MATERIALES BIORREABSORBIBLES DE ALTA RESISTENCIA QUE CONTIENEN POLI(ACIDO GLICOLICO).

Composición polimérica que comprende poli(ácido glicólico) con una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa cuando se somete a prueba a 22ºC a una velocidad de tracción de 10 mm/min.

según el método de prueba descrito en la parte inferior de la página 6

Materiales biorreabsorbibles de alta resistencia que contienen poli(ácido glicólico).

La presente invención se refiere a composiciones poliméricas y objetos preparados a partir de las mismas. En particular, la presente invención se refiere a polímeros que tienen alta resistencia mecánica y a su uso para la fabricación de dispositivos médicos de soporte de carga adecuados para su implantación dentro del organismo. Más particularmente, la invención se refiere a polímeros biorreabsorbibles que contienen poli(ácido glicólico) y a dispositivos médicos implantables preparados a partir de los mismos.

Las composiciones poliméricas que comprende poli(ácido glicólico) (PGA) tienen un uso establecido para implantes médicos. También se ha propuesto que ciertas propiedades mecánicas pueden mejorarse extruyendo masas fundidas de PGA o estirando PGA en un estado plástico. El PGA isotrópico tiene una resistencia a la tracción de entre 50 y 100 MPa y un módulo de tracción de entre 2 y 4 GPa. Un producto comercial (SR-PGA) que comprende fibras de PGA en una matriz de PGA tiene una resistencia a la flexión y un módulo de 200 - 250 MPa y 12-15 GPa, respectivamente. También se ha notificado en la bibliografía que los PGA hilados por fusión tienen una resistencia a la tracción de aproximadamente 750 MPa y un módulo de desde 15 hasta 20 GPa. En la patente estadounidense n.º 4968317 se expone que un ejemplo de un PGA estirado tiene una resistonoia a la tracción de aproximadamente 600 MPa.

Aunque se conocen PGA que tienen características de resistencia mejoradas, ninguno de los materiales conocidos tiene propiedades mecánicas que se aproximen a las de los metales usados convencionalmente para dispositivos médicos implantables de soporte de carga. Una aleación comercial usada para dispositivos de implante ortopédicos, conocida como Ti-6-4, comprende titanio con un 6% de aluminio y un 4% de vanadio y tiene una resistencia a la tracción en el intervalo de 800 a 1000 MPa y un módulo del orden de 100 GPa.

Un posible motivo por el que el PGA no puede procesarse actualmente para lograr la resistencia deseada de los metales es que cuando se procesa el PGA mediante métodos comunes para producir fibras orientadas (por ejemplo, extendiendo el material a una velocidad constante en un tanque o cámara calentada) se produce la cristalización adicional del polímero durante el proceso. Los cristales en el polímero actúan de manera que impiden la orientación adicional del polímero. La cristalización del polímero limita las propiedades mecánicas que pueden lograrse estirando el PGA hasta aproximadamente 800 MPa, tal como se describe en la técnica anterior.

Se ha descubierto que las composiciones poliméricas que comprenden PGA pueden procesarse de manera que la composición resultante tiene una resistencia significativamente mayor, normalmente del orden de más de 1200 MPa con un aumento acorde en el módulo, normalmente superior a 22 GPa.

Según la presente invención, se proporciona una composición polimérica que comprende poli(ácido glicólico) o un derivado funcional del mismo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 120 MPa.

La composición polimérica consigue este nivel de resistencia a la tracción por medio de un método de procesamiento novedoso que da como resultado una estructura orientada, por ejemplo una fibra orientada.

La presente invención proporciona además un objeto que comprende una composición polimérica que incluye poli(ácido glicólico) o un derivado funcional del mismo que tienen una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa.

La composición polimérica puede componerse enteramente de PGA o un derivado del mismo, o puede comprender una combinación que contiene PGA con otros polímeros. Preferiblemente, la composición polimérica es enteramente PGA.

De manera similar, los objetos formados a partir de las composiciones poliméricas de la invención pueden consistir completamente en las composiciones poliméricas de la invención o pueden ser materiales compuestos que consisten sólo parcialmente en las composiciones poliméricas de la invención.

