SOPORTE TRIDIMENSIONAL PARA PRODUCCIÓN ARTIFICIAL DE ÓRGANOS Y OTRAS ESTRUCTURAS DEL ORGANISMO HUMANO Y MÉTODO DE OBTENCIÓN DEL MISMO.
Soporte tridimensional para producción artificial de órganos y otras estructuras del organismo humano y método de obtención del mismo.
La invención se refiere a un método de obtención de un soporte tridimensional de apoyo a tareas de producción artificial de órganos y otras estructuras del organismo humano caracterizado por una geometría exterior, que se adapta a la forma de la estructura biológica original, rellena de un conjunto de semillas fractales sólidas que conforman una retícula tridimensional, que permite enfoques personalizados para adaptarse de forma óptima a las características propias del órgano o estructura del organismo objeto de producción artificial y que promociona el crecimiento de células vivas sobre el soporte tridimensional sintético obtenido
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201030956.
Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (10 %)
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID (90 %).
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: ALBELLA MARTIN,JOSE MARIA, LAFONT MORGADO,PILAR, ORTEGO GARCIA,PEDRO, MUÑOZ SANZ, JOSE LUIS, DIAZ LANTADA,ANDRES, MUÑOZ GUIJOSA,JUAN MANUEL, ECHAVARRI OTERO,JAVIER, ENDRINO ARMENTEROS,JOSE LUIS.
Fecha de Solicitud: 21 de Junio de 2010.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 6 de Junio de 2011.
Clasificación PCT:
- A61F2/00 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). › 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 proporcionar permeabilidad o para evitar que colapsen las estructuras tubulares del cuerpo, p. ej. stents (como artículos cosméticos, ver las subclases apropiadas, p. ej. pelucas o postizos, A41G 3/00, A41G 5/00, uñas artificiales A45D 31/00; prótesis dentales A61C 13/00; materiales para prótesis A61L 27/00; riñones artificiales A61M 1/14; corazones artificiales A61M 60/00).
Fragmento de la descripción:
Soporte tridimensional para producción artificial de órganos y otras estructuras del organismo humano y método de obtención del mismo.
Sector técnico
La invención se encuadra en el sector técnico de los dispositivos médicos destinados a promocionar tareas de producción artificial de órganos y otras estructuras del organismo humano, tareas que habitualmente se engloban en el área de la" medicina regenerativa" o de la "ingeniería de tejidos".
Estado de la técnica
La ingeniería de tejidos es una rama de la bioingeniería que se sirve de la combinación de células, métodos de ingeniería de materiales, bioquímica y fisicoquímica para mejorar o reemplazar funciones biológicas. En la práctica el término de ingeniería de tejidos esta íntimamente relacionado con las aplicaciones de reparar o reemplazar parcial o totalmente tejidos.
Así pues la "ingeniería de tejidos" es una especialidad que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida a la fabricación de sustitutos biológicos que mantengan, mejoren o restauren la función de órganos y tejidos en el cuerpo humano, siendo por tanto especialmente multidisciplinar, al incluir conceptos de ramas tan diversas como la biología celular, la microfabricación, la robótica y la ciencia de los materiales para diseñar partes de reemplazo del cuerpo humano.
Los destacados avances en estos campos durante las últimas dos décadas hacen que recientemente se haya acuñado, para denominar a este tipo de propuestas y tendencias, el término más general de "biofabricación", que hace referencia a la adaptación de tecnologías y procedimientos típicos de la ingeniería mecánica y de fabricación al desarrollo artificial, no sólo de tejidos, sino también de estructuras biológicas tridimensionales e incluso órganos comple- tos.
La ingeniería de tejidos ha experimentado grandes avances desde los años 80, fruto de la actividad de grandes investigadores como Eugene Bell o Robert S. Langer, ambos profesores del MIT, que comenzaron a promover la obtención de substratos con materiales y geometrías adecuados al cultivo de células y crecimiento de tejidos, que pudieran posteriormente usarse en intervenciones quirúrgicas (Langer, "Tissue Engineering", 1993).
Los progresivos avances en el campo de los polímeros biodegradables, en combinación con el desarrollo de tecnologías de fabricación automatizada, cada vez más versátiles, han hecho que a día de hoy puedan obtenerse substratos (scaffolds) con ciertas rugosidades, sobre los que se adhieren células vivas con factores de crecimiento, que se multiplican hasta cubrir el substrato. Una vez llegado a este punto todo el conjunto (substrato y recubrimiento) se implanta en zonas dañadas del organismo. Tras el implante las células se acomodan a su entorno y reproducen las funciones del tejido circundante, mientras que el substrato se reabsorbe progresivamente (Hollister, "Porous scaffold design for tissue engineering", 2005).
