Hodnocení adheze injekčně aplikovatelného porézního kostního cementu ke kosti

Abstract

Tato práce se zabývá hodnocením adheze injekčně aplikovatelných kostních cementů, potenciálně využitelných jako plně resorbovatelná alternativa ke standardně využívaným nedegradovatelným cementům. Bylo provedeno experimentální hodnocení adheze pěti různě modifikovaných kostních cementů ke kosti, jmenovitě samotného cementu na bázi fosforečnanu vápenatého, který byl dále modifikován třemi různými příměsmi (antibiotiky, polykaprolaktonovými nanovlákny a dopaminem). Jako kontrolní materiál byl použit standardní kostní cement na bázi polymethylmethakrylátu. Testy probíhaly na dvou typech implantátů zhotovených z titanové slitiny Ti6Al4V ELI lišící se v jejich výrobě a v povrchové struktuře. Jedním typem byl implantát s povrchovým plasmový nástřikem hydroxyapatitu, druhým typem byl 3D tištěný implantát s trabekulární povrchovou strukturou. Zkušební implantáty byly pomocí cementů fixovány ex vivo v prasečích femurech po dobu potřebnou k jejich vytvrzení (72 hodin). Metodika experimentu byla založena na stanovení maximální síly potřebné pro porušení adheze při pull–out testech. Dalšími vyhodnocovanými parametry byla mez pevnosti ve smyku, posunutí při porušení, práce adhezních sil a účinnost. Výsledky ukazují na nižší míru adheze vyvíjených cementů oproti klinicky využívanému neresorbovatelnému standardu, avšak zjištěný pokles v prvotní fázi hojení nemusí být pro konkrétní aplikace limitující.

This work deals with the evaluation of the adhesion of injectable bone cements, potentially usable as a fully resorbable alternative to the standard non-degradable cements. An experimental evaluation of the adhesion of five differently modified bone cements to bone was performed, namely the cement itself based on a calcium phosphate, which was further modified with three different admixtures (antibiotics, polycaprolactone nanofibers and dopamine). Standard bone cement based on polymethylmethacrylate was used as a control material. The tests were performed on two types of implants made of titanium alloy Ti6Al4V ELI. One type was an implant with plasma sprayed hydroxyapatite coating, the other type was a 3D printed implant with a trabecular surface structure. The test implants were fixed ex vivo in porcine femurs for the time required for their hardening (72 hours). The methodology of the experiment was based on determining the maximum force required to break the adhesion in pull-out tests. Other evaluated parameters were shear strength, displacement at failure, work of adhesion and efficiency. The results show a lower degree of adhesion of the developing cements in compared with clinical used non resorbable standard, but the observed decrease in the initial healing phase may not be limiting for specific applications.