Cement dat in het menselijk lichaam kan worden gebruikt: botcement

Botcement is een veelgebruikte naam voor botcement en is een medisch materiaal dat in de orthopedie wordt gebruikt. Vanwege het uiterlijk en de fysieke eigenschappen die lijken op wit cement dat na stolling in de bouw en decoratie wordt gebruikt, heeft het zo'n populaire naam. In de jaren zeventig werd botcement al gebruikt voor de fixatie van gewrichtsprothesen, maar het kan ook worden gebruikt als weefselvul- en reparatiemateriaal in de orthopedie en tandheelkunde.

Het grootste voordeel van botcement is de snelle stolling, waardoor vroege postoperatieve revalidatieactiviteiten mogelijk zijn. Natuurlijk heeft botcement ook enkele nadelen, zoals een incidentele hoge druk in de beenmergholte tijdens het vullen, waardoor vetdruppels in de bloedvaten terecht kunnen komen en embolie kunnen veroorzaken. Bovendien verschilt het van menselijke botten, en na verloop van tijd kunnen kunstmatige gewrichten nog steeds losraken. Daarom is het onderzoek naar biomaterialen uit botcement altijd een actueel onderwerp van zorg geweest voor onderzoekers.

Momenteel zijn de meest gebruikte en onderzochte botcementen polymethylmethacrylaat (PMMA) botcement, calciumfosfaat botcement en calciumsulfaat botcement.
PMMA-botcement is een acrylpolymeer dat wordt gevormd door het mengen van vloeibaar methylmethacrylaatmonomeer en dynamisch methylmethacrylaat-styreencopolymeer, met een laag monomeerresidu, lage weerstand tegen vermoeidheid en spanningsscheuren, evenals een hoge treksterkte en plasticiteit. PMMA-botcement wordt op grote schaal gebruikt op het gebied van de medische plastische chirurgie en wordt al in de jaren veertig van de vorige eeuw toegepast in de tandheelkunde, schedel- en andere botreparatiegebieden. Acrylaatbotcement is gebruikt bij de chirurgie van menselijk weefsel en is toegepast in honderdduizenden klinische gevallen, zowel in eigen land als internationaal.

De vaste fase van PMMA-botcement is over het algemeen gedeeltelijk gepolymeriseerd prepolymeer PMMA, en de vloeibare fase is MMA-monomeer, waaraan enkele polymerisatie-initiatoren en stabilisatoren zijn toegevoegd. Wanneer het prepolymeer PMMA in de vaste fase wordt gemengd met het MMA-monomeer in de vloeibare fase, vindt onmiddellijk een polymeercopolymerisatiereactie plaats om het stollen van botcement te bewerkstelligen. Tijdens dit stollingsproces komt echter een grote hoeveelheid warmte vrij, die thermische schade aan omliggende weefsels kan veroorzaken, wat kan leiden tot ontstekingen en zelfs weefselnecrose. Daarom is er dringend meer onderzoek nodig om de kwaliteit van polymethylmethacrylaat-botcement te verbeteren en de bijwerkingen van PMMA-botcement te verminderen of te elimineren.

Calciumfosfaat wordt toegepast bij botreparatie vanwege zijn uitstekende biocompatibiliteit en botregeneratievermogen. Klinisch wordt het vaak gebruikt als injecteerbaar materiaal om botspleten op te vullen en de hardwarefixatie bij fractuurchirurgie te verbeteren. De samenstelling van calciumfosfaatbotcement is vergelijkbaar met de mineralen van menselijke botten, die opnieuw kunnen worden geabsorbeerd en de inwaartse groei en hermodellering van natuurlijke botten kunnen bevorderen. Het stollingsmechanisme van calciumfosfaatbotcement is een precipitatiereactie door oplossingshydratatie. Door de pH-waarde van het reactieproces te regelen, kan hydroxyapatiet (HA) neerslaan binnen het pH-bereik van 4,2-11. In de beginfase wordt de vorming van HA voornamelijk gecontroleerd door oppervlaktereacties, en de HA die tussen deeltjes en op het oppervlak van deeltjes wordt gegenereerd, versterkt de verbindingen tussen deeltjes. Hoe hoger het gehalte aan HA-kristallen, hoe meer contactpunten er zijn en de druksterkte neemt dienovereenkomstig toe. In het latere stadium van de hydratatiereactie wordt het deeltjesoppervlak bedekt met een laag HA, en wordt de hydratatiereactie van calciumfosfaatbotcement diffusiegecontroleerd door de hydratatiereactie. Met de continue hydratatiereactie worden steeds meer HA-deeltjes gegenereerd en groeien de gegenereerde HA-kristallen. Hydratatieproducten vullen geleidelijk de ruimte met water dat aan de reactie deelneemt, zodat de ruimte die voorheen door water werd ingenomen door de HA-kristallen in onregelmatige capillaire poriën wordt verdeeld.

