Proprietățile Fizico-Chimice și Aplicațiile Fosfatului Tricalcic și Dicalcic în Implantologia Dentară și Artroplastia de Șold
1. Introducere
Fundamentarea Fosfaților de Calciu în Biomateriale
Fosfații de calciu (CaP) reprezintă o clasă de materiale ceramice bioactive care au câștigat o atenție considerabilă în domeniul biomedical datorită biocompatibilității lor remarcabile, osteoconductivității și, în anumite cazuri, osteoinductivității.1 Similaritatea lor structurală și chimică cu componenta minerală a osului le face candidați ideali pentru aplicații de regenerare și reparare osoasă.3 În contextul limitărilor asociate cu autogrefele și alogrefele osoase, interesul pentru substituenți osoși sintetici, cum ar fi fosfații de calciu, este în continuă creștere.4
Focalizare pe Fosfatul Tricalcic (TCP) și Fosfatul Dicalcic (DCP)
Dintre diferiții fosfați de calciu, fosfatul tricalcic (Ca3(PO4)2) și fosfatul dicalcic (CaHPO4) sunt două biomateriale proeminente. Acestea există sub diferite forme, cum ar fi forme anhidre, hidratate și polimorfe (alfa și beta), fiecare cu implicații distincte pentru aplicațiile medicale.6 Înțelegerea proprietăților fizico-chimice ale acestor materiale este esențială pentru a evalua adecvarea lor pentru aplicații specifice.
Interesul Utilizatorului și Obiectivele Raportului
Prezentul raport își propune să analizeze în detaliu proprietățile fizico-chimice ale fosfatului tricalcic și dicalcic, răspunzând interesului utilizatorului cu privire la utilizarea lor potențială în implanturile dentare imediat după extracția dentară și în artroplastia de șold, inclusiv aplicații sub formă de pastă pentru refacerea capului femural. Obiectivele acestui raport includ evaluarea potențialului lor de osteointegrare, analiza durității lor și a metodelor de îmbunătățire a acesteia, precum și discutarea aplicabilității lor în scenariile propuse de utilizator. Se va oferi, de asemenea, o analiză comparativă pentru a evidenția avantajele și dezavantajele fiecărui material pentru aceste utilizări specifice.
Interesul utilizatorului pentru implanturile dentare imediate post-extracție sugerează necesitatea unor materiale care nu numai că se integrează bine cu osul, dar oferă și suport sau proprietăți de umplere a spațiului în faza inițială de vindecare. Implantarea imediată necesită un material care poate promova formarea și integrarea rapidă a osului pentru a asigura stabilitatea implantului în alveola proaspăt extrasă. Aceasta ar putea necesita un material cu caracteristici specifice de resorbție și capacitatea de a stimula osteogeneza rapid.
Conceptul de utilizare a unei paste pentru refacerea capului femural în artroplastia de șold ridică întrebări cu privire la rezistența mecanică necesară, timpul de priză și stabilitatea pe termen lung a TCP sau DCP în această aplicație care suportă sarcină. Refacerea șoldului implică înlocuirea suprafeței articulare a capului femural. Un material sub formă de pastă ar trebui să fie injectabil sau modelabil, să se întărească formând o suprafață dură și durabilă capabilă să reziste la o sarcină semnificativă și să se integreze perfect cu osul subiacent.
2. Proprietățile Fizico-Chimice ale Fosfatului Tricalcic
Formula Chimică și Nomenclatură
Formula chimică a fosfatului tricalcic este Ca3(PO4)2.6 Acesta este cunoscut și sub alte denumiri comune, cum ar fi fosfat de calciu, fosfat tribazic de calciu și fosfat osos de var (BPL).6
Masa Molară
Masa molară a fosfatului tricalcic este de aproximativ 310,18 g/mol.9 Unele surse pot cita valori ușor diferite, în funcție de forma exactă sau de starea de hidratare considerată.
Densitatea
Densitatea fosfatului tricalcic amorf este de obicei în jur de 3,14 g/cm3.8 Trebuie menționată existența diferitelor forme cristaline polimorfe (α, α′, β) cu densități variabile (β: 3,066 g/cm3, α: 2,866 g/cm3, α′: 2,702 g/cm3).6 Aceste polimorfe sunt stabile la temperaturi diferite.
Solubilitatea în Apă
Fosfatul tricalcic are o solubilitate scăzută în apă, de ≤20 mg/L la 20 °C sau 1,2 mg/kg.6 Solubilitatea poate varia ușor în funcție de forma cristalină, forma α fiind mai solubilă decât forma β.6
pH-ul Soluției
pH-ul unei suspensii de fosfat tricalcic este în jur de 6-8 pentru o suspensie de 20%.10
Stabilitatea Termică
Punctul de topire al fosfatului tricalcic este de 1670 °C.6 O sursă menționează că acesta se lichefiază sub presiune înaltă la 1391 °C.9 Există polimorfe stabile la temperaturi ridicate (α și α′).6 Forma β se transformă în α în jur de 1180°C.12
Structura Cristalină
Fosfatul tricalcic există sub trei forme cristaline polimorfe: α, α′ și β.6 Forma β are o structură romboedrică, în timp ce α este monoclinică și α′ este hexagonală.6 Formele de înaltă temperatură (α și α′) au structuri complexe cu diferite tipuri de coloane de calciu și fosfat.6
Alte Proprietăți
Fosfatul tricalcic are aspectul unei pulberi albe amorfe 6, este inodor și insipid 8, are o presiune de vapori neglijabilă 8 și un indice de refracție în jur de 1,63.10
Existența diferitelor polimorfe ale TCP cu solubilitate și densitate variabilă sugerează că forma specifică utilizată într-o aplicație medicală ar putea fi adaptată pentru a obține ratele de resorbție și proprietățile mecanice dorite. Forma α, cu solubilitatea sa mai mare 6, ar putea fi benefică pentru aplicațiile care necesită o remodelare osoasă mai rapidă, în timp ce forma β, mai stabilă, ar putea fi preferată pentru schelele cu o durată de viață mai lungă. Diferențele de densitate ar putea influența, de asemenea, porozitatea generală și rezistența mecanică a materialului.
