Cimento que pode ser usado no corpo humano – cimento ósseo

Cimento ósseo é um nome comumente usado para cimento ósseo e é um material médico usado em ortopedia. Devido à sua aparência e propriedades físicas que lembram o cimento branco utilizado na construção e decoração após solidificação, possui um nome tão popular. Na década de 1970, o cimento ósseo já era utilizado para fixação de próteses articulares, podendo também ser utilizado como material de preenchimento e reparo de tecidos em ortopedia e odontologia.

A maior vantagem do cimento ósseo é a sua rápida solidificação, permitindo atividades de reabilitação pós-operatórias precoces. É claro que o cimento ósseo também tem algumas desvantagens, como a alta pressão ocasional na cavidade da medula óssea durante o enchimento, o que pode fazer com que gotículas de gordura entrem nos vasos sanguíneos e causem embolia. Além disso, é diferente dos ossos humanos e, com o tempo, as articulações artificiais ainda podem se soltar. Portanto, a pesquisa sobre biomateriais de cimento ósseo sempre foi um tema de grande preocupação para os pesquisadores.

Atualmente, os cimentos ósseos mais utilizados e pesquisados ​​são o cimento ósseo de polimetilmetacrilato (PMMA), o cimento ósseo de fosfato de cálcio e o cimento ósseo de sulfato de cálcio.
O cimento ósseo PMMA é um polímero acrílico formado pela mistura de monômero de metacrilato de metila líquido e copolímero de estireno metacrilato de metila dinâmico, com baixo resíduo de monômero, baixa resistência à fadiga e resistência à fissuração por tensão, além de alta resistência à tração e plasticidade. O cimento ósseo PMMA tem sido amplamente utilizado no campo da cirurgia plástica médica e tem sido aplicado em odontologia, crânio e outras áreas de reparo ósseo já na década de 1940. O cimento ósseo de acrilato tem sido utilizado em cirurgia de tecidos humanos e aplicado em centenas de milhares de casos clínicos, tanto nacional quanto internacionalmente.

A fase sólida do cimento ósseo PMMA é geralmente o pré-polímero PMMA parcialmente polimerizado, e a fase líquida é o monômero MMA, com alguns iniciadores de polimerização e estabilizadores adicionados. Quando o pré-polímero de fase sólida PMMA é misturado com o monômero de MMA de fase líquida, ocorre imediatamente uma reação de copolimerização do polímero para atingir a solidificação do cimento ósseo. Porém, durante esse processo de solidificação, uma grande quantidade de calor é liberada, o que pode causar danos térmicos aos tecidos circundantes, levando à inflamação e até mesmo à necrose tecidual. Portanto, mais pesquisas são urgentemente necessárias para melhorar a qualidade do cimento ósseo de polimetilmetacrilato e reduzir ou eliminar os efeitos colaterais do cimento ósseo de PMMA.

O fosfato de cálcio é aplicado na reparação óssea devido à sua excelente biocompatibilidade e capacidade de regeneração óssea. Clinicamente, é frequentemente usado como material injetável para preencher lacunas ósseas e melhorar a fixação de hardware em cirurgias de fraturas. A composição do cimento ósseo de fosfato de cálcio é semelhante aos minerais dos ossos humanos, que podem ser reabsorvidos e promover o crescimento interno e a remodelação dos ossos naturais. O mecanismo de solidificação do cimento ósseo de fosfato de cálcio é uma reação de dissolução, hidratação e precipitação. Ao controlar o valor de pH do processo de reação, a hidroxiapatita (HA) pode precipitar na faixa de pH de 4,2-11. No estágio inicial, a geração de HA é controlada principalmente por reações de superfície, e o HA gerado entre as partículas e na superfície das partículas fortalece as conexões entre as partículas. Quanto maior o teor de cristais de HA, mais pontos de contato existem e a resistência à compressão também aumenta proporcionalmente. No estágio posterior da reação de hidratação, a superfície da partícula é revestida com uma camada de HA, e a reação de hidratação do cimento ósseo de fosfato de cálcio torna-se controlada pela difusão através da reação de hidratação. Com a reação de hidratação contínua, mais e mais partículas de HA são geradas e os cristais de HA gerados estão crescendo. Os produtos de hidratação preenchem gradativamente o espaço da água participante da reação, de modo que o espaço anteriormente ocupado pela água é dividido em poros capilares irregulares pelos cristais de HA.

