Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Obtaining of Functional Product by Mechanical Processing of Secondary Fish Raw Materials

Fatykhov Yuriy, Ageev Oleg, Ivanov Alexander, Jakubowski Marek, Dutkievicz Daniel, Dowgiallo Andrzej

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2020

|

Tom 22, cz. 1

51--59

EN

The most competitive fish product is fresh or frozen fillets. The yield of the finished product is 40...50%. Waste from production is sent to livestock, birds for feeding and other purposes, as well as disposed of, which does not correspond to environmental safety. The bone components of fish are valuable secondary raw materials containing a wide range of macro nutrients and minerals. Their most rational use is to obtain biologically active additives on their basis. The object of research is cod bone tissue. The technology of obtaining a natural mineral additive from bone tissue is substantiated. After boiling, the bone tissue is cleared of muscle tissue, while the content of minerals remains high. Vacuum drying of the grinded product allows it to be stored for a long time without compromising its quality. The rational values for vacuum drying of bone waste are given. The conditions of storage of finely grinded mineral bone additive are considered. The ways of its rational industrial use as a biologically active additive are determined.

PL

Najbardziej konkurencyjnym rodzajem produktu rybnego jest świeży lub mrożony filet. W takim przypadku wydajność produktu końcowego wynosi 40...50%. Odpady z produkcji są kierowane na paszę dla zwierząt gospodarskich, ptaków i innych celów, a także są usuwane, co nie odpowiada bezpieczeństwu środowiska. Składniki kostne ryb są cennym surowcem wtórnym zawierającym bogate spektrum makroskładników i minerałów. Najbardziej racjonalnym zastosowaniem jest uzyskanie biologicznie aktywnych dodatków na ich bazie. Jako przedmiot badań wybrano tkankę kostną dorsza. Technologia uzyskiwania naturalnego suplementu mineralnego z tkanki kostnej jest uzasadniona. Po ugotowaniu tkanka kostna uwalnia się od tkanki mięśniowej, a zawartość minerałów pozostaje wysoka. Suszenie próżniowe pokruszonego produktu pozwala przechowywać go przez długi czas bez pogorszenia wskaźników jakości. Podano racjonalne wartości parametrów suszenia próżniowego odpadów kostnych. Uwzględniono warunki przechowywania drobno zmielonych mineralnych suplementów kostnych. Określono sposoby jego racjonalnego zastosowania przemysłowego jako biologicznie aktywnego dodatku.

2

Identification of mechanical parameters of bone tissue as a base of numerical simulation in medicine

John A., Kokot G.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 83, nr 2

49--67

EN

Purpose: The aim of the paper is to show the new possibility of evaluation of bone tissues properties in experiment and next the numerical simulation and verification of selected problems. Design/methodology/approach: The lifestyle that has been favored lately has led to unfavorable changes in the human body. This is manifested mainly by joint anomalies and changes in the structure of bone tissue. The scientists try to aid the healing and rehabilitation systems. It is possible to prepare a numerical model of complex biomechanical structures using advanced FE systems. The process of modeling is one of the most important steps of this research and assignment of material data influences on the precision of obtained results. The classic measurement methods with particular emphasis on their application in the study of bone, taking into account the advanced methods for measuring displacement are applied (DIC, nanoindentation). Also QCT combined with evolutionary methods gives interesting results in identification of material parameters Numerical simulations are verified in experiment. Findings: Obtained results allow to compare the displacement and strain from experiment and numerical simulation. From numerical simulation, after FEM analysis we obtained full set of mechanical parameters useful in planning of surgical intervention (THA, pelvis reconstruction), aided the diagnostic in risky state and design of prosthesis. Research limitation/implications: The precision of identification of material parameters depend on many parameters and influences on the precision of the results from numerical simulation. Research is conducted mainly on preparations and not on living tissue. The target should be in-vivo noninvasive measurement. Originality/Value: Combination of numerical simulation and experimental research is needed to obtain correct results and broaden the spectrum of relevant parameters necessary to support surgical and rehabilitation. Both approaches require modern equipment and advanced testing methods.

