Calcium Phosphate Materials in Bone Tissue Engineering

together with polymers, are most commonly used materials in engineering their composition is similar to bone. They are used to fulfill various defects caused by injury or bone disease, as well as for the of endodontic mixtures. Because of their great importance in dentistry, these the Greatest Challenge of the 21 st Century”, which attracted great interest of technical and professional communities in different areas of medicine. Also for the last two years this book is promoted by the Student Cultural Centre as the only national book chosen in the narrowest election. That fact is very important for young researchers who study tissue engineering, endodontics and implantology.


INTRODUCTION
Materials used for the treatment of bone tissue should have the following characteristics: biocompatibility, good mechanical properties, porosity, and rapid degradation, as well as the possibility of easy sterilization, without changing its chemical structure and bioactivity [1,2].
Bioceramic materials are considered to be biocom patible, hard, with relatively low resistance to stress, ex cellent compressive strength, high resistance to abrasion and suitable low friction characteristics which make them suitable for tissue engineering of hard tissues. From the point of view of their function in living systems, bioactive ceramics are divided into bioinert ceramics, porous cer amics, bioactive ceramic materials (including bioglass, hydroxyapatite and bioactive glass ceramic) and resorp tive ceramic materials. After placing a bioceramic implant four types of body response can be expected: necrosis of surrounding tissue, formation of fibrous tissue, bond at the interface between the tissue and implant and gradual replacement of surrounding tissue with new tissue [1,3,4,5]. Important bioceramic materials include calcium orthophosphate systems and systems based on different calcium silicate minerals.

CALCIUM ORTHOPHOSPHATES
Calcium orthophosphates are comprised of calcium (Ca 2+ ), phosphorus (P 5+ ) and oxygen (O 2 ). Chemical composition of many calcium orthophosphates includes hydrogen. Different combinations of CaO and P 2 O 5 (in the presence of water or without its presence) allow obtaining a variety of calcium phosphates. Calcium orthophos phates have special importance as biomaterials, where orthophosphate groups net represents the basic structural element that defines layout of all other atoms. Most of orthophosphates show low solubility in water, no solubil ity in alkali and good solubility in acids. From biological aspect calcium orthophosphates are main components of bone tissue in mammals [1,6,7].

MEMBERS OF ORTHOPHOSPHATE FAMILY
All calcium orthophosphates can be grouped into three main structural types: i) apatites, including hydroxyapa tite, fluorapatite, calcium deficient apatite, octacalcium phosphate and tetracalcium phosphate; ii) glasserites, named after the mineral glasserite, including polymorphs of tricalcium phosphate and amorphous calcium phos phate; and iii) compounds that contain Ca PO 4 plates, which include dicalcium phosphate dihydrate, anhydrous dicalcium phosphate, monocalcium phosphate monohy drate and anhydrous monocalcium phosphate. According to some researchers, all calcium orthophosphates belong to the group of deformed glasserites with varying degree of distortion [8,9,10]. Table 1 shows the most important properties of solubility of calcium orthophosphates [1,3,11], while Table 2 shows their structural characteristics [1,12,13]. . It is not present in biological calcifica tion because of its high acidity. It is also not biocompat ible, but still used in medicine as a component of self setting orthophosphate cements [1,14].

Anhydrous monocalcium phosphate
Anhydrous monocalcium phosphate, AMCP, or anhyd rous calcium dihydrogen phosphate, crystallizes under the same conditions as MCPM at temperatures above 100°C. It does not have application in medicine and has very hygroscopic properties [1,6,14].

Dicalcium phosphate dihydrate
Dicalcium phosphate dihydrate or calcium hydrogen phosphate dihydrate, DCDP, also called brushite, readily crystallize from aqueous solutions at pH≤6.5. It is trans formed into anhydrous dicalcium phosphate above 80°C. CaPO 4 consists of chains which are mounted parallel and connected to each other through the layers of water mol ecules. Using Xray diffraction the atomic structure of the (010) interfacial DCDP was determined wherein water molecules can be found ( Figure 1). DCDP is biologically very important mineral because it is present in pathological calcification (dental calculus (mineral and organic deposits on teeth)), crystalluria (crystals found in urine), hondro calcinosis (symptoms of rheumatic diseases caused by ac cumulation of dicalcium phosphate in joints), urolithiasis (stones in urine), as well as in dental caries. It is used as a component of calcium phosphate cements in medicine as well as an intermediate in teeth remineralisation. Brushite or DCDP, is also a model system for studying the process of biomineralization. It grows slowly from solution in the form of plates, showing interesting morphology [1,15,16,17].

Anhydrous dicalcium phosphate
Anhydrous dicalcium phosphate or anhydrous calcium hy drogen phosphate, DCPA, also known as mineral monetite is the anhydrous form of dicalcium phosphate dihydrate. It is less soluble in water due to the absence of water inclu sion in its structure. It crystallizes from aqueous solution at 100°C. Most commonly it is sintered at 300°C. It is present neither in normal nor pathological calcification. It is used as part of calcium phosphate cements in medicine [1,18].

