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

Ocena histologiczna i radiologiczna kości królików po implantacji kompozytu CHAP-glukan

Borkowski L., Pawłowska M., Polkowska I., Karpiński M., Słowik T., Piersiak T., Matuszewski Ł., Ślósarczyk A., Ginalska G.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

Vol. 15, no. 114

28--33

PL

W eksperymencie in vivo zbadano podstawowe cechy dwufazowego kompozytu kościozastępczego tj. biozgodność i osteokonduktywność, a także jego właściwości osteoindukcyjne. Testowany kompozyt, przeznaczony do wypełniania ubytków kostnych, został wykonany z granul hydroksyapatytu węglanowego i polimeru polisacharydowego. Biomateriał został wszczepiony do kości piszczelowych królików na okres 1 lub 3 miesięcy. Po tym czasie zbadano stopień regeneracji kości na podstawie badań makroskopowych (radiologicznych) i mikroskopowych. Stwierdzono zaawansowane procesy osteointegracji i przebudowy kostnej w okolicy implantu, co wskazuje zarówno na osteokonduktywne, jak i osteoindukcyjne właściwości badanego biomateriału.

EN

Basic characteristics of a hydroxyapatite-glucan biomaterial such as biocompatibility, osteoconductivity and osteoinductive properties were tested in in vivo experiment. The two-phase composite, intended for filling bone defects, was made of carbonated hydroxyapatite granules and polysaccharide polymer. The biomaterial was implanted to the tibial metaphysis in rabbits for the 1- or 3-month period. Bone regeneration after that time was evaluated by radiology and histology. Our analysis showed advanced osseointegration and extensive bone remodelling in the direct vicinity of implants indicating osteoinductive and osteoconductive properties of the material studied.

3

Ocena cytozgodnosci in vitro ceramicznych substytutów tkanki kostnej opartych na α-TCP

Noga M., Olkowski R., Lewandowska-Szumieł M., Siek D., Czechowska J., Zima A., Ślósarczyk A.

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

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

90--91

PL

Fosforany wapnia (CaPs) ze względu na ich mineralogiczne podobieństwo do nieorganicznego składnika kości oraz zdolność do tworzenia bezpośredniego wiązania z tkanką kostną stanowią obiecującą grupę biomateriałów kościozastępczych. W celu sprawdzenia cytozgodności potencjalnych materiałów implantacyjnych stosuje się wiele różnych testów analizujących zmiany w integralności błony komórkowej, aktywności enzymów związanych z metabolizmem komórki czy też zdolności do proliferacji. Pozytywny wynik cytozgodności in vitro pozwala na dopuszczenie materiału do dalszych badań in vivo. Celem niniejszej pracy była ocena cytozgodności in vitro cementów kostnych opartych na fosforanie wapnia w odmianie krystalograficznej а (α-TCP). Wykonano badania cytozgodności następujących materiałów ceramicznych typu cementowego oznaczonych jako: T-AP (na bazie α-TCP), TK-APi TK-CM (na bazie α-TCP i kalcytu) oraz AHT-M i CHMT-M (opartych na α-TCP i hydroksyapatycie dotowanym odpowiednio srebrem lub magnezem). Do badania cytotozgodności materiałów wykorzystano linię komórek MG-63. Komórki te posiadają fenotyp osteoblastów we wczesnej fazie różnicowania i stanowią model komórek kostnych w badaniach in vitro. Wszystkie rodzaje próbek zasiedlono komórkami MG-63, a po 48 godz. hodowli oznaczono aktywność metaboliczną komórek za pomocą testu XTT. Część próbek ceramicznych poddano przed zasiedleniem godzinnej preinkubacji w pożywce hodowlanej. Ponadto wykonano pomiar stężenia jonów wapnia w pożywce pobranej z hodowli komórek na próbkach ceramicznych oraz w pożywce, w której przez 24 godz. ekstrahowane były materiały. Komórki MG-63 hodowano w obecności wyciągów z materiałów ceramicznych o stężeniu 100% (pełen wyciąg), 50%, 25%, 12,5% i 0% (czysta pożywka hodowlana). Aktywność metaboliczną komórek zbadano po 24 i 48 godzinach hodowli za pomocą testu XTT. Komórki poddano także obserwacji mikroskopowej. Przeprowadzono ciągłą obserwację mikroskopową komórek w kontakcie z każdym z materiałów. Komórki wysiano do 48-studzienkowej płytki hodowlanej, a następnie w studzienkach umieszczono próbki ceramiczne i przez 72 godziny rejestrowano obraz w hodowli komórek. Materiały oznaczone jako T-AP, TK-AP, AHT-M, CHMT-M obniżały zawartość jonów wapniowych w pożywce hodowlanej. TK-CM nie zmieniał stężenia tych jonów w medium hodowlanym. Komórki MG-63 hodowane bezpośrednio na próbkach ceramicznych wykazały niską aktywność metaboliczną na wszystkich zbadanych materiałach. Jednak preinkubacja materiałów w pożywce hodowlanej częściowo poprawiła przeżywalność komórek. Aktywność metaboliczna komórek hodowanych na materiałach T-AP, TK-AP i TK-CM poddanych preinkubacji wzrosła kilkukrotnie w stosunku do nieinkubowanych materiałów. Wyciągi z badanych materiałów ceramicznych cechowały się wysoką cytozgodnością we wszystkich rozcieńczeniach badanych roztworów. Obserwacja w czasie rzeczywistym komórek MG- 63 hodowanych w obecności materiałów ceramicznych pokazała, że badane próbki nie miały negatywnego wpływu na zachowanie się i morfologię komórek. Cytozgodność wszystkich badanych materiałów w hodowli komórek z ekstraktami z próbek ceramicznych pokazała, iż obniżenie stężenia jonów wapnia w pożywce hodowlanej nie miało negatywnego wpływu na przeżywalność i zachowanie się komórek MG63. Niska aktywność metaboliczna komórek w hodowli w bezpośrednim kontakcie w porównaniu z obserwacją w czasie rzeczywistym może wynikać z mniejszej objętości pożywki hodowlanej, a przez to większej ekspozycji komórek na nierównowagę jonową w medium hodowlanym. Przeżywalność komórek in vitro w kontakcie z materiałami ceramicznymi była znamiennie wyższa w układach eksperymentalnych w większej objętości medium. Ponadto preinkubacja przebadanych próbek poprawiła aktywność metaboliczną komórek hodowanych na materiałach, co nasuwa możliwości optymalizacji warunków hodowli in vitro. Na podstawie wyników hodowli w bezpośrednim kontakcie z materiałami po wcześniejszej preinkubacji zauważono, że komórki hodowane na próbkach na bazie α-TCP oraz α-TCP i kalcytu charakteryzowały się większą przeżywalnością w porównaniu z komórkami wysianymi na materiałach opartych na α-TCP i hydroksyapatycie.