3

Digital Image Correlation and nanoindentation in evaluation of material parameters of cancellous bone microstructure

Kokot G., Skalski K., Makuch A., Ogierman W.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 83, nr 1

10--16

EN

Purpose: Purpose of this paper is to present the possibilities of the application of the two methods: Digital Image Correlation and nanoindentation in porous bone tissues testing. Firstly, as a tool in the evaluation process of material parameters for porous microstructures, such as bone tissues or other foams and, secondly, as validation and verification tools for finite element analysis of bone or foams structures. Those methods are helpful when the high accuracy of the mechanical parameters of porous microstructures is required. Design/methodology/approach: Two methods: Digital Image Correlation (DIC) and nanoindentation are used as an efficient approach in the evaluation process of material parameters or constitutive relationship of porous structures like bone tissues. Digital image correlation enlarges the accuracy of classical mechanical tests and the nanoindentation allows to look inside the microstructure. Findings: The proposed methods were found to be effective in experimental testing and material parameters evaluation process of some special materials. Among them are porous structures, such as bone tissue. Additionally, the DIC is an excellent tool for finite element model validation and results verification. Practical implications: The presented method based on the combination of the Digital Image Correlation and nanoindentation presents new possibilities in material testing fields, material behavior and parameters evaluation. They have great advantages, among others, in the field of testing of porous bone structure or determining the mechanical parameters of bone tissue. Originality/value: The paper presents methods for testing the complicated porous bone structures: evaluating mechanical behavior of the whole structure and evaluating mechanical properties of the single element of the structure. The mechanical parameters of human cancellous bone structures are presented as the preliminary research results.

4

Wybrane zagadnienia współpracy UHMW PE z tkanką kostną

Sobociński M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2015

|

T. 21, Nr 3 (165)

294--296

PL

Praca obejmuje tematykę zastosowania endoprotez połowicznych obejmujących skojarzenie: głowa metalowa - naturalna panewka lub też głowa wykonana z UHMWPE i naturalna panewka. W pracy podano wyniki przeprowadzonych analiz mające na celu określenie parametrów współpracy tkanki z materiałami stosowanymi w implantologii. Określano opory tarcia w zamodelowanych układach oraz krzywe zużycia dla tych par trących.

EN

The paper includes the subject areas of application of partial endoprostheses composed of either metal head and natural cup, or UHMWPE head and natural cup. The paper includes empirical results of the analysis conducted to designate parameters of cooperation between the tissue and implanted materials. Friction resistances in modelled sets as well as curves of the wear have been assigned for the friction pairs.

5

Porowate poliuretanomoczniki do zastosowania jako podłoża w inżynierii tkankowej, wytwarzane metodą bezrozpuszczalnikową

Auguścik M., Ryszkowska J.

Elastomery

|

2015

|

T. 19, nr 3

17--25

PL

Przedmiotem badań były biodegradowalne poliuretanomoczniki do wykorzystania jako podłoża do hodowli tkanek kostnych. Badane materiały wytwarzano metodą prepolimerową z zastosowaniem wody jako środka przedłużającego makrocząsteczkę. Jako poroforu użyto NaCl oraz CO2. Zastosowana bezrozpuszczalnikowa metoda wytwarzania umożliwia otrzymanie podłoży o dużych rozmiarach i odpowiedniej strukturze porów. Materiały podłoży wytworzono z udziałem trzech rodzajów izocyjanianów: alifatycznego i dwóch cykloalifatycznych. Zastosowanie różnych izocyjanianów doprowadziło do uzyskania materiałów o zróżnicowanej strukturze i właściwościach. Największą sztywnością cechowały się poliuretanomoczniki z diizocyjanianu izoforonu. Materiały te zawierały największą ilość fazy krystalicznej. Podłoża z alifatycznego izocyjanianu cechowała najmniejsza toksyczność. Wszystkie materiały były bioaktywne.

EN

Biodegradable polyurethane ureas for use as substrates for bone tissue were studied. The test materials were prepared by using a prepolymer with water as a macromolecule extender. NaCl and CO2 were used as a porogen. The applied solvent-free method for the preparation of substrates makes it possible to obtain substrates of large size and a suitable pore structure. Substrate materials were prepared from three types of isocyanates, namely one aliphatic and two cycloaliphatic. The use of various isocyanates afforded the materials with different structures and properties. The highest rigidity was demonstrated by polyurethane ureas of isophorone diisocyanate. These materials contain the largest amount of crystalline phase. Aliphatic isocyanate substrates are characterized by the lowest toxicity. All materials are bioactive.

