Método de obtención de fosfato tricálcico {al}-estabilizado con elementos alfágenos y fosfato tricálcico {al}-estabilizado obtenido.

Se propone un proceso de obtención de fosfato tricálcico {al} ({al}-TCP) estabilizado con elementos alfágenos aplicable a la preparación de biomateriales para sustitución o regeneración ósea, así como a la ingeniería de tejidos. La preparación de {al}-TCP dopado con elementos alfágenos utiliza un método simple de molienda en que se mezclan los reactivos juntamente con agua. Después de secar la mezcla, se hace un tratamiento térmico, siendo posible, si se desea, prescindir del temple, o reducir la temperatura del tratamiento térmico, debido al efecto alfágeno de los dopantes. Asimismo, en el caso en el que se utilice el silicio como elemento estabilizante, es sabido que su introducción en el {al}-TCP da lugar a un compuesto final con una mayor bioactividad

Método de obtención de fosfato tricálcico α-estabilizado con elementos alfágenos y fosfato tricálcico α-estabilizado obtenido.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de biomateriales para la regeneración de tejidos duros, en los ámbitos de la cirugía ósea y odontología. Estos materiales se pueden preparar en forma de polvos que se pueden usar para la fabricación de cementos, recubrimientos, cerámicas densas o porosas, y se pueden aplicar para rellenar cavidades óseas, estabilizar fracturas óseas, recubrir prótesis o implantes y fijar prótesis o implantes. Asimismo, pueden actuar como soportes de liberación de fármacos (Drug Delivery Systems) y de crecimiento celular en ingeniería de tejidos (Tissue Engineerings scaffolds).

En particular la invención concierne a un método para la obtención de fosfato tricálcico α estabilizado con elementos alfágenos.

La invención también concierne a un fosfato tricálcico α estabilizado obtenido por la aplicación del método propuesto.

Estado de la técnica

En los últimos años, la comunidad científica ha realizado importantes avances en el campo del diseño y la fabricación de nuevos materiales para la sustitución y la regeneración del tejido óseo. Entre los distintos materiales desarrollados, merecen especial mención los que están basados en fosfatos de calcio, por su similitud con la fase mineral del hueso. Como es sabido, el tejido óseo está formado por una fase orgánica y una fase inorgánica. La fase orgánica está básicamente compuesta por colágeno y otras proteínas, mientras que la fase inorgánica es un fosfato de calcio, concretamente una hidroxiapatita deficiente en calcio carbonatada. Además de los iones carbonato, esta fase apatítica contiene también sustituciones iónicas de magnesio, sodio, estroncio, etc.

Los fosfatos de calcio han sido sintetizados en un alto número de formas, entre las cuales cabe mencionar las cerámicas densas o porosas, los cementos, los materiales compuestos, los recubrimientos, etc. Éstos presentan como principal característica su elevada bioactividad, de modo que son fácilmente integrados en el tejido óseo, y algunos son además reabsorbibles dando lugar a una progresiva sustitución por tejido óseo neoformado. De entre los distintos fosfatos de calcio, los más utilizados para aplicaciones clínicas son la hidroxiapatita y el fosfato tricálcico.

El fosfato tricálcico (Ca₃(PO₄)₂) es un compuesto que tiene tres formas alotrópicas. La fase estable a temperatura ambiente es la fase β (β-TCP) con una estructura hexagonal la cual se transforma a fase α (α-TCP), con estructura monoclínica por encima de 1125ºC [1], Incrementando la temperatura hasta 1430ºC, dicha fase se transforma en una nueva fase α' (α'-TCP) [1]. El β-TCP es fosfato tricálcico que se ha venido utilizando desde los años 80 como un material de regeneración ósea. Más recientemente, se ha puesto de relieve que el α-TCP es también un material con un gran potencial en el campo de los biomateriales para cirugía ortopédica y odontología, y se han descubierto un gran número de aplicaciones basadas en su uso. Concretamente, un gran número de formulaciones de cementos óseos de fosfato de calcio contienen α-TCP como reactivo, debido a que presenta una mayor solubilidad que la fase β [1,2]. Asimismo, el α-TCP se está usando también para la fabricación de cerámicas y recubrimientos, obteniéndose resultados enormemente esperanzadores como materiales para regeneración ósea [3].