De gelporiën worden vergroot en de poriegrootte wordt voortdurend verkleind. De HA-kristallen zijn verspringend en overbrugd, en de bindingssterkte tussen deeltjes neemt toe. Het botcementmateriaal wordt gestold tot een vaste poreuze structuur met een groot aantal poriën, waardoor een macro-uithardingssterkte wordt vertoond.

In de klinische praktijk hebben traumatische wervelbreukfracturen een speciaal letselmechanisme en komen meestal voor bij jonge mensen die over een sterker botreconstructievermogen beschikken. Calciumfosfaatbotcement kan effectief worden gebruikt om dergelijke fracturen te behandelen. Ondertussen is calciumfosfaatbotcement ook een effectieve botvervanger voor goedaardige bottumorresectiechirurgie. Vanwege de lange stollingstijd en de relatief lage warmteafgifte tijdens het stollingsproces heeft calciumfosfaatbotcement echter een relatief slechte hechting en sterkte, en is het gevoelig voor desintegratie uit het bot. Daarom is het onderzoek naar calciumfosfaatbotcement nog steeds aan de gang.

Calciumsulfaat is het eenvoudigste alternatieve materiaal voor botherstel en wordt al meer dan 100 jaar gebruikt in botherstelmaterialen, met de langste geschiedenis van klinische toepassingen. Calciumsulfaat heeft goede menselijke tolerantie, biologische afbreekbaarheid en beengeleidingseigenschappen, waardoor het in vroeg onderzoek een belangrijk alternatief materiaal is voor autologe bottransplantatie. De vaste fase van calciumsulfaatbotcement is watervrij calciumsulfaatpoeder en de vloeibare fase is fysiologische zoutoplossing en andere waterige oplossingen. Wanneer de vaste en vloeibare fasen worden gemengd, ondergaat calciumsulfaat een hydratatiereactie, waardoor naaldvormige calciumsulfaatdihydraat-whiskers ontstaan ​​die een brug vormen en zich op elkaar stapelen, waardoor ze stolden tot een stapel met een bepaalde vorm en sterkte. Vanwege de slechte biologische activiteit kan calciumsulfaatbotcement echter geen chemische bindingen vormen tussen calciumsulfaattransplantaten en botweefsel, en zal het snel worden afgebroken. Calciumsulfaat-botcement kan binnen zes weken na implantatie volledig worden geabsorbeerd, en deze snelle afbraak komt niet overeen met het proces van botvorming. Daarom zijn, vergeleken met calciumfosfaatbotcement, de ontwikkeling en klinische toepassing van calciumsulfaatbotcement relatief beperkt.

Bovendien hebben veel onderzoeken aangetoond dat kleine organische moleculen, biologisch afbreekbare polymeren, eiwitten, polysachariden, anorganische moleculen, biokeramiek en bioglas de prestaties van botcement effectief kunnen verbeteren, wat innovatieve ideeën oplevert voor nieuwe soorten botcement.
Samenvattend kan botcement een belangrijke rol spelen in de klinische tandheelkunde en orthopedie, en zal het naar verwachting een ideaal medicijndrager- en botvervangingsmateriaal voor het skeletstelsel worden.

Met de voortdurende innovatie en ontwikkeling van wetenschap, technologie en materialen wordt aangenomen dat er in de toekomst meer hoogwaardige botcementmaterialen zullen worden ontwikkeld, zoals zeer sterke, injecteerbare, waterbestendige en snel uithardende typen. De toepassing van botcement in de klinische praktijk zal steeds wijdverspreider worden en de waarde ervan zal ook toenemen.