vol. 6 4/2017 Inżynier i Fizyk Medyczny
262
biomateriały
\
biomaterials
artykuł naukowy
\
scientific paper
Bioaktywność cementu kostnego
Obecnie stosowane cementy kostne oprócz podstawowych
właściwości mechanicznych oraz biozgodności (tj. braku tok-
syczności, braku wywoływania reakcji układu odpornościo-
wego, niewywoływania hemolizy) dodatkowo powinny się
cechować właściwościami bioaktywnymi. Bioaktywny cement
kostny to taki, który posiada właściwości przeciwdrobnoustro-
jowe oraz pobudza osteointegrację. Bioaktywne cechy mają
zapewnić większe powodzenie jego zastosowania, gdyż z każdą
operacją związane jest ryzyko zanieczyszczenia bakteryjnego,
natomiast szybsze związanie z tkanką kostną umożliwia trwałą
biointegrację. Modyfikacje bioaktywne cementu kostnego z jed-
nej strony umożliwiają profilaktykę zakażeń, z drugiej natomiast
mogą mieć zastosowanie w terapii zaistniałych zakażeń. Na po-
tencjalną infekcję wpływają różne czynniki, m.in.: właściwości
fizycznochemicznych powierzchni cementu kostnego, struktura
powierzchni komórkowej oraz receptory bakterii. Z przeprowa-
dzonych statystyk zaobserwowano, że za ok. 50% wszystkich
zakażeń pooperacyjnych odpowiada bakteria
Staphylococcus au-
reus
(tj. gronkowiec złocisty), następnie dość popularne szcze-
py to m.in.:
Enterococcus faecalis
,
Escherichia coli
,
Staphylococcus
epidermidis
czy
Acinetobacter baumanni
. W wyniku przeprowa-
dzenia analiz stwierdzono, że bioaktywny cement kostny po-
winien przede wszystkim posiadać właściwości bakteriobójcze
[7-10].
Najpopularniejszym stosowanym obecnie rozwiązaniem
w celu nadania cementowi kostnemu właściwości bakteriobój-
czych jest dodawanie do jego składu antybiotyku. Uwalniane
jego cząsteczki niszczą jednostki bakteryjne, któremogły poten-
cjalnie zostać wprowadzone w miejscu zabiegu, co doprowadzi-
łoby do ich namnażania i rozwoju infekcji. Zakażenie bakteryjne
w efekcie skutkuje niepowodzeniem zabiegu implantacyjnego
oraz wymaga reoperacji [11-13]. Do przykładowych stosowanych
antybiotyków należą m.in.: gentamicin, cephazolin, tobramycin,
minocycline, clindamycine, ciprofloxacin [13, 14]. Na uwalnianie
cząstek antybiotyku z porów cementu kostnego wpływa m.in.:
rodzaj cementu, jego porowatość, lepkość, sposób mieszania
z antybiotykiem, rodzaj oraz stężenie antybiotyku lub ich kombi-
nacji. Niestety w przypadku modyfikacji antybiotykami pojawia-
ją się problemy – tj. np. zbyt krótki okres terapeutyczny (w wy-
niku wypłukiwania cząstek antybiotyku lub zbyt szybkiego ich
uwalniania) oraz ciągły wzrost antybiotykoodporności bakterii
[12-14]. Stąd obecnie poszukuje się innych modyfikatorów, do
których należą m.in.: jony srebra, nanocząstki srebra, xylitol czy
nanocząstki chitosanu [15, 16].
W przypadku stosowanych dodatków w celu pobudzania two-
rzenia biowiązań przez tkankę kostną eksperymentalnie mody-
fikowano cement kostny m.in.: ceravitalem, hydroksyapatytem
oraz bioszkłem. Przeprowadzone badania
in vitro
sugerują, że
modyfikacje te sprzyjają kolonizacji komórek macierzystych na
powierzchni cementu kostnego oraz ich proliferacji i różnicowa-
niu. W efekcie przyspiesza się proces osteointegracji i uzyskuje
się pełną biointegrację implantu z otaczającą tkanką [10, 16, 17].
Metody badań bioaktywności
cementu kostnego
Badanie struktury [12]
Pierwszym podstawowym badaniem cementu kostnego jest
ocena jego struktury. W tym celu przeprowadza się analizę mi-
kroskopową przy wykorzystaniu odpowiedniej aparatury, np.
mikroskopu SEM (
Scanning Electron Microscope
) z analizą EDS
(
Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy
). Analizie należy poddać
skład chemiczny, porowatość cementu kostnego, rozmieszcze-
nie cząstek modyfikacji i ogólną jego jakość. Przykładowe efekty
analizy przedstawiono na rysunku 2.
Analizie można poddać także proszek cementu kostnego
z dodanymi cząstkami antybiotyku. Może mieć to na celu ogólną
ocenę komercyjnie zakupionego cementu kostnego. Uzyskane
wyniki umożliwiają analizę kształtu i rozmiaru proszku oraz czą-
stek antybiotyku bądź jakości dodatków (np. środków kontrastu-
jących, w tym przypadku cząstek ZrO
2
) (Rys. 3).
Rys. 1
Składniki i struktura cementu kostnego
Źródło: [5, 6].