Octacalcium phosphate
Octacalcium phosphate, or octacalcium bis (hydrogen phosphate) tetrakis (phosphate) pentahydrate, OCP, is unstable transient intermediate which is generated during precipitation in aqueous solution from thermodynamic ally more stable calciumdeficient hydroxyapatite. OCP has great biological significance since it represents stable component of human dental and urinary calculi. It first precipitates as intermedium phase in the formation of enamel and bone through gradual hydrolysis of OCP. It plays an important role in vivo in the formation of apatite biominerals. Although not found in vascular calcification, as it is highly emphasized in numerous studies, it is prob ably OCP the precursor of biological apatite found on nat ural and prosthetic heart valves. It is also used in surgery for the implantation of bone defects. Stability of OCP is another reason for its importance, only hydroxyapatite shows better stability [1,19,20,21].

Beta-tricalcium phosphate
Betatricalcium phosphate or βtribasic calcium phosphate, βTCP, cannot precipitate from the aqueous solution. It is a high temperature phase obtained at temperatures above 800°C by thermal decomposition of calcium deficient hydroxyapatite or by reaction in the solid phase of acidic calcium orthophosphate (anhydrous dicalcium phosphate) with CaO ( Figure 2). It can be produced by bone calcina tions as socalled "Bone ash". It has never been found in bio logical calcifications. As Mg substituted form of tricalcium phosphate it is present in the form of mineral whitlockite (βtricalcium phosphate magnesium, βTCMP) in dental calculus, urinary calculus, dental caries, salivary stones, arthritis cartilage and as a deposit in soft tissue. It has not been observed in the composition of dentin and enamel. It is used in biomedical applications as bone cement. In combination with hydroxyapatite it forms biphasic calcium phosphate, BCP. βTCP and two phase calcium phosphate are widely used as bone substitutes [6,22].

The use of β-calcium phosphate in bone tissue engineering
Bone defects present powerful medical and socioeconom ic challenge. Although autologous bone grafts are con sidered gold standard for reconstruction of bone defects there still some drawbacks of this treatment, such as hypersensitivity of donor and limited size of graft. De signing bioartificial bone tissue has helped to overcome these problems. Various types of biomaterials can be used in reconstructions. They should meet a number of criteria, such as biocompatibility, ie. nonimmunogenicity and nontoxicity, absorptivity, osteoconductivity, easy prep aration and sterilization and good mechanical properties. In addition, porosity of biomaterial is very important for scaffold preparation, because it plays an important role in vitro from the viewpoint of mechanical properties or in vivo, from the viewpoint of bone resorption and new bone growth. Pore interconnection is particularly import ant for integration of new bone in material because scaf fold should provide skeletal support for osteogenic cells growth in early stages and create enough space for the formation of new bone [1,23,24,25]. The next step in the development of porous structure is the choice of available resources of cells which allow their isolation and expansion in larger numbers. Ideal source of cells should be readily proliferative, nonimmunogenic, and to have similar expression of proteins that regenerate tissues. It is known that bone marrow stem cells (BMSC) provide good source of osteogenic cells for the formation of new bone but also secrete growth factors that recruit natural cells to migrate into the defects. Under appropri ate conditions in vitro BMSC can differentiate into bone, cartilage, adipose tissue and hematopoietic supporting stroma cells. Osteogenic potential of BMSC in vivo is par ticularly evident when they are found on the ceramic scaf fold that accelerates bone formation. From the standpoint of bone tissue engineering BMSC have numerous advan tages. Their isolation is quick, they easily adhere, have high proliferative potential (as rule BMSC have osteogenic transformation), bone formation is not correlated with cell changes if cells maintain their proliferative potential, and freezing conditions do not affect BMSC osteogenic potential and make storage easier [1,25,26,27].
Some studies have shown bone inductance after im plantation of calcium phosphate ceramics in extra skeletal places, such as muscles and subcutaneous implantation in dogs, baboons, sheep and pigs. After implantation of porous βTCP with or without BMSC in rat muscles, bone formation, as shown by some studies was analyzed histomorphometrically after 1, 4 and 8 weeks in each of the above groups of animals. It was found that newly formed bone per unit area of βTCP grows per unit of time, resulting in continual resorption of βTCP and bone formation after four weeks with marked increase in bone mass after eight weeks. Another important factor is cell based construct which consists of biodegradable scaffold βTCP and osteogenically induced BMSC stem cells. After eight weeks osteoblasts of cubic forms were found to form new bone, suggesting that these cells are active, while the scaffold alone was not sufficient to form new bone. The combination of scaffold with βTCP and BMSC provide better local conditions for osseointegration. Such con struct, as shown in some studies, is the critical factor for bone induction which has great significance for potential use of combined materials in orthopedic reconstructive procedures [1,25,26,27].

