Simen yang boleh digunakan dalam tubuh manusia - simen tulang

Simen tulang ialah nama yang biasa digunakan untuk simen tulang dan merupakan bahan perubatan yang digunakan dalam ortopedik. Oleh kerana penampilan dan sifat fizikalnya yang menyerupai simen putih yang digunakan dalam pembinaan dan hiasan selepas pemejalan, ia mempunyai nama yang begitu popular. Pada tahun 1970-an, simen tulang telah digunakan untuk penetapan prostesis sendi, dan ia juga boleh digunakan sebagai bahan pengisian dan pembaikan tisu dalam ortopedik dan pergigian.

Kelebihan terbesar simen tulang ialah pemejalannya yang cepat, membolehkan aktiviti pemulihan pasca operasi awal. Sudah tentu, simen tulang juga mempunyai beberapa kelemahan, seperti tekanan tinggi sekali-sekala dalam rongga sumsum tulang semasa pengisian, yang boleh menyebabkan titisan lemak memasuki saluran darah dan menyebabkan embolisme. Selain itu, ia berbeza daripada tulang manusia, dan dari masa ke masa, sendi tiruan mungkin masih menjadi longgar. Oleh itu, penyelidikan mengenai biomaterial simen tulang sentiasa menjadi topik hangat yang membimbangkan para penyelidik.

Pada masa ini, simen tulang yang paling banyak digunakan dan dikaji ialah simen tulang polimetil metakrilat (PMMA), simen tulang kalsium fosfat, dan simen tulang kalsium sulfat.
Simen tulang PMMA ialah polimer akrilik yang dibentuk dengan mencampurkan monomer metil metakrilat cecair dan kopolimer stirena metil metakrilat dinamik, dengan sisa monomer yang rendah, rintangan keletihan yang rendah dan rintangan retak tekanan, serta kekuatan tegangan dan keplastikan yang tinggi. Simen tulang PMMA telah digunakan secara meluas dalam bidang pembedahan plastik perubatan, dan telah digunakan dalam pergigian, tengkorak, dan bidang pembaikan tulang yang lain seawal tahun 1940-an. Simen tulang akrilat telah digunakan dalam pembedahan tisu manusia dan telah digunakan dalam ratusan ribu kes klinikal di dalam dan di luar negara.

Fasa pepejal simen tulang PMMA secara amnya adalah PMMA prapolimer separa, dan fasa cecair ialah monomer MMA, dengan beberapa pemula pempolimeran dan penstabil ditambah. Apabila PMMA prapolimer fasa pepejal dicampur dengan monomer MMA fasa cecair, tindak balas kopolimerisasi polimer berlaku serta-merta untuk mencapai pemejalan simen tulang. Walau bagaimanapun, semasa proses pemejalan ini, sejumlah besar haba dibebaskan, yang boleh menyebabkan kerosakan haba pada tisu sekeliling, yang membawa kepada keradangan dan juga nekrosis tisu. Oleh itu, lebih banyak penyelidikan diperlukan segera untuk meningkatkan kualiti simen tulang polimetil metakrilat dan mengurangkan atau menghapuskan kesan sampingan simen tulang PMMA.

Kalsium fosfat digunakan dalam pembaikan tulang kerana biokompatibiliti yang sangat baik dan keupayaan penjanaan semula tulang. Secara klinikal, ia sering digunakan sebagai bahan suntikan untuk mengisi celah tulang dan memperbaiki penetapan perkakasan dalam pembedahan patah tulang. Komposisi simen tulang kalsium fosfat adalah serupa dengan mineral tulang manusia, yang boleh diserap semula dan menggalakkan pertumbuhan dalaman dan pembentukan semula tulang semula jadi. Mekanisme pemejalan simen tulang kalsium fosfat ialah tindak balas pemendakan penghidratan pembubaran. Dengan mengawal nilai pH proses tindak balas, hidroksiapatit (HA) boleh memendakan dalam julat pH 4.2-11. Pada peringkat awal, penjanaan HA dikawal terutamanya oleh tindak balas permukaan, dan HA yang dihasilkan antara zarah dan pada permukaan zarah menguatkan sambungan antara zarah. Semakin tinggi kandungan kristal HA, semakin banyak titik sentuhan, dan kekuatan mampatan juga meningkat dengan sewajarnya. Pada peringkat akhir tindak balas penghidratan, permukaan zarah disalut dengan lapisan HA, dan tindak balas penghidratan simen tulang kalsium fosfat menjadi resapan dikawal melalui tindak balas penghidratan. Dengan tindak balas penghidratan berterusan, semakin banyak zarah HA dihasilkan, dan kristal HA yang dihasilkan semakin berkembang. Produk penghidratan secara beransur-ansur mengisi ruang air yang mengambil bahagian dalam tindak balas, supaya ruang yang sebelum ini diduduki oleh air dibahagikan kepada liang kapilari yang tidak teratur oleh kristal HA.