Punctul de topire ridicat al TCP indică stabilitatea sa termică în timpul proceselor tipice de sterilizare utilizate pentru dispozitivele medicale. Metodele de sterilizare, cum ar fi autoclavarea, implică temperaturi și presiuni ridicate. Un punct de topire ridicat asigură că materialul TCP nu se va degrada sau nu își va schimba forma în timpul acestor procese, menținându-și proprietățile intenționate pentru implantare.
3. Proprietățile Fizico-Chimice ale Fosfatului Dicalcic
Formula Chimică și Nomenclatură
Formula chimică a fosfatului dicalcic este CaHPO4 (anhidru) și CaHPO4•2H2O (dihidrat).7 Acesta este cunoscut și sub alte denumiri comune, cum ar fi fosfat bibazic de calciu și fosfat de calciu monohidrogenat.7
Masa Molară
Masa molară a fosfatului dicalcic este de 136,06 g/mol (anhidru) și 172,09 g/mol (dihidrat).7
Densitatea
Densitatea fosfatului dicalcic este de 2,929 g/cm3 (anhidru) și 2,31 g/cm3 (dihidrat).7 O sursă menționează 2,89 g/cm3.13
Solubilitatea în Apă
Fosfatul dicalcic are o solubilitate scăzută în apă, de 0,02 g/100 mL pentru ambele forme, anhidră și dihidrat.7 Unele surse afirmă că este puțin solubil.13
pH-ul Soluției
pH-ul unei soluții apoase de fosfat dicalcic este în jur de 6,8 13 sau 7 pentru o suspensie de 10 g/L.16
Stabilitatea Termică
Fosfatul dicalcic se descompune la încălzire.7 Forma dihidrat pierde apă la 109°C.15 Forma anhidră se descompune la 370°C conform unei surse 16, în timp ce o alta menționează un punct de topire de 1670°C (probabil o eroare tipografică sau se referă la un alt compus din listă).13
Structura Cristalină
Fosfatul dicalcic există în trei forme: dihidrat (brușită), monohidrat (DCPM) și anhidru (monetit).7 Structura cristalină este triclinică pentru forma anhidră.7 Forma dihidrat are, de asemenea, o rețea cristalină monoclinică.17
Alte Proprietăți
Fosfatul dicalcic are aspectul unei pulberi albe sau al unui solid cristalin 7, este inodor și insipid 7, neinflamabil 7 și solubil în acizi diluați.8 Este practic insolubil în alcooli.8
Existența diferitelor stări de hidratare ale DCP, fiecare cu densitate și stabilitate termică distincte, sugerează că condițiile de procesare în timpul fabricării implanturilor ar putea influența forma finală și proprietățile materialului. Deshidratarea DCP dihidrat în forma anhidră are loc la temperaturi moderat ridicate.18 Acest proces trebuie controlat cu atenție pentru a asigura obținerea fazei dorite pentru aplicația intenționată.
Temperatura de descompunere mai scăzută a DCP în comparație cu punctul de topire al TCP ar putea face din TCP un material mai stabil pentru aplicații la temperaturi ridicate sau pentru metode de sterilizare care implică un stres termic mai mare. În timp ce ambele sunt în general stabile în condiții tipice de sterilizare, stabilitatea termică mai ridicată a TCP ar putea fi un avantaj în scenariile în care s-ar putea întâlni temperaturi mai ridicate în timpul procesării sau în aplicații specifice.
4. Tabel Comparativ al Proprietăților Fizico-Chimice
Tabelul 1 prezintă o comparație a proprietăților fizico-chimice cheie ale fosfatului tricalcic și dicalcic.
Acest tabel oferă o imagine de ansamblu concisă a proprietăților fizico-chimice ale ambelor materiale, permițând o comparație rapidă și evidențiind similitudinile și diferențele care ar putea influența adecvarea lor pentru diferite aplicații.