EN

Due to their mineralogical similarity to the inorganic component of bone and the ability to bond with bone tissue phosphates of calcium (CaPs) are a promising group of bone substitutes. In order to investigate cytocompatibility of potential implant materials there are a wide range of tests analyzing changes in cell membrane integrity, activity of enzymes associated with cell metabolism or the ability of cells to proliferation. A positive outcome of in vitro cytocompatibility allows to perform in vivo study of tested materials. The aim of this work was to evaluate in vitro cytocompatibility of bone cements based on calcium phosphate with a crystal structure (α-TCP). Cytocompatibility of the following cement materials has been tested: T-AP (based on α-TCP), TK-AP, TK-CM (based on α-TCP-calcite) AHT-M, CHMT-M (based on α-TCP and hydroxyapatite with addition of silver or magnesium) MG-63 cell line has been used to investigate cytotoxicity of ceramics. MG-63 is human osteosarcoma cell line with phenotype of osteoblasts at an early stage of differentiation. All types of ceramic materials were seeded with MG-63 cells and after 48h of in vitro culture metabolic activity has been tested with XTT test. Some ceramic samples were also pre-incubated for 1 hour in the culture medium before seeding. In addition, media from culture and extracts from ceramics were collected and calcium ion concentration was measured. MG63 cells were cultured with different concentrations of ceramic extracts (100% - complete extract, 50%, 25%, 12,5%, 0% - pure medium). After 24 and 48h metabolic activity of cells has been investigated with XTT test. Cells were also observed in light microscopy. To investigate influence of ceramic materials on MG-63 cells continuous microscopic observation was performed. Cells were seeded into 48-well culture plates, then ceramic samples have been placed into wells and photos of wells were captured during 72 hours long cell culture. Materials designated as T-AP, TK-AP, AHT-M and CHMT-M diminished calcium ion concentration in the culture medium, while TK-CM did not alter the calcium concentration. MG-63 cells cultured directly on samples exhibited low metabolic activity in all cases. Pre-incubation of materials in the medium partially enhanced cell survival. Extracts made of the examined materials are characterized by high cytocompatibility in all dilutions of tested solutions. Real-time observation of MG-63 cells cultured in the presence of ceramic materials did not reveal any negative impact of the samples on cell behavior and morphology. We observed the difference between the results of cytotoxicity tests performed on direct and indirect contact in vitro culture. Cytocompatibility of extracts made of the tested ceramics showed that decreasing of the calcium ion concentration in the culture medium did not have negative influence on survival and the behavior of MG63 cells. Lower metabolic activity of cells cultured directly on materials in comparison with the real-time observation of culture may be due to a smaller volume of culture medium, and thus greater exposure of cells to an ionic imbalance in the culture medium. Cell survival in contact with the ceramic materials was significantly higher in the experimental system with a larger volume of medium. In addition, preincubation of tested samples improved the metabolic activity of cells cultured on the materials. Positive effect of sample pre-incubation in medium enables the possibility to optimize the culture conditions in vitro. The results of culture on the preincubated materials showed that cells seeded on the samples based on α-TCP and α-TCP and calcite exhibited higher survival compared to cells cultured on materials based on α-TCP and hydroxyapatite.

