مواد و ساخت پیشرفته

نقایص استخوانی ناشی از حوادث و بیماری­‌هایی مانند پوکی استخوان و تومورها یک چالش بزرگ برای سلامت انسان در جامعه سالخورده است. مجموعه‌ای از بیومواد مصنوعی برای درمان نقایص استخوانی ساخته شده‌اند که در میان آنها سیمان‌های استخوانی یکی از امیدوارکننده‌ترین مواد هستند زیرا خاصیت خود تنظیمی آن‌ها امکان تزریق مستقیم و پر کردن محل‌های نقص پیچیده با ترومای جزئی جراحی را فراهم می‌کند. پلی متیل متاکریلات (PMMA[1]) پرمصرف ترین سیمان استخوان در کاربردهای بالینی است. با این حال، PMMA به عنوان ماده خنثی در نظر گرفته می‌شود، که نمی‌تواند پیوند شیمیایی محکمی با بافت استخوانی ایجاد کند و پتانسیل جدا شدن از سطح مشترک را دارد که منجر به شکست پروتز و تقاضا برای عمل‌های ثانویه می‌شود. علاوه بر این، واکنش تنظیم PMMA گرمازاست و باعث ایجاد دمای بالا در محل کاشت می‌­شود و برای بافت­‌های اطراف سمی است.

سولفات کلسیم و فسفات کلسیم سیمان­های استخوانی غیرآلی زیست­ تخریب ­پذیر با زیست­سازگاری خوب هستند. با این حال، مقاومت مکانیکی نسبتا پایین، به ویژه مقاومت فشاری، سولفات کلسیم و فسفات کلسیم نمی‌تواند نیاز به تحمل بار را برآورده کند، که باعث می‌شود کاربرد آن‌ها به محل‌های غیرباربر محدود شود. سیمان‌­های فسفات منیزیم (MPC[2]) به عنوان نوع جدیدی از سیمان‌­های استخوانی با زیست ­سازگاری خوب و استحکام مکانیکی بالا در سال­های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. مطالعات قبلی نشان می­دهد که MPC نه سمیت ژنتیکی آشکار دارد و نه سمیت سلولی. از ویژگی‌­های مهم سیمان استخوان MPC استحکام مکانیکی قوی و فرآیند گیرش سریع آن است. مقاومت فشاری سیمان استخوان MPC پس از گیرش به مدت 2 ساعت به بیش از 50 مگاپاسکال می­رسد. علاوه بر این، MPC دارای خاصیت تخریب متوسط است که می­تواند با ترکیب مواد دیگر تنظیم شود. با این حال، باید توجه داشت که استحکام مکانیکی MPC هنوز نمی­تواند نیاز محل های نقص باربر را برآورده کند. علاوه بر این، توانایی MPC برای القای کانی­سازی آپاتیت و فعالیت استخوان­سازی نسبتا ضعیف است، که نشان می­دهد که زیست­ فعالی آنها هنوز نیاز به بهبود دارد.

یکی از موثرترین روش‌ها برای افزایش استحکام مکانیکی و زیست­فعالی سیمان‌های استخوانی، ادغام اجزای فعال زیستی به زیرلایه، مانند سرامیک‌های زیست فعال و شیشه‌ها است. سیلیکات کلسیم (CS) به عنوان ماده احیا کننده استخوان به طور فعال در سال­های اخیر در قالب سرامیک، داربست متخلخل، فیلم، پوشش و غیره مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از ویژگی­ های مهم CS این است که می­تواند معدنی شدن آپاتیت استخوان­مانند را هم در مایع بدن شبیه‌­سازی شده در شرایط آزمایشگاهی و هم در داخل بدن پس از کاشت القا کند، که منجر به تشکیل یک پیوند شیمیایی محکم بین سطح ماده و بافت استخوانی می­شود. و این فرآیندهای ادغام استخوان و بازسازی استخوان را تسهیل می­کند. مطالعات گروه‌های تحقیقاتی مختلف نشان داده است که CS می‌تواند استخوان‌زایی و عروقی شدن استخوان را تقویت کند. فعالیت زیستی متمایز استخوان­زایی CS آن را به ماده­‌ای امیدوارکننده برای بازسازی استخوان تبدیل می­کند. مطالعات قبلی همچنین نشان داده­‌اند که افزودن CS می­‌تواند به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی سیمان­‌های استخوانی فسفات کلسیم را بهبود بخشد.

سیمان استخوانی با استحکام مکانیکی بالا برای ترمیم استخوان، به ویژه در محل­های تحمل بار، ایده آل است. هدف مطالعه حاضر توسعه سیمان استخوانی کامپوزیتی با استحکام فشاری بالا و زیست­فعالی مطلوب با ترکیب بیوسرامیک سیلیکات کلسیم (CS) در سیمان استخوانی فسفات منیزیم (MPC) است. نتایج این مطالعه نشان می­دهد که استحکام فشاری سیمان استخوانی کامپوزیت MPC/CS با افزودن 25 درصد وزنی CS می­تواند به 112 مگاپاسکال برسد که به طور قابل توجهی بالاتر از سیمان استخوانی MPC است. سیمان­های استخوانی کامپوزیتی MPC/CS توانایی کانی­سازی آپاتیت و رفتار تخریب متوسط را نشان دادند.

علاوه بر این، سیمان­ های کامپوزیتی MPC/CS می­توانند تکثیر سلول­‌های MC3T3-E1 را تحریک کنند. به طور کلی، سیمان­‌های کامپوزیتی MPC/CS با استحکام بالا دارای تجزیه­‌پذیری زیستی و زیست­‌فعالی مطلوبی هستند که ارزش بررسی بیشتر برای ترمیم استخوان در محل­های تحمل نیرو را دارد.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836822006977