5. Potențialul de Osteointegrare în Implanturile Dentare
Definiția Osteointegrării
Osteointegrarea este definită ca o conexiune structurală și funcțională directă între osul viu și suprafața unui implant, fără un strat intermediar de țesut conjunctiv.19 Aceasta este o condiție esențială pentru succesul pe termen lung al implanturilor dentare.19
Rolul Fosfaților de Calciu în Osteointegrare
Atât TCP, cât și DCP sunt biocompatibile și osteoconductive, ceea ce înseamnă că susțin creșterea osoasă pe suprafața lor.1 Există, de asemenea, dovezi care sugerează că fosfații de calciu ar putea avea proprietăți osteoinductive, stimulând diferențierea celulelor stem în celule formatoare de os.19
Fosfatul Tricalcic în Implanturile Dentare
β-TCP este utilizat ca un substitut osos sintetic pentru a promova osteointegrarea în jurul implanturilor dentare.4 Studiile au arătat că β-TCP poate duce la o formare osoasă semnificativă în jurul implanturilor.19 Cu toate acestea, deși este biocompatibil, unele studii indică faptul că β-TCP singur ar putea avea o osteoconductivitate insuficientă, posibil datorită porozității scăzute, și ar putea să nu se integreze conform așteptărilor fără îmbunătățiri de design, cum ar fi creșterea porozității.4 Combinarea TCP cu alte materiale, cum ar fi hidroxiapatita (HA), este utilizată pentru a îmbunătăți funcționalitatea și resorbția.4 Unele studii arată că acoperirile HA-TCP sunt eficiente în inducerea osoasă.21 TCP este resorbabil și poate fi înlocuit de os natural în timp, ceea ce este avantajos pentru regenerarea osoasă.3
Fosfatul Dicalcic în Implanturile Dentare
DCP, în special sub formă de fosfat dicalcic dihidrat (brușită), este utilizat în cimenturi osoase și acoperiri pentru implanturi dentare.7 DCP poate fi transformat în hidroxiapatită deficientă în calciu in vivo și este resorbit rapid, promovând formarea osoasă.17 Studiile au arătat că acoperirile cu fosfat de calciu, care pot include DCP, promovează osteointegrarea atât în condiții sănătoase, cât și osteoporotice, îmbunătățind fixarea implantului și contactul os-implant.23 DCP este, de asemenea, utilizat în cimenturi fosfat de calciu auto-întăritoare (CPC) pentru aplicații dentare, adesea în combinație cu alți compuși de fosfat de calciu.27
Implantarea Imediată Post-Extracție
În contextul implantării imediate, resorbabilitatea β-TCP ar putea fi benefică pentru crearea de spațiu pentru creșterea osoasă nouă, dar suportul structural inițial ar putea fi o problemă.4 Cimenturile pe bază de DCP ar putea umple alveola de extracție și ar putea promova regenerarea osoasă, dar rezistența lor mecanică și rata de resorbție în acest scenariu specific ar necesita o analiză atentă.24 Topografia suprafeței implantului și acoperirile (care pot fi realizate din fosfați de calciu) joacă un rol crucial în influențarea osteointegrării.20
Rata de resorbție mai rapidă a β-TCP în comparație cu HA 4 ar putea fi avantajoasă pentru implanturile imediate post-extracție, deoarece permite o înlocuire mai rapidă cu os natural, dar ar putea însemna și o reducere temporară a suportului mecanic. Într-o alveolă proaspăt extrasă, creșterea rapidă a osului este crucială pentru stabilitatea implantului. Un material care se resoarbe într-un ritm controlat, stimulând simultan formarea osoasă, ar putea fi ideal. Cu toate acestea, proprietățile mecanice ale materialului în timpul acestei faze de resorbție sunt, de asemenea, critice.
Utilizarea acoperirilor cu fosfat de calciu pe implanturile metalice tradiționale (cum ar fi titanul) pare a fi o strategie promițătoare pentru îmbunătățirea osteointegrării, atenuând potențial unele dintre limitările mecanice ale materialelor TCP sau DCP în vrac.22 Combinarea rezistenței mecanice a unui implant metalic cu bioactivitatea unei acoperiri cu fosfat de calciu ar putea oferi un efect sinergic, ducând la rate de succes îmbunătățite ale implanturilor, în special în condiții dificile, cum ar fi osteoporoza.23
6. Caracteristici de Duritate
Duritatea Fosfatului Tricalcic
Duritatea bioceramicelor TCP poate fi influențată de factori precum temperatura de sinterizare și prezența altor materiale.32 Studiile indică valori ale durității Vickers pentru compozite sinterizate HA/β-TCP, cu o duritate maximă obținută la temperaturi de sinterizare mai ridicate (de exemplu, 229 HV la 1100°C).32 Transformarea β-TCP în α-TCP la temperaturi mai ridicate (în jur de 1400°C) poate duce la o scădere a modulului lui Young (o măsură a rigidității).33 În general, TCP are proprietăți mecanice limitate, ceea ce îi restricționează utilizarea în zone cu solicitări mecanice ridicate.33
Duritatea Fosfatului Dicalcic
Duritatea Mohs a DCP anhidru este de 3,5.16 Duritatea DCP poate fi, de asemenea, influențată de forma sa (anhidră vs. dihidrat) și de metodele de procesare.18 DCP anhidru poate fi preparat în forme potrivite pentru comprimarea directă în tablete, cu valori specifice de abraziune dentinară, indicând utilizarea sa în produse dentare, cum ar fi pasta de dinți.18
Comparația Durității
În general, atât TCP, cât și DCP sunt considerate relativ moi în comparație cu materiale precum titanul sau hidroxiapatita. Duritatea TCP poate varia semnificativ în funcție de polimorful specific și de condițiile de procesare, în special sinterizarea. Duritatea DCP depinde, de asemenea, de starea sa de hidratare și de metoda de preparare.
Relevanța pentru Implanturile Dentare și Artroplastia de Șold
Duritatea intrinsecă a TCP și DCP în vrac ar putea să nu fie suficientă pentru componentele care suportă sarcină ale implanturilor dentare sau ale protezelor de șold. Cu toate acestea, utilizarea lor ca acoperiri sau în aplicații care nu suportă sarcină, cum ar fi grefele osoase sau materialele de umplere a golurilor, ar putea fi fezabilă.