Os poros do gel aumentam e o tamanho dos poros é constantemente reduzido. Os cristais de HA estão escalonados e em ponte, e a força de ligação entre as partículas está aumentando. O material de cimento ósseo é solidificado em uma estrutura sólida porosa com grande número de poros, apresentando assim uma resistência à macrocura.

Na prática clínica, as fraturas vertebrais traumáticas tipo explosão possuem um mecanismo de lesão especial e geralmente ocorrem em jovens com maior capacidade de reconstrução óssea. O cimento ósseo de fosfato de cálcio pode ser usado com eficácia para tratar essas fraturas. Enquanto isso, o cimento ósseo de fosfato de cálcio também é um substituto ósseo eficaz para cirurgia de ressecção de tumor ósseo benigno. No entanto, devido ao longo tempo de solidificação e à liberação de calor relativamente baixa durante o processo de solidificação, o cimento ósseo de fosfato de cálcio tem adesão e resistência relativamente fracas e é propenso à desintegração do osso. Portanto, a pesquisa sobre o cimento ósseo de fosfato de cálcio ainda está em andamento.

O sulfato de cálcio é o material alternativo mais simples para reparo ósseo e tem sido utilizado em materiais de reparo ósseo há mais de 100 anos, com o mais longo histórico de aplicação clínica. O sulfato de cálcio tem boa tolerância humana, biodegradabilidade e propriedades de condução óssea, tornando-o um importante material alternativo para transplante ósseo autólogo nas primeiras pesquisas. A corrente principal da fase sólida do cimento ósseo de sulfato de cálcio é o pó de sulfato de cálcio anidro, e a fase líquida é solução salina fisiológica e outras soluções aquosas. Quando as fases sólida e líquida são misturadas, o sulfato de cálcio sofre uma reação de hidratação, gerando bigodes di-hidratados de sulfato de cálcio em forma de agulha que se unem e se empilham, solidificando-se em uma pilha com determinado formato e resistência. No entanto, devido à fraca actividade biológica, o cimento ósseo de sulfato de cálcio não pode formar ligações químicas entre os enxertos de sulfato de cálcio e o tecido ósseo e irá degradar-se rapidamente. O cimento ósseo de sulfato de cálcio pode ser completamente absorvido dentro de seis semanas após a implantação, e esta rápida degradação não corresponde ao processo de formação óssea. Portanto, em comparação com o cimento ósseo de fosfato de cálcio, o desenvolvimento e a aplicação clínica do cimento ósseo de sulfato de cálcio são relativamente limitados.

Além disso, muitos estudos demonstraram que pequenas moléculas orgânicas, polímeros biodegradáveis, proteínas, polissacarídeos, moléculas inorgânicas, biocerâmicas e biovidro podem efetivamente melhorar o desempenho do cimento ósseo, fornecendo ideias inovadoras para novos tipos de cimento ósseo.
Em resumo, o cimento ósseo pode desempenhar um papel significativo na odontologia clínica e na ortopedia, e espera-se que se torne um transportador de medicamentos ideal e um material substituto ósseo para o sistema esquelético.

Com a contínua inovação e desenvolvimento da ciência, tecnologia e materiais, acredita-se que mais materiais de cimento ósseo de alta qualidade serão desenvolvidos no futuro, como tipos de alta resistência, injetáveis, resistentes à água e de presa rápida. A aplicação do cimento ósseo na prática clínica será cada vez mais difundida e o seu valor também aumentará.