En base a los conocimientos adquiridos en las investigaciones sobre el crecimiento de tejidos bidimensionales, se está trabajando en la actualidad con la mirada puesta en la obtención de estructuras biológicas tridimensionales para la fabricación aditiva de órganos humanos. Se trata de una línea de investigación en la que ya se han obtenido avances significativos y se ha demostrado la posibilidad de obtener microestructuras tridimensionales biológicamente adecuadas por deposición "capa a capa" de células (Kucklick, "The Medical Device R&D Handbook", 2005).
De hecho la empresa Enviosiontec GmbH ya ha desarrollado su Bioplotter®, con el que se están obteniendo pequeñas estructuras tridimensionales por depósito "capa a capa" de células, junto a material biocompatible, y el concepto de "bioimpresora" comienza a utilizarse de forma prometedora. Se está tratando de conseguir un mayor número de tecnologías de impresión, en base a tecnologías RP convencionales con modificaciones adecuadas, que den lugar a máquinas más asequibles.
Aún quedan muchos progresos por hacer, no sólo en relación a la precisión de estas "bioimpresoras" y a los materiales biológicos y biomédicos que son capaces de depositar, sino también de cara a la fabricación de estructuras de más de 1 cm3. En concreto parece que el desarrollo de una adecuada red de capilares, que permita aportar nutrientes a dichas estructuras celulares tridimensionales recién creadas, constituye una de las principales limitaciones presentes (Mironov, "Review: Bioprinting - A beginning" 2006; Bartolo, "Biomaterials and prototyping applications in medicine", 2008). Otras tendencias para resolver las limitaciones principales quedan sintetizadas en el documento "Biofabrication: a 21st C. manufacturing paradigm" (Mironov, 2009).
Otro de los principales problemas de estas estructuras biológicas tridimensionales obtenidas por deposición "capa a capa" de células, está relacionada con los denominados "fallos por colapso", pues al superponer decenas de capas celulares para obtener estructuras tridimensionales (especialmente cuando las paredes de la estructura son finas) se llega a situaciones de inestabilidad y la estructura celular recién depositada falla y se desmorona, generalmente por no haberse constituido enlaces entre las células suficientemente estables. Como solución a este tipo de problemas se ha destacado en los últimos años la necesidad de estructuras de apoyo, con diseños adaptados a la geometría que se quiera construir, en muchos aspectos similares a los substratos bidimensionales para ingeniería de tejidos previamente comentados, sobre las que el crecimiento celular se vea promocionado y permite obtener estructuras tridimensionales estructuralmente y biológicamente estables.
En relación con estas estructuras o soportes tridimensionales de apoyo al crecimiento celular es importante destacar, por su relevancia, los siguientes documentos: US2010093093 "Manufacturing thee-dimensional scaffolds using electrospinning at low temperatures", KR100768881 "Three dimensional scaffold produced by using positive and negative photoresist", KR20090117140 "A three dimensional hybrid scaffold by bioplotting and electrospinning system", US2010075904 "Carbón nanotube composite scaffolds for bone tissue engineering", CN101584884 "Method for preparing biomimetic artificial bone materials for biodegradable tissue engineering", WO20050379956 "In vitro development of tissues and organs" o US5770417 "Three-dimensional fibrous scaffold containing attached cells for producing vascularized tissue in vivo".
En dichos documentos se explican diferentes aspectos ligados al empleo de soportes tridimensionales para el crecimiento celular y la obtención de estructuras biológicas, así como con los procedimientos y tecnologías de fabricación empleadas para obtener dichos soportes o para promocionar el crecimiento celular sobre ellos, sin embargo los procedimientos de fabricación empleados no permiten la obtención de estructuras con las que controlar de manera adecuada la rugosidad, porosidad, densidad y otras características relevantes de los substratos para promocionar el posterior crecimiento.
Si bien en algunos casos el enfoque pretende ser biomimético los resultados tridimensionales continúan siendo muy limitados por la complejidad geométrica de dichos enfoques, la dificultad de fabricación asociada y las dificultadas de cara a controlar los principales factores de influencia desde la etapa de diseño.
Por otro lado el empleo de tecnologías de fabricación automatizada está permitiendo también la fabricación directa de estructuras tridimensionales, con precisión adecuada, en base a geometrías previamente diseñadas con ayuda de programas de diseño asistido por computador (diseños CAD), lo que resulta efectivo a la hora de optimizar tiempos y costes en proyectos asociados al desarrollo de este tipo de soluciones biomédicas.
Sin embargo las geometrías alcanzables mediante el empleo de estos programas de diseño asistido por computador resultan especialmente limitadas a la hora de intentar realizar diseños biomiméticos, que simulen la porosidad, textura, rugosidad, resistencia y defectos propios de los órganos y tejidos corporales, sobre los que el crecimiento celular y tisular se ve promocionado.
Así resulta relativamente sencillo obtener, empleando programas "CAD", estructuras o andamios para crecimiento tridimensional de células (comúnmente denominadas "scaffolds") formados por la superposición de múltiples...