Relația dintre temperatura de sinterizare și duritatea în TCP 33 sugerează că controlul procesării termice în timpul fabricării este crucial pentru optimizarea proprietăților mecanice ale implanturilor sau schelelor pe bază de TCP. Temperaturile de sinterizare mai ridicate duc, în general, la o densitate și o duritate crescute prin reducerea porozității și îmbunătățirea conectivității granulelor. Cu toate acestea, transformările de fază la temperaturi foarte ridicate pot avea efectul opus asupra anumitor proprietăți mecanice.
Duritatea Mohs de 3,5 pentru DCP anhidru 16 este relativ scăzută în comparație cu smalțul dentar (în jur de 5) sau dentina (în jur de 2-3), ceea ce ar putea fi relevant dacă se ia în considerare DCP ca material de înlocuire directă în aplicații dentare care implică forțe ocluzale. În timp ce DCP este utilizat în pasta de dinți ca agent de lustruire datorită abrazivității sale blânde 7, duritatea sa ar putea fi un factor limitativ pentru componentele structurale ale implanturilor dentare care trebuie să reziste la forțele de masticație.
7. Metode de Îmbunătățire a Durității
Sinterizarea
Sinterizarea este o metodă obișnuită de creștere a densității și a rezistenței mecanice (inclusiv duritatea) a materialelor ceramice, cum ar fi TCP și DCP, prin încălzirea lor la o temperatură ridicată sub punctul lor de topire, determinând fuziunea particulelor.32 Temperatura de sinterizare afectează duritatea și modulul lui Young al TCP.33 Temperaturile mai ridicate cresc, în general, duritatea până la un anumit punct, dincolo de care pot apărea transformări de fază.
Adăugarea de Lianți
Lianți pot fi adăugați la pulberile de TCP sau DCP înainte de modelare și sinterizare pentru a îmbunătăți proprietățile lor de manipulare și, potențial, rezistența mecanică finală a produsului sinterizat. Fragmentele nu oferă exemple specifice de lianți pentru îmbunătățirea durității TCP sau DCP, dar aceasta este o tehnică generală în ceramică.
Tratament Chimic
Lichide de întărire, cum ar fi acidul fosforic diluat, acidul citric sau citratul de sodiu, pot fi utilizate pentru a induce priza și întărirea în cimenturile osoase β-TCP.35 Această abordare vizează mai mult crearea unui material cimentos decât creșterea semnificativă a durității inerente a particulelor de TCP în sine.
Formarea de Compozite
Combinarea TCP sau DCP cu alte materiale, cum ar fi hidroxiapatita, polimeri (cum ar fi acidul poliglicolic sau policaprolactona) sau chiar componente metalice, poate duce la materiale compozite cu proprietăți mecanice îmbunătățite.1 Studiile privind compozitele HA/β-TCP arată proprietăți mecanice îmbunătățite.32
Acoperiri de Suprafață
TCP sau DCP pot fi utilizate ca acoperiri pe materiale de implant mai rezistente (de exemplu, titan) pentru a îmbunătăți biocompatibilitatea și osteointegrarea fără a se baza pe materialul în vrac pentru capacitatea de a suporta sarcină.22
Utilizarea acidului citric ca lichid de întărire pentru cimentul osos β-TCP 36 sugerează o cale potențială pentru crearea de materiale TCP injectabile sau modelabile care se pot solidifica in vivo, ceea ce ar putea fi relevant pentru interesul utilizatorului pentru o aplicație sub formă de pastă. Cimenturile osoase pe bază de fosfați de calciu oferă avantajul întăririi in situ și o bună adaptare la defectele osoase. Explorarea diferitelor lichide de întărire și a efectelor lor asupra proprietăților mecanice ale cimentului rezultat este crucială pentru dezvoltarea materialelor potrivite pentru aplicații precum refacerea capului femural.
Dezvoltarea compozitelor HA/β-TCP cu porozitate și rezistență mecanică reglabile 32 indică o tendință către optimizarea proprietăților biomaterialelor de fosfat de calciu prin combinarea diferitelor faze. Acest lucru ar putea duce la materiale care oferă un echilibru între bioactivitate și integritate mecanică. Hidroxiapatita este cunoscută pentru biocompatibilitatea și osteoconductivitatea sa excelentă, dar poate fi fragilă. β-TCP este mai resorbabil. Combinarea lor în proporții și microstructuri specifice ar putea crea un material care valorifică beneficiile ambelor.