Liang-liang gel bertambah, dan saiz liang sentiasa berkurangan. Hablur HA berperingkat dan terjebak, dan kekuatan ikatan antara zarah semakin meningkat. Bahan simen tulang dipejalkan menjadi struktur berliang pepejal dengan bilangan liang yang besar, sekali gus menunjukkan kekuatan pengawetan makro.

Dalam amalan klinikal, fraktur pecah vertebra traumatik mempunyai mekanisme kecederaan khas dan biasanya berlaku pada orang muda yang mempunyai keupayaan pembinaan semula tulang yang lebih kuat. Simen tulang kalsium fosfat boleh digunakan dengan berkesan untuk merawat patah tulang tersebut. Sementara itu, simen tulang kalsium fosfat juga merupakan pengganti tulang yang berkesan untuk pembedahan reseksi tumor tulang jinak. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh masa pemejalan yang panjang dan pelepasan haba yang agak rendah semasa proses pemejalan, simen tulang kalsium fosfat mempunyai lekatan dan kekuatan yang agak lemah, dan terdedah kepada perpecahan dari tulang. Oleh itu, penyelidikan mengenai simen tulang kalsium fosfat masih diteruskan.

Kalsium sulfat ialah bahan alternatif paling mudah untuk pembaikan tulang dan telah digunakan dalam bahan pembaikan tulang selama lebih 100 tahun, dengan sejarah aplikasi klinikal yang paling lama. Kalsium sulfat mempunyai toleransi manusia yang baik, biodegradasi, dan sifat pengaliran tulang, menjadikannya bahan alternatif penting untuk pemindahan tulang autologus dalam penyelidikan awal. Aliran utama fasa pepejal simen tulang kalsium sulfat ialah serbuk kalsium sulfat kontang, dan fasa cecair ialah garam fisiologi dan larutan akueus lain. Apabila fasa pepejal dan cecair bercampur, kalsium sulfat mengalami tindak balas penghidratan, menghasilkan misai kalsium sulfat dihidrat berbentuk jarum yang menjembatani dan bertindan antara satu sama lain, lantas memejal menjadi longgokan dengan bentuk dan kekuatan tertentu. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh aktiviti biologi yang lemah, simen tulang kalsium sulfat tidak dapat membentuk ikatan kimia antara cantuman kalsium sulfat dan tisu tulang, dan akan merosot dengan cepat. Simen tulang kalsium sulfat boleh diserap sepenuhnya dalam tempoh enam minggu selepas implantasi, dan degradasi pesat ini tidak sepadan dengan proses pembentukan tulang. Oleh itu, berbanding dengan simen tulang kalsium fosfat, pembangunan dan aplikasi klinikal simen tulang kalsium sulfat adalah agak terhad.

Di samping itu, banyak kajian telah menunjukkan bahawa molekul organik kecil, polimer terbiodegradasi, protein, polisakarida, molekul tak organik, bioseramik dan bioglass boleh meningkatkan prestasi simen tulang dengan berkesan, memberikan idea inovatif untuk jenis simen tulang baharu.
Ringkasnya, simen tulang boleh memainkan peranan penting dalam pergigian klinikal dan ortopedik, dan dijangka menjadi pembawa ubat yang ideal dan bahan pengganti tulang untuk sistem rangka.

Dengan inovasi dan pembangunan sains, teknologi dan bahan yang berterusan, adalah dipercayai bahawa lebih banyak bahan simen tulang berkualiti tinggi akan dibangunkan pada masa hadapan, seperti jenis penetapan berkekuatan tinggi, boleh disuntik, kalis air dan pantas. Penggunaan simen tulang dalam amalan klinikal akan menjadi semakin meluas, dan nilainya juga akan meningkat.