Chitozanom modifikované kalciumfosfátové kostné lepidlo určené na fixáciu malých kostných fragmentov

Chitosan-modified calcium phosphate bone glue designed for fixation of small bone fragments

Abstrakt

Roztrieštené zlomeniny s drobnými fragmentmi (< 1 cm) predstavujú významnú klinickú výzvu, z dôvodu nemožnosti ich stabilne fixovať konvenčnými osteosyntetickými technikami, čo vedie k odstráneniu fragmentov alebo k neoptimálnej rekonštrukcii so zhoršeným hojením. Polymetylmetakrylát (PMMA), bežne používaný kostný cement, poskytuje vysokú mechanickú pevnosť a rýchle tuhnutie, avšak je biologicky inertný, neresorbovateľný, generuje exotermické teplo počas polymerizácie a nevykazuje osteokonduktivitu. Navyše neumožňuje biologickú fixáciu fragment–fragment, ale slúži predovšetkým na kotvenie implantátov. Fosforečnanovo-vápenaté (CaP) cementy sú resorbovateľné, bioaktívne a chemicky podobné kostnému minerálu, no ich použitie ako kostných lepidiel má limity v oblasti slabej adhézie k vlhkej kosti a nízkej kohézie spojenej s vyplavovaním v prítomnosti krvi počas aplikácie. Cieľom práce je zvýšiť kohéziu a stabilitu CaP cementu pomocou inkorporácie chitozánových nanočastíc. Chitozán je biokompatibilný a biodegradovateľný polykationický polysacharid, ktorého protonované aminoskupiny umožňujú iónové interakcie s fosfátovými iónmi v matrici cementu. Tieto interakcie vedú k vytvoreniu fyzikálne zosieťovanej siete, ktorá zvyšuje vnútornú kohéziu materiálu, znižuje jeho náchylnosť na vyplavovanie a prispieva k zlepšeniu manipulačných a reologických vlastností. Nanočasticová forma zároveň umožňuje homogénnu disperziu v cementovej matrici a efektívnejšie ovplyvnenie mikroštruktúry systému. V rámci projektu boli pripravené chitozánové nanočastice, ktoré boli zároveň fyzikálno-chemicky charakterizované pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu a dynamického rozptylu svetla. Po ich inkorporácii do CaP cementu boli adhézne vlastnosti hodnotené skúškou šmykovej pevnosti spoja a mechanická integrita systému bola overená ťahovými skúškami ex vivo na kostnom modeli. Predbežné výsledky naznačujú, že chitozánom modifikovaný CaP cement predstavuje perspektívny bioaktívny materiál pre fixáciu malých kostných fragmentov. Poďakovanie: Táto práca bola podporená Ministerstvom zdravotníctva Českej republiky v rámci projektu č. NW24-08-00367, interným grantom Špecifický výskum CEITEC VUT v rámci projektu CEITEC VUT-J-26-9081 a projektom Mitacs – Globalink Research Award.

Comminuted fractures with small fragments (< 1 cm) represent a significant clinical challenge, as they cannot be stably fixed using conventional osteosynthetic techniques, resulting in fragment removal or suboptimal reconstruction with impaired healing. Polymethyl methacrylate (PMMA), a commonly used bone cement, provides high mechanical strength and rapid setting; however, it is biologically inert, non-resorbable, generates exothermic heat during polymerization, and exhibits no osteoconductivity. Moreover, it does not enable biological fragment-to-fragment fixation but serves primarily to anchor implants. Calcium phosphate (CaP) cements are resorbable, bioactive, and chemically similar to bone mineral, yet their use as bone adhesives is limited by weak adhesion to wet bone and low cohesion associated with washout in the presence of blood during application. The aim of this work is to enhance the cohesion and stability of CaP cement through the incorporation of chitosan nanoparticles. Chitosan is a biocompatible and biodegradable polycationic polysaccharide whose protonated amino groups enable ionic interactions with phosphate ions in the cement matrix. These interactions lead to the formation of a physically crosslinked network that increases the internal cohesion of the material, reduces its susceptibility to washout, and contributes to improved handling and rheological properties. The nanoparticulate form also allows homogeneous dispersion within the cement matrix and more effective modulation of the system's microstructure. Within this project, chitosan nanoparticles were prepared and physicochemically characterized using scanning electron microscopy and dynamic light scattering. After their incorporation into the CaP cement, the adhesive properties were evaluated by shear bond strength testing, and the mechanical integrity of the system was verified by ex vivo tensile testing on a bone model. Preliminary results indicate that chitosan-modified CaP cement represents a promising bioactive material for the fixation of small bone fragments. Acknowledgement: This work was supported by the Ministry of Health of the Czech Republic under project No. NW24-08-00367, by the internal grant Specific Research of CEITEC BUT under project CEITEC BUT-J-26-9081, and by the Mitacs – Globalink Research Award project.

kalciumfosfátový cement, kostné lepidlo, chitozánové nanočastice, zvýšenie kohézie, fixácia kostných fragmentov, regenerácia kosti, osteosyntéza

calcium phosphate cement, bone adhesive, chitosan nanoparticles, cohesion enhancement, bone fragment fixation, bone regeneration, osteosynthesis

KREUZEROVÁ, M.; RAMIREZ, A.; ZHAO, B.; MICHLOVSKÁ, L.; VOJTOVÁ, L.

01.04.2026

Venice Praha, s.r.o.

Praha

978-80-907779-7-2

XVII. mezinárodní konference Bioimplantologie a regenerativní medicína

40

40

76