6

Zastosowanie tokoferolu i kwasu acetylosalicylowego w ochronie tkanki kostnej przed skutkami doświadczalnego zatrucia 2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioksyną (TCDD)

Dobrzyński M., Bazan J., Gamian A, Rosińczuk-Tonderys J, Parulska O, Całkosiński I.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2014

|

Tom 16, cz. 1

300--322

EN

Dioxins are released into the environment as by-products of technological processes, i.a. in the chemical industry, pulp and paper industry, metallurgical industry, textile industry and dyeing industry. Dioxins are a group of compounds recognized by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as carcinogens of Group A since 01/06/1997. The carcinogenic action has been demonstrated on animals. Despite stringent obligations arising from the provisions of The Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants on reducing POPs emissions to the environment (including dioxins) emission of these substances is still significant. These compounds often enter the food chain in random or intentional way and accumulate in organisms in the top of the food chain. This leads to the poisoning of the organism and appearance of clinical symptoms. According to the real hazard of poisoning the people, especially employed in the chemical industry, who are exposed to dioxins, research to determine the impact of these xenobiotics on various tissues and organs as well as to develop of effective pharmacological prevention is constantly conducted. Despite of the wide spectrum of the assessment of dioxins biological effects among humans and animals, there are only a few publications evaluating the impact of dioxins on the bone tissue. The main components of the fully functional bone are calcium phosphates and magnesium phosphates. From the proper saturation of bone matrix with salts of these chemical elements (mineralization) depends the hardness and elasticity of the bone. The young bone mineralization is controlled by a group of proteins, from which the most important is osteonectin, osteocalcin and alkaline phosphatase. Many xenobiotics, including dioxins, have a negative influence on the biosynthesis of these proteins. The measurement of calcium and magnesium concentration in bone is one of the methods for assessing bone destruction. The aim of this study was to investigate the effect of 2,3,7,8-tetrachlorodobenzo-p-dioxin (TCDD) in rats on calcium and magnesium levels in bone tissue of their offspring. Moreover the aim of this study was to check whether the administration of the dioxin receptor antagonists – tocopherol and acetylsalicylic acid – can reduce negative effects of dioxin action. Study was performed on 2-day newborns of Buffalo strain rats. Lower levels of calcium and magnesium was found both in cranial vault bones and the knee from newborns of mothers exposed to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. It was shown that administration of mothers exposed to 2,3,7,8- tetrachlorodibenzo-p-dioxin tocopherol or acetylsalicylic acid prevent decreases in calcium and magnesium concentrations in the bone tissue of the offspring.

7

Zastosowanie analogii biologicznej do kształtowania postaci konstrukcyjnej elementów nośnych urządzenia egzoszkieletowego

John M., Skarka W.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2014

|

z. 8

63--68

PL

W pracy omówiono jeden z problemów pojawiających się przy konstruowaniu egzoszkieletu. Omówiono możliwość zastosowania konstrukcji lekkich. Dokładniej skupiono się na strukturze opartej na budowie kości, strukturze typu sandwicz z rdzeniem typu pianoaluminium oraz na strukturze typu plaster miodu. Przedstawiono przeprowadzone już badania numeryczne oraz planowane. Na podstawie otrzymanych wyników zaproponowano wprowadzenie wzmocnień każdej ze struktur.

EN

This paper discusses one of the problems emerging in the design of the exoskeleton. Discussed the possibility of lightweight construction. More specifically focuses on the structure based on the bone structure, a sandwich-type structure with a core foam aluminum and type honeycomb structure. The paper presents numerical studies have been carried out and planned. On the basis of the results proposed the introduction of reinforcements for each property.

8

Zol-żelowe rusztowania biokompozytowe dla regeneracji tkanki kostnej

Bałtrukiewicz M., John Ł., Sobota P.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 122-123 spec. iss.

