Biokompozitní kostní cement pro 3D tisk bioresorbovatelných kostních náhrad

Biocomposite Bone Cement for 3D Printing of Bioresorbable Bone Substitutes

Abstrakt

Vývoji materiálů pro 3D tiskové technologie umožňující přípravu personalizovaný ch implantátů věnují vědci a vývojáři pozornost po celém světě. Technologie 3D tisku otevírají možnosti v mnoha sférách medicíny. Příkladem je využití v oblasti rekonstrukční medicíny při léčbě komplikovaných a rozsáhlých kostních defektů. Mezi nejatraktivnější biomateriály dnes patří kompozitní systémy na bázi fosforečnanu vápenatého a polymerního pojiva. Předmětem práce bylo připravit biokompozitní kostní náhradu na bázi fosforečnanu vápenatého a biokompatibilního a bioresorbovatelného kopolymerního pojiva pomocí nízko-teplotního 3D tisku. Hodnoceny byly zejména chemo-fyzikální vlastnosti s důrazem na reologické a mechanické parametry a následné porovnání s již dříve podrobně prostudovaný s polymerním pojivem na bázi Pluronicu, který však plní pouze funkci pojiva zajišťující tisknutelnost, ale nepodporuje biodegradaci a osseointegraci. Rovněž byla provedena degradační studie, a to jak v simulované tělní tekutině, tak i v roztoku se snížený pH imitujícím osteolytické prostředí kostní tkáně. Z výsledků měření pevnosti v tlaku vyplývá, že vzorky obsahující biokompatibilní kopolymer vykazovaly výrazně vyšší pevnost v tlaku oproti srovnávacímu materiálu. Překvapivým zjištěním bylo, že přítomnost kopolymeru výrazně podporuje degradaci náhrady za fyziologických podmínek. Kromě toho, vzorky nevykazovaly cytotoxické vlastnosti během in vitro buněčného testování.

The development of materials for 3D printing technologies enabling the fabrication of personalized implants is receiving attention from scientists and developers around the world. 3D printing technologies are opening up opportunities in many areas of medicine. One example is their use in reconstructive medicine for the treatment of complex and extensive bone defects. Among the most attractive biomaterials today are composite systems based on calcium phosphate and a polymeric binder. The objective of this work was to prepare a biocomposite bone substitute based on calcium phosphate and a biocompatible and bioresorbable copolymer binder using low-temperature 3D printing. The focus was primarily on evaluating the chemo-physical properties, with emphasis on rheological and mechanical parameters, and subsequent comparison with a previously well-studied polymeric binder based on Pluronic. Although Pluronic ensures printability, it does not support biodegradation and osseointegration. A degradation study was also conducted, both in simulated body fluid and in a solution with reduced pH, simulating the osteolytic environment of bone tissue. Results from compressive strength testing revealed that samples containing the biocompatible copolymer exhibited significantly higher compressive strength compared to the reference material. A surprising finding was that the presence of the copolymer significantly promoted degradation of the substitute under physiological conditions. Moreover, the samples did not show cytotoxic properties during in vitro cell testing.

nízkoteplotní 3D tisk, polymerní pojivo, kalcium fosfát, degradace, mechanické vlastnosti

low-temperature 3D printing, polymeric binder, calcium phosphate, degradation, mechanical properties

HLINÁKOVÁ, K.; MENČÍK, P.; TUŠLOVÁ, K.; VIŠTEJNOVÁ, L.; VOJTOVÁ, L.

23.04.2025

Praha

978-80-907779-4-1

XVI. mezinárodní konference Bioimplantologie a regenerativní medicína

32

32

80

https://921c88450d.clvaw-cdnwnd.com/17e12706bb26b88046060a8921d16f31/200000714-ad5cbad5cd/Program_a_sbornik_abstraktu_Bioimplantologie_2025.pdf?ph=921c88450d