8. Aplicarea în Artroplastia de Șold
Utilizarea Fosfatului Tricalcic în Artroplastia de Șold
Există un interes crescut pentru utilizarea TCP ca substitut osos pentru tratarea defectelor osoase acetabulare în timpul revizuirii artroplastiei totale de șold (rTHA).37 Studiile sugerează siguranța și rezultatele promițătoare ale TCP (atât în fază pură, cât și bifazic cu HA) în aceste aplicații, deși sunt necesare mai multe date pe termen lung.37 Compozite modelabile de colagen–fosfat tricalcic încărcate cu antibiotice sunt utilizate în tratamentul infecțiilor periprotetice articulare (PJI) în revizuirea artroplastiei de șold.39 Aceasta evidențiază potențialul TCP ca purtător pentru administrarea locală de medicamente. Un studiu care a utilizat grefă osoasă TCP în combinație cu decompresia centrală și plasmă bogată în trombocite (PRP) pentru necroza avasculară în stadiu incipient a capului femural a arătat rezultate promițătoare în întârzierea necesității artroplastiei totale de șold.40
Utilizarea Fosfatului Dicalcic în Artroplastia de Șold
Acoperirile cu fosfat dicalcic dihidrat sunt utilizate pe protezele femurale necimentate pentru a crește fixarea inițială și formarea osoasă timpurie.26 Studiile arată rate bune de supraviețuire pe termen lung cu astfel de acoperiri.21 Cimenturi fosfat de calciu injectabile, resorbabile, care pot fi pe bază de DCP, sunt utilizate în chirurgia de revizuire a șoldului pentru a aborda defectele osoase.41 Aceste cimenturi au adesea o rezistență ridicată și pot fi remodelate de organism.42 Fosfatul de calciu cu matrice de siliciu (care conține HA și β-TCP) este utilizat pentru a promova fuziunea osoasă în aplicații spinale, ceea ce ar putea fi relevant și pentru artroplastia de șold care implică grefare osoasă.5
Aplicarea Sub Formă de Pastă pentru Refacerea Capului Femural
Fragmentele nu abordează direct utilizarea pastei de TCP sau DCP pentru refacerea capului femural în modul descris de utilizator (aplicarea unei paste peste capul femural și permiterea acesteia să se absoarbă și să se integreze). Cu toate acestea, utilizarea cimenturilor fosfat de calciu injectabile (care ar putea fi pe bază de TCP sau DCP) pentru umplerea defectelor osoase sau pentru augmentarea fixării sugerează că o aplicare sub formă de pastă ar putea fi fezabilă dacă materialul posedă injectabilitate adecvată, proprietăți de priză și rezistență mecanică după priză.28 Conceptul de „cimentare” la os și absorbție necesită o analiză atentă. În timp ce fosfații de calciu sunt osteoconductivi și unii sunt resorbabili, aplicarea directă a unei paste peste capul femural existent pentru a crea o nouă suprafață de sprijin care apoi este absorbită și înlocuită de os ar putea să nu fie o procedură standard sau bine cercetată, datorită cerințelor mecanice și necesității unei articulări precise în interiorul articulației. Tehnicile de refacere existente implică de obicei suprafețe de sprijin metal-metal sau alte suprafețe dure pentru durabilitate.
Utilizarea cu succes a TCP și DCP în diverse forme (grefe osoase, acoperiri, cimenturi) în artroplastia de șold 5 evidențiază versatilitatea și biocompatibilitatea lor în acest domeniu ortopedic. Diversele aplicații sugerează că ambele materiale pot interacționa eficient cu țesutul osos în mediul complex al unei înlocuiri de șold, susținând regenerarea osoasă, fixarea implanturilor și chiar administrarea de medicamente.
În timp ce există cimenturi fosfat de calciu injectabile și sunt utilizate în chirurgia ortopedică, ideea specifică a utilizatorului de pastă pentru refacerea capului femural care apoi se absoarbe în os și se închide ar putea fi conceptual diferită de practicile actuale. Acest lucru necesită o analiză atentă a cerințelor biomecanice și a stabilității pe termen lung necesare pentru o articulație șoldului funcțională. Refacerea capului femural este o procedură complexă care necesită un material capabil să reziste la sarcini semnificative și repetitive. Uzura pe termen lung, precum și integrarea cu osul subiacent într-un mod care să mențină articulația, sunt factori critici care trebuie abordați pentru ca metoda propusă de utilizator să fie viabilă.
9. Absorbția și Biodegradarea în Țesutul Osos
Absorbția Fosfatului Tricalcic
TCP, în special β-TCP, este cunoscut a fi resorbabil in vivo, rata de resorbție depinzând de factori precum porozitatea și structura cristalină.3 Studiile arată că TCP poros este resorbit treptat la locul implantării și înlocuit cu țesut osos nou.4 β-TCP nu se dizolvă în fluidele corporale la pH fiziologic, dar necesită activitate celulară (osteoclaste care produc pH acid) pentru dizolvare.6 Unele substituenți osoși pe bază de TCP sunt complet absorbiți într-un interval de timp relevant clinic (de exemplu, 12 luni pentru un produs).43 TCP contrastează cu hidroxiapatita (HA), care este în general considerată non-resorbabilă sau foarte lent resorbabilă.3
Absorbția Fosfatului Dicalcic
DCP, în special forma dihidrat (brușită), este, de asemenea, resorbabil in vivo, adesea cu o rată mai rapidă decât HA și uneori mai rapidă decât anumite forme de TCP.17 DCPD poate fi transformat în hidroxiapatită deficientă în calciu în organism.17 Studiile arată că cimenturile pe bază de DCP sunt înlocuite de os nou în timp.25 Absorbția DCP contribuie la eficacitatea sa în promovarea mineralizării osoase și dentare.17
Mecanismul Absorbției
Procesul de resorbție mediat celular implică osteoclastele, care descompun materialul de fosfat de calciu.4 Ionii de calciu și fosfat eliberați pot fi apoi utilizați de organism pentru formarea de os nou.44
Resorbabilitatea atât a TCP, cât și a DCP este un avantaj cheie pentru aplicațiile de regenerare osoasă, deoarece permite ca materialul sintetic să fie înlocuit treptat de propriul os natural al pacientului, ducând la un proces de vindecare mai fiziologic.3 Un substitut osos ideal nu ar trebui să rămână ca un corp străin pe termen nelimitat. Capacitatea de a se resorbi și de a fi înlocuit cu țesut gazdă este crucială pentru integrarea și funcționarea pe termen lung.
