Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Physicochemical properties of the novel biphasic hydroxyapatite–magnesium phosphate biomaterial

Pijocha D., Zima A., Paszkiewicz Z., Ślósarczyk A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2013

|

Vol. 15, no. 3

53--63

EN

Besides high-temperature calcium phosphates (CaPs), low-temperature calcium phosphate bone cements (CPCs), due to excellent biological properties: bioactivity, biocompability and osteoconductivity, are successfully used as bone substitutes. However, some disadvantages, related mainly to their low resorption rate and poor mechanical properties result in limited range of applications of these implant materials to non-loaded places in the skeletal system. To overcome this problem, magnesium phosphate cements (MPCs) with high strength have been considered as biomaterials. The main disadvantage of MPCs is that the acid-base setting reaction is an exothermic process that must be strictly controlled to avoid tissue necrosis. In this work, a new composite bone substitute (Hydroxyapatite Magnesium Phosphate Material – HMPM) based on hydroxyapatite (HA) and magnesium phosphate cement (MPC) with sodium pyrophosphate applied as a retardant of setting reaction was obtained. Its setting time was adequate for clinical applications. Combining properties of HA and MPC has made it possible to obtain microporous (showing bimodal pore size distribution in the range of 0.005–1.700 micrometers) potential implant material showing good surgical handiness and sufficient mechanical strength. Effectiveness of sodium pyrophosphate as a retardant of exothermic setting reaction of the new cement formulation was confirmed. After setting and hardening, the material consisted of hydroxyapatite and struvite as crystalline phases. Unreacted magnesium oxide was not detected.

2

Wpływ warunków hodowli in vitro na przeżywalnosć ludzkich komórek kostnych w kontakcie z materiałami ceramicznymi

Olkowski R., Kaszczewski P., Lewandowska-Szumieł M., Czechowska J., Siek D., Pijocha D., Ślósarczyk A.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 116-117 spec. iss.

92--93

PL

Celem pracy była ocena cytozgodnościin vitro tworzyw ceramicznych, opracowanych jako materiał do wypełnienia ubytków kostnych. Określono wpływ warunków hodowli na efekt testów cytozgodnościin vitro.Badania przeprowadzono namateriałach oznaczonych jako:SH, SPR (komercyjne preparaty handlowe), TC-C oraz TC-MP (materiały oparte na α-TCP), KMC-C (substytuty kostne na bazie hydroksyapatytui siarczanu(VI) wapnia)orazHCM, HMPM (materiały na bazie MgO,NH4H2PO4, hydroksyapatytu oraz siarczanu (VI) wapnia lub pirofosforanu sodu). Do badań cytozgodnościwykorzystano ludzkie komórki wyizolowane z tkanki kostnej (human bone-derived cells - hBDC). Zastosowano trzy różne sposoby hodowli in vitro: hodowlę komórek bezpośrednio na powierzchni próbek ceramicznych, hodowlę w pożywce wzbogaconej w wyciągi z materiałów ceramicznych, a także hodowlę komórek na TCPS w sąsiedztwie próbek ceramicznych. Hodowlę komórek na powierzchni próbek przeprowadzono w dwóch różnych warunkach: przy objętości 1 ml pożywki lub 0,2 ml pożywki. Pomiar aktywności metabolicznej komórekwykonano za pomocą testów XTT i Alamar Blue.Żywe i martwe komórkizostały uwidocznione przez barwienie zestawem Live/Dead i obserwację w mikroskopie fluorescencyjnym. Przeprowadzono także mikroskopową obserwację komórek oraz przyżyciową mikroskopową obserwację z dokumentacją fotograficzna w trybie poklatkowym. W wyciągach z materiałów ceramicznych oznaczono stężenie jonów wapnia. Materiały SPR, HCM i KMC-C zwiększyły stężenie jonów wapnia w medium hodowlanym, a także uległy najsilniejszej degradacji w czasie inkubacji. Materiały SH, HMPM, TC-C i TC-MP obniżyły zawartość wapnia w DMEM. Jedynie wyciągi z materiału HCM były cytotoksyczne w każdym z badanych stężeń (3,13%-100%). Ponadto pełne (100%) wyciągi z materiałów SH, HMPM, KMC-C i TC-C byłytoksyczne dla komórek. Pozostałe rozcieńczenia wyciągów nie wykazały właściwości cytotoksycznych. Komórki były liczne i miały prawidłową morfologię ludzkich osteoblastów we wszystkich badanych stężeniach wyciągów. Dla części materiałów (SH, HMPM, TC-C, TC-MP) żywotność komórek hodowanych na ich powierzchni znajduje się na poziomie kontroli (TCPS) przy objętości pożywki równej 1 ml, natomiast przy objętości 0,2 ml żywotność komórek nie przekraczała 31% kontroli. Uwidoczniono obecność zarówno żywych, jak i martwych komórek na powierzchni materiałów. Komórki hodowane na TCPS w sąsiedztwie ceramiki, przylegają do podłoża, migrują i proliferują zachowując prawidłową morfologię. Wykazano, że objętość pożywki hodowlanej ma decydujące znaczenie dla przeżywalności komórek w hodowli. Cytotoksyczne oddziaływanie materiału jest szczególnie intensywne w przypadku hodowli komórek w bezpośrednim kontakcie na jego powierzchni, podczas gdy w hodowli z wyciągami z badanych materiałów komórki zachowują wysoką przeżywalność. Żaden z badanych materiałów nie stanowi dobrego podłoża do hodowli komórek w warunkach bezpośredniego zasiedlania powierzchni materiału. Warunki hodowli stosowane przy ocenie cytozgodności wywierają znaczny wpływ na wynik badania, zatem dla uzyskania wiarygodnych wyników sugerowane jest zastosowanie kilku wariantów hodowli in vitro.