46--48

PL

W ciągu ostatniej dekady nastąpił gwałtowny rozwój inżynierii biomateriałów, inspirowany rosnącym zapotrzebowaniem na materiały zastępujące chory bądź uszkodzony organ oraz stymulujące regenerację tkanek. Tematyka naszych badań, z pogranicza chemii oraz inżynierii materiałowej, dotyczy funkcjonalnych materiałów kompozytowych, należących do III generacji biomateriałów - materiałów bionicznych, które mogą być stosowane jako protezy układu kostnego człowieka. Naszych celem było opracowanie optymalnej metody funkcjonalizowania organiczno-nieorganicznych biomimetycznych materiałów kompozytowych, wcześniej otrzymanych i scharakteryzowanych w naszym zespole. [1] Materiały kompozytowe otrzymano techniką zol-żel, która zapewnia równomierną dystrybucję wprowadzonych substancji w matrycy, a następnie formowano w trójwymiarowe rusztowania (skafoldy, ang. scaffolds) techniką odlewania połączonego z wymywaniem cząstek, z użyciem cukru i węglanu amonu, jako porogenu i czynnika modyfikującego powierzchnię. [1] Trójwymiarowe skafoldy (RYS.1a i b) posiadają morfologię analogiczną do kości gąbczastej – system połączonych, otwartych porów o wielkości 150–300 μm oraz chropowatość w zakresie 0.2–7 μm - cechy te stwarzają możliwość adhezji i proliferacji komórek oraz stwarzają możliwość funkcjonalizowania. Wprowadzanie do matrycy czynników funkcjonalizujących, głównie cząsteczek organicznych, ma na celu wzbogacanie lub zmianę charakteru wyjściowego materiału np. zmianę rozpuszczalności materiału, lub efektywniejsze wiązanie czynników wzrostu czy leków. Najbardziej ciekawe z punktu widzenia medycyny regeneracyjnej są badania nad wprowadzaniem substancji farmakologicznie czynnych do matrycy kompozytowej, co prowadzi do otrzymywania układów o kontrolowanym dostarczaniu leków do miejsca przeznaczenia (DDS–ang. drug delivery system), a trójwymiarowe biomateriały układu kostnego wydają się być doskonałym nośnikiem dla cząsteczek leków. Biokompozyty zostały otrzymane techniką zol-żel z wykorzystaniem komponentów organicznych: poli(metakrylanu 2-hydroksyetylu) (HEMA) i etenylotrietoksysilanu (TEVS). Substraty zostały wybrane ze względu na obecność ugrupowań winylowych, które oprócz polimeryzacji z utworzeniem wiązań C-C, mogą tworzyć połączenia typu cross-linking –(-O-CH2-Si-O-)n, odpowiedzialne są za powstawanie mezoporowatej matrycy kompozytowej. Z kolei, obecność grup alkoksylowych w związku krzemu umożliwia hydrolizę i polikondensację z utworzeniem sieci połączeń –Si-O-Si– oraz grup silanolowych ≡Si-OH. Obecność tych ugrupowań inicjuje wymianę jonów pomiędzy płynem biologicznym a materiałem, co także umożliwi krystalizację związków bogatych w wapń i fosfor na amorficznej powierzchni kompozytu (głównie HAp) (RYS.2). Biorusztowania materiałów kompozytowych zostały także poddane procesowi syntetycznego pokrywania hydroksyapatytem (HAp), reakcja typu „one-pot” przeprowadzona była w nieskomplikowany i efektywny sposób. [4] Obrazy SEM (RYS.3) przedstawiają materiał równomiernie pokryty kryształami o kształcie przypominającym kwiaty („flower like shape”) - określenie to odnosi się do syntetycznego hydroksyapatytu. [3] Obecność grup ≡Si-OH na powierzchni badanych materiałów jest niezbędna dla procesu funkcjonalizowania, ponieważ grupy te oddziałują z cząsteczkami organicznymi, posiadającymi takie grupy funkcyjne jak aminowa czy hydroksylowa (R), tworząc wiązania wodorowe lub słabe oddziaływania (typu π-stacking). Matryca kompozytowa funkcjonalizowana była techniką współkondensacji („one-pot”) oraz sillilowania (RYS.4) z użyciem 3-aminopropylotrimetoksysilanu (APTMS) w atmosferze inertnej. Następnie wprowadzano substancje farmakologicznie czynne należące do grupy Niesteroidowych Leków Przeciwzapalnych (NLPZów) tj. ibuprofen i meloksykam (RYS.5). Wybór tych leków podyktowany był faktem występowania stanów zapalnych w miejscach implementowania protez. Otrzymane skafoldy kompozytowe scharakteryzowane zostały za pomocą rentgenowskiej dyfraktometrii proszkowej (PXRD), Spektroskopii w Podczerwieni (FT-IR), Spektroskopii UV-VIS, Skaningowej Mikroskopii Elektronowej (SEM-EDS) oraz Transmisyjnej Mikroskopii Elektronowej (TEM-EDS).