Diferența dintre ratele de resorbție ale TCP și DCP (cu DCP fiind, în general, mai rapid) 6 sugerează că alegerea dintre aceste materiale ar putea depinde de scenariul clinic specific și de intervalul de timp dorit pentru regenerarea osoasă. În situațiile care necesită formarea rapidă a osului, un material cu resorbție mai rapidă, cum ar fi DCP, ar putea fi preferat. În schimb, în cazurile în care este necesară o schelă cu o durată de viață mai lungă, o formă de TCP cu resorbție mai lentă sau un material compozit ar putea fi mai potrivite.
10. Analiza Comparativă a Fosfatului Tricalcic și Dicalcic
Similitudini
Ambele sunt ceramici de fosfat de calciu cu biocompatibilitate și osteoconductivitate bune.1 Ambele sunt utilizate în diverse aplicații medicale, inclusiv implanturi dentare și grefare osoasă.1 Ambele sunt resorbabile, permițând înlocuirea cu os natural.3
Diferențe
Formula chimică și masa molară sunt diferite, ceea ce duce la variații ale masei molare. DCP are, în general, o densitate mai mică decât TCP, în special în forma sa dihidrat. Solubilitatea în apă este scăzută pentru ambele, dar forma α a TCP este mai solubilă decât forma β, iar solubilitatea DCP poate varia în funcție de starea sa de hidratare. TCP are un punct de topire mai ridicat, în timp ce DCP se descompune la o temperatură mai scăzută. Acestea există în structuri cristaline și polimorfe/stări de hidratare diferite, afectând proprietățile lor. DCP, în special brușita, tinde să se resoarbă mai repede decât β-TCP. Ambele au o rezistență mecanică limitată în comparație cu metalele sau HA, dar duritatea poate fi influențată de procesare. Deși ambele sunt utilizate în domeniul dentar și ortopedic, aplicații specifice ar putea favoriza unul față de celălalt în funcție de proprietățile lor (de exemplu, resorbția mai rapidă a DCP ar putea fi preferată în anumite formulări de ciment osos, în timp ce β-TCP mai stabil ar putea fi utilizat în schele cu o durată de viață mai lungă).
Avantajele Fosfatului Tricalcic
Disponibilitatea în diferite polimorfe permite adaptarea proprietăților, cum ar fi solubilitatea și rata de resorbție. Stabilitatea termică mai ridicată ar putea fi avantajoasă în unele procese de fabricație sau sterilizare. Cercetări extinse susțin utilizarea sa ca material de grefă osoasă și în combinație cu alte materiale.
Dezavantajele Fosfatului Tricalcic
Poate avea rate de resorbție necontrolate sau rapide în unele forme. Poate avea o rezistență mecanică scăzută și o rezistență redusă la propagarea fisurilor în forma sa pură.
Avantajele Fosfatului Dicalcic
Rata de resorbție mai rapidă poate fi benefică pentru remodelarea osoasă rapidă. Este utilizat eficient în cimenturi osoase și acoperiri. Forma dihidrat (brușită) a demonstrat o bună biocompatibilitate și osteoconductivitate.
Dezavantajele Fosfatului Dicalcic
Stabilitate termică mai scăzută în comparație cu TCP. Rezistența mecanică ar putea fi o limitare în aplicațiile care suportă sarcină.
Alegerea dintre TCP și DCP pentru o anumită aplicație va depinde probabil de o analiză atentă a echilibrului dorit între rata de resorbție, rezistența mecanică și cerințele specifice ale locului de implantare și ale procesului de vindecare. Nu există un material universal superior. Alegerea optimă va fi specifică aplicației, ținând cont de factori precum necesitatea unei creșteri osoase rapide, cerințele de suportare a sarcinii și longevitatea dorită a implantului sau a schelei.
11. Concluzii și Recomandări
Rezumatul Constatărilor
Atât fosfatul tricalcic, cât și fosfatul dicalcic prezintă proprietăți fizico-chimice care le fac potrivite pentru diverse aplicații biomedicale. TCP există sub diferite forme polimorfe cu solubilitate și densitate variabile, având un punct de topire ridicat și o resorbție controlabilă. DCP, disponibil și în forme anhidre și hidratate, are o solubilitate mai mare și o temperatură de descompunere mai scăzută, cu o rată de resorbție mai rapidă. Ambele materiale sunt biocompatibile și osteoconductive, dar au o duritate limitată în forma lor pură, necesitând adesea metode de îmbunătățire, cum ar fi sinterizarea sau formarea de compozite.
Adecvarea pentru Implanturile Dentare
Atât TCP, cât și DCP sunt promițătoare în implantologia dentară datorită proprietăților lor osteoconductive. TCP, în special β-TCP, este studiat pe scară largă ca material de grefă osoasă pentru a îmbunătăți osteointegrarea. DCP este eficient în acoperirile și cimenturile osoase utilizate în aplicații dentare. Pentru implanturile imediate post-extracție, resorbabilitatea TCP ar putea fi benefică, dar suportul mecanic ar trebui abordat prin design sau materiale compozite. Cimenturile pe bază de DCP ar putea umple alveola și ar putea promova regenerarea.
