IMPLANTE DE NÚCLEO ESPINAL.

Un implante de núcleo espinal para reemplazo de al menos una porción del tejido de nucleus pulposus retirado de un disco espinal de un vertebrado vivo para restaurar la función de dicho disco espinal y la articulación vertebral relacionada,

e implantable en la cavidad creada por dicha eliminación del tejido del nucleus pulposus, que comprende: un plástico hinchable, biomimético, que tiene una fase hidrófoba que tiene alta cristalinidad y bajo contenido de agua y con una fase hidrofílica que tiene baja cristalinidad y un alto contenido de agua, teniendo dicho plástico biomimético una forma inherente en la cual tiene una red polimérica relajada en un estado de hidratación completa, que tiene una forma de inserción en la cual es al menos parcialmente deshidratada a un estado de xerogel y conformable en un modo compactado para máxima eficiencia de la inserción quirúrgica, y capaz de expansión debido a la rehidratación parcial in situ en una forma en reposo que se conforma sustancialmente con el tamaño y forma de dicha cavidad y es capaz de un movimiento osmótico de líquido a través de la misma respuesta a cambios en la presión externa para así incrementar y disminuir el contenido de líquido en su estado hidratado, caracterizado porque dicho plástico biomimético es hinchable anisotrópicamente, teniendo un hinchamiento preferido en un plano vertical e hinchamiento suprimido en planos horizontales.

1. Campo de la invención

La presente invención se relaciona con un implante de núcleo espinal para reemplazar todo o una porción del núcleo pulposo que ha sido retirado de un vertebrado vivo, por ejemplo un humano. Este implante de núcleo espinal se forma con un xerogel que es capaz de un hinchamiento anisotrópico.

2. Declaración de información de la divulgación

Un disco intervertebral espinal es un tejido cartilaginoso localizado entre las placas terminales de vértebras adyacentes. El disco intervertebral espinal actúa como una unión flexible entre las vértebras, permitiendo la flexión y el giro de la columna espinal. El daño del disco intervertebral espinal puede causar disfunción espinal, dolor paralizante y discapacidad a término corto o término largo. Debido a la frecuente presencia de este problema (Se reporta un 5% de incidencia anual de dolor en espalda debido al disco intervertebral espinal) , las consecuencias económicas son enormes. Algunos problemas de disco requieren cirugía. Un procedimiento actual típico de la función de las vértebras adyacentes utilizando diversas técnicas y dispositivos, tales como los descritos en las Patentes de los Estados Unidos Nos 4, 636, 217 (Ogilvie, et al.) , 5, 489, 308 (Kuslich, et al.) y 5, 716, 415 (Steffee) . Todos los procedimientos quirúrgicos disponibles actualmente, tales como el retiro del núcleo o su parte (laminectomía) o fusión de vértebras adyacentes, compromete la función de una forma u otra.

Por esta razón, se han buscado nuevos remedios como incluyendo el desarrollo de prótesis del disco o su parte. Esta es una dificultad subyacente. La columna espinal es una parte del cuerpo extremadamente intrincada, y su función propia depende de la cooperación sin fisuras de todos sus componentes, incluyendo los discos vertebrales. Un disco vertebral tiene que llevar a cabo múltiples funciones. Tiene que soportar tensiones altas repetidas en formas muy complejas de deformación, incluyendo flexión combinada, torque, deslizamiento y compresión. Además, el disco intervertebral actúa como un absorbente eficiente de choques y como una bomba que impulsa un flujo de nutrientes hacía adentro de y metabolitos hacía afuera del disco. Estructuralmente, el disco es una parte compuesta más bien compleja que involucra diversos tipos de materiales organizados en una forma compleja e intrincada. Las placas terminales vertebrales están cubiertas por una capa de cartílago de hialina compuesto de una matriz de colágeno como un componente de glicoproteína y agua. Además, aproximadamente 2 - 5% de su volumen está ocupado por células vivas que producen los componentes del cartílago.