EN

Analysis of biocompatibility in vitro of ceramic materials, projected as substitutes for bone tissue was the aim of the work. Influence of culture conditions on the materials cytocompatibility was also examined. Tests were performed on the materials descripted as: SH, SPR (commercial materials), TC-C and TC-MP (materials based on α-TCP), KMC-C (bone substitutes based on hydroxyapatite and calcium sulfate) and HCM, HMPM (materials based on MgO, NH4H2PO4, hydroxyapatite and calcium sulfate or sodium pyrophosphate). Human bone-derived cells (hBDC) were used for cytotoxicity assays. Three procedures of in vitro culture were applied: cell culture directly on the samples' surface, culture in the medium supplemented with extracts made of the materials, and cell culture on tissue culture-treated polystyrene (TCPS) next to ceramic samples. Culture of cells directly seeded on samples was performed in two ways: with 1 ml of culture medium (24-well culture plate) or 0,2 ml of medium (96-well plate). Metabolic activity of cells was measured by XTT test and Alamar Blue test. Cells were visualized by Live/Dead staining and cell fluorescence was observed in microscope. Microscopic observation of cells and long-term observation with time-lapse picture acquisition were also performed. Calcium ion concentration was measured in extracts. Materials: SPR, HCM and KMC-C upgradecalcium concentration in culture medium and undergo the most intensive degradation. Materials: SH, HMPM, TC-C and TC-MP lower calcium concentration in DMEM. Only HCM extracts were toxic in all dilutions (3,13-100%). Moreover, full extracts (100%) made of SH, HMPM, KMC-C and TC-C were cytotoxic. Other dilutions were nontoxic. hBDC were numerous and well spread in all examined dilutions of extracts. For some materials (SH, HMPM, TC-C, TC-MP) viability of hBDC cultured on their surface in 1 ml of medium equals the control (TCPS), but in 0,2 ml of culture medium cell viability reach 31% of control in the extreme. Living as well as dead cells are present on the materials surface. hBDC cultured on TCPS next to ceramic samples adhere, migrate, proliferate and maintain the regular morphology. Volume of culture medium is crucial factor for survival of cell cultured in vitro in contact with biomaterials that change the calcium concentration. Cytotoxic impact of ceramic is especially intensive for cell cultured in direct contact with its surface. In the culture with extracts of the examined materials cells maintain high viability. None of examined materials is proper support for cell culture in direct contact. Results of cytotoxicity estimation depends on the conditions used forin vitro culture. Using various variants of in vitro culture is suggested to gain reliably results.

