کاربرد سیمان‌های استخوانی بر پایه سرامیک و پلیمر در جراحی‌های ارتوپدی: یک مقاله مروری

بیش از نیم‌قرن است که از سیمان‌های استخوانی جهت محکم‌شدن مفاصل مصنوعی استفاده می‌شود. نقش اولیه سیمان استخوان پر کردن فضای آزاد بین پروتز و استخوان است که با ایجاد یک ناحیه الاستیک نیروهای وارد بر مفصل را جذب می‌کند. این امر علاوه بر تضمین پایداری ایمپلنت مصنوعی، بهبود استخوان آسیب‌دیده را نیز به همراه دارد. سیمان‌های استخوانی پلیمری از یک ماتریکس پلیمری به نام پلی‌متیل متاکریلات (pmma) و یک مونومر مایع به نام متیل متاکریلات (mma) تشکیل شده‌اند، در اثر ترکیب این دو جزء با هم واکنش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد رخ می‌دهد و منجر به سخت‌شدن سیمان می‌گردد. خواص سیمان‌های استخوانی از جمله استحکام مکانیکی، زیست‌سازگاری و ویژگی‌های جابه‌جایی را می‌توان با ترکیب پارامترهای موثر در پلیمریزاسیون تنظیم کرد. سیمان‌های استخوانی سرامیکی، از ذرات سرامیکی مانند کلسیم فسفات و کلسیم سولفات تشکیل شده‌اند که در یک ماتریکس پلیمری پراکنده‌‌اند. ذرات سرامیکی استحکام مکانیکی و زیست فعالی را فراهم می‌کنند، درحالی‌که ماتریکس پلیمری خواص حمل‌ونقل سیمان را افزایش می‌دهد. ترکیب این مواد امکان ایجاد سیمانی را فراهم می‌کند که زیست‌سازگار، رسانای استخوانی و از نظر مکانیکی پایدار باشند. با پیشرفت مداوم در مواد زیستی، سیمان‌های استخوان سرامیکی و پلیمری می‌توانند انقلابی در زمینه جراحی ارتوپدی ایجاد کنند و نتایج عملکردی بیماران را بهبود بخشند. اخیراً، محققان جهت افزایش عملکرد سیمان‌های استخوانی و رفع محدودیت‌های فعلی در کاربردهای ارتوپدی، روی توسعه سیمان‌های استخوانی جدید با خواص بهبودیافته، مانند زیست‌فعالی، فعالیت ضدباکتریایی و قابلیت‌های انتقال دارو تمرکز کرده‌اند. در مطالعه پیش‌رو، به تفضیل به جزییات انواع سیمان‌های استخوانی، خواص مکانیکی، بیولوژیکی، ساختاری و نحوه‌ی بهینه‌سازی آنها می‌پردازیم. 

application of bone cements based on ceramic and polymer in orthopedic surgeries: a review article

for over 50 years, bone cement has been used to strengthen artificial joints like hip, knee, shoulder, and elbow joints. the main purpose of bone cement is to fill the space between the prosthesis and the bone. this absorbs the forces on the joint by creating an elastic area. besides ensuring the long-term stability of the artificial implant, it also improves the damaged bone. polymeric bone cement consists of a polymer matrix known as polymethyl methacrylate (pmma) and a liquid monomer called methyl methacrylate (mma). when these two components are mixed, a free radical polymerization reaction occurs, leading to the cement’s hardening at the place of use. the properties of bone cement, such as mechanical strength, biocompatibility, and handling characteristics, can be adjusted by combining the effective polymerization parameters. however, there are some challenges, such as heat generation during polymerization. ceramic bone cement is a composite material of ceramic particles dispersed in a polymer matrix, including calcium phosphate and calcium sulfate. the ceramic particles provide strength and bioactivity, while the polymer matrix enhances the transport properties of the cement. this combination results in a mechanically stable, bone-conductive, and biocompatible cement. moreover, ceramic bone cement can be engineered to release therapeutic agents, such as antibiotics or growth factors, to prevent infection and foster bone regeneration. ceramic bone cement is a promising alternative material for bone cement in joint replacement. however, more research and development are required to optimize the properties of bone cement and overcome the challenges associated with its use. with continued advancements in biomaterials, ceramic and polymer bone cement could revolutionize the field of orthopedic surgery and improve patient outcomes. recent research has focused on developing new bone cement with improved properties like bioactivity, antibacterial activity, and drug delivery capabilities. these developments aim to enhance the performance of bone cement and remove the current limitations in orthopedic applications. in this review study, we will focus on the types of bone cement, their mechanical, biological, and structural properties, and how to optimize them.