El disco intervertebral espinal por sí mismo está compuesto principalmente de fibrilos de colágeno cristalino y proteoglicanos hidrofílicos amorfos. Aproximadamente 3 - 5% del volumen es ocupado por células vivas que producen sus constituyentes. Estructuralmente, el disco intervertebral espinal está compuesto de un núcleo similar a un hidrogel denominado el núcleo pulposo. Se agrega un anillo externo denominado el annulus fibrosus. La estructura del disco intervertebral espinal se representa esquemáticamente en la Figura 1 y se describe a continuación más abajo. El disco intervertebral espinal actúa primariamente como una articulación que soporta peso y flexible. Permite una rotación mutua, flexión y traslación de las vértebras adyacentes, a la vez que soporta una carga axial considerable. Además, el disco intervertebral espinal atenúa las vibraciones y choques mecánicos y previene su propagación a través del sistema del esqueleto. La capacidad de soportar carga y la flexibilidad en direcciones seleccionadas es lograda mediante la combinación del annulus fibrosus y el nucleus pulposus. El annulus fibrosus es una estructura en capas que es rígida en la dirección radial pero deformable en la dirección axial y por torque. La carga axial es soportada por el núcleo pulposo que la transforma parcialmente en un componente axial que está contenido en el annulus fibrosus. El annulus fibrosus está formado principalmente por fibrilos de colágeno organizados en varias capas. Cada capa tiene sus fibrilos de colágeno envueltos en un ángulo, y consecuentemente las capas tienen una orientación alterna. La organización del colágeno recuerda muy cercanamente la organización del refuerzo de fibras como en las composiciones utilizadas para recipientes a presión o cuerdas en las ruedas. Garantiza máxima resistencia a la tensión radial (o presión interna) a la vez que permite una deformación de formación en torque y flexionamiento.

Los extremos de los fibrilos están conectados a la vértebra adyacente y a la superficie cartilaginosa de las placas terminales vertebrales. Consecuentemente, el espació interno del annulus fibrosus está virtualmente sellado. Cualquier líquido que penetre en o fuera del núcleo tiene que pasar a través del tejido del annulus fibrosus o a través de las placas terminales vertebrales. Para alcanzar suficiente permeabilidad hidráulica, la estructura de colágeno del annulus fibrosus está suplementada por proteoglicanos embebidos entre los fibrilos del colágeno. Los proteoglicanos están hidratados de tal manera que el annulus fibrosus forma una suerte de composición de hidrogel anisotrópica altamente organizada. El dominio de colágeno forma una malla microfibrilar. El resultado de esta disposición es una deformabilidad suficiente en direcciones seleccionadas combinada con alta resistencia mecánica, y particularmente alta resistencia al desgarro y resistencia a la propagación de fracturas que son necesarias para una función de soporte de carga.

El nucleus pulposus está conectado al annulus fibrosus, pero no a las placas terminales. Tiene una concentración mucho más baja de colágeno (concentración que se incrementa con la edad) y una más alta concentración de proteoglicanos hidrofílicos. Consecuentemente, es una composición natural que de alguna manera se asemeja a un hidrogel y tiene un contenido de agua en equilibro muy alto (más de 90% en peso en personas jóvenes) . El contenido de agua y el volumen del nucleus pulposus depende de la osmolaridad del medio de hinchamiento y de la presión mecánica. La resistencia al descenso del contenido de líquido debido a presión mecánica se denomina "presión de hinchamiento". La presión de hinchamiento es la verdadera clave del funcionamiento del nucleus pulposus. A medida que la carga axial expele el líquido, la presión de hinchamiento se incrementa hasta que alcance el equilibrio con la carga externa. De acuerdo con lo anterior, el nucleus pulposus es capaz de contrabalancear y redistribuir la tensión axial, convirtiéndolas en componentes radiales que pueden ser confinados por el annulus fibrosus. Además, la deshidratación y rehidratación del nucleus pulposus bajo cargas variables impulsa el transporte de los metabolitos y nutrientes hacía adentro y fuera del disco intervertebral espinal. Por lo tanto, el nucleus pulposus actúa como una bomba osmótica que facilita el transporte de nutrientes y metabolitos hacia y desde el disco espinal y los tejidos circundantes. Esta función de transporte es esencial porque los componentes cartilaginosos (annulus fibrosus, nucleus pulposus y capas cartilaginosas de las placas terminales vertebrales) no están vascularizadas ni pueden ser soportadas con nutrición solamente por difusión.

