Otimização das propriedades e da injetabilidade de um cimento de fosfato de cálcio

Nenhuma Miniatura disponível
Data
2014-11-25
Autores
Bazanini, Naiana Cristina [UNIFESP]
Orientadores
Motisuke, Mariana Motisuke [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
World population is getting older and, as a direct consequence, the cases of osteoporosis and bone mass loss are growing fast. Nevertheless, problems related to bone tissue are not exclusivity of old-aged people since there are a growing number of young people who need to replace bones or treat fractures due to car accidents and extreme sports. Thus, the demand for surgeries to repair and treat bone has increased. Calcium phosphate cements (CPCs) based on ?- tricalcium phosphate (?-TCP) have been highlighted for this application once they are biocompatible, bioactive, resorbable and do not present local or systemic toxicity; despite it behaves as a non-Newtonian fluid it can become injectable from a simple control on its viscosity. However, the synthesis of pure ?-TCP, cement?s solid phase, is not a simple task, since many process conditions can change their final properties, or even inhibit its formation. The quality of the starting reagents is a very important factor because some impurities can raise the temperature of formation of ?-TCP to values as high as 1600 ° C, compromising the reliability of its processing and the reactivity of the material. Therefore reagents were first synthesized with a high purity, i.e magnesium free, the main impurity which interferes on the synthesis of ?-TCP. The standardization of the starting reagents properties ensured the reproducibility of ?-TCP manufacturing process. However, it was still observed small amounts of ?-TCP, due to the insufficient energy for complete ? ? ? transformation or the not enough short dwell time to stabilize the ?-TCP phase, however, this small amount of ?-TCP did not influence on the development of the injectable cement. There are many reports that discuss the development and characterization of injectable CFC pastes; however, there are many barriers that need to be overridden. Many surgeons complain about the difficulty of maintaining the material cohesive after deployment and the loss of mechanical strength is inherent to the decreased viscosity of the paste. In this context, it is important to evaluate the possibility of controlling the viscosity of CFC pastes while optimizing their mechanical behavior. In this work carboxymethylcellulose (CMC) was used to optimize the injectability of a calcium phosphate cement and at the same time to control its mechanical strength. It was possible to develop a cement that the mechanical strength has increased with the increased amount of CMC. This fact is a consequence of the effect that the CMC generates into solutions and suspensions: a greater particle dispersion and also its gelling effect. It was also possible to develop an injectable cement for clinical application since the initial setting time (11 min) and cohesion time (7 min) were satisfactory for the application in question. The injectable cement despite of having a lower mechanical resistance compared to the direct molded cement, due to the increase of the liquid-to-powder ratio L/P, still presents values of axial compression resistance higher (22.74 ± 2,49MPa) than the trabecular bone (1 - 10 MPa). The results obtained in this work show that it was possible to develop an injectable bone cement, enabling less invasive surgery, with the potential for clinical application and more accessible to the population.
A busca por hábitos mais saudáveis e o desenvolvimento da medicina preventiva contribuíram para o prolongamento da vida da população. Como consequência, é crescente o número de casos de doenças ósseas relacionadas à velhice, como a osteoporose. Entretanto, problemas do tecido ósseo não são exclusividade da população idosa; é cada vez maior o número de jovens que necessitam de algum tratamento ortopédico e odontológico em decorrência de acidentes em geral e de esportes radicais. Dessa forma, as soluções médicas precisam ser otimizadas levando em consideração a necessidade de uma maior vida útil de próteses e implantes e de procedimentos cirúrgicos mais baratos e menos invasivos. Os materiais que têm merecido destaque para o tratamento do tecido ósseo são os cimentos de fosfato de cálcio (CFC) à base de ?-fosfato tricálcico (?-TCP) pois, são biocompatíveis, bioativos, reabsorvíveis, não apresentam toxicidade local ou sistêmica e sua pasta; apesar de se comportar como um fluido não newtoniano, pode se tornar injetável a partir de um controle em sua viscosidade. Entretanto, a síntese do ?-TCP puro, fase sólida do cimento, não é uma tarefa simples, uma vez que muitas condições de processo podem alterar suas propriedades finais ou, ainda, inibir sua formação. A qualidade dos reagentes de partida são os que mais influenciam, pois algumas impurezas podem elevar a temperatura de formação do ?-TCP para valores tão altos quanto 1600°C, comprometendo a reprodutibilidade de seu processamento e a reatividade do material. Portanto foram primeiramente sintetizados reagentes com elevado grau de pureza, ou seja, livres de magnésio, principal impureza que interfere na síntese do ?-TCP. Verificou-se que a padronização das propriedades dos reagentes de partida garantiu-se a reprodutibilidade do processo de fabricação do ?-TCP e observou-se ainda pequenas quantidades de fase ?-TCP, devido provavelmente à energia não suficiente para total transformação do ? ? ? ou tempo não suficiente para estabilizar a fase ?-TCP, no entanto essa pequena quantidade de fase ??TCP não influenciou no desenvolvimento do cimento injetável. Existem muitos relatos na literatura que discutem o desenvolvimento e a caracterização de pastas de CFC injetáveis; entretanto existem muitas barreiras que precisam ser sobrepostas. Muitos cirurgiões reclamam da dificuldade de manter o material coeso após a implantação e a perda de resistência mecânica é inerente à diminuição da viscosidade da pasta. Neste contexto, torna-se importante avaliar a possibilidade de se controlar a viscosidade de pastas de CFC e ao mesmo tempo otimizar o seu comportamento mecânico. Nesse trabalho a carboximetilcelulose foi utilizada para otimizar a injetabilidade de um cimento de fosfato de cálcio e, ao mesmo tempo, controlar a sua resistência mecânica. Foi possível desenvolver um cimento que com o aumento da quantidade de CMC aumentou-se a resistência mecânica. Esse fato é consequência do efeito que o CMC é capaz de gerar: uma maior dispersão das partículas na pasta e, também, seu efeito gelificante. Foi possível também desenvolver um cimento injetável para aplicação clínica pois, os tempos de cura inicial (11 min) e de coesão (7 min) apresentaram-se satisfatórios para a aplicação em questão. O cimento injetável apesar de apresentar uma resistência mecânica mais baixa em relação ao cimento moldado, devido ao aumento da razão L/P, ainda apresenta valores de resistência à compressão axial maiores (22,74±2,49MPa) do que do osso esponjoso (1 ? 10 MPa). Os resultados obtidos neste trabalho demonstram que foi possível desenvolver um cimento ósseo injetável, possibilitando cirurgias menos invasivas, com potencial para aplicação clínica e que será mais acessível à população brasileira.
Descrição
Citação
BAZANINI, Naiana Cristina. Otimização das propriedades e da injetabilidade de um cimento de fosfato de cálcio. 2014. 75 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São José dos Campos, 2014.