MATERIAL COMPUESTO POROSO, CORRESPONDIENTE PROCESO DE PREPARACIÓN Y SU USO PARA REALIZAR DISPOSITIVO PARA INGENIERÍA TISULAR.

Material compuesto poroso que comprende al menos un biopolímero interdisperso con un componente mineral que comprende,

en términos de peso, del 50% al 95% de fosfato α-tricálcico (α-TCP) y, siempre en términos de peso, del 5% al 50% de fosfato octocálcico (OCP), con respecto al peso total del componente mineral

La presente invención se refiere a un material compuesto poroso, a su correspondiente proceso de preparación y a su uso para la regeneración ósea y/u osteocartilaginosa y para la realización de dispositivos para ingeniería tisular.

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Como es sabido, el tejido óseo es un material compuesto biomineralizado sumamente complejo, constituido 5 principalmente por componentes inorgánicos tales como, por ejemplo, hidroxiapatita (HA) y agua (70-80%), y por componentes orgánicos tales como, por ejemplo, colágeno de tipo I, proteoglicanos y otras proteínas no colágenas (20-30%). Durante la formación del hueso, sobre el componente orgánico en su forma fibrosa se acumulan y se asocian íntimamente nanocristales de hidroxiapatita de baja cristalinidad, de manera tal de formar un material compuesto nanoestructurado con excelentes propiedades mecánicas y elásticas. 10

La carencia de hueso y la correspondiente necesidad de reintegrar el volumen desaparecido o la necesidad de incrementar el volumen existente constituye un gran desafío en el campo ortopédico, maxilofacial y neuroquirúrgico. Como sustitutos óseos han sido estudiados y propuestos varios biomateriales, los cuales deben demostrar elevadas propiedades de biocompatibilidad y al mismo tiempo características biomiméticas tales de activar mecanismos biológicos con tejidos óseos anfitriones y sus componentes celulares, promoviendo los procesos 15 de nueva formación y de consolidación ósea. Una vez completada esta función, usualmente esos materiales vienen reabsorbidos en su totalidad, dejando espacio exclusivo al hueso de nueva formación. Este proceso de regeneración normalmente viene indicado como “regeneración ósea guiada”.

Por ejemplo, en la solicitud de patente de invención internacional WO 03/071991 se describe una matriz porosa, que se puede emplear como material para regeneración ósea, que se compone de un polímero fibrilar, 20 insoluble en agua, en particular un colágeno insoluble, un derivado de colágeno o un derivado de gelatina modificada, mineralizado con fosfato de calcio. El biopolímero se puede utilizar mezclado con un ligando soluble en agua, por ejemplo colágeno soluble, gelatina, ácido poliláctico, ácido poliglicólico y otros. La mineralización ha sido obtenida tratando las fibras poliméricas con una solución acuosa de iones de calcio e iones de fosfato con un pH básico. Luego el ligando soluble en agua ha sido agregado y mezclado con la solución acuosa de biopolímero 25 mineralizada; sucesivamente la mezcla obtenida ha sido enfriada y liofilizada. La matriz porosa puede ser reticulada agregando, por ejemplo, glutaraldehído.

La solicitud de patente de invención internacional WO 06/031196 da a conocer un compuesto poroso que se compone de un biomaterial y de una carga mineral. El biomaterial puede ser seleccionado a partir de una amplia gama de productos, entre los cuales proteínas (por ejemplo, colágeno, elastina, gelatina y otros), péptidos, 30 polisacáridos. La carga mineral puede ser fosfato de calcio, por ejemplo apatita o apatita sustituida o brucita, fosfato tricálcico, fosfato octacálcico. El biomineral podría ser reticulado con varios agentes reticulantes, tales como acrilamidas, diones, glutaraldehído, acetaldehído, formaldehído o ribosa. El compuesto puede ser preparado mezclando el biomaterial y la carga mineral en agua según los varios métodos, para obtener una suspensión, que luego será liofilizada. 35

