MATERIAL COMPOSITE QUE CONTIENE HIDROGEL, PRODUCIDO POR PRECIPITACION DE UNA FASE SOLIDA DESENCADENADA ELECTRICAMENTE.

Procedimiento de fabricación de un material composite idóneo para la utilización como sustituto óseo/cartilagi-noso,

comprendiendo las etapas siguientes:

a) Puesta a disposición de un hidrogel que comprende al menos otro componente que en caso de aplicación de un campo eléctrico sobre el hidrogel precipita o forma una fase sólida,

b) aplicación de un campo eléctrico al hidrogel,

c) inducción de una estructuración, preferiblemente una formación de poros en el hidrogel

Material composite que contiene hidrogel, producido por precipitación de una fase sólida desencadenada eléctricamente.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material composite, un material composite producido por éste y su uso.

En el sector médico se necesitan cada vez más soportes tisulares sintéticos como reemplazo de órganos y tejido. Este sector se denomina generalmente ingeniería tisular. De una importancia particular son soportes tisulares, que concuerdan en gran parte con el órgano nativo o tejido bioquímico en las características biológicas, biomecánicas y estructurales. Para la medicina reconstructiva y regenerativa, la traumatología y la ortopedia han ganado especialmente en importancia en los últimos años los soportes tisulares en la región musculoesquelética (reemplazo para huesos, cartílago y tendones). Las características de los soportes disponibles actualmente no corresponden sin embargo en diversos puntos de vista al tejido nativo, puesto que frecuentemente la morfología natural no se reproduce y/o las propiedades bioquímicas y/o biomecánicas no coinciden. Para la reparación de defectos osteocondrales, la ingeniería tisular representa un enfoque prometedor de la terapia. Así se introducen células con un potencial para la formación de cartílago en materiales de soporte porosos y después se implantan directamente o in vivo en el defecto condral tras un precultivo in vitro. Estos materiales de soporte deben satisfacer para su uso las características específicas del material, particularmente la indeformabilidad, degradación retardada, biocompatibilidad, adherencia celular, condroconductividad. De una importancia médica y económica particular es el campo de las enfermedades articulares. En este campo médico, las enfermedades más dolorosas son aquellas, en las cuales están destruidos el cartílago y la estructura ósea situada debajo. El cartílago tiene una facultad delimitada para la regeneración y presenta entonces generalmente una calidad inferior a la del cartílago sano. Numerosos ensayos se han emprendido para trasplantar o mantener en cultura el tejido condral y tejido óseo subcondral; sin embargo hasta ahora por esta vía no se ha creado ningún reemplazo exitoso.

Para poder utilizar materiales sintéticos como sustitutos exitosos de cartílago, deben ser consideradas muchas características diferentes del sistema natural. Entre estas características están la composición bioquímica, identidad estructural (imitación de la morfología zonal) y características biomecánicas. Para estos materiales han sido propuestas espumas porosas a base de polímeros naturales y sintéticos de diferentes autores. Una buena visión general sobre las tecnologías para la producción de materiales porosos para la ingeniería tisular se ofrece por Mikos et al., Electronic Journal of Biotechnology, Vol. 3 No. 2, 2000. Los autores describen varios procedimientos para la producción de estructuras de malla altamente porosas. Así se crean por ejemplo estructuras de malla por crear una red tridimensional de fibras de ácido poliglicólico. (Fiber bonding = enlace de fibras). Otro procedimiento para generar poros en una matriz comprende la utilización de un porógeno soluble en agua, como por ejemplo una sal. Aquí, un polímero, un ácido poliláctico o ácido poli(DL-láctico-co-glicólico) es disuelto en cloroformo o diclorometano y luego vertido en una cubeta Petri llenada con el agente porógeno. En este sentido se difunde el agente porógeno en la matriz de polímero. Una vez evaporado el disolvente, el composite de polímero/porógenos se mete durante 2 días en agua, para eliminar el agente porógeno. La porosidad de la malla resultante puede ser controlada por la cantidad en agentes porógenos añadidos, mientras que el tamaño de poros depende del tamaño de las partículas porógenas, p. ej., cuando el agente porógeno es una sal, de cristales de sal. Otro procedimiento que evita la utilización de solventes orgánicos en la formación de poros, es la utilización de un gas como agente porógeno. Aquí, las placas compactas de un polímero son moldeadas por compresión y luego expuestas a un gas bajo una presión elevada, por ejemplo CO₂ durante un período prolongado. Así se obtienen porosidades de hasta 93% y tamaños de poros de hasta 100 µm, no siendo unidos sin embargo en la mayoría de los casos los poros entre sí. Técnicas adicionales, que han sido propuestas para la fabricación de mallas poliméricas porosas, se basan en el concepto de la separación de fases en lugar de la incorporación de un porógeno. Tales procedimientos comprenden la emulgación/liofilización o una separación de fases líquida-líquida. En el primer procedimiento se disuelve un polímero por ejemplo en diclorometano y luego se añade agua destilada, para formar una emulsión. La mezcla de polímero/agua se vierte y se enfría en un molde por introducción en nitrógeno líquido. Una vez enfriada, se liofilizan a -55ºC las estructuras de malla creadas, lo que da lugar a la eliminación del agua dispersado y del disolvente de polímero. La separación de fases líquida-líquida produce fases ricas y pobres en polímeros dentro de una solución polimérica. La fase pobre en polímeros se elimina entonces, lo que deja una red de polímeros altamente porosa.