EN

Over the last decade there has been a rapid development of bio-engineering, inspired by the growing demand for materials to replace damaged parts of the body and stimulate tissue regeneration. Our research, on the border of chemistry and materials science, concerns the development of functional composite materials, belonging to the third generation of biomaterials - bionic materials, that can be used as an artificial human bone. Our research was focused on development an optimal, novel method of functionalization biomimetic organic-inorganic composite materials, previously obtained and characterized in our research team. [1] Materials were synthesized via the sol-gel technique, which allows even distribution of substances introduced into the composite matrix, and then formed as three-dimensional scaffolds using a particulate leaching technique in which sugar and ammonium caronate were used as porogen and factor for surface modyfication. [1]. Three-dimensional scaffolds (FIG.1a and b) possess morphology similar to the cancellous bone – the system of interconnected, open-pore size 150 - 300 μm and a surface roughness of 0.2 - 7 μm – these features provide an opportunity for cell adhesion and proliferation and create a great potential for functionalization process. Introduction of functionalization agents, mainly an organic molecules, enhance or modify the nature of the starting material, such as changing the solubility of material or more efficient binding of growth factors or drugs. The most attractive, from regenerative medicine point of view, are studies on introduction of a pharmacologically active substances into the matrix, which leads to controlled drug delivery systems (DDS) and a three-dimensional skeletal biomaterials provide an excellent carrier for drug molecules. The biocomposites were prepared by combining organic components: 2-hydroxyethylmethacrylate (HEMA) and triethoxyvinylsilane (TEVS) via sol-gel technique. This compounds were chosen because of the presence of vinyl groups, which in addition to C-C bonds, may form a cross-linking connections –(-O-CH2-Si-O-)n, which are responsible for the formation of silica, while presence of alkoxy groups (RO-) in a silicon precursor, allows hydrolysis and polycondensation to form –Si-O-Si– network and silanol ≡Si-OH moieties. Silanols initiate the exchange of ions between the biological fluid and the material, also enabling crystallization of hydroxyapatite (HAp) on the composite surface, which lead to bone growth and an effective recovery of the treated fragment (FIG.2). Biocomposite scaffolds were also coated with synthetic hydroxyapatite (HAp) in the one-pot reaction, carried out in a simple and efficient manner. [4] SEM images (FIG.3) show material that is densely and evenly covered with shape-like flower crystals, which refers to the synthetic hydroxyapatite. [3]. The presence of ≡Si-OH groups on the surface of the materials is essential for the process of functionalization, as these groups interact with organic molecules with functional groups (R), such as amine or hydroxyl, allowing hydrogen bond formation or π-stacking interactions, etc. depending on drug molecule nature. The composite matrix was functionalized via cocondensation and sililation techniques (FIG.4) using 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) in the inert atmosphere. Then the pharmacologically active substances were introduced - drugs belonging to the group of NSAIDs - ibuprofen and meloxicam (FIG.5). These drugs were chosen because of occurrence of inflammation after implementing dentures. Obtained materials were characterized by powder X-ray diffraction analysis (PXRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), Ultraviolet–visible spectroscopy (UV-VIS), scanning electron microscopy-energy-dispersive spectroscopy (SEM-EDS) and transmission electron microscopy-energy-dispersive spectroscopy (TEM-EDS).

9

Vibration characteristic of the femoral bone

Vosynek P., Navrat T., Houfek L.

Modelling and Optimization of Physical Systems

|

2012

|

z. 11

31--34

EN

The mechanical properties of the bone tissue are still important theme in many fields of the science. We can remind the problem of bone loss of astronauts in space, or osteoporosis, or quality of the bone remodelling after some trauma. So therefore the contribution deals with the different experimental method based on the vibrations, which could be useful for the investigation of the global mechanical properties of the bone tissue and the bone itself.