El α-TCP es la fase estable por encima de la temperatura de transformación β-α (1125ºC aproximadamente). Para obtenerla a temperatura ambiente como una fase metaestable es necesario realizar un temple. Generalmente, se prepara mediante reacción en estado sólido a una temperatura superior a la temperatura de transformación β-α, a partir de reactivos que tengan una relación molar Ca/P adecuada, igual a 1,5. A continuación se realiza un temple (un enfriamiento rápido hasta temperatura ambiente) de forma que se impida la transformación a fase β, y se mantenga la fase α metaestable. En este sentido hay que mencionar que la necesidad de realizar un temple supone una serie de inconvenientes desde el punto de vista del proceso de fabricación del α-TCP. Por una parte, el material se ve sometido a un importante choque térmico, con la consiguiente creación de tensiones internas que dan lugar a defectos que comprometen la fiabilidad mecánica del material, y dificulta enormemente la fabricación de piezas cerámicas, densas o porosas, de α-TCP. Otro aspecto importante es que cuando se realiza un temple desde alta temperatura, no solo el material, sino también el horno sufre un importante choque térmico, al ser necesario abrirlo a una temperatura elevada, normalmente superior a los 1200ºC, para extraer el material sinterizado. Esto repercute directamente en una reducción de su tiempo de vida y plantea serios problemas de producción del material.

Es sabido que algunos elementos, como el silicio, el boro, el titanio y el aluminio, tienen un efecto alfágeno, es decir, tienden a estabilizar la fase α del TCP. Por los motivos expuestos, esta estabilización del α-TCP puede representar importantes beneficios tecnológicos. Por un lado, si se estabiliza esta fase implica que puede dejar de ser necesaria la realización de un temple para retener la fase α, o bien que debido a la disminución de la temperatura de transformación β-α, se puede preparar el material a temperaturas inferiores, simplificando de forma significativa el proceso. Entre los elementos alfágenos mencionados, tiene especial interés el silicio, puesto que a los beneficios descritos hay que añadir su efecto positivo desde el punto de vista de la mejora de la bioactividad de muchas biocerámicas, habiéndose demostrado que la incorporación de silicio en cerámicas de fosfato de calcio mejora su potencial de regeneración ósea [3,10].

Nuse, Welch y Gutt [4] y posteriormente Fix et al. [5] estudiaron el diagrama de fases Ca₂SiO₄-Ca₃(PO₄)₂, y mostraron que la incorporación de silicio tiene un efecto alfágeno, decreciendo la temperatura de transformación α-β, y dando lugar a la formación de una solución sólida con la estructura del α-TCP, estable cuando Ca₂SiO₄ está presente en un contenido molar inferior al 8% [4,5]. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que aunque el diagrama de fases puede predecir la existencia de ciertas fases termodinámicamente estables, su obtención mediante un proceso factible desde un punto de vista industrial puede ser enormemente difícil. Hay que tener en cuenta que para realizar el estudio mencionado [5], se llevaron a cabo tratamientos térmicos durante 21 días a alta temperatura y posteriormente se mantuvo a la temperatura correspondiente durante muchas horas para realizar el análisis de fases mediante difracción de rayos X.

De hecho, un intento de estabilizar el α-TCP a bajas temperaturas mediante la incorporación de silicio a partir de mezclas de Ca₂SiO₄, DCP y CaCO₃ posteriormente sinterizadas a 1250ºC y enfriadas lentamente en el horno no obtuvo resultados positivos [6].

Más recientemente, diversos investigadores han reportado la preparación de α-TCP estabilizado con silicio (Si-α-TCP) mediante métodos de precipitación y sol-gel [7-12]. En todos los casos el proceso de obtención se basa en la preparación en húmedo por sol-gel de un precipitado de hidroxiapatita coloidal, al que se adiciona el silicio, bien en forma de un precursor metal-orgánico (por ejemplo, TPOS o TEOS) [7,8] o bien en forma de sílica coloidal [9].

En la patente US 6585992 B2 (2003) [11], donde se propone un material para regeneración ósea basado en α-TCP estabilizado, bajo el nombre comercial Skelite (Millenium Biologix, Cañada), se describe de forma detallada este proceso de preparación. En el caso de la fabricación de polvos, para asegurar la incorporación del aditivo, se menciona la necesidad de controlar que éste no precipite en una fase previa, sino que se produzca una precipitación única con la mayor mezcla de los reactivos. El polvo obtenido es secado y posteriormente calcinado a 1000ºC. La caracterización posterior de los reactivos muestra que el material está compuesto... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la obtención de fosfato tricálcico estabilizado con elementos alfágenos, caracterizado por comprender las siguientes etapas: