्शन करण्यायोग्य सामग्री म्हणून वापरले जाते. कॅल्शियम फॉस्फेट हाडांच्या सिमेंटची रचना मानवी हाडांच्या खनिजांसारखीच असते, जी पुन्हा शोषली जाऊ शकते आणि नैसर्गिक हाडांच्या आतील वाढ आणि पुनर्निर्मितीला प्रोत्साहन देते. कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंटची घनीकरण यंत्रणा ही विघटन हायड्रेशन पर्जन्य प्रतिक्रिया आहे. प्रतिक्रिया प्रक्रियेचे pH मूल्य नियंत्रित करून, hydroxyapatite (HA) 4.2-11 च्या pH श्रेणीमध्ये अवक्षेपण करू शकते. सुरुवातीच्या टप्प्यात, HA ची निर्मिती प्रामुख्याने पृष्ठभागाच्या प्रतिक्रियांद्वारे नियंत्रित केली जाते आणि कणांमधील आणि कणांच्या पृष्ठभागावर निर्माण होणारा HA कणांमधील कनेक्शन मजबूत करते. HA क्रिस्टल्सची सामग्री जितकी जास्त असेल तितके जास्त संपर्क बिंदू असतील आणि संकुचित शक्ती देखील त्यानुसार वाढते. हायड्रेशन रिॲक्शनच्या नंतरच्या टप्प्यात, कणांच्या पृष्ठभागावर HA च्या थराने लेपित केले जाते आणि कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंटची हायड्रेशन प्रतिक्रिया हायड्रेशन प्रतिक्रियाद्वारे प्रसार नियंत्रित होते. सतत हायड्रेशन रिॲक्शनसह, अधिकाधिक HA कण तयार होतात आणि व्युत्पन्न HA क्रिस्टल्स वाढत आहेत. हायड्रेशन उत्पादने हळूहळू प्रतिक्रियेत भाग घेणारी पाण्याची जागा भरतात, ज्यामुळे पूर्वी पाण्याने व्यापलेली जागा HA क्रिस्टल्सद्वारे अनियमित केशिका छिद्रांमध्ये विभागली जाते.

जेलची छिद्रे वाढली आहेत आणि छिद्रांचा आकार सतत कमी केला जातो. HA क्रिस्टल्स स्तब्ध आणि ब्रिज्ड आहेत आणि कणांमधील बाँडिंग सामर्थ्य वाढत आहे. हाडांची सिमेंट सामग्री मोठ्या प्रमाणात छिद्रांसह घन सच्छिद्र संरचनेत घट्ट केली जाते, अशा प्रकारे मॅक्रो क्यूरिंग शक्ती दर्शवते.

क्लिनिकल प्रॅक्टिसमध्ये, दुखापतग्रस्त कशेरुकाच्या फुटलेल्या फ्रॅक्चरमध्ये एक विशेष इजा यंत्रणा असते आणि सामान्यतः हाडांच्या पुनर्बांधणीची क्षमता मजबूत असलेल्या तरुणांमध्ये आढळते. अशा फ्रॅक्चरवर उपचार करण्यासाठी कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंटचा प्रभावीपणे वापर केला जाऊ शकतो. दरम्यान, कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंट देखील सौम्य हाडांच्या ट्यूमर रेसेक्शन शस्त्रक्रियेसाठी हाडांचा एक प्रभावी पर्याय आहे. तथापि, घनीकरण प्रक्रियेदरम्यान दीर्घ काळ आणि तुलनेने कमी उष्णता सोडल्यामुळे, कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंटमध्ये तुलनेने कमी चिकटपणा आणि ताकद असते आणि हाडांपासून विघटन होण्याची शक्यता असते. त्यामुळे कॅल्शियम फॉस्फेट बोन सिमेंटवर संशोधन अजूनही सुरू आहे.

कॅल्शियम सल्फेट हा हाडांच्या दुरुस्तीसाठी सर्वात सोपा पर्यायी सामग्री आहे आणि 100 वर्षांहून अधिक काळ हाडांच्या दुरुस्तीच्या साहित्यात वापरला जात आहे, ज्याचा सर्वात मोठा क्लिनिकल अनुप्रयोग इतिहास आहे. कॅल्शियम सल्फेटमध्ये चांगली मानवी सहनशीलता, जैवविघटनक्षमता आणि हाडांचे वहन गुणधर्म आहेत, ज्यामुळे सुरुवातीच्या संशोधनात ऑटोलॉगस हाडांच्या प्रत्यारोपणासाठी हे एक महत्त्वाचे पर्यायी साहित्य बनते. कॅल्शियम सल्फेट बोन सिमेंटचा घन टप्पा हा निर्जल कॅल्शियम सल्फेट पावडर आहे आणि द्रव टप्पा म्हणजे शारीरिक खारट आणि इतर जलीय द्रावण. जेव्हा घन आणि द्रव टप्पे मिसळले जातात, तेव्हा कॅल्शियम सल्फेटची हायड्रेशन प्रतिक्रिया होते, ज्यामुळे सुईच्या आकाराचे कॅल्शियम सल्फेट डायहायड्रेट व्हिस्कर्स तयार होतात जे एकमेकांना जोडतात आणि स्टॅक करतात, अशा प्रकारे विशिष्ट आकार आणि ताकदीच्या ढिगाऱ्यात घट्ट होतात. तथापि, खराब जैविक क्रियाकलापांमुळे, कॅल्शियम सल्फेट हाड सिमेंट कॅल्शियम सल्फेट कलम आणि हाडांच्या ऊतींमध्ये रासायनिक बंध तयार करू शकत नाही आणि ते वेगाने खराब होईल. कॅल्शियम सल्फेट हाड सिमेंट रोपण केल्यानंतर सहा आठवड्यांच्या आत पूर्णपणे शोषले जाऊ शकते आणि हे जलद ऱ्हास हाडांच्या निर्मितीच्या प्रक्रियेशी जुळत नाही. म्हणून, कॅल्शियम फॉस्फेट हाड सिमेंटच्या तुलनेत, कॅल्शियम सल्फेट हाड सिमेंटचा विकास आणि नैदानिक ​​उपयोग तुलनेने मर्यादित आहेत.

याशिवाय, अनेक अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की लहान सेंद्रिय रेणू, बायोडिग्रेडेबल पॉलिमर, प्रथिने, पॉलिसेकेराइड्स, अजैविक रेणू, बायोसेरामिक्स आणि बायोग्लास हाडांच्या सिमेंटच्या कार्यक्षमतेत प्रभावीपणे सुधारणा करू शकतात, नवीन प्रकारच्या हाडांच्या सिमेंटसाठी नाविन्यपूर्ण कल्पना प्रदान करतात.
सारांश, क्लिनिकल दंतचिकित्सा आणि ऑर्थोपेडिक्समध्ये हाडांचे सिमेंट महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकते आणि कंकाल प्रणालीसाठी एक आदर्श औषध वाहक आणि हाडे पर्यायी सामग्री बनण्याची अपेक्षा आहे.

विज्ञान, तंत्रज्ञान आणि साहित्याच्या सतत नवनवीन शोध आणि विकासामुळे, असे मानले जाते की भविष्यात अधिक उच्च-गुणवत्तेचे हाड सिमेंट साहित्य विकसित केले जाईल, जसे की उच्च-शक्ती, इंजेक्शन करण्यायोग्य, पाणी प्रतिरोधक आणि जलद सेटिंग प्रकार. क्लिनिकल प्रॅक्टिसमध्ये हाडांच्या सिमेंटचा वापर अधिकाधिक व्यापक होईल आणि त्याचे मूल्य देखील वाढेल.