METODO DE OBTENCION DE FOSFATO TRICALCICO ALFA-ESTABILIZADO CON ELEMENTOS ALFAGENOS Y FOSFATO TRICALCICO ALFA-ESTABILIZADO OBTENIDO.

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

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900550.

Solicitante: UNIVERSITAT POLITECNICA DE CATALUNYA.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: BARCELONA.

Inventor/es: GINEBRA MOLINS,MARIA PAU, MESTRES BEA,GEMMA.

Fecha de Solicitud: 24 de Febrero de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 13 de Junio de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61F2/28 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61F FILTROS IMPLANTABLES EN LOS VASOS SANGUINEOS; PROTESIS; DISPOSITIVOS QUE MANTIENEN LA LUZ O QUE EVITAN EL COLAPSO DE ESTRUCTURAS TUBULARES, P. EJ. STENTS; DISPOSITIVOS DE ORTOPEDIA, CURA O PARA LA CONTRACEPCION; FOMENTACION; TRATAMIENTO O PROTECCION DE OJOS Y OIDOS; VENDAJES, APOSITOS O COMPRESAS ABSORBENTES; BOTIQUINES DE PRIMEROS AUXILIOS (prótesis dentales A61C). › A61F 2/00 Filtros implantables en los vasos sanguíneos; Prótesis, es decir elementos de sustitución o de reemplazo para partes del cuerpo; Dispositivos para unirlas al cuerpo; Dispositivos para mantener la luz o para evitar que se colapsen las estructuras tubulares del cuerpo, p. ej. stents (como artículos cosméticos, ver las subclases apropiadas, p. ej pelucas, postizos, A41G 3/00, A41G 5/00, uñas artificiales A45D 31/00; prótesis dentales A61C 13/00; materiales para prótesis A61L 27/00; corazones artificiales A61M 1/10; riñones artificiales A61M 1/14). › Huesos (articulaciones A61F 2/30).
  • A61L27/12 A61 […] › A61L PROCEDIMIENTOS O APARATOS PARA ESTERILIZAR MATERIALES U OBJECTOS EN GENERAL; DESINFECCION, ESTERILIZACION O DESODORIZACION DEL AIRE; ASPECTOS QUIMICOS DE VENDAS, APOSITOS, COMPRESAS ABSORBENTES O ARTICULOS QUIRURGICOS; MATERIALES PARA VENDAS, APOSITOS, COMPRESAS ABSORBENTES O ARTICULOS QUIRURGICOS (conservación de cuerpos o desinfección caracterizada por los agentes empleados A01N; conservación, p. ej. esterilización de alimentos o productos alimenticios A23; preparaciones de uso medico, dental o para el aseo A61K). › A61L 27/00 Materiales para prótesis o para revestimiento de prótesis (prótesis dentales A61C 13/00; forma o estructura de las prótesis A61F 2/00; empleo de preparaciones para la fabricación de dientes artificiales A61K 6/02; riñones artificiales A61M 1/14). › Materiales que contienen fósforo, p. ej. apatito.
  • C01B25/32 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 25/00 Fósforo; Sus compuestos (C01B 21/00, C01B 23/00 tienen prioridad; perfosfatos C01B 15/16). › Fosfatos de magnesio, calcio, estroncio o bario.
  • C04B35/447 C […] › C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 35/00 Productos cerámicos modelados, caracterizados por su composición; Composiciones cerámicas (que contienen un metal libre, de forma distinta que como agente de refuerzo macroscópico, unido a los carburos, diamante, óxidos, boruros, nitruros, siliciuros, p. ej. cermets, u otros compuestos de metal, p. ej. oxinitruros o sulfuros, distintos de agentes macroscópicos reforzantes C22C ); Tratamiento de polvos de compuestos inorgánicos previamente a la fabricación de productos cerámicos. › a base de fosfatos.

Clasificación PCT:

  • A61F2/28 A61F 2/00 […] › Huesos (articulaciones A61F 2/30).
  • A61L27/12 A61L 27/00 […] › Materiales que contienen fósforo, p. ej. apatito.
  • C01B25/32 C01B 25/00 […] › Fosfatos de magnesio, calcio, estroncio o bario.
  • C04B35/447 C04B 35/00 […] › a base de fosfatos.

PDF original: ES-2344397_B1.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

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]

 


Reivindicaciones:

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

i) una molienda mecánica de una o varias fuente de calcio y fósforo con una relación molar Ca/P menor a 1,6 y un óxido de un elemento alfágeno estabilizador de la fase α del fosfato tricálcico; y

ii) la aplicación de un tratamiento térmico hasta una temperatura máxima entre 1100 y 1400ºC, utilizando como fuente de calcio y fósforo uno o más compuestos con un contenido de elementos betágenos menor a 100 ppm y una superficie específica mayor a 30 m2/g, y empleando un óxido del elemento alfágeno nanométrico, con una superficie específica mayor a 50 m2/g.

2. Proceso según la reivindicación 1, en donde dicha relación molar Ca/P está comprendida entre 1,41 y 1,50.

3. Proceso según la reivindicación 1 ó 2, en donde dicha fuente de calcio y fósforo es hidroxiapatita (HA).

4. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho elemento alfágeno es el silicio.

5. Un proceso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque después del citado tratamiento térmico se obtiene un producto que contiene fosfato tricálcico α como fase cristalina mayoritaria.

6. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento térmico va seguido de un enfriamiento lento en el horno sin realizar un temple.

7. Un proceso según la reivindicación 4, caracterizado por la obtención de una fase α estabilizada con silicio en una proporción superior al 95% respecto a las fases cristalinas presentes.

8. Un proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque la HA tiene un bajo contenido en elementos betágenos (estabilizadores de la fase beta), como el magnesio y el estroncio, preferiblemente inferior a 100 ppm.

9. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el tratamiento térmico aplicado alcanza una temperatura igual o superior a 1000ºC, preferiblemente superior a 1200ºC, seguido de un enfriamiento en el horno.

10. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura máxima está entre 1125 y 1400ºC durante un tiempo superior a 30 minutos para asegurar la transformación completa a fase α.

11. Un proceso según la reivindicación 4, caracterizado porque el silicio estabilizante está presente en una relación molar de SiO2/HA de 0,10-0,50, preferiblemente entre 0,16 y 0,50 y más preferiblemente entre 0,45 y 0,50.

12. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de molido se realiza en húmedo, es decir con adición de agua, hasta alcanzar una adecuada mezcla de los reactivos.

13. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso de molido se realiza en un molino de ágata y con bolas de ágata.

14. Un proceso según la reivindicación 12, caracterizado por una adición de agua en una relación de 2-2,5 mL por gramo de HA.

15. Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho elemento alfágeno estabilizador de la fase α del fosfato tricálcico es el boro, el titanio o el aluminio, utilizando en el proceso descrito, los respectivos óxidos.

16. Fosfato tricálcico α estabilizado con elementos alfágenos, obtenible por un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.


 

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