Acertadamente, el objeto contiene del 10 al 80% en volumen de las composiciones poliméricas de la invención, adecuadamente el objeto contiene hasta el 60% en volumen de las composiciones poliméricas de la invención, preferiblemente el objeto contiene al menos el 40% en volumen de las composiciones poliméricas de la invención y normalmente el objeto contiene aproximadamente el 50% en volumen de las composiciones poliméricas de la invención.

Se ha descubierto que con el fin de lograr la alta resistencia mostrada por las composiciones de la invención, es necesario que el PGA se convierta en un estado amorfo y entonces se estire inmediatamente para formar una estructura altamente orientada.

Esto puede lograrse procesando en primer lugar gránulos de PGA isotrópico, que están disponibles comercialmente, para formar fibras o filamentos, haciendo pasar después las fibras al interior de un baño de enfriamiento brusco para formar una estructura amorfa. Las composiciones poliméricas de la presente invención pueden producirse entonces estirando el PGA amorfo, enfriado bruscamente. Preferiblemente, éste es un procedimiento de estiraje que minimiza el tiempo durante el que se expone el polímero a temperaturas elevadas, minimizando así el tiempo para que el polímero cristalice.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para la fabricación de composiciones poliméricas a base de poli(ácido glicólico) que comprende aumentar la orientación de la cadena polimérica de un polímero sustancialmente amorfo estirando en puntos localizados dentro de la masa.

Adecuadamente, esto comprende las etapas de formar poli(ácido glicólico) o un derivado funcional del mismo en fibras, por ejemplo mediante extrusión en estado fundido o hilatura por disolución; enfriar bruscamente las fibras sometiendo luego las fibras enfriadas bruscamente a una tensión en condiciones mediante las cuales se estira una región definida de las fibras tensadas.

Acertadamente, pueden prepararse fibras de polímeros amorfos que contienen PGA mediante hilatura por disolución o extrusión en estado fundido del polímero a través de una boquilla; entonces el filamento se enfría rápidamente para producir un material sustancialmente amorfo. Los métodos de enfriamiento típicos incluyen soplar un gas frío sobre el filamento a medida que se produce o hacer pasar el filamento a través de un baño de un líquido frío adecuado, por ejemplo, agua, aceite de silicona.

Un método de estiraje adecuado es el calentamiento por zonas. En este procedimiento se mueve un calentador localizado a lo largo de una longitud de la fibra que se mantiene en tensión constante. Este procedimiento se usa en el procedimiento de estiraje por zonas tal como se describe por Fakirov en Oriented Polymer Materials, S Fakirov, publicado por Hüthig & Wepf Verlag, Hüthig GmbH. Con el fin de llevar a cabo este calentamiento por zonas, puede hacerse pasar la fibra a través de un cilindro de latón. Una pequeña parte de la pared interna del cilindro está más cerca de la fibra, esta pequeña región calienta localmente la fibra, en comparación con el resto del cilindro de latón, ubicando el estiraje de la fibra en esta ubicación, véase la figura 1. Puede colocarse un calentador de cinta alrededor del cilindro de latón para permitirle que se caliente por encima de la temperatura ambiente. Este cilindro de latón calentado pueden unirse entonces a la cruceta móvil de una máquina para ensayos de tracción y la fibra que va a estirarse puede suspenderse de una barra unida a la parte superior de la máquina para ensayos. Para estirar la fibra, puede unirse un peso al extremo inferior de la fibra, calentarse el cilindro de latón hasta la temperatura deseada y moverse la cruceta hasta el extremo inferior de la fibra, véase la figura 2. El polímero se estira donde la fibra está más cerca del cilindro de latón, a medida que la cruceta se mueve hacia arriba a lo largo de la longitud de la fibra, entonces puede estirarse una longitud de la fibra.

Adecuadamente, la fibra puede mantenerse tensa usando un pequeño esfuerzo, que normalmente es inferior al límite de elasticidad del material a temperaturas ambientales. La fibra puede calentarse entonces localmente hasta una temperatura que es superior al punto de reblandecimiento (T_g) pero inferior al punto de fusión, de manera que se produce el estiraje localizado del polímero,...

1. Composición polimérica que comprende poli(ácido glicólico) con una resistencia a la tracción de al menos 1200 MPa cuando se somete a prueba a 22ºC a una velocidad de tracción de 10 mm/min. según el método de prueba descrito en la parte inferior de la página 6.