3

Wpływ obróbki cieplnej hydroksyapatytu dotowanego tytanem (TiHA) na właściwości i zachowanie w warunkach in vitro kompozytów na bazie siarczanu(VI) wapnia i TiHA

Czechowska J., Paszkiewicz Z., Zima A., Pijocha D., Ślósarczyk A.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 4

758-764

PL

W ostatnich latach coraz większe zainteresowane budzą biomateriały do wypełniania ubytków kostnych wykazujące właściwości wiążące in situ. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele komercyjnych produktów, jednak wciąż nie ustają próby zmierzające do wytworzenia nowego substytutu kostnego, o ulepszonych właściwościach mechanicznych i biologicznych. Materiały oparte na fosforanach(V) wapnia (włącznie z hydroksyapatytem, HA) cieszą się szczególnym zainteresowaniem ze względu na ich doskonalą biozgodność oraz bioaktywność. Siarczan(VI) wapnia od szeregu lat używany jest do celów klinicznych, a jako wypełniacz kostny jest dobrze tolerowalny przez organizm. W obecnych badaniach opracowano dwufazowy, wiążący substytut kostny na bazie siarczanu(VI) wapnia oraz dotowanego tytanem hydroksyapatytu. Do wytworzenia tego biomateriału użyto półwodnego siarczanu(VI) wapnia (CSH) oraz trzech proszków hydroksyapatytowych dotowanych tytanem (TiHA): surowego oraz kalcynowanych w 800 i 1250°C. Celem badań było określenie wpływu obróbki cieplnej hydroksyapatytu dotowanego tytanem na czas wiązania, właściwości mechaniczne oraz zachowanie w warunkach in vitro w sztucznym osoczu krwi (SBF) kompozytu opartego na siarczanie(VI) wapnia i TiHA. Rezultaty badań wskazują, że materiały wiążące TiHA-CS są biokompatybilne, łatwo kształtowalne oraz posiadają potencjalne zastosowanie do uzupełniania ubytków kostnych.

EN

Biomaterials with the self-setting in situ properties for the use in human bone tissue augmentation have attracted increasing attention in recent years. Currently many commercial products exist on the market, however the efforts still proceed to achieve a novel bone substitute with improved mechanical and biological properties. Calcium phosphate based materials, including hydroxyapatite (HA), have been of special interest due to their excellent biocompatibility and bioactivity. Calcium sulfate has also a long history of clinical use and it is known to be well-tolerated by organism when used as a bone filler. In this study, a biphasic, self-setting bone substitute was developed, basing on calcium sulfate and titanium doped hydroxyapatite. Calcium sulfate hemihydrate (CSH) and three different Ti doped hydroxyapatite powders (TiHA): raw and calcined at 800°C and 1250°C were used to form the new biomaterial. The aim of this study was to investigate how heat treatment of titanium doped hydroxyapatite influenced the setting time, mechanical properties and in vitro behaviour in simulated body fluid (SBF) of the calcium sulfate - TiHA composites. The results of our studies suggest that TiHA-CS self-setting materials are biocompatible, easily shapeable and have a potential to be applied for bone substitution.