Puesto que el nucleus pulposus es sustancialmente un tejido macroscópicamente isotrópico, tiene que estar organizado en sus niveles moleculares y supermolecualres para llevar a cabo todas estas funciones.

La estructura del nucleus pulposus es más bien ingeniosa. El nucleus pulposus está construido a partir de una composición de doble fase que consiste de sectores de colágeno cristalino que forman un andamio, y sectores de glicoproteína amorfa que forman un relleno hidrofílico. Los sectores de colágeno cristalino son responsables de la resistencia relativamente alta a una alta hidratación. Forman una malla microfibrilar que semeja el refuerzo fibroso en composiciones de alto rendimiento. El resultado de esta disposición es una deformabilidad suficiente combinada con suficiente resistencia mecánica aun con hidratación completa.

Los sectores amorfos son responsables por la absorción de agua en la generación de presión de hinchamiento. Están formados principalmente por glicoproteoglicanos de alto peso molecular solubles en agua. Los glicoproteoglicanos son polímeros altamente hidrofílicos y solubles en agua. Una pequeña porción de glicoaminoglicanos está enlazada de forma covalente al andamio de colágeno, haciéndolo hidrofílico y altamente humedecible... [Seguir leyendo]

1. Un implante de núcleo espinal para reemplazo de al menos una porción del tejido de nucleus pulposus retirado de un disco espinal de un vertebrado vivo para restaurar la función de dicho disco espinal y la articulación vertebral relacionada, e implantable en la cavidad creada por dicha eliminación del tejido del nucleus pulposus, que comprende:

un plástico hinchable, biomimético, que tiene una fase hidrófoba que tiene alta cristalinidad y bajo contenido de agua y con una fase hidrofílica que tiene baja cristalinidad y un alto contenido de agua, teniendo dicho plástico biomimético una forma inherente en la cual tiene una red polimérica relajada en un estado de hidratación completa, que tiene una forma de inserción en la cual es al menos parcialmente deshidratada a un estado de xerogel y conformable en un modo compactado para máxima eficiencia de la inserción quirúrgica, y capaz de expansión debido a la rehidratación parcial in situ en una forma en reposo que se conforma sustancialmente con el tamaño y forma de dicha cavidad y es capaz de un movimiento osmótico de líquido a través de la misma respuesta a cambios en la presión externa para así incrementar y disminuir el contenido de líquido en su estado hidratado, caracterizado porque dicho plástico biomimético es hinchable anisotrópicamente, teniendo un hinchamiento preferido en un plano vertical e hinchamiento suprimido en planos horizontales.

2. El implante de núcleo espinal de la reivindicación 1 donde dicho implante es deformable anisotrópicamente en su dicha forma de reposo que tiene deformabilidad preferida en un plano vertical y deformabilidad suprimida en planos horizontales bajo compresión en el plano vertical.

3. El implante de núcleo espinal de la reivindicación 1 donde dicho plástico hinchable, biomimético está al menos parcialmente hidratado en su estado de xerogel de inserción.

4. El implante de núcleo espinal de la reivindicación 1 donde dicho plástico hinchable, biomimético se ha conformado en una forma fisiológicamente segura al ser plastificado con un líquido no tóxico en su estado de xerogel de inserción.

5. El implante de núcleo espinal de la reivindicación 4 donde dicho líquido no tóxico está presente en una concentración menor de 50% en peso del plástico hinchable biomimético anisotrópicamente plastificado.

6. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 3 donde dicho líquido no tóxico se selecciona del grupo consistente de glicerol, monoacetato de glicerol, diacetato de glicerol, glicerilformal, dimetilsulfóxido, agua y mezclas de los mismos.

7. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicho plástico hinchable biomimético es un plástico hinchable anisotrópicamente hidratado donde en ambas dichas fases hidrófoba y dicha fase hidrofílica tiene cada una aspectos hidrófobos e hidrofílicos y dicha fase hidrófoba es una fase menos hidrofílica que tiene un contenido más alto de grupos hidrófobos y dicha fase hidrofílica es una fase menos hidrófoba que tiene un más alto contenido de grupos hidrofílicos, una con respecto a la otra.

8. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 7 donde dicho plástico hinchable anisotrópicamente, biomimético comprende un polímero no degradable con un esqueleto carbono-carbono.

9. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 7 donde dicha fase menos hidrofílica es una fase cristalina que contiene grupos nitrilo.

10. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 7 donde dicha fase hidrofílica tiene grupos hidrofílicos que son seleccionados de un grupo consistente de hidroxilo, carboxilo, carboxilato, amida N-sustituida, amidina y amidina N-sustituida.

11. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicho plástico hinchable, biomimético tiene un contenido de agua superior al 70% en peso en dicho estado de hidratación completa con agua desionizada.

12. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 11 donde dicho plástico hinchable, biomimético tiene un contenido de agua superior al 95% en peso en dicho estado de hidratación completa.

13. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicha fase más hidrofílica es un sector hidrofílico sustancialmente discreto disperso en un sector menos hidrofílico sustancialmente continuo.

14. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde tanto en la fase hidrofílica como la fase hidrófoba son sectores hidrofílicos sustancialmente continuos y sectores hidrófobos que forman una red interpenetrante.

15. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicha fase hidrófoba contiene una fase de polímero cristalino detectable por difracción de rayos X.

16. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 7 donde dicha fase más hidrófoba es un sector cristalino sustancialmente discreto disperso en un dominio más hidrofílico sustancialmente continuo.

17. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicho plástico hinchable, biomimético tiene una superficie hidrofílica lubricada.

18. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 17 donde dicha superficie se forma a manera de gradiente con incremento de grupos carboxílicos desde el centro de dicho implante hacia su superficie exterior.

19. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 donde dicho dispositivo implantable tiene al menos los dos siguientes componentes estructurales:

(a) un núcleo interno de dicho plástico hinchable; y

(b) una camisa externa que rodea dicho núcleo y está hecho de dicho plástico hinchable del cual es, en su estado completamente hidratado, menos hinchable que dicho núcleo interno.

20. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 1 incluyendo al menos un elemento de refuerzo de un material sustancialmente no hinchable embebido en dicho plástico hinchable, biomimético.

21. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 19 y que incluye adicionalmente al menos un elemento refuerzo de un material sustancialmente no hinchable embebido en dicho plástico hinchable, biomimético donde dicho al menos un elemento de refuerzo está localizado entre dicha camisa y dicho núcleo.

22. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 20 donde dicho al menos un elemento de refuerzo está hecho de un material implantable seleccionado del grupo consistente de metal, aleaciones de metales, carbono, cerámica, polímero y combinaciones de los mismos.

23. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 22 donde dicho polímero se selecciona de un grupo consistente de polímero acrílico, polímero metacrílico, poliéster, poliuretano, poliurea, poliolefina, poliolefina halogenada, polisacárido, polímero vinílico, polifosfazeno y polisiloxano.

24. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 19 donde dicho núcleo interno es adherente a y está en contacto con dicha camisa externa.

25. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 20 donde dicho elemento de refuerzo es más deformable en dirección axial que en dirección lateral bajo tensión axial.

26. El implante de núcleo espinal de acuerdo con la reivindicación 20 donde dicho elemento de refuerzo tiene una forma general seleccionada del grupo consistente de hélice, anillo, elipsoide, cilindro y fuelle.