Alpha-tricalcium phosphate
Alphatricalcium phosphate or αtribasic calcium phos phate, αTCP, is obtained by heat treatment of βTCP at about 1125°C why it may be considered as its hightem  perature phase. It can also be produced at temperatures between 800 and 1000°C, when it is stabilized with silicon (silicon stabilized αtricalcium phosphate). α and β tri calcium phosphate, although the same chemical compos ition, they differ in their structure and solubility (βTCP is more stable than αTCP). αTCP is much more reactive in aqueous solutions than βTCP and has higher specific energy and readily hydrolyze to the mixture of the other calcium phosphates (Figure 3). It has never been found in biological calcifications. In medicine it is used in dif ferent cements. Silicon stabilized αTCP (as a twophase composite with hydroxyapatite) is used for designing por ous ceramic scaffolds that can be used as artificial bone substitutes [1,28,29].

Amorphous calcium phosphate
Amorphous calcium phosphate, ACP, presents intermedi ate phase during calcium orthophosphate formation in aqueous systems. ACP usually precipitates from solution after rapid mixing of the solution that contains calcium and orthophosphate ions. It is formed at the beginning of precipitation because of its lower surface energy than surface energy of OCP and hydroxyapatite. Amorphous proportion within ACP increases with increase of Ca 2+ and PO 4 3 concentration especially at higher pH and lower temperatures crystallization. At increased temperature, by moderate mixing of stock solution of ACP a slow recrys tallization and formation of better crystallized calcium deficient hydroxyapatite is performed. The time of ACP is stability in an aqueous solution depends on the pres ence of molecules, and additive ions, pH, ionic strength and temperature [1,30].
Biological ACP (often with impurities of ions Na, Mg, and pyrophosphate carbonate) has been found in patho logical calcifications of soft tissues (heart valve calcifica tion in uremia, renal disease). In medicine, ACP is used in calcium ortophosphate cements and as filler in dentistry. His composites with bioactive polymers are also used in dentistry and surgery. It is also used as inert filler for medications.
Amorphous calcium phosphate is in most cases the sol id phase at pH≥7, and when in sufficiently high concen tration it precipitates immediately. It is kinetically driven process. Rapid mixing of highly concentrated solutions causes strong interaction between ions and rapid coales cence of irregular, highly hydrated clusters, large enough to be secreted from the solution in gel like structures before they relocate in nuclei which then grow as crys tals. This structural arrangement is unstable. Moreover, in this process ACP is disappearing because it transforms in more stable crystalline phases such as OCP and calcium deficient hydroxyapatite.
While the expansion of crystalline domains consumes surrounding calcium and orthophosphate ions (or their pairs and clusters) and release hydrated proton, mechan ical strength decreases. Finally, under the influence of fluid shear stress, primary particles collapse and release crys tallites causing rapid precipitation of calcium orthophos phates, together with previously captured hydrated protons of primary particles which causes drop in pH. It has been clearly demonstrated in many practical examples that crys tallization in number of places within amorphous particles eventually leads to rapid precipitation of calcium phosphate from oversaturated solution [1,3134].

CONCLUSION
Calcium phosphate systems together with materials based on active calcium silicate systems are most com monly used materials in the engineering of bone tissue. Since there are large number of these materials including their various combinations, knowledge about their basic characteristics is essential for their use in various indica tions, especially in the treatment of bone defects. These biomaterials have excellent biocompatibility, absorptivity, osteoconductivity, porosity and good mechanical proper ties. Porosity of these materials is particularly important for the development of scaffolds and integration of new bone in material as skeletal support for the growth of osteogenic cells and formation of new bone.