Una técnica para la separación de fases de un hidrogel ha sido propuesta por Yannas y colaboradores (US 4,955,893). Aquí se congela una suspensión acuosa de colágeno-glicosaminoglicano dentro de una cánula axialmente a lo largo de la cánula, por lo cual se pueden formar cristales de hielo. A continuación el material congelado se expone a un vacío bajo condiciones de sublimación, por lo cual se sublimaron los cristales de hielo formados y dejaron una estructura de canal porosa dirigida, que era apropiada para la sucesiva colonización de células nerviosas. Una técnica similar se describe en US 6,447,701 (Heschel et al.), poniendo aquí la suspensión polimérica a diferentes temperaturas entre 2 superficies, y estando las superficies opuestas la una a la otra y debido a la temperatura diferente se produce una estructura esencialmente ordenada u homogénea de la red de polímeros y de los cristales que se forman en la misma.

WO 03/022319 describe un procedimiento para la fabricación de una estructura de un polímero biocompatible, particularmente de un hidrogel de colágeno, el cual es mezclado y a continuación congelado con una biocerámica.

Ninguna de las tecnologías descritas hasta ahora en el estado de la técnica ha dado lugar a la creación de un material de soporte satisfactorio que cumpla de la misma manera los requisitos de una composición bioquímica, de una morfología zonal y características biomecánicas.

Conforme a ello era tarea de la presente invención proveer un procedimiento, con el cual se puedan fabricar materiales composite, que sean adecuados para la utilización como sustituto óseo/cartilaginoso, presentando los materiales composite tanto una morfología tisular casi natural, son biocompatibles, como también demuestran en las características biomecánicas y bioquímicas una concordancia excelente con un tejido nativo.

Además era tarea de la presente invención proveer un procedimiento correspondiente que sea fácil de realizar.

Además era tarea de la presente invención proveer un material composite que imite de manera excelente particularmente la morfología zonal del material tisular natural, particularmente del tejido condral/óseo.

Estas tareas se solucionan por un procedimiento para la fabricación de un material composite, comprendiendo las siguientes etapas:

En una forma de realización, las etapas b) y c) se realizan al mismo tiempo, una antes de la otra o una después de la otra o de tal manera que una de las dos etapas se inicie después del comienzo de la respectiva otra etapa, sin que se haya terminado ya la otra etapa.

Se prefiere la etapa c) por un proceso de congelación del hidrogel y/o por liofilización del hidrogel y/o por electrólisis de agua y/o por electrólisis de soluciones acuosas en el hidrogel.

En una forma de realización se realiza la etapa...

