Wstępna ocena właściwości strukturalno-elektrycznych w zakresie niskich częstotliwości biomateriałowego modelu doświadczalnego kości długich w stanie patologicznym

Przedstawiono wyniki doświadczalnych badań porównawczych dotyczących metod wytworzenia biomateriałowego modelu kości długich w stanie patologicznym, tj. nie w pełni zmineralizowanych (stan osteomalacji) oraz o obniżonym kościotworzeniu (stan osteoporotyczny), otrzymanego na bazie wołowych kości udowych, z wykorzystaniem stosowanych w inżynierii biomateriałów metod częściowego odbiałczania i częściowego odwapniania. Ten biomateriałowi model kości długich jest niezbędny do prowadzenia doświadczalnych badań właściwości strukturalno--elektrycznych kości długich w celu zbudowania prototypowego systemu pomiarowo-obliczeniowego do wyznaczania gęstości i parametrów porosprężystych kości długich prawidłowych i osteoporotycznych oryginalną nieinwazyjną metodą elektroosteodensytometrii (zgłoszenie patentowe krajowe i międzynarodowe). Proces odbiałczania prowadzono porównawczo z użyciem roztworów NaOCl, H2O2, KOH i NaOH, natomiast proces odwapniania próbek kości wołowych prowadzono porównawczo z użyciem roztworów HNO3, HCl i EDTA oraz w mieszaninie roztworów HNO3 i HCHO. Zbadano kinetykę przeprowadzonych procesów, monitorując stężenia białka oraz wapnia w zastosowanych roztworach w funkcji czasu. Na podstawie zbadanych przebiegów procesów możemy obecnie zarekomendować do wytworzenia biomateriałowych modeli doświadczalnych kości długich w stanie patologicznym: o obniżonym kościotworzeniu – odbiałczanie z użyciem 7% roztworu nadtlenku wodoru (H2O2), a dla nie w pełni zmineralizowanych – odwapnianie z użyciem 0,5 M roztworu kwasu solnego (HCl). Przedstawiono pilotażowe wyniki doświadczalnej analizy właściwości strukturalno-elektrycznych biomateriałowego modelu kości długiej w stanie obniżonego kościotworzenia (badano trzy częściowo odbiałczone kości udowe wołowe) z wypełnieniem porów modelu wieloelektrolitowym płynem fizjologicznym Ringera, w zakresie niskich częstotliwości (od 20 Hz do 10 kHz) i w zależności od lokalizacji badanej próbki wzdłuż trzonu kości długiej. Stwierdzono, że: 1) wartości modułu impedancji elektrycznej jednostkowej |Z1| [Ω/cm] trzonu modelowej kości długiej osteoporotycznej maleją bardzo wyraźnie w funkcji częstotliwości w zakresie od 20 Hz do 500 Hz; od częstotliwości 500 Hz do 2 kHz zmiany wartości |Z1| są niewielkie, a powyżej częstotliwości 2 kHz wartość modułu impedancji jednostkowej |Z1| praktycznie nie zależy od zmian częstotliwości; 2) średnia wartość modułu impedancji elektrycznej jednostkowej |Z1| trzonu modelowej kości długiej osteoporotycznej okazała się względnie stała wzdłuż długości trzonu kości i wynosiła ok. 670 Ω/cm dla częstotliwości 100 Hz oraz ok. 630 Ω/cm dla częstotliwości 10 kHz. Otrzymane pilotażowe wyniki pomiarów parametrów elektrycznych określających właściwości strukturalno-elektryczne kości długich osteoporotycznych wymagają potwierdzenia na większej liczbie próbek trzonowo-kostnych częściowo odbiałczanych; planujemy też poszerzenie analizy doświadczalnej właściwości strukturalno--elektrycznych kości długich o obniżonej mineralizacji (częściowo odwapnionych).

Czasopismo: Engineering of Biomaterials
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria materiałowa