KRATAK SADRŽAJ
Kal ci jum-fos fa ti, za jed no s ne kim po li me ri ma, naj vi še su ko ri šće ni ma te ri ja li u in že njer stvu ko šta nog tki va, bu du ći da su po sa sta vu bli ski pri rod noj ko sti. Ko ri ste se za is pu ne raz li či tih ošte će nja na sta lih usled po vre da ili bo le sti ko šta nog tki va, kao i za pri pre mu en do dont skih me ša vi na za pri me nu u sto ma to lo gi ji. Zbog iz u zet nog zna ča ja u sto ma to lo gi ji, kal ci jum fos fat ni ma te ri ja li za slu žu ju po seb no me sto, pa će im u okvi ru ovog ra da, ali i ra do va ko ji će usle di ti, bi ti po sve će na po seb na pa žnja. Ra do vi su naj ve ćim de lom sa stav ni deo mo no gra fi je pod na zi vom "Na no me di ci na, naj ve ći iza zov 21. ve ka", ko ja je po bu di la ve li ko in te re so va nje struč ne i pro fe si o nal ne jav no sti usme re ne ka raz li či tim obla sti ma me di ci ne i ko ju je već dve go di ne za re dom Stu dent ski kul tur ni cen tar, kao je di nu knji gu do ma ćeg auto ra, pro mo vi sao kao knji gu naj u žeg iz bo ra. Ve ru je mo da je ta či nje ni ca po seb no va žna za mla đe is tra živa če ko ji se ba ve pro ble mi ma in že njer stva tki va, en do don ci jom i im plan to lo gi jom. Ključ ne re či: kal ci jum-fos fa ti; in že njer stvo tki va; en do don ci ja; na no me di ci na UVOD Neo p hod ne oso bi ne ma te ri ja la ko ji bi ima li pri me nu u te ra pi ji ko šta nog tki va uklju ču ju bi o kom pa ti bil nost, do bra me ha nič ka svoj stva, po ro znost i br zu de gra da ci ju ma te ri ja la, kao i mo guć nost la ke ste ri li za ci je ma te ri ja la, pri če mu ne do la zi do zna čaj nih pro me na u nje go vom he mij skom sa sta vu i bi o ak tiv no sti [1,2]. Bi o ke ra mič ki ma te ri ja li se sma tra ju bi o kom pa ti bil nim, tvr dim, s re la tiv no sla bom ot por no šću na na pre za nje, od lič nom pri ti snom čvr sto ćom, vi so kom ot por no šću na ha ba nje i po god nim ni skim frik ci o nim oso bi na ma, te su kao ta kvi naj po god ni ji za tkiv no in že njer stvo tvr dih tki va. U po gle du na či na nji ho vog funk ci o ni sa nja u ži vim si ste mi ma, bi o ke ra mič ki ma te ri ja li se de le na: bi o i nert ne, po ro zne, bi o ak tiv ne (ko ji ob u hva ta ju bi o sta klo, bi o ak tiv nu sta klo ke ra mi ku i hi drok si a pa tit) i bi o re sorp tiv ne ke ra mič ke ma te ri ja le. Na kon ugra đi va nja bi o ke ra mič kog im plan ta, kao od go vor or ga ni zma mo gu se ja vi ti če ti ri osnov na ti pa re ak ci ja: od u mi ra nje okol nog tki va, for mi ra nje vlak na stog tki va, obra zo va nje ve ze na do dir noj po vr ši ni iz me đu pri rod nog tki va i im plan ta i po ste pe na za me na okol nog tki va no vim [1,3,4,5]. Me đu bi o ke ra mič kim ma te ri ja li ma po seb no me sto pri pa da kal ci ju mor to fos fat nim i si ste mi ma za sno va nim na pri me ni raz li či tih kal ci jum si li kat nih mi ne ra la.

KALCIJUM-ORTOFOSFATI
Kal ci jumor to fos fa ti se sa sto je od kal ci ju ma (Ca 2+ ), fos fo ra (P 5+ ) i ki se o ni ka (O 2 ). He mij ski sa stav mno gih kal ci jumor to fos fa ta uklju ču je i vo do nik. Raz li či te kom bi na ci je CaO i P 2 O 5 (u pri su stvu vo de ili bez nje) omo gu ća va ju do bi ja nje ve o ma ra zno vr snih kal ci jum fos fat nih je di nje nja. Po se ban zna čaj kao bi o ma te ri ja li ima ju sa mo kal ci jumor to fos fa ti, kod ko jih je mre ža or to fos fat nih gru pa osnov ni struk tur ni ele ment ko ji od re đu je ras po red svih osta lih ato ma ko ji se na la ze u sa sta vu or to fos fa ta. Ve ći na or to fos fa ta je sla bo ras tvor lji va u vo di, ne ras tvor lji va u al ka li ja ma i do bro ras tvor lji va u ki se li na ma. Bi o lo ški po sma tra no, or to fos fa ti kal ci ju ma su glav na kom po nen ta svih ko šta nih tki va si sa ra [1,6,7].

ČLANOVI ORTOFOSFATNE PORODICE
Svi kal ci jumor to fos fa ti mo gu se gru pi sa ti u tri osnov na struk tur na ti pa: I) apa ti ti, ko ji uklju ču ju hi drok si a pa tit, flu o ra pa tit, kal ci jumde fi ci jent ni apa tit, ok ta kal ci jumfos fat i te tra kal ci jum fos fat; II) gla se ri ti, ime no va ni po mi ne ra lu gla se ri tu, ko ji uklju ču ju po li mor fe tri kal ci jumfos fa ta i mo žda amorf ni kal ci jum fos fat; i III) je di nje nja ko ja sa dr že CaPO 4 plo če, ko ja uklju ču ju di kal ci jumfos fat di hi drat, an hi dro va ni di kal ci jumfos fat, mo no kal ci jumfos fat mo no hi drat i an hi drid mo no kal ci jumfos fa ta. Pre ma ne kim is tra ži va či ma, svi or to fos fa ti kal ci ju ma pri pa da ju de for mi sa nim gla se rit nim ti po vi ma struk tu re, s raz li či tim ste pe nom dis tor zi je [8,9,10]. Ta be la 1 pri ka zu je naj va žni je oso bi ne ras tvor lji vo sti kal ci jumor to fos fa ta [1,3,11], dok ta be la 2 po ka zu je nji ho ve struk tur ne oso be no sti [1,12,13].