Adecvarea pentru Artroplastia de Șold
Ambele materiale sunt utilizate în diverse forme în artroplastia de șold, inclusiv grefe osoase pentru defecte acetabulare (TCP) și acoperiri pentru proteze femurale (DCP). Cimenturile fosfat de calciu injectabile (potențial pe bază de oricare dintre ele) sunt utilizate pentru augmentarea osoasă. Conceptul utilizatorului de pastă de TCP sau DCP pentru refacerea capului femural care se absoarbe și se integrează nu este o tehnică standard și ar necesita cercetări și dezvoltare semnificative pentru a asigura rezistența mecanică, rezistența la uzură și stabilitatea pe termen lung adecvate. Tehnicile actuale de refacere se bazează pe materiale mai durabile.
Recomandări
Pentru implanturile dentare, se recomandă utilizarea TCP sau DCP ca acoperiri pe materiale de implant mai rezistente sau ca componente în grefele osoase pentru a umple alveolele de extracție. Sunt necesare cercetări suplimentare privind porozitatea și compoziția optimă pentru aplicațiile imediate post-extracție. Pentru artroplastia de șold, se recomandă continuarea explorării utilizării TCP și DCP în grefarea osoasă pentru defecte și ca acoperiri pentru a îmbunătăți fixarea implanturilor. Investigarea potențialului cimenturilor fosfat de calciu injectabile pentru augmentarea fixării sau umplerea golurilor este relevantă, dar ideea unei paste resorbabile pentru refacerea capului femural trebuie abordată cu precauție, având în vedere cerințele mecanice ridicate. Îmbunătățirea proprietăților mecanice ale TCP și DCP în vrac prin metode precum sinterizarea, formarea de compozite sau tratamentele de suprafață este esențială dacă acestea urmează să fie utilizate în aplicații care suportă sarcină. Cercetări suplimentare sunt necesare pentru a optimiza ratele de resorbție ale ambelor materiale pentru nevoi clinice specifice.
Lucrări citate
The use of calcium phosphate-based biomaterials in implant dentistry - ResearchGate, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.researchgate.net/publication/51925335_The_use_of_calcium_phosphate-based_biomaterials_in_implant_dentistry
Calcium Phosphate Delivery Systems for Regeneration and Biomineralization of Mineralized Tissues of the Craniofacial Complex | Molecular Pharmaceutics - ACS Publications, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.molpharmaceut.2c00652
Application of Calcium Phosphate Materials in Dentistry - PMC, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3710628/
Assessment of the Osseointegration of Pure-Phase β-Tricalcium Phosphate (β-TCP) Ceramic Cylinder Implants in Critical Segmental Radial Bone Defects in Rabbits - MDPI, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.mdpi.com/2306-7381/12/3/200
Silicon Matrix Calcium Phosphate as a Bone Substitute: Early Clinical and Radiological Results in a Prospective Study With 12-Month Follow-up, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4365826/
Tricalcium phosphate - Wikipedia, accesată pe aprilie 4, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Tricalcium_phosphate
Dicalcium phosphate - Wikipedia, accesată pe aprilie 4, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Dicalcium_phosphate
TRICALCIUM PHOSPHATE - Ataman Kimya, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.atamanchemicals.com/tricalcium-phosphate_u30557/
Buy Tricalcium Phosphate at Affordable Price, Product Details - Pari Chemicals, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.parichemicals.com/tricalcium-phosphate-2949728.html
Calcium phosphate | 7758-87-4 - ChemicalBook, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB3125692.htm
SIAM 29, 20-22 October 2009 KO SIDS INITIAL ASSESSMENT PROFILE CAS No. 7758-87-4 Chemical Name Tricalcium phosphate Structural F, accesată pe aprilie 4, 2025, https://hpvchemicals.oecd.org/UI/handler.axd?id=023a670f-0ee3-4033-a1e3-388659226b06
EP1473273A1 - Method of preparing alpha-and beta-tricalcium phosphate powders - Google Patents, accesată pe aprilie 4, 2025, https://patents.google.com/patent/EP1473273A1/zh
Dicalcium Phosphate Manufacturers | In India | Reachem chemicals, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.reachemchemicals.com/our-product/product/dicalcium-phosphate
Dicalcium Phosphate - Oracle Chemicals, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.oraclechemicals.com/dicalcium-phosphate
Calcium phosphate dibasic dihydrate | 7789-77-7 - ChemicalBook, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB9439551.htm
Calcium phosphate dibasic | 7757-93-9 - ChemicalBook, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB6344120.htm
Synthetic Calcium–Phosphate Materials for Bone Grafting - PMC - PubMed Central, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10536599/
US4675188A - Granular anhydrous dicalcium phosphate compositions suitable for direct compression tableting - Google Patents, accesată pe aprilie 4, 2025, https://patents.google.com/patent/US4675188A/en
Efficacy of Using Pure Beta-Tricalcium Phosphate on Osseointegration of Dental Implants (An Experimental and Radiographic Study), accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.afjbs.com/uploads/paper/d210ffa82796c7671c598b28e14a280f.pdf
Construction of functional surfaces for dental implants to enhance osseointegration - PMC, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10682203/
Long-Term Outcomes and a Radiological Assessment of Hydroxyapatite–Tricalcium Phosphate-Coated Total Hip Arthroplasty (Trilogy/Zimmer): A Long-Term Follow-Up Study - MDPI, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.mdpi.com/1648-9144/60/7/1154