4

Influence of liquid phase on physical properties of the new triphasic bone cement

Ślósarczyk A., Osypanka N., Czechowska J., Paszkiewicz Z., Zima A.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2012

|

Vol. 54, nr 2

53-59

EN

Purpose: The aim of this work was to develop a new bone cement based on hydroxyapatite (HAp), âTCP and calcium sulfate hemihydrate (CSH) and to determine the influence of a liquid phase, used for cement pastes preparation, on physical properties of the final implant material. Design/methodology/approach: The powder phase consisting of CSH (60 wt.%) and HAp+ âTCP (40 wt.%) was applied. Composite samples were prepared using distilled water, chitosan and methylcellulose solutions as the liquid phases. Rheological properties of the solutions were measured by Brookfield rheometer. Initial and final setting times of the cement pastes were determined. Phase composition of hardened bodies was established using XRD method. Microstructure was investigated by SEM while pore size distribution by mercury porosimetry. Compressive strength was measured by Instron Universal Testing Machine. Findings: According to the conducted rheological measurements of the methylcellulose and chitosan solutions as well as evaluated cement pastes and hardened bodies properties, the optimal setting liquids were chosen. Research limitations/implications: The evaluation of a biological response to the developed materials, including in vitro and in vivo experiments, need to be done. Practical implications: The possibility of creation the physical properties of setting in vivo composites, designed for filling bone defects, via establishing the suitable liquid phase was confirmed. Originality/value: The new composite type triphasic bone substitute, based on CSH, HAp and âTCP, with superior resorbability in comparison to the commercially available calcium phosphate bone cements was developed. The influence of liquid phase on the microstructure and mechanical strength of this implant material was determined.

5

New bone implant material with calcium sulfate and Ti modified hydroxyapatite

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

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 1

170-177

EN

Purpose: In this work, calcium sulfate hemihydrate (CSH) was combined with titanium doped hydroxyapatite (TiHA) to develop a novel bone cement. Results of previous studies showed that bioactive potential of titanium modified hydroxyapatite ceramics is higher than that of pure HA. Calcium sulfate hemihydrate is also considered as a safe, biocompatible material, however it has been criticized for its rapid resorption. Combination of these materials may result in new cement type material with surgical handiness and selective resorption. Design/methodology/approach: TiHA was obtained by a wet method. Three compositions with different CSH:TiHA weight ratios, namely 3:2, 2:3 and 1:4 were examined. Pure CSH was used as a reference. Distilled water and Na2HPO4 solutions were applied as liquid phases. The study presents the setting time (Gillmore apparatus), phase composition (XRD), microstructure (SEM), porosity (mercury porosimetry) and compressive strength of the obtained new, cement type, implant material. Findings: Initial (I) and final (F) setting times of the obtained cements differed in the range of 2-16 min (I) and 4-75 min (F). The phase composition of the hardened cement bodies characterized by XRD method revealed the presence of calcium sulfate dihydrate (CSD) and hydroxyapatite. Scanning electron microscopy images show excellent bonding between needle-like CSD crystals and apatitic phase. Porosity of the final samples varied from 49 to 59% with pore size diameter from 5 nm to 3.0 ěm. Compressive strength of the samples differed in the range of 3.81-7.58 MPa. Research limitations/implications: The obtained results suggest that CSH-TiHA cements have the potential to be applied in bone substitution and for delivery of drugs. Bioactivity and biodegradation of the studied materials should be checked. Originality/value: According to our knowledge, these are the first studies concerning surgical handiness of bone implant materials based on calcium sufate hemihydrate and titanium doped hydroxyapatite. The cement type composites are biocompatible, shapeable and easy to apply and adapt in bone defects.