2. Composición polimérica según la reivindicación 1, formada en fibras orientadas.

3. Composición polimérica según las reivindicaciones 1 a 2, en la que las fibras tienen un módulo de tracción de al menos 22 GPa.

4. Procedimiento para la fabricación de composiciones poliméricas según las reivindicaciones 1 a 3, que comprende aumentar la orientación de la cadena polimérica de un polímero sustancialmente amorfo estirando en puntos localizados dentro de la masa.

5. Procedimiento para la fabricación de composiciones poliméricas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye las etapas de formar poli(ácido glicólico) en fibras, enfriar bruscamente las fibras sometiendo luego las fibras enfriadas bruscamente a una tensión en condiciones mediante las cuales se estira una región definida de las fibras tensadas.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el método de formación de fibras es extrusión en estado fundido o hilatura por disolución.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 5 ó 6, en el que las fibras enfriadas bruscamente, tensadas se someten a calentamiento por zonas.

8. Procedimiento según las reivindicaciones 5 a 7, en el que las fibras enfriadas bruscamente, tensadas se someten al menos a dos etapas de estiraje separadas, realizándose cada etapa de estiraje en condiciones idénticas o diferentes.

9. Objeto que comprende composiciones poliméricas que comprenden poli(ácido glicólico) según las reivindicaciones 1 a 3 o cuando se producen mediante el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8.

10. Objeto según la reivindicación 9, que comprende al menos dos componentes poliméricos.

11. Objeto según la reivindicación 10, que comprende del 10% al 80% en volumen de poli(ácido glicólico) según las reivindicaciones 1 a 3.

12. Objeto según las reivindicaciones 10 u 11, en el que al menos uno de los componentes poliméricos es un copolímero, o combinación de polímeros.

13. Objeto según las reivindicaciones 10 a 12, en el que al menos uno de los componentes poliméricos es biorreabsorbible.

14. Objeto según la reivindicación 13, en el que el polímero biorreabsorbible comprende un polihidroxiácido, un poli(ácido láctico), una policaprolactona, un poliacetal o un polianhídrido.

15. Objeto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un componente polimérico no biorreabsorbible.

16. Objeto según la reivindicación 15, en el que el polímero no biorreabsorbible comprende polipropileno, polietileno, poli(metacrilato de metilo) o resina epoxídica.

17. Objeto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que contiene además al menos un componente no polimérico.

18. Objeto según la reivindicación 17, en el que el componente no polimérico comprende un material cerámico, hidroxiapatita o fosfato de tricalcio.

19. Objeto según las reivindicaciones 17 ó 18, en el que el componente no polimérico comprende un factor bioactivo.

20. Objeto según la reivindicación 19, en el que el componente bioactivo comprende una proteína natural u obtenida por ingeniería genética, un ácido ribonucleico, un ácido desoxirribonucleico, un factor de crecimiento, una citocina, un factor angiogénico o un anticuerpo.

21. Objeto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en forma de un dispositivo médico.

22. Objeto según la reivindicación 21, en el que el dispositivo es un hilo de sutura, un armazón para implantación o ingeniería de tejidos, un implante ortopédico, un dispositivo con forma compleja o un dispositivo de fijación de huesos.

23. Procedimiento para la fabricación de objetos según las reivindicaciones 10 a 22, que incluye además la etapa de moldear por compresión otros componentes poliméricos, no poliméricos o combinación de componentes poliméricos y no poliméricos en presencia de dichas fibras.

24. Procedimiento según las reivindicaciones 10 a 23, que comprende además formar un componente polimérico en presencia de dichas fibras mediante curado in situ de monómeros u otros precursores para dicho componente polimérico.

25. Procedimiento según la reivindicación 24, en el que los monómeros usados no liberan un subproducto en la polimerización.

26. Procedimiento según las reivindicaciones 24 ó 25, en el que al menos uno de los monómeros es un monómero de apertura de anillo que se abre para formar un polihidroxiácido.

27. Procedimiento según las reivindicaciones 24 a 26, en el que al menos un monómero es una lactida, una glicolida, una caprolactona, un carbonato o mezclas de los mismos.