4

Mikrostruktura, skład fazowy i wytrzymałość mechaniczna nowych substytutów kostnych opartych na hydroksyapatycie, fosforanie magnezu i siarczanie(VI) wapnia

Pijocha D., Czechowska J., Bućko M. M., Paszkiewicz Z., Ślósarczyk A.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 4

773-778

PL

Z powodu znakomitej biokompatybilności i bioaktywności fosforany wapnia takie jak hydroksyapatyt (Ca10(PO4)6(OH)2) oraz ß-TCP (Ca3(PO4)2) są z powodzeniem stosowane jako substytuty kostne w ortopedii, chirurgii twarzoczaszki i stomatologii. Jednak, zastosowanie tych materiałów w medycynie ogranicza się do miejsc nie przenoszących znacznych obciążeń ze względu na ich kruchość i niską wytrzymałość mechaniczną. Ich niedostatkiem jest także niezadowalająca poręczność chirurgiczna utrudniająca założenie do ubytków kostnych. Praca dotyczy opracowania i oceny kompozytu złożonego z hydroksyapatytu (HA), cementu magnezowo–fosforanowego (MPC) oraz półwodnego siarczanu(VI) wapnia (CSH) o parametrach optymalnych dla zastosowań medycznych.

EN

Because of excellent biocompatibility and bioactivity, calcium phosphates such as hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) and ß-TCP (Ca3(PO4)2) are successfully used as bone substitutes in orthopaedics, maxillofacial surgery and dentistry. However, due to low mechanical strength and brittleness, the application of these biomaterials in medicine is limited to places not loaded significantly. Limited surgical handiness is also a disadvantage of calcium phosphates, what makes diffi cult to place the material into bone voids. This study is focused on development of composites containing hydroxyapatite (HA), magnesium–phosphate cement (MPC) and calcium sulphate hemihydrate (CSH), and showing the optimum parameters for medical applications.

5

Effect of retardants on the heat release during setting of bone cement-type composites

Pijocha D., Łój G., Nocuń-Wczelik W., Ślósarczyk A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 2

204--209

EN

Purpose: The aim of this work was to investigate the influence of retardants on the heat release during setting of the new hydroxyapatite (HA) - magnesium phosphate cement (MPC) - calcium sulphate hemihydrate (CSH) composites. Design/methodology/approach: We used the calorimetric method to measure the temperature effect of setting reaction in these new composites. Microstructure observations by means of scanning electron microscopy was also performed. Findings: The decrease in maximum temperature reached during hardening process with use of different retardants was confirmed. Research limitations/implications: Biological evaluation and in vitro physico-chemical tests of the novel composites need to be done. Practical implications: The highly exothermic setting reaction of cement composites based on MPC can be lowered to avoid harmful necrosis of the tissues surrounding the implant material. Originality/value: Detailed studies on the heat release during setting of HA - MPC - CSH composites were performed for a first time, giving an opportunity to choose the best composition for further studies.

6

Wpływ domieszek manganu na stabilność termiczną i chemiczną, spiekalność oraz właściwości mechaniczne bioceramiki hydroksyapatytowej

Pijocha D., Paszkiewicz Z., Mróz W., Ślósarczyk A.

Szkło i Ceramika

|

2009

|

R. 60, nr 1

10-16

PL

Otrzymano hydroksyapatyty zmodyfikowane manganem (MnHAp) poprzez współstrącenie manganu i wapnia z jonami PO4 (3-) (zawartość manganu wyniosła od 0,1% mas. do 1,0% mas.). Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu dodatków Mn na: zachowanie się podczas spiekania, strukturę, stabilność termiczną, barwę, wytrzymałość mechaniczną oraz stabilność chemiczną bioceramiki hydroksyapatytowej dotowanej manganem.

EN

The Mn modified hydroxyapatites (MnHAps) were prepared by coprecipitation of manganese and calcium with PO4 (3-) ions (the content of Mn ranged from 0,1 wt.% to 1,0% wt.%). The aim of this work was to study the effect of Mn additions on: sintering behavior, structure, thermal stability, color changes, mechanical strength and chemical stability of manganese doped hydroxyapatite bioceramics.