1. Procedimiento de fabricación de un material composite idóneo para la utilización como sustituto óseo/cartilagi-noso, comprendiendo las etapas siguientes:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual las etapas b) y c) son realizadas al mismo tiempo, una antes de la otra o una después de la otra o de manera que una de las dos etapas es iniciada después del comienzo de la respectiva otra etapa, sin que se haya ya terminado la otra etapa.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la etapa c) es realizada por un proceso de congelación y/o por liofilización del hidrogel y/o por electrólisis del agua y/o por electrólisis de soluciones acuosas en el hidrogel.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la etapa b) es realizada mediante al menos dos electrodos polarizados de manera inversa.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en la etapa b) el al menos otro componente que en caso de aplicación de un campo eléctrico al hidrogel precipita o forma una fase sólida, forma una fase cristalina y/o amorfa o una combinación de fases cristalinas y amorfas.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en la etapa b) es aplicada una tensión de 3 V hasta 20 V al hidrogel y/o una corriente de una intensidad de 0,5 A a 5 A fluye a través del hidrogel, preferiblemente durante un período de 0,5 a 120 minutos.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la tensión aplicada es una tensión continua o una tensión alterna.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el hidrogel es un hidrogel de uno o varios compuestos seleccionados del grupo, comprendiendo colágenos, particularmente colágenos del tipo I y II, el colágeno exento de telopéptidos, los hidrolizados de colágeno, los proteoglicanos, los glicosaminoglicanos, los ácidos polimetacrílicos, los polimetacrilatos, la polivinilpirrolidona, el alcohol polivinílico, la gelatina, el ácido poliglicólico, el ácido poliláctico, los copolímeros de ácido poliláctico y ácido poliglicólico, la glucosa, los lípidos, los fosfolípidos, los uratos, el ácido hialurónico, los derivados de ácido hialurónico, particularmente los ésteres de ácido hialurónico, así como componentes iónicos seleccionados del grupo, comprendiendo Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, HPO₄^2-, SO₄^2-, F^-.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en caso de aplicación de un campo eléctrico al hidrogel al menos otro componente que precipita o forma una fase sólida, es seleccionado del grupo que comprende los carbonatos de calcio, los fosfatos cálcicos, particularmente la hidroxilapatita, los fosfatos tricálcicos, la brushita, los fosfatos octacálcicos, el fosfato cálcico amorfo, los fosfatos tetracálcicos, la monetita, la hidroxilapatita deficitaria en calcio, así como compuestos formados por componentes iónicos seleccionados del grupo comprendiendo Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, HPO₄^2-, SO₄^2-, F^-.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el hidrogel comprende un componente que es eléctricamente conductor, en el cual este componente es idéntico o diferente de al menos otro componente que precipita o forma una fase sólida en caso de aplicación de un campo eléctrico al hidrogel.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que el componente eléctricamente conductor es introducido en el hidrogel o aplicado sobre el hidrogel.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 10-11, caracterizado por el hecho de que el componente eléctricamente conductor es química y/o biológicamente inerte.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que el componente eléctricamente conductivo es seleccionado del grupo que comprende metales nobles, particularmente el oro elemental y/o el platino, así como el carbono, particularmente el grafito.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11-13, caracterizado por el hecho de que siempre y cuando el componente eléctricamente conductor sea introducido en el hidrogel, éste es repartido de manera homogénea o heterogénea en el hidrogel.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11-13, caracterizado por el hecho de que siempre y cuando el componente eléctricamente conductor sea aplicado sobre una superficie del hidrogel, éste es estructurado por un tratamiento de superficie.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el hidrogel se presenta como una capa que es enrollada antes o después de la realización de la etapa b) y/o c).

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el hidrogel es química y/o físicamente reticulado de forma cruzada.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3-17, caracterizado por el hecho de que la liofilización tiene lugar por congelación del hidrogel a una temperatura del orden de -1ºC a -196ºC y sublimación consecutiva.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado por el hecho de que la congelación del hidrogel tiene lugar de manera dirigida y/o no dirigida, preferiblemente a partir de uno y/o varios lados del hidrogel.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18-19, caracterizado por el hecho de que la congelación del hidrogel es realizada durante un período de aproximadamente media hora hasta cuatro horas.

21. Material composite fabricado por un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.

22. Material composite según la reivindicación 21, caracterizado por una capa de un gel que presenta poros, preferiblemente de un hidrogel parcialmente hidratado o de un xerogel, a la cual es juntada una fase sólida, preferiblemente una fase cristalina y/o amorfa o una combinación de fases cristalinas y amorfas.

23. Material composite según una de las reivindicaciones 21-22, caracterizado por un tamaño de poros de 10 µm -150 µm.

24. Material composite según una de las reivindicaciones 21-23, caracterizado por el hecho de que la fase sólida, preferiblemente cristalina y/o amorfa o la combinación de fases cristalinas y amorfas es un fosfato cálcico.

25. Material composite según una de las reivindicaciones 21-24, que comprende además al menos una sustancia potenciadora del crecimiento celular o de la colonización celular o de la adhesión celular.

26. Material composite según la reivindicación 25, caracterizado por el hecho de que la al menos una sustancia potenciadora del crecimiento celular o de la colonización celular o de la adhesión celular es un factor de crecimiento o un suero fetal o poli-L-lisina, en el cual el factor de crecimiento es seleccionado preferiblemente del grupo que comprende sustancias de la superfamilia de TGF-ß, particularmente de TGF-ß1, y en el cual el suero fetal es un suero fetal animal, por ejemplo un suero fetal de ternero.

27. Material composite según la reivindicación 25, caracterizado por el hecho de que la al menos una sustancia potenciadora del crecimiento celular o de la colonización celular o de la adhesión celular es un suero, siendo el suero de origen autógeno, singénico, alógeno o xenógeno.

28. Material composite según una de las reivindicaciones 21-27, caracterizado por el hecho de que el mismo comprende además células biológicas, preferiblemente células humanas o animales o células vegetales.

29. Utilización de un material composite según una de las reivindicaciones 21-28 como soporte para células biológicas, preferiblemente células humanas o animales o células vegetales.

30. Material composite según una de las reivindicaciones 21-28, para su utilización como sustituto tisular en el cuerpo humano o animal.