Calcium phosphate cements improved by addition of carbonated Hydroxyapatite type B

Abstract

The need for biodegradable bone graft biomaterials in orthopedic surgeries is more often each day due to the promotion of natural tissue regeneration. One option is calcium phosphate cements (CPC), that are also osseconductors. However, their low mechanical properties restrict their application to low mechanical requirement areas of the body. The CPC mechanical resistance depends on the entanglement grade of the calcium deficient hydroxyapatite (CDHA), one option to improve it is trough incorporation of nucleating agents (e.g., stoichiometrically hydroxyapatite). This work proposes the use of a biodegradable nucleating agent, as it is Type B carbonated Hydroxyapatite (CHA-B), to improve the CPC performance. It was formulated compositions of alpha tricalcium phosphate (α-TCP) with variations on the amount of CHA-B (0–5–10–15 wt.%). The compression resistance was evaluated and results indicated that 5% CHA-B increases the strength (7.8%) and the elastic modulus (6.16%), while the other additions diminished such values. Besides, the effect on the setting time, the in vitro degradation and in the physicochemical properties was determined through scanning electron microscopy, X-ray diffraction and infrared spectroscopy. Resumen: La necesidad de biomateriales de relleno óseo biodegradables en cirugías ortopédicas es cada vez mayor, ya que promueven la regeneración natural del tejido. Una opción son los cementos de fosfato de calcio (CPC), que además son osteoconductores. Sin embargo, sus bajas propiedades mecánicas limitan su aplicación a zonas del cuerpo de baja exigencia mecánica. La resistencia mecánica de los CPC depende del grado de entrecruzamiento de los cristales formados de hidroxiapatita deficiente en calcio (CDHA), una opción de aumentarla es mediante la incorporación de agentes nucleantes (e.g. hidroxiapatita estequiométrica). Este trabajo propone el uso de un agente nucleante biodegradable, como lo es la Hidroxiapatita carbonatada tipo B (CHA-B), para mejorar el desempeño de los CPC. Se formularon composiciones de fosfato tricálcico alfa (α-TCP) con variaciones en la cantidad de CHA-B (0-5-10-15 wt.%). Se evaluó la resistencia a la compresión determinando que la adicción de 5% de CHA-B aumenta el esfuerzo (7,8%) y el módulo de elasticidad (6,16%), mientras que las demás adicciones disminuyeron dichos valores. Igualmente, se determinó el efecto en el tiempo de fraguado, en la degradación in vitro y en las propiedades fisicoquímicas mediante las técnicas de microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos x y espectroscopía infrarroja.

Keywords

• Fosfato tricálcico
• Hidroxiapatita carbonatada
• Tiempos de fraguado
• Propiedades mecánicas
• Cementos de fosfato de calcio