El artículo de Chun-Hsu Yao et al. “Calvarial bone response to tricalcium phosphate-genipin crosslinked gelatin composite”, Biomaterials 26 (2005), páginas 3.065-3.074, describe un estudio sobre la respuesta biológica in vivo de un compuesto biodegradable poroso obtenido a partir de gelatina reticulada con genipina y partículas de cerámica de fosfato tricálcico. Para producir la reticulación de la gelatina, a una solución acuosa de gelatina, en una proporción del 18% del peso, se ha agregado una solución acuosa de genipina, en una proporción del 0,5% del 40 peso. Posteriormente, se ha agregado fosfato tricálcico bajo la forma de partículas con un tamaño de 200-300 μm (Merck). Después de la solidificación, el compuesto ha sido congelado a -80°C y liofilizado.

En el artículo de Yoshitake Takahashi et al. “Osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells in biodegradable sponges composed of gelatin and β-tricalcium phosphate”, Biomaterials 26 (2005), páginas 3.587-3.596, se describe la preparación de materiales porosos biodegradables que se componen de gelatina y fosfato β-45 tricálcico y su uso para la diferenciación osteogénica in vitro de células estaminales mesenquimales. Esos materiales han sido preparados por reticulación de gelatina con glutaraldehído en presencia de fosfato β-tricálcico y posterior liofilización.

En el artículo de Hae-Won Kim et al. “Stimulation of osteoblast responses to biomimetic nanocomposites of gelatin-hydroxyapatite for tissue engineering scaffolds”, Biomaterials 26 (2005), páginas 5.221-5.230, finalmente se 50 refiere a un estudio sobre la respuesta in vitro de células osteoblásticas en presencia de un nanocompuesto a base de colágeno/hidroxiapatita. El nanocompuesto ha sido preparado mediante coprecipitación de hidroxiapatita con una solución de gelatina y posterior liofilización. La hidroxiapatita puede ser obtenida agregando iones de calcio e iones de fosfato a la solución de gelatina o bien mezclando directamente hidroxiapatita en polvo con la solución de gelatina. 55

Los solicitantes se han puesto el objetivo de obtener un material compuesto poroso a usar para acelerar la regeneración ósea y/u osteocartilaginosa, que exhiba una adecuada velocidad de reabsorción in vivo, proporcionada a los procesos de rápida formación de nuevo tejido, de modo que dicho material compuesto sea sumamente adecuado para llevar a cabo técnicas de regeneración ósea y/u osteocartilaginosa y realizar dispositivos para ingeniería tisular. 60

Los solicitantes sorprendentemente han hallado que este problema puede ser resuelto mediante un material compuesto poroso según lo descrito en las reivindicaciones que están más adelante, donde hay al menos un biopolímero interdisperso que tiene un componente mineral calcio-fosfático que comprende, en términos de peso, del 50% al 95% de fosfato α-tricálcico (α-TCP, α-Ca3(PO4)2) y, siempre en términos de peso, del 5% al 50% de fosfato octocálcico (OCP, Ca8H2(PO4)6·5H2O) con respecto al peso total del componente mineral. Dicha 5 combinación de α-TCP y OCP permite una mayor velocidad de reabsorción in vivo y, por lo tanto, una más rápida formación de nuevo tejido óseo con un componente mineral de baja cristalinidad con estructura nanocristalina, dichas características siendo muy similares a las características de las apatitas biológicas.

Por consiguiente, de conformidad con un primer aspecto, la presente invención se refiere a un material compuesto poroso que comprende al menos un biopolímero interdisperso con un componente mineral que 10 comprende, en términos de peso, del 50% al 95% de fosfato α-tricálcico (α-TCP) y del 5% al 50% de fosfato octocálcico (OCP), con respecto al peso total del componente mineral.

Preferentemente, el componente mineral comprende, en términos de peso, del 60% al 85% de α-TCP y del 15% al 40% de OCP. Más preferentemente, el componente mineral comprende, en términos de peso, del 70% al 80% de α-TCP y del 20% al 30% de OCP. 15

Preferentemente, el biopolímero es una proteína o un polisacárido. Mejor aún, el biopolímero es una proteína soluble en agua, en particular una gelatina de origen animal obtenida, por ejemplo, por extracción de un tejido biológico como, por ejemplo, músculo, tejido conectivo, por ejemplo, hueso, tendón, ligamento o cartílago, o bien piel o dermis.

Preferentemente el material compuesto poroso comprende, en términos de peso, del 30% al 99%, más 20 preferentemente del 55% al 95%, de dicho al menos un biopolímero, y, siempre en términos de peso, del 1% al 70%, más preferentemente del 5% al 45% del componente mineral según se ha definido arriba, el porcentaje siendo expresado con relación al peso total del material compuesto poroso.

De conformidad con otro aspecto, la presente... [Seguir leyendo]

1. Material compuesto poroso que comprende al menos un biopolímero interdisperso con un componente mineral que comprende, en términos de peso, del 50% al 95% de fosfato α-tricálcico (α-TCP) y, siempre en términos de peso, del 5% al 50% de fosfato octocálcico (OCP), con respecto al peso total del componente mineral. 5

2. Material compuesto poroso según la reivindicación 1, donde el componente mineral comprende, en términos de peso, del 60% al 85% de α-TCP y del 15% al 40% de OCP.

3. Material compuesto poroso según la reivindicación 2, donde el componente mineral comprende, en términos de peso, del 70% al 80% de α-TCP y del 20% al 30% de OCP.

4. Material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde el 10 componente mineral es obtenido mediante hidrólisis parcial in situ de α-TCP.

5. Material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde dicho al menos un biopolímero es una proteína o un polisacárido.

6. Material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que comprende, en términos de peso, del 30% al 99%, mejor aún del 55% al 95%, de dicho al menos un polímero, y, siempre en 15 términos de peso, del 1% al 70%, mejor aún del 5% al 45%, del componente mineral.

7. Material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde dicho al menos un biopolímero es sometido a reticulación.

8. Material compuesto poroso según la reivindicación 7, donde dicho al menos un biopolímero viene reticulado empleando genipina. 20

9. Material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que posee una estructura porosa con tamaño medio de las partículas comprendido en el intervalo de 1 a 500 μm.

10. Material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que además comprende células diferenciadas e/o indiferenciadas, autólogas u homólogas, factores de crecimiento u otras proteínas y/o estimuladores biológicos. 25

11. Proceso para preparar un material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que comprende las etapas operativas de:

- mezclar al menos un biopolímero con un componente mineral que esencialmente se compone de fosfato α-tricálcico (α-TCP) en un medio acuoso para así obtener una espuma;

- dejar reposar la espuma obtenida de esta manera por un tiempo suficiente para obtener la gelificación del 30 biopolímero;

- enfriar la espuma a una temperatura menor que -20°C, preferentemente menor que -90°C;

- liofilizar la espuma enfriada.

12. Proceso según la reivindicación 11, donde al medio acuoso, además, se le agrega al menos un agente reticulante. 35

13. Proceso según la reivindicación 12, donde dicho agente reticulante es genipina.

14. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones de 11 a 13, donde la etapa de liofilización viene llevada a cabo a una temperatura no superior a -20°C, preferentemente comprendida entre -40°C y -60°C, por un tiempo no inferior a 18 horas, preferentemente entre 24 horas y 3 días, bajo presión reducida, menor que 10 milibares, preferentemente comprendida entre 0,1 y 1,0 milibares. 40

15. Utilización de un material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones de 1 a 10 para la manufacturación de un material para la regeneración ósea y/u osteocartilaginosa.

16. Utilización de un material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones de 1 a 10 para la manufacturación de un dispositivo para ingeniería tisular.

17. Utilización de un material compuesto poroso según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones 45 de 1 a 10 para la manufacturación de un sustituto óseo y/u osteocartilaginoso.