Influence of blood and body fluids on self-hardening, structure and mechanical properties of resorbable bone cements

Vliv krve a tělních tekutin na samotvrdnutí, strukturu a mechanické vlastnosti resorbovatelných kostních cementů

abstract

Czech

Composite synthetic bone cements based on calcium phosphate (CPC) have been known since the 1980s and play an important role in reconstruction and repair surgery, orthopedics and dentistry. Most research on CPC focuses on its self-hardening properties in aqueous medium, physiological solution and phosphate buffer. This study investigates the impact of various environments, including physiological solutions and simulated body fluids (such as Hank‘s and Ringer‘s solutions), as well as heparinized pig blood, on the hardening, structure, and mechanical properties of a newly developed composite bone cement comprising calcium phosphate (CPC) and a thixotropic thermosensitive polymer suitable for injectable application and 3D printing. Samples were allowed to harden in these environments for durations of 1 day, 1 week, 2 weeks, and 1 month, after which their morphology was examined using scanning electron microscopy (SEM), porosity analyzed via X-ray computed microtomography (μCT), conversion of calcium phosphate to calcium-deficient hydroxyapatite assessed through X-ray diffraction (XRD) analysis, and mechanical properties evaluated using compression tests. The results show a significant influence of the curing environment on the properties of CPC bone cements. Samples cured in blood demonstrated notably superior mechanical and structural properties compared to those cured in simulated body fluid or physiological solutions.

Kompozitní syntetické kostní cementy na bázi fosforečnanu vápenatého (CPC) byly známé od 80. let 20. století a hrají důležitou roli v rekonstrukční a reparační chirurgii, ortopedii a stomatologii. Většina výzkumu CPC se zaměřuje na jeho samotvrdnoucí vlastnosti ve vodném prostředí, fyziologickém roztoku a fosfátovém pufru. Tato studie zkoumá vliv různých prostředí, včetně fyziologických roztoků a simulovaných tělních tekutin (jako jsou Hankovy a Ringerovy roztoky), jakož i heparinizované prasečí krve, na tvrdnutí, strukturu a mechanické vlastnosti nově vyvinutého kompozitního kostního cementu obsahujícího fosforečnan vápenatý (CPC) a tixotropní termosenzitivní polymer vhodný pro injekční aplikaci a 3D tisk. Vzorky byly v těchto prostředích vytvrzeny po dobu 1 dne, 1 týdne, 2 týdnů a 1 měsíce, poté byla zkoumána jejich morfologie pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM), analyzována pórovitost pomocí rentgenové počítačové mikrotomografie (μCT), hodnocena přeměna fosforečnanu vápenatého na hydroxyapatit s nedostatkem vápníku pomocí rentgenové difrakční analýzy (XRD) a mechanické vlastnosti byly hodnoceny pomocí kompresních zkoušek. Výsledky ukazují významný vliv vytvrzovacího prostředí na vlastnosti kostních cementů CPC. Vzorky vytvrzené v krvi vykazovaly výrazně lepší mechanické a strukturní vlastnosti ve srovnání se vzorky vytvrzenými v simulované tělní tekutině nebo fyziologických roztocích.

MICHLOVSKÁ, L.; BEDNAŘÍKOVÁ, V.; LYSÁKOVÁ, K.; HLINÁKOVÁ, K.; POLÁČEK, P.; KADLECOVÁ, Z.; ZIKMUND, T.; KAISER, J.; ŽÍDEK, J.; BRTNÍKOVÁ, J.; VOJTOVÁ, L.

25. 4. 2024

Praha

978-80-01-07293-6

Bioimplantologie a regenerativní medicína 2024

1. elektronické

41

41

59

https://921c88450d.clvaw-cdnwnd.com/17e12706bb26b88046060a8921d16f31/200000499-73ed673ed8/bioimplantologie_2024_sbornik.pdf?ph=921c88450d