ساخت، مشخصه‌يابي و ارزيابي خواص بيولوژيكي سيمان‌هاي كلسيم فسفاتي اصلاح شده با استرانسيوم به منظور ترميم ضايعات استخواني

Preparation, characterization and investigation of in vitro and in vivo biological properties of strontium-modified calcium phosphate cement for bone defect repair

زمينه و هدف: هدف از اين تحقيق بررسی عملكرد يك سيمان كلسيم فسفاتی با جايگزينی 3 درصد وزنی استرانسيم در شرايط آزمايشگاهی و برای افزايش تشكيل بافت استخوانی بود. روش بررسی: تركيب فازی، آناليز حرارتی، ريز ساختار و زمان گيرش سيمان كلسيم فسفاتی آماده شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنين جهت ارزيابی‌های برون تنی از روش بررسی سميت سلولی MTT و فعاليت آلكالين فسفاتاز استفاده شد و در نهايت مطالعات راديولوژيكی و هيستوپاتولوژيكی بر روی نمونه‌های سيمانی ساخته شده انجام پذيرفت. برای تجزيه و تحليل داده ها از آزمون های T-test و  One-way ANOVAاستفاده شد. يافته‌ها: آناليز پراش اشعه ايكس نشان داد كه با افزايش نسبت پودر/ مايع، بلورينگی سيمان‌های ساخته شده افزايش يافته است و جايگزينی استرانسيم به جای كلسيم در سيمان‌های كلسيم فسفاتی می‌تواند سبب تغيير ساختار بلوری گردد. اما در سيمان‌های كلسيم فسفاتی بدون حضور استرانسيم هيدروكسی آپاتيت تغيير قابل ملاحظه‌ای در ميزان بلورينگی مشاهده نشد. مشاهدات ميكروسكوپ الكترونی نيز نشان داد كه با افزايش نسبت پودر به مايع تشكيل بلورهای هيدروكسی آپاتيتی كه درنتيجه بر هم كنش فاز جامد و مايع تشكيل می‌شوند، كاهش پيدا كرده است. همچنين جايگزينی استرانسيم در بين مكان‌های اتم كلسيم سبب افزايش بلورينگی هيدروكسی آپاتيت شد. همچنين مطالعات برون تنی بر روی سيمان‌های ساخته شده حاكی از افزايش زيست سازگاری و فعاليت آلكالين فسفاتاز نمونه‌ها با افزودن 3 درصد وزنی استرانسيم هيدروكسی آپاتيت به سيمان‌ها بوده كه احتمالا به سبب حضور يون‌های استرانسيم در ساختار می‌باشد. درنهايت مطالعات هيستولوژيكی نيز نشان داد كه پس از گذشت 4 هفته از كاشت سيمان‌های حاوی 3 درصد وزنی استرانسيم هيدروكسی آپاتيت، ريمودل شدن بافت در مقايسه با ساير نمونه‌ها بهتر صورت گرفت. نتيجه‌گيری: نتايج اين تحقيق نشان داد كه سيمان‌های كلسيم فسفاتی می‌تواند به عنوان يك حامل مناسب به همراه تركيبات استرانسيم در بازسازی بافت استخوانی عمل كند.

Background and Aims: The aim of this study was to evaluate the invitro and invivo performance of a 3 wt% of strontium additive hydroxyapatite calcium phosphate cements (CPC). Materials and Methods: The prepared calcium phosphate cement was characterized with XRD, FTIR, setting time, STA and in vitro and in vivo biological analyses. The MTT assay ALP activities as in vitro study and radiological and histological examinations as in vivo study between the three groups of 3 wt% Sr-HA/CPC, CPC and control were performed and compared. Data were analyzed using T-test and One-way ANOVA. Results: XRD analysis demonstrated that by increasing the ratio of Powder/Liquid (P/L), the crystallinity of the prepared cement increased. The substitution of strontium instead of calcium in CPC could also alter the crystal structure, including some structural disorder. However, in the CPC with no strontium hydroxyapatite (Sr-HA), no significant increase in the crystallinity was observed. SEM observations revealed CPC with increasing P/L ratio, the formation of hydroxyapatite crystals arising from the interaction of solid and liquid phase of cement was decreased. Also, the addition of Sr within Ca site culminated in a dramatic increase in crystallinity of hydroxyapatite. In vitro biological properties ascertained that addition of 3 wt. % Sr-HA into CPC enhanced MTT assay and ALP activity, which could be due to the presence of strontium ions. The histological study showed that greater remodeling was seen at 4 weeks after implantation when the 3 wt% Sr-HA/CPC was used. Conclusion: The obtained results cleared that CPC can be a potential candidate as a carrier with strontium additives for bone remodeling and regeneration.