Инжекционный кальций-фосфатный цемент для реконструкции костной ткани

Методы регенерации костной ткани

В настоящее время для лечения и восстановления костной ткани широко применяется регенерационный подход, заключающийся в использовании так называемых остеокондуктивных материалов, интенсифицирующих регенерацию костной ткани.

Среди большого количества предлагаемых материалов фосфаты кальция являются многообещающими синтетическими остеокондуктивными костными заменителями, поскольку их структура схожа со структурой костной ткани.

Широкое распространение в медицине получила высокотемпературная керамика на основе гидроксиапатита. Однако биоактивные цементы на основе фосфатов кальция обладают важным преимуществом по сравнению с керамикой.

Прежде всего - это возможность адаптации пластичной цементной пасты, полученной прямо в операционной, к костному дефекту, что не только обеспечивает плотный контакт имплантируемого материала с костью, но и не требует предварительной подготовки имплантата (формовка, обжиг и т.д.).

Кроме того, цементная паста способна инжектироваться через иглу, что дает возможность свести хирургические манипуляции к минимуму. Такие цементы биоактивны, обладают высокой пористостью, хорошо срастаются с костью, постепенно растворяясь и регенерируя костную ткань.

Большой недостаток цементов заключается в том, что их механические свойства уступают механическим свойствам костной ткани, поэтому они не могут быть использованы в качестве заменителей несущих костей.

Но кальций-фосфатный цемент может быть введен как дополнительный внутренний фиксатор для лечения некоторых переломов, для лечения позвонков, пораженных остеопорозом, в качестве системы доставки лекарственных препаратов и др.

Цементы на основе фосфатов кальция можно разделить на 2 группы в зависимости от конечного состава затвердевшего материала: апатитовые (Са10(РО4)6(ОН)2) и брушитовые (СаНР04-2Н20).

По механическим свойствам брушитовые цементы уступают апатитовым, однако скорость резорбции брушитовых цементов при физиологическом значении рН раствора, равном 7,4, выше, чем апатитовых, о чем свидетельствует диаграмма растворимости соединений в системе СаО - Р205 - Н20 при 37 °С.

Кальций-фосфатные цементы: способ применения

Это способствует более быстрому восстановлению целостности костной ткани, так как растворяющийся цемент является источником кальций- и фосфат-ионов.

Кальций-фосфатные цементы получают смешением двух и более фосфатов кальция с водой с образованием пластичной массы, затвердевающей со временем с образованием прочного камневидного материала.

В результате исследования учёных из Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеевабыл был получен инжектируемый брушитовый цемент смешением порошков р-трикальцийфосфата и монокальцийфосфата моногидрата с водой по следующей реакции:

β-Са₃(Р0₄)2 + Cа(Н₂РО₄)₂Н₂О + 7Н₂0 -> 4СаНР0₄-2Н₂0

Конечным продуктом реакции является дикальцийфосфат дигидрат - брушит. Предварительными исследованиями установлено, что для получения максимального выхода целевого продукта - брушита, соотношение β-трикальцийфосфата и монокальцийфосфата в смеси должно составлять 3 : 2.

Для пролонгирования сроков схватывания цементной пасты в систему были введены добавки, содержащие пирофосфатные и сульфатные ионы.

Изучено влияние добавок на пластичность, сроки схватывания цементной пасты, прочность затвердевшего материала и значения рН физиологического раствора, находящегося в контакте с твердеющим цементом.

Были установлены концентрации добавок, при которых достигается максимальная прочность при условии приемлемой пластичности и допустимых значениях рН (не менее 4).

Низкие значения рН являются отрицательным фактором использования костных цементов в ортопедии и травматологии, поскольку они способны вызывать воспаления.

За приемлемую пластичность принималась пластичность, при которой цементное тесто способно инжектироваться через иглу с внутренним диаметром 1,8 мм. Такая пластичность достигалась в том случае, если цементное тесто через 3 минуты после затвердения обладало пластической прочностью не более 0,2 - 0,25 кгс/см².

Прочность при сжатии брушитового цемента, твердевшего 24 часа во влажных условиях при 37 °С, составила 4,0 - 4,2 МПа. Так как при прохождении через иглу цементы на основе фосфатов кальция склонны к расслаиванию, то для улучшения свойств раствора в работе были использованы добавки водорастоворимых полимеров и эфиров целлюлозы, а также изучено их влияние на реологию, пластичность цементного теста и прочностные свойства затвердевшего цементного камня.

Ссылки по теме:

• Влияние модификации поверхностной энергии наноструктурных кальцийфосфатных покрытий на остеогенный потенциал костного мозга
• Костная аллопластика при ревизионном эндопротезировании коленного сустава
• Результаты пластики позвонков костным цементом далеки от идеала

Автор материала Елена Васильева, врач общей практики специально для Spinet.ru

Также стоит почитать: