Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

New cement-type materials based on Ag and Si doped hydroxyapatite for bone regeneration

Siek D., Czechowska J., Zima A., Ślosarczyk A.

Engineering of Biomaterials

|

2016

|

Vol. 19, no. 138 spec. iss.

89

2

Biodegradable cement type bone implant materials based on calcium phosphates and calcium sulphate

Siek D., Czechowska J., Zima A., Ślósarczyk A.

Engineering of Biomaterials

|

2015

|

Vol. 18, no. 133

2--6

EN

Calcium phosphates (CaPs) are widely used in hard tissue replacement because of their excellent biocompatibility. Calcium phosphate cements (CPCs) are an interesting alternative for sintered calcium phosphate ceramics due to their mouldability and self-setting properties which allow them to conform to even the most complex bone defects. However, one of the major limitations of CPCs is their relatively low resorption rate, not optimal for bone regeneration. The aim of our studies was to combine a stable hydroxyapatite with more soluble α-tricalcium phosphate (α-TCP) or calcium sulphate (CS) (resorbability: CS>>α-TCP>HA) to develop biomaterial with gradual degradation. Promising materials for use in minimally invasive surgery for bone defects repair were obtained. It was found that the degradation rate of hydroxyapatite based bone substitutes can be controlled by the addition of an appropriate kind and amount of more soluble constituent. The impact of the setting component (α-TCP or CS) on the physicochemical properties of the final products was confirmed. Furthermore the influence of organic additives (chitosan, methylcellulose, alginate) on the final materials characteristic was proven. Solutions of organic additives, applied as the liquid phases, significantly improved the workability of cement pastes. It has been demonstrated that implant materials based on calcium sulphate and α-TCP differed in their setting times, mechanical strength, dissolution rate and morphologies of apatite layers on their surfaces after soaking in simulated body fluid. The reason of observed differences is a higher susceptibility of calcium sulphate to both disintegration and degradation.

3

Chemically bonded, calcium phosphate based bioceramics with addition of calcium sulphate

Czechowska J., Siek D., Zima A., Ślósarczyk A.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2014

|

Vol. 66, nr 1

5--12

EN

Purpose: Calcium phosphate cements (CPCs) are extensively used as synthetic bone grafts due to their excellent bioactivity, moldability and ability to set in vivo. Although there are some commercial CPCs in the market, there are many ongoing research directed mainly to improve some of their properties, such as mechanical strength, cohesion or resorbability. The purpose of the study was to develop a more systematic approach for the formulations of CPCs and to obtain complex composite that will be gradually resorbed in vivo. Design/methodology/approach: In the present studies cements composed of different ratios of α-TCP, Mg2+/CO32- co-substituted hydroxyapatite (MgCHA) and calcium sulphate were developed. The obtained materials were characterized in terms of setting time, compressive strength and open porosity. XRD technique was employed to determine the phase composition of the initial powders and the final materials. Chemical stability of the studied materials was checked. Bioactive potential of the bone cements was evaluated in accordance to Kokubo’s protocol. Findings: The investigated materials possess excellent handling properties, appropriate setting times (initial: 6-8 min, final-17-21 min) and compressive strength comparable to cancellous bone (6-12 MPa). The expected gradual resorption of composites (resorbability: CSD >> α-TCP > MgCHA) is believed to facilitate a healing process and stimulate bone regeneration. Research limitations/implications: Further in vitro and in vivo experiments need to be done to confirm cytocompatibility of these biomaterials. Originality/value: The new chemically bonded bioceramics with addition of calcium sulphate was developed. A systematic approach for the formulations of CPCs on the basis of α-TCP, MgCHA and calcium sulphate was performed. The obtained chemically bonded bioceramics may have a chance to be apply as bone substitutes in low load bearing places.

4

Bioactivity of cement type bone substitutes

Siek D., Czechowska J., Mróz W., Zima A., Burdyńska S., Załęczny R., Ślósarczyk A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2013

|

Vol. 61, nr 2

433--439

EN

In vitro chemical stability and bioactivity of three different cement type bone substitutes were determined by incubating cement samples in the simulated body fluid (SBF) for 7 and 28 days. Morphology of sample surfaces has been studied using scanning electron microscopy (SEM) combined with an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and by atomic force microscopy (AFM). The diffuse reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy (DRIFTS) was applied as a supplementary method. The development of bone-like apatite layers on the surface depended on their initial phase composition. Obtained cements showed good surgical handiness, high bioactive potential and were chemically stable. They seem to be promising materials for bone substitution.

5

Materiały kompozytowe na bazie niskoporowatych granul fosforanowo- wapniowych do zastosowań medycznych

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

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 3

355-359

PL

Kompozytowe substytuty kostne na bazie niskoporowatych granul fosforanowo-wapniowych otrzymano w wyniku zmieszania granul HA, TCP i BCP ze spoiwami opartymi na siarczanie(VI) wapnia (CSH) i hydroksyapatycie. Jako płyny służące do zarabiania zastosowano wodę destylowaną oraz 1% roztwór chitozanu w 0,3% kwasie octowym. Połączenie spoiw typu cementowego i granul fosforanowo-wapniowych pozwoliło otrzymać nowe, kompozytowe materiały implantacyjne o dobrej poręczności chirurgicznej, doskonałej biozgodności i odpowiednich właściwościach mechanicznych.

EN

Composite bone substitutes based on low-porous calcium phosphate granules were obtained by mixing HA, TCP or BCP granules with binders on the basis of calcium sulfate hemihydrate (CSH) and hydroxyapatite. As liquid phases distilled water or the 1% chitosan solution in 0.3% acetic acid were applied. Combining cement type self-setting binders and calcium phosphate granules resulted in new composites with good surgical handiness, excellent biocompatibility and appropriate mechanical properties.

6

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.

7

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.

8

Ocena bioaktywnosci dwufazowych materiałów implantacyjnych na bazie fosforanów wapnia i półwodnego siarczanu (VI) wapnia

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

Engineering of Biomaterials

|

2012

|

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

73--74

PL

Fosforany wapnia (Calcium Phosphates - CaPs), stosowane z powodzeniem w regeneracji i rekonstrukcji tkanki kostnej, należą do grupy bioaktywnych materiałów zdolnych do bezpośredniego wiązania z kością. Interesującymi materiałami implantacyjnymi w postaci łatwo formujących się past cementowych są materiały dwufazowe na bazie HA (hydroksyapatytu) i α-TCP (α-fosforanu trójwapniowego) oraz HA i CSH (półwodnego siarczanu (VI) wapnia). Wprowadzenie do struktury hydroksyapatytu różnych jonów np. srebra lub magnezu wpływa na zmianę jego właściwości fizykochemicznych jak również biologicznych. Połączenie hydroksyapatytu i półwodnego siarczanu (VI) wapnia (ten drugi stosowany jest w medycynie od wielu lat pod nazwą Plaster of Paris) prowadzi do wytworzenia materiałów o wysokiej poręczności chirurgicznej i kontrolowanej biodegradacji. Celem pracy było wytworzenie oraz ocena potencjału bioaktywnego in vitro nowych materiałów kościozastępczych typu cementowego na bazie CaPs i CSH. W skład wyjściowych proszków cementowych wchodziły: zsyntezowany na wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki - AGH hydroksyapatyt dotowany srebrem (AgHA), węglanowy hydroksyapatyt dotowany magnezem (MgCHA), α-TCP oraz CSH (Acros Or- ganics). Jako płyny do zarabiania proszków cementowych zastosowano 1% roztwór chitozanu w 0,3% kwasie octowym oraz 0,75% roztwór metylocelulozy w 2% Na2HPO4. Opracowane materiały implantacyjne poddano badaniom czasu wiązania, składu fazowego oraz wytrzymałości mechanicznej. Wytworzone preparaty kościozastępcze przetrzymywano w symulowanym płynie fizjologicznym (SBF) przez okres 14 dni. Oznaczono zmiany stężenia pierwiastków: Ag, Ca, K, Mg, Na, S, P w płynie SBF w czasie trwania inkubacji wykorzystując technikę emisyjnej spektrometrii optycznej z indukcyjnie sprzężoną plazmą (IC- P-OES). Przeprowadzono przy pomocy skaningowego mikroskopu elektronowego obserwacje morfologii powierzchni uzyskanych materiałów po 7 i 14 dniach przetrzymywania ich w symulowanym płynie fizjologicznym. Badania SEM potwierdziły narastanie warstwy apatytowej na powierzchniach badanych preparatów, co wskazuje na ich charakter bioaktywny. Materiały implantacyjne, w których zastosowano półwodny siarczan (VI) wapnia, w związku z ich dużą podatnością do dezintegracji i biodegradacji, wykazywały odmienną morfologię powierzchni w porównaniu do preparatów, w których składnikiem wiążącym był α-TCP Wzrost zawartości: Ca i S w płynie SBF podczas trwania inkubacji badanych cementów z udziałem CSH po twierdziło ich stopniową degradację in vitro.

EN

Calcium Phosphates (CaPs), used successfully in the regeneration and reconstruction of bone tissue, belong to the group of bioactive materials, capable to form a direct bond with natural bone. Biphasic materials (bone substitutes) based on HA (hydroxyapatite) and α-TCP (α-tricalcium phosphate) as well as HA and CSH (calcium sulfate hemihydrate) in the form of easily shapeable cement pastes are very interesting implant materials. Introduction of different ions such as silver or magnesium into the structure of hydroxyapatite changes its physicochemical and biological properties. The combination of hydroxyapatite and calcium sulfate hemihydrate (the last one has been used in medicine for many years under the name of Plaster of Paris) leads to the fabrication of materials with high surgical handiness and controlled biodegradation. The aim of this study was development and evaluation of the bioactive potential in vitro of the new cement type bone substitutes based on CaPs and CSH. Initial cement powders consisted of synthesized at the Faculty of Materials Science and Ceramics - AGH-UST silver doped hydroxyapatite (AgHA), magnesium doped carbonated hydroxyapatite (MgCHA), α-TCP and CSH (Acros Organics). 1 wt.% chitosan solution in 0.3 wt.% acetic acid as well as 0.75 wt. % methylcellulose solution in 2 wt.% Na2HPO4 were applied as liquid phases. Setting time, phase composition and mechanical strength of developed implant materials were examined. Obtained bone substitutes were incubated in simulated body fluid (SBF) for 14 days. Changes in the concentration of the following elements: Ag, Ca, K, Mg, Na, S, P in SBF were determined by simultaneous inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Observations of the surface morphology of obtained materials after 7 and 14 days of incubation in simulated body fluid were carried out using scanning electron microscopy. SEM studies confirmed the growth of an apatite layer on the surfaces of tested materials, what indicates on their bioactivity. Implant materials based on calcium sulfate hemihydrate, due to their high susceptibility to disintegration and biodegradation, showed a different surface morphology compared to the materials based on a-TCP as a binding agent. The increase in the content of Ca and S elements in SBF during the incubation of studied bone cements with CSH confirmed their gradual degradation in vitro.

9

Makroporowata bioceramika oparta na ortofosforanach wapnia do zastosowań medycznych

Czechowska J., Paszkiewicz Z., Siek D., Ślósarczyk A.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 6

923-928

PL

Makroporowate tworzywa oparte na ortofosforanach wapnia (CaPs, Calcium Phosphates), głównie hydroksyapatycie i ?-TCP, cieszą się nadal dużym zainteresowaniem ze względu na już istniejące oraz pojawiające się nowe możliwości ich aplikacji. Materiały te mają właściwości sprzyjające i stymulujące formowanie się kości, co czyni je interesującymi kandydatami dla medycyny regeneracyjnej oraz inżynierii tkankowej. Celem pracy było otrzymanie oraz charakterystyka wysokoporowatych tworzyw opartych na CaPs. Makroporowata bioceramika: HAp i dwufazowa (BCP) o porowatości od 74 do 84% została wytworzona metodą odwzorowania porowatej matrycy organicznej. Określono wpływ warunków wypalania na parametry otrzymanych tworzyw: skład fazowy, porowatość, skurczliwość liniową wypalania i wytrzymałość mechaniczną. Zbadano również wpływ środka powierzchniowo czynnego dodanego do zawiesin na właściwości tworzyw finalnych. Ustalono zależność pomiędzy porowatością otrzymanych tworzyw a ich wytrzymałością na ściskanie.

EN

Macroporous calcium phosphate based materials (CaPs), mainly hydroxyapatite and ?-TCP, are still of great interest because of the already existing and arising new fields for their applications. Those materials possess superior properties for the stimulation of bone formation which make them attractive candidates for regenerative medicine and tissue engineering. The aim of this study was the fabrication and characterization of highly porous CaPs based materials. Macroporous bioceramics: HAp and biphasic (BCP) with porosity from 74 to 84% were produced by replacement of the porous organic matrix. The influence of the heating conditions on the parameters of the obtained materials, namely the phase composition, porosity, linear shrinkage and mechanical strength was investigated. The effect of the surfactant, added to the slurries, on the characteristic of the final materials was also determined. The correlation between the compressive strength and the porosity of the obtained materials was determined.