CS

Článek uvádí v souvislosti potřebu řešení biomechanických problémů v lidské společnosti. Konkrétně je zaměřena na oblast vibračnich charakteristik kostní tkáně, které mohou být nápomocny při určování její kvality v návaznosti na osteoporózu, připadně výsledek remodelačního procesu po traumatu. V článku jsou uvedeny dva přístupy k stanovení vibračních charakteristik. Pomocí rázového kladívka a budiče kmitů. Dále je vyšetřován vliv předzatižení a přenos vibrací přes závitové vložky, případně vruty.

10

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.

11

Zmiany własności mechanicznych kości zwierzęcych w zależności od stopnia nawilżenia preparatu

Sadowska J., Kromka-Szydek M.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2012

|

z. 6

111--116

12

Wpływ zawartości wapnia i fosforu paszowego na właściwości mechaniczne tkanki kostnej

Nikodem A., Dobrzański Z.

Engineering of Biomaterials

|

2011

|

Vol. 14, no. 109-111 spec. iss.

78--80

13

Właściwości mechaniczne tkanki kostnej gąbczastej zmienionej patologicznie

Kozuń M., Nikodem A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2011

|

z. 5

69--74

PL

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów gęstości fizycznej oraz wartości parametrów mechanicznych wyznaczonych w próbie jednoosiowego ściskania dla próbek tkanki kostnej gąbczastej osteoartrotycznej, pochodzących z głów ludzkich kości udowych. W pracy podjęto także próbę określenia korelacji pomiędzy gęstością fizyczną, a parametrami mechanicznymi tkanki kostnej. Gęstość fizyczna oraz parametry mechaniczne tkanki kostnej charakteryzują się najwyższą wartością dla próbek wyciętych z plastra II. Znaleziono również wysoką korelację pomiędzy gęstością hydrostatyczną, a modułem Young'a (R² = 0,53).

EN

The puproses of this study were to evaluate the mechanical properties of human patological trabecular bone from adult human femoral heads removed during surgery for hip-joint replacement and to measure bone densities. The correlations between the mechanical properties and bone densities were also considered. The results showed that mechanical properties of the specimens from region II are higher than those obtained from region I. The correlation between the bone density and mechanical properties is high (R² = 0,53).

14

Modelowanie funkcjonalnej adaptacji kości w otoczeniu implantu z wykorzystaniem metody elementów skończonych

Wymysłowski P., Zagrajek T.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2010

|

R. 51, nr 4

204-208

PL

W artykule opisano nowy model przebudowy tkanki kostnej w kontakcie z implantem , w mechanizmie działania którego uwzględnione są jednoczesne zmiany struktury wewnętrznej kości, jak i zmiany jej kształtu. Zaprezentowano także wyniki analizy z zastosowaniem tego modelu na przykładzie segmentu ruchowego kręgosłupa z protezą krążka międzykręgowego.

EN

A new model of bone functional adaptation in the vicinity of the implant is described in the paper. The model takes into consideration simultaneous changes in the internal structure and shape of the bone. A practical implementation of the model to analyse a spinal motion segment with an artificial intervertebral disc is also presented.

15

Modelowanie konstytutywne tkanki kostnej i metody wyznaczania stałych materiałowych

Suchocki C

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2010

|

z. 4

185--190

PL

Pracę rozpoczyna krótki rys historyczny dotyczący rozwoju mechaniki ośrodków ciągłych od początków XIX w., aż do dnia dzisiejszego. Omówiono kilka wariantów równań konstytutywnych, które mogą posłużyć do opisu własności mechanicznych tkanki kostnej. Uwzględniono przy tym najnowsze osiągnięcia w zakresie mechaniki ośrodków ciągłych. W dalszej części pracy opisano problem wyznaczania stałych materiałowych. Skupiono się przy tym na algorytmie aproksymacji Levenberg’a- Marquardťa.

EN

This work begins with a short historical note on the development of continuum mechanics from the beginning of XlXth century to the present day. In the following part of the work different variants of constitutive equation that models bone tissue have been presented. At this point the newest achievements of the continuum mechanics have been taken into account. The rest of the work covers the problem of determining the material constants. Here special attention have been paid to the Levenberg - Marquardt nonlinear regression algorithm.