Reivindicaciones:
1. Método de obtención de un soporte tridimensional para producción artificial tejidos u de órganos del organismo humano caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
a) análisis de una zona correspondiente a un tejido mediante la determinación de los parámetros siguientes:
b) diseño, a partir de los parámetros anteriores, de una estructura comprendiendo una pluralidad de semillas con sus centros distribuidos espacialmente según una malla tridimensional, presentando dichas semillas una superficie de geometría fractal con un tamaño, rugosidad y distancia relativa entre centros tal que dichas semillas se unen mediante intersección para reproducir, con el crecimiento de las células, la morfología de la zona analizada,
c) fabricación del soporte tridimensional de acuerdo con el diseño anterior en un material apto para la adherencia y crecimiento de células.
2. Método según la reivindicación 1, donde las semillas son de forma esférica.
3. Método según la reivindicación anterior, donde las semillas fractales se obtienen aplicando a sus radios una variación aleatoria o browniana.
4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los parámetros de la zona corporal se obtienen mediante el procesamiento de imágenes médicas de dicha zona tomadas mediante al menos una de las siguientes técnicas:
5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una etapa adicional de validación del diseño a través de la comparación con imágenes de la zona analizada.
6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de análisis determina también la densidad, dureza y contenido en agua de la zona analizada.
7. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de fabricación emplea un material seleccionado entre:
8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de fabricación emplea un material biológico seleccionado entre: colágeno, almidón, quitina, celulosa, agar, fibrina, cera, resina, seda de araña o alginato o una combinación de los anteriores.
9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de fabricación emplea tecnologías aditivas.
10. Método según la reivindicación anterior, donde la tecnología aditiva se selecciona entre las siguientes:
11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de fabricación incluye realizar un recubrimiento superficial de una capa mediante tecnologías de:
12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de fabricación incluye realizar un recubrimiento superficial mediante procesos de deposición sol - gel de una capa de gel con agentes antibióticos o con factores de crecimiento.
13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de fabricación comprende además la esterilización por vapor, por óxido de etileno, por radiación, por plasma o por dióxido de carbono en estado supercrítico, en función del material del soporte.
14. Soporte tridimensional para producción artificial de un tejido del organismo humano caracterizado por que comprende una pluralidad de semillas con sus centros distribuidos según una malla tridimensional, presentando las superficies de las semillas una geometría fractal, donde cada semilla se une con al menos otra para generar un armazón con una densidad, porosidad y rugosidad aptas para el crecimiento de células de dicho tejido.
15. Soporte tridimensional según la reivindicación 14, caracterizado por que las semillas son de un material seleccionado entre:
16. Soporte tridimensional según la reivindicación 14, caracterizado por que las semillas son de un material biológico seleccionado entre:
colágeno, almidón, quitina, celulosa, agar, fibrina, cera, resina, seda de araña o alginato o una combinación de los anteriores.
Patentes similares o relacionadas:
Tejidos y fibras médicos de polihidroxialcanoato, del 22 de Julio de 2020, de TEPHA, INC.: Una malla quirúrgica, material de sutura, dispositivo de ligamento sintético, dispositivo de tendón sintético o andamiaje que comprenden una fibra absorbible con retención […]
Esfínter artificial mejorado, del 1 de Julio de 2020, de Lüleci, Hüseyin: Un esfínter artificial que contiene, en uso, un fluido isotónico, dicho esfínter artificial que comprende: unos medios de oclusión […]
Implante quirúrgico para la reparación de la pared muscular, del 1 de Julio de 2020, de JOHNSON & JOHNSON MEDICAL GMBH: Un implante quirúrgico adaptado para reparar un defecto del tejido o de la pared muscular, que comprende una sección exterior y una sección interior (6; […]
Prótesis de reparación de tejidos blandos y dispositivo expansible, del 24 de Junio de 2020, de C.R. BARD, INC.: Un dispositivo de reparación de hernias, que comprende: una prótesis de reparación de tejidos blandos que tiene un primer lado y un segundo lado; […]
Instrumentos quirúrgicos articulados, del 10 de Junio de 2020, de C.R. BARD, INC.: Un instrumento quirúrgico que comprende: un mango ; y un conjunto de eje alargado que se extiende distalmente desde el mango , […]
Preparación de supercóntigos de tejido regenerativo, del 20 de Mayo de 2020, de LIFECELL CORPORATION: Un supercóntigo de tejido seco, que comprende: una "acellular tissue matrix" (matriz de tejido acelular - ATM) en forma de partículas; y un polímero; en donde […]
Métodos para fabricar prótesis mamarias, del 20 de Mayo de 2020, de LIFECELL CORPORATION: Un método para fabricar una prótesis implantable que comprende preparar una cubierta de un implante mamario o expansor de tejido de silicona; […]
Materiales de injerto para procedimientos quirúrgicos de mama, del 13 de Mayo de 2020, de LIFECELL CORPORATION: Un dispositivo médico para procedimientos quirúrgicos mamarios: una muestra tipo lámina de material biocompatible, en donde la muestra de material biocompatible […]