Monokalcijum-fosfat monohidrat
Mo no kal ci jumfos fat mo no hi drat (MCPM), ili kal ci jumdi hi dro gen fos fat mo no hi drat, ki se li je or to fos fat ras tvor ljiv u vo di. Pre ci pi ti ra u uslo vi ma vi so ke ki se lo sti, dok na 100 °C ot pu šta mo le kul vo de i pre la zi u an hi dro va ni mo no kal ci jumfos fat (MCPA). Ne na la zi se u bi o lo škim kal ci fi ka ci ja ma zbog svo je vi so ke ki se lo sti. Ni je bi o kom pa ti bi lan, ali se ipak ko ri sti u me di ci ni kao kom po nen ta sa mo o čvr šća va ju ćih or to fos fat nih vr sta ce men ta [1,14].

Anhidrovani monokalcijum-fosfat
An hi dro va ni mo no kal ci jumfos fat (MCPA), ili an hi dro va ni kal ci jumdi hi dro gen fos fat, kri sta li še pod istim uslo vi ma kao i MCPM na tem pe ra tu ra ma ve ćim od 100°C. Ne pri me njuju se u me di ci ni. Ima iz ra zi to hi gro skop ne oso bi ne [1,6,14].

Dikalcijum-fosfat dihidrat
Di kal ci jumfos fat di hi drat (DCDP), ili kal ci jumhi dro gen fos fat di hi drat, po znat i pod na zi vom bru šit, la ko kri sta li še iz vo de nih ras tvo ra pri vred no sti pH≤6,5. Tran sfor mi še se u an hi dro va ni di kal ci jumfos fat na tem pe ra tu ra ma ve ćim od 80°C. Sa sto ji se od la na ca Ca PO 4 ko ji su po sta vlje ni pa ra lel no je dan u od no su na dru gi, po ve zu ju ći se me đu sob no slo je vi to pre ko mo le ku la vo de. Po mo ću di frak ci je rend gen skih zra ka utvr đe na je atom ska struk tu ra (010) me đu po vr ši ne DCDP, u ko joj se na la ze mo le ku li vo de (Sli ka 1). DCDP je bi o lo ški vr lo zna ča jan mi ne ral jer se na la zi u pa to lo škim kal ci fi ka ci ja ma (zub nim kal ku lu si ma -mi ne ral nim i or gan skim de po zi ti ma na zu bi ma), kri sta lu ri ja ma (kri sta li pro na đe ni u mo kra ći), hon dro kal ci no za ma (simp to mi re u mat ske bo le sti na ko je uka zu je aku mu la ci ja di kal ci jumfos fa ta u ve ziv nim tki vi ma zglo bo va), uro li ti ja zi (ka me nje u mo kra ći) i ka ri je snim le zi ja ma. U me di ci ni se ko ri sti kao kom po nen ta kal ci jumfos fat nih vr sta ce men ta i kao in ter me di jer kod re mi ne ra li za ci je zu ba. Bru šit je ta ko đe mo del si stem za pro u ča va nje pro ce sa bi o mi ne ra li za ci je. Ra ste spo ro iz ras tvo ra u for mi plo ča, ko je po ka zu ju za ni mlji vu mor fo lo gi ju [1,15,16,17].

Anhidrovani dikalcijum-fosfat
An hi dro va ni di kal ci jumfos fat (DCPA), ili an hi dro va ni kal ci jumhi dro gen fos fat, po znat kao mi ne ral mo ne tit, an hi dro va ni je ob lik di kal ci jumfos fa ta di hi dra ta. Ma nje je ras tvor ljiv u vo di od di hi dra ta zbog iz o stan ka in klu zi ja vo de u svo joj re šet ki. Kri sta li še iz vo de nog ras tvo ra na 100°C. Naj če šće se sin te ru je na 300°C. Ne na la zi se ni u nor mal nim, ni u pa to lo škim kal ci fi ka ci ja ma. Ko ri sti se u kal ci jum fos fat nim vr sta ma ce men ta u me di ci ni [1,18].

Oktakalcijum-fosfat
Ok ta kal ci jumfos fat (OCP), ili ok ta kal ci jumbis(hi dro gen fos fat) te tra kis(fos fat) pen ta hi drat, ne sta bil ni je pre la zni in ter me di jer ko ji na sta je to kom pre ci pi ta ci je u vo de nom ras tvo ru ter mo di na mič ki znat no sta bil ni jeg kal ci jumde fi ci jent nog hi drok si a pa ti ta. OCP ima veoma ve li ki bi o lo ški zna čaj, jer pred sta vlja sta bil nu kom po nen tu ljud skih zub nih i mo krać nih kal ku lu sa. On pr vo pre ci pi ti ra kao po la zna fa za pri na sta ja nju mi ne ra la ena me la i kao po la zna fa za u obra zo va nju ko sti kroz po ste pe nu hi dro li zu OCP. Igra ve o ma zna čaj nu ulo gu in vi vo u stva ra nju apa tit nih bi o mi ne ra la. Ma da ni je pro na đen u va sku lar noj kal ci fi ka ci ji, u broj nim is tra ži va nji ma je na gla še no da je naj ve ro vat ni je upra vo OCP osnov na pre kur sor ska fa za na sta ja nja bi o lo škog apa ti ta na đe nog u pri rod nim i pro te tič kim sr ča nim za li sci ma. U hi rur gi ji se ko ri sti za im plan ta ci ju ko šta nih de fe ka ta. Sta bil nost OCP je dru gi raz log nje go vog zna ča ja, jer se, pre ma ste pe nu sta bil no sti u broj nim fi zi o lo škim me di ji ma, OCP na la zi od mah iza hi drok si a pa ti ta [1,19,20,21].

Beta trikalcijum-fosfat
Be ta tri kal ci jumfos fat (βTCP), ili βtri ba zni kal ci jumfos fat, ne mo že da pre ci pi ti ra iz vo de nog ras tvo ra. To je tzv. fa za vi so ke tem pe ra tu re, ko ja se do bi ja na tem pe ra tu ra ma iz nad 800°C, ter mič kim raz la ga njem kal ci jumde fi ci jent nog hi drok si a pa ti ta ili re ak ci jom u čvr stoj fa zi ki se log kal ci jumor to fos fa ta (an hi dro va nog di kal ci jumfos fa ta) sa CaO (Sli ka 2). Do bi ja se i kal ci na ci jom ko sti, kao tzv. ko šta ni pe peo. Ni kad ni je pro na đen u bi o lo škim kal ci fi ka ci ja ma. Kao Mgsup sti tu i sa ni ob lik tri kal ci jumfos fa ta na la zi je u ob li ku mi ne ra la vaj tlo ki ta (βtri kal ci jum mag ne zi jumfos fa ta -βTCMP) u zub nim kal ku lu si ma, mo krać nom ka men cu, ka ri je su, plju vač nim ka men ci ma, artritisnoj hr ska vi ci i kao de po zit u me kim tki vi ma. Ni je uočen u sa sta vu den ti na i gle đi. Ko ri sti se u bi o me di ci ni kao ko šta ni ce ment. U kom bi na ci ji s hi drok si a pa ti tom stva ra dvo fa zni kal ci jumfos fat (BCP). βTCP i BCP ši ro ko se ko ri ste u za me ni ko sti [6,22].