16

Prototype of innovating bone tissue preserving THRA endoprosthesis with multi-spiked connecting scaffold manufactured in selective laser melting technology

Uklejewski R., Rogala P., Winiecki M., Mielniczuk J.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 87

2-6

EN

The paper presents the prototype of innovating bone tissue preserving THRA endoprosthesis with multi-spiked connecting scaffold - the main result of our research project: "Experimental investigation and design of the constructional properties of bone-porous implants fixations" (4T07C05629, Polish Ministry of Science, finished in February 2008) presented also as plenary lecture at the 18th International Conference "Biomaterials in Medicine and Veterinary Medicine" in Rytro (Poland), 2008. Three-dimensional selective laser melting (SLM), a direct metal manufacturing (DMM) technology from rapid prototyping/rapid manufacturing (PR/RM) group, was successfully applied to manufacture these prototypes of Ti6AI7Nb powder. We share our observations and remarks on the prototypes manufacturing in SLM laser additive technology.

17

Ocena wpływu kompozytów P(LLA/GA) z włóknami węglowymi oraz P(LLA/GA) z fosforanem trójwapniowym na proces gojenia tkanki kostnej - badania in vivo na postawie wybranych parametrów

Cieślik T., Adwent M., Chłopek J., Morawska-Chochół A., Cieślik M., Majcherczyk J.

Engineering of Biomaterials

|

2008

|

Vol. 11, no. 81-84

21--24

18

Symulacja przebudowy kości gąbczastej

Heljak M., John A.

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2007

|

z. 1

59--64

PL

W pracy opisano wybrany model przebudowy (adaptacji) tkanki gąbczastej pod wpływem obciążenia zewnętrznego. Czynnikiem regulującym proces remodelingu w opisywanym modelu jest gęstość energii odkształcenia. Rezultatem przeprowadzonej symulacji numerycznej jest zmiana rozkładu gęstości tkanki kostnej w rozpatrywanym obszarze. W warunkach rzeczywistych zmiana gęstości tkanki kostnej pod wpływem działającego obciążenia dąży do wartości optymalnej, co oznacza, że organizm dąży do zmniejszenia masy kośćca, przy zachowaniu odpowiednich parametrów wytrzymałościowych.

EN

In the present paper one remodeling model of trabecular bone is considered. The model is based on the strain energy density criterion. The strain energy density is taken as the mechanical stimulus of bone remodeling. The results of the simulation demonstrate change of material density distribution. The change of bone tissue density caused by mechanical load is optimal, what means that tissue tends to minimal mass needed to bear load.

19

Określenie różnic wartości wskaźników struktury osteoporotycznych i koksartrycznych próbek tkanki beleczkowej głowy kości udowej

Mazurkiewicz A., Topoliński T.

Acta Mechanica et Automatica

|

2007

|

Vol. 1, no. 1

59-62

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrotomograficznych próbek kości gąbczastej osteoporotycznej i koksartrycznej w postaci wartości ośmiu wskaźników oceny struktury. Stwierdzono różnice tych wartości dla obu badanych populacji jeżeli chodzi o wartości średnie, i duże podobieństwo dla względnego odchylenia standardowego. Analiza statystyczna opatia na badaniu wykresów kwantylowych wyłoniła te ze wskaźników, które ze względu no możliwość dokonywania ocen porównawczych są najistotniejsze.

EN

In the work presented results of microtomographic investigations of samples of osteoporosis and coxarthrosis trabecular bone. Presented walue of eight coefficients structure the bone. Ascertained differences between average values and large similarity for relative standard deviations - SDW. for both examined population. Statistical analysis based on investigation of quantile graphs pointed these coefficients, which are die most essential from point of view of executing of comparative estimations.

20

The interaction of bone tissue structures with thc surface layer of implants

Będziński R., Maruszewski K., Stefańska M., Krzak-Roś J., Haimann K., Kindzi-Kmiecik D.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 26

35-40

EN

The sol-gel technology emerged within the last two decades and quickly became one of the most important and promising new material fabrication methods Titanium and silica-titanium thin films have been synthesized via sol-gel method. Physicochemical, mechanical and biological properties of derived thin films have been measured. Obtained results indicate possible application of thin films as coatings on implants.Basing on the fatigue strength test, tensile tests and SEM microscopy it could be concluded that a high level of adhesion characterized examined coatings. A thesis was advanced that an appropriate combination of the most significant factors: implant surface and the type of an indirect layer, as well as proper relations of the implant - bone deformations should allow to obtain an optimum solution to the problem of reactions between bone and an implant.