Thin Calcium Phosphate Coatings for Medical Implants | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.researchgate.net/publication/259124494_Thin_Calcium_Phosphate_Coatings_for_Medical_Implants
Calcium-phosphate-coated oral implants promote osseointegration in osteoporosis - PubMed, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24056224/
Characterization of the Precipitated Dicalcium Phosphate Dehydrate on the Graphene Oxide Surface as a Bone Cement Reinforcement - Pure, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pure.au.dk/portal/files/200199136/JTM_Volume_2_Issue_1_Pages_33_46.pdf
In vivo behavior of three different injectable hydraulic calcium phosphate cements, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.periodicos.capes.gov.br/index.php/acervo/buscador.html?task=detalhes&id=W2003832763
Three-Dimensional Analysis of the Contact Pattern between the Cortical Bone and Femoral Prosthesis after Cementless Total Hip Arthroplasty - PubMed, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26881087/
Injectable Calcium Phosphate Cement: Effects of Powder-to-Liquid Ratio and Needle Size, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2652762/
US6793725B2 - Premixed calcium phosphate cement pastes - Google Patents, accesată pe aprilie 4, 2025, https://patents.google.com/patent/US6793725B2/en
Calcium Phosphate Bone Cement Based on Wet Prepared Dicalcium Phosphate, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.researchgate.net/publication/327404233_Calcium_Phosphate_Bone_Cement_Based_on_Wet_Prepared_Dicalcium_Phosphate
Histodynamics of calcium phosphate coating on the osseointegration of medical-grade polycaprolactone β-tricalcium phosphate scaffolds - Frontiers, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.frontiersin.org/journals/biomaterials-science/articles/10.3389/fbiom.2024.1448902/full
(PDF) Effect of Hydroxyapatite/β-Tricalcium Phosphate on Osseointegration after Implantation into Mouse Maxilla - ResearchGate, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.researchgate.net/publication/368317850_Effect_of_Hydroxyapatiteb-Tricalcium_Phosphate_on_Osseointegration_after_Implantation_into_Mouse_Maxilla
Densification and Hardness Behaviour of Nanocrystalline Hydroxyapatite/β-Tricalcium Phosphate Composite Powders | Scientific.Net, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.scientific.net/JBBTE.14.81
Influence of sintering temperatures on hardness and Young's modulus of tricalcium phosphate bioceramic by nanoindentation technique | Request PDF - ResearchGate, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.researchgate.net/publication/223620125_Influence_of_sintering_temperatures_on_hardness_and_Young's_modulus_of_tricalcium_phosphate_bioceramic_by_nanoindentation_technique
Full article: Microhardness and microstructural properties of a mixture of hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate - Taylor & Francis Online, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21870764.2022.2136261
qkzzse.jci.edu.cn, accesată pe aprilie 4, 2025, https://qkzzse.jci.edu.cn/info/1052/2714.htm#:~:text=Method%3A%20Prepare%20hardening%20liquid%20such,setting%20time%2C%20and%20so%20on.
Properties Research of β-Tricalcium Phosphate Bone Cements - Journal Ceramics, accesată pe aprilie 4, 2025, https://qkzzse.jci.edu.cn/info/1052/2714.htm
Tricalcium Phosphate as a Bone Substitute to Treat Massive Acetabular Bone Defects in Hip Revision Surgery: A Systematic Review and Initial Clinical Experience with 11 Cases, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10003370/
Tricalcium Phosphate as a Bone Substitute to Treat Massive Acetabular Bone Defects in Hip Revision Surgery: A Systematic Review and Initial Clinical Experience with 11 Cases - PubMed, accesată pe aprilie 4, 2025, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36902607/
Mouldable Collagen–Tricalciumphosphate Is a Safe Carrier for Local Antibiotics—Short-Term Results in Revision Hip Arthroplasty - MDPI, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.mdpi.com/2079-6382/13/6/510
beta-Tricalcium phosphate - Ortho - OrthoSearch, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.orthosearch.org.uk/Specialties/beta-Tricalcium%20phosphate?query=Hang%20Wen&sort=latest%20desc
Arthrex® Quickset™ for Total Hip Arthroplasty Revision Surgery, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.arthrex.com/resources/VPT1-00372-EN/arthrex-quickset-for-total-hip-arthroplasty-revision-surgery
The biological and physical performance of high strength dicalcium phosphate cement in physiologically relevant models - DiVA portal, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1087377/FULLTEXT04.pdf
genex® Tricalcium Phosphate | Bone Healing Catalyst - Biocomposites, accesată pe aprilie 4, 2025, https://biocomposites.com/our-products/genex/
What is Dicalcium phosphate used for? - Patsnap Synapse, accesată pe aprilie 4, 2025, https://synapse.patsnap.com/article/what-is-dicalcium-phosphate-used-for
What is the mechanism of Dicalcium phosphate? - Patsnap Synapse, accesată pe aprilie 4, 2025, https://synapse.patsnap.com/article/what-is-the-mechanism-of-dicalcium-phosphate
Calcium phosphate: What is it and what are the risks? - Medical News Today, accesată pe aprilie 4, 2025, https://www.medicalnewstoday.com/articles/calcium-phosphate
Comentarii
Trimiteți un comentariu
Puteți comenta liber dar să nu faceti reclamă sau mesaje rasiste, de ură, teroriste sau alte mesaje interzise iesite din spatiul prevederilor legislative sau a cutumelor religioase.