Primena beta kalcijum-fosfata u inženjerstvu koštanih tkiva
Ošte će nja ko sti su ve li ki me di cin ski i so ci o e ko nom ski iza zov. Ma da se auto log ni ko šta ni graf to vi sma tra ju zlat nim stan dar dom za re kon struk ci ju ko šta nih ošte će nja, i kod njih se uoča va ju broj ni ne do sta ci, kao što su pre o stlji vost da va o ca i ogra ni če nje ve li či ne graf ta. Di zaj ni ra nje bi o ve štač kih ko šta nih tki va po ma že da se pre va zi đe ta kav pro blem. Raz ne vr ste bi o ma te ri ja la se ko ri ste u re kon struk tiv nim in di ka ci ja ma, zbog če ga po bu đu ju sve ve će in te re so va nje. Ta kvi ma te ri ja li tre ba da za do vo lje raz ne kri te ri ju me, kao što su: bi o kom pa ti bil nost, tj. ne i mu no ge nost i ne tok sič nost, ap sorp tiv nost, oste o kon duk tiv nost, la ko ća iz ra de i ste ri li za ci je i do bre me ha nič ke oso bi ne. Uz to ve o ma je bit na i po ro znost bi o ma te ri ja la za iz ra du ska fol da, jer ona igra va žnu ulo gu u uslo vi ma in vi tro sa sta no vi šta me ha nič kih oso bi na ma te ri ja la, od no sno in vi vo sa sta no vi šta pro ce sa re sorp ci je i ra sta no ve ko sti. Me đu po ve za nost po ra je po seb no va žna za in te gra ci ju no ve ko sti u ma te ri jal, jer ska fold tre ba da obez be di po dr šku ske le ta za rast oste o ge nih će li ja u ra noj fa zi i stvo ri do volj no pro sto ra za obra zo va nje no ve ko sti [1,23,24,25].
Sle de ći ko rak u raz vo ju pri klad ne po ro zne struk tu re je ste iz bor ras po lo ži vog iz vo ra će li ja ko ji do pu šta nji ho vu izo la ci ju i eks pan zi ju u ve ćem bro ju. Ide a lan će lij ski iz vor tre ba da je la ko prol fe ra ti van, da je ne i mu no gen i da ima eks pre si ju pro te i na slič nih tki vi ma ko ja se re ge ne ri šu. Po zna to je da za se ja ne ma tič ne će li je iz ko šta ne sr ži (engl. bo ne mar row me senchymal stem cells -BMSCs) ne obez be đu ju sa mo iz vor oste o ge nih će li ja kao iz vor za obra zo va nje no ve ko sti, ne go i lu če fak to re ra sta da bi re gru to va li pri rod ne će li je da mi gri ra ju u ošte će na me sta. Pod od go va ra ju ćim uslo vi ma in vi tro BMSCs se di fe ren ci ra ju u kost, hr ska vi cu, ma sna tki va i he ma to po et ske pot por ne stro ma će li je. U uslo vi ma in vi vo oste o ge ni po ten ci jal BMSCs po seb no do la zi do iz ra ža ja kad se one na la ze na ke ra mič kim ska fol di ma ko ji ubr za va ju obra zo va nje ko sti. Sa sta no vi šta in že njer stva ko šta nih tki va, BMSCs ima ju broj ne pred no sti. Nji ho va izo la ci ja je la ka i po ka zu ju pri mar nu spo sob nost da la ko ad he ri ra ju, ima ju vi sok pro li fe ra tiv ni po ten ci jal (po pra vi lu, BMSCs od li ku je oste o ge ni put tran sfor ma ci je), obra zo va nje ko sti ni je u ko re la ci ji sa bro jem će lij skih pro me na dok god pro li fe ra tiv ne će li je odr ža va ju svoj pro li fe ra tiv ni po ten ci jal, a uslo vi za mr za va nja ne uti ču na oste o ge ni po ten ci jal BMSCs, već sa mo olak ša va ju nji ho vo skla di šte nje [1,25,26,27].
Ne ka is tra ži va nja su po ka za la ko šta nu in duk tiv nost po sle im plan ta ci je kal ci jum fos fat ne ke ra mi ke u van ko šta na me sta, kao što su mi ši ći, i pot ko žne im plan ta ci je kod pa sa, ba bu na, ova ca i svi nja. Po sle im plan ta ci je po ro znog βTCP sa BMSCs ili bez njih u mi ši će pa co va, obra zo va nje ko sti, kao što po ka zu ju ne ke stu di je, ana li zi ra no je hi sti o mor fo me trij ski po sle ne de lju da na, če ti ri ne de lje i osam ne de lja u sva koj na ve de noj gru pi ži vo ti nja. Utvr đe no je da no vo for mi ra na kost po je di ni ci po vr ši ne βTCP ra ste u je di ni ci vre me na, do vo de ći do ne pre sta ne re sorp ci je βTCP i obra zo va nja no ve ko sti po sle če ti ri ne de lje s iz ra zi tim po ve ća njem ko šta ne ma se na kon osam ne de lja. Dru gi va žan fak tor je kon strukt za sno van na će li ja ma, ko ji se sa sto ji od bi o de gra di bil nog ska fol da βTCP i oste o ge net ski in du ko va nih BMSCs. Po sle osam ne de lja pro na đe ni su oste o bla sti ku bič nog ob li ka, ko ji su obra zo va li no vu kost, uka zu ju ći na to da su ove će li je ak tiv ne, dok sam ska fold ni je bio do vo ljan da bi na sta la no va kost. Kom bi na ci ja ska fol da sa βTCP i BMSCs obez be đu je bo lje lo kal ne uslo ve za oste o in te gra ci ju. Ta kav kon strukt, kao što je po ka za no u ne kim is tra ži va nji ma, kri ti čan je fak tor za in duk ci ju ko sti, što je ve o ma zna čaj no za po ten ci jal nu pri me nu ta ko kom bi no va nih ma te ri ja la u or to ped skim re kon struk tiv nim za hva ti ma [1,25,26,27].

Alfa trikalcijum-fosfat
Al fa tri kal ci jumfos fat (αTCP), ili αtri ba zni kal ci jumfos fat, do bi ja se naj če šće ter mič kim tret ma nom βTCP na oko 1125°C, zbog če ga se mo že sma tra ti i nje go vom vi so ko tem pe ra tur nom fa zom. Ta ko đe, mo gu će ga je do bi ti i na tem pe ra tu ra ma i iz me đu 800°C i 1000°C, kad je sta bi li san sa si li ci ju mom (si li ci ju mom sta bi li sa ni αTCP). Al fa i be ta tri kal ci jumfos fat, ma da ima ju isti he mij ski sa stav, raz li ku ju se po svo joj struk tu ri i ras tvor lji vo sti (βTCP je sta bil ni ji od αTCP). αTCP je znat no re ak tiv ni ji u vo de nim ras tvo ri ma od βTCP, ima ve ću spe ci fič nu ener gi ju i la ko hi dro li zu je u sme su dru gih kal ci jumfos fa ta (Sli ka 3). Ni kad ni je pri me ćen u bi o lo škim kal ci fi ka ci ja ma. U me di ci ni se ko ri sti u od go va ra ju ćim ce men ti ma. Si li ci ju mom sta bi li sa ni αTCP (kao dvo fa zni kom po zit sa hi drok si a pa ti tom) ko ri sti se kod di zaj ni ra nja po ro znih ke ra mič kih ska fol da ko je je mo gu će ko ri sti ti kao ve štač ke za me ni ke ko sti [1,28,29].

Amorfni kalcijum-fosfat
Amorf ni kal ci jumfos fat (ACP) ja vlja se kao pre la zna fa za to kom for mi ra nja kal ci ju mor to fos fa ta u vo de nim si ste mi ma. ACP naj če šće pr vo pre ci pi ti ra iz pre si će nog ras tvo ra pri br zom me ša nju ras tvo ra ko ji sa dr ži jo ne kal ci ju ma i or to fos fat ne jo ne. On se for mi ra na po čet ku pre ci pi ta ci je zbog to ga što je nje go va po vr šin ska ener gi ja ma nja od po vr šin ske ener gi je OCP i hi drok si a pa ti ta. Amorf ni udeo unu tar ACP po ve ća va se sa ra stom kon cen tra ci je Ca 2+ i PO 4 3 , po seb no pri ve ćim vred no sti ma pH i ni žim tem pe ra tu ra ma kri sta li za ci je. Na po ve ća noj tem pe ra tu ri, ume re nim me ša njem ma tič nog ras tvo ra ACP do la zi do nje go ve spo re re kri sta li za ci je i stva ra nja bo lje is kri sta li sa nog kal ci jumde fi ci jent nog hi drok si a pa ti ta. Vre me sta bil no sti ACP u vo de nom ras tvo ru za vi si od pri su stva mo le ku la i jo na adi ti va, vred no sti pH, jon ske ja či ne i tem pe ra tu re [1,30].
Bi o lo ški ACP (če sto sa ne či sto ća ma ko je či ne jo ni Na, Mg, kar bo na ta i pi ro fos fa ta) pro na đen je u pa to lo škim kal ci fi ka ci ja ma me kih tki va (kal ci fi ka ci ja sr ča nih za li za ka kod ure mi je, bo le sti bu bre ga). U me di ci ni se ACP ko ri sti u kal ci ju mor to fos fat nim vr sta ma ce men ta i kao pu ni lo u sto ma to lo gi ji. Nje go vi kom po zi ti sa bi o ak tiv nim po li me ri ma ko ri ste se ta ko đe u sto ma to lo gi ji i hi rur gi ji. Ko ri sti se i kao inert no pu ni lo za le ko ve.
ACP je u ve ći ni slu ča je va čvr sta fa za ko ja pri vred no sti ma pH≥7 i pri do volj no vi so koj kon cen tra ci ji pre ci pi ti ra tre nut no. To je ki ne tič ki vo đen pro ces. Br zo me ša nje vi so ko kon cen tro va nih ras tvo ra uslo vlja va sna žne sto ha stič ke in ter ak ci je iz me đu jo na i br zu ko a le scen ci ju u ne pra vil no ko or di ni sa ne, vi so ko hi drat ne kla ste re, do volj no ve li ke da se iz lu če iz ras tvo ra u struk tu ru slič nu ge lu pre ne go što se pre ra spo re de u nu kle u se ko ji po tom ra stu u kri sta le. Ovaj struk tur ni ras po red je ne sta bi lan. Uz to, u tom pro ce su ne sta je ACP, jer se tran sfor mi še u sta bil ni je kri stal ne fa ze, kao što su OCP i kal ci jumde fi ci jent ni hi drok si a pa tit.
Dok se pri eks pan zi ji kri stal nih do me na tro še okol ni kal ci ju mo vi i or to fos fat ni jo ni (ili nji ho vi pa ro vi i kla ste ri) i ot pu šta hi drat ni pro ton, me ha nič ka čvr sto ća sla bi u me đu do men skom pro sto ru. Na kra ju, pod dej stvom na po na smi ca nja flu i da, pri mar ne če sti ce po pu šta ju i oslo ba đa ju kri sta li te uslo vlja va ju ći br zu pre ci pi ta ci ju kal ci jumor to fos fa ta, za jed no s pret hod no za ro blje nim hi drat nim pro to ni ma pri mar nih če sti ca, što uslo vlja va sna žan pad vred no sti pH. U mno gim prak tič nim pri me ri ma ne dvo smi sle no je po ka za no da kri sta li za ci ja u broj nim me sti ma unu tar amorf nih če sti ca na kra ju vo di br zoj pre ci pi ta ci ji kal ci jumfos fa ta iz pre si će nog ras tvo ra [1,3134].

ZAKLJUČAK
Kal ci jum fos fat ni si ste mi su za jed no s ma te ri ja li ma na ba zi ak tiv nih kal ci jum si li kat nih si ste ma naj vi še i naj če šće ko ri šće ni ma te ri ja li u in že njer stvu ko šta nog tki va. Bu du ći da je reč o ve li kom bro ju ovih ma te ri ja la, ali i nji ho vim broj nim kom bi na ci ja ma, po zna va nje nji ho vih osnov nih oso bi na je je dan od glav nih pred u slo va za nji ho vu pri me nu u raz li či tim in di ka ci ja ma, a na ro či to u le če nju ošte će nja ko sti. Ovi bi o ma te ri ja li ima ju iz van red nu bi o kom pa ti bil nost, ap sorp tiv nost, oste o in duk tiv nost, po ro znost i do bre me ha nič ke oso bi ne. Po ro znost ovih ma te ri ja la je na ro či to va žna za iz ra du ska fol da i in te gra ci ju no ve ko sti u ma te ri jal, kao ske let na po dr ška za rast oste o ge nih će li ja i obra zo va nje no ve ko sti.