FABRICACIÓN DE ANDAMIOS TRIDIMENSIONALES CON VIDRIOS MESOPOROSOS BIOACTIVOS MEDIANTE PROTOTIPADO RÁPIDO.

Fabricación de andamios tridimensionales con vidrios mesoporosos bioactivos mediante prototipado rápido.

Se fabrica un andamio macroporoso (200 - 1.000 micras) a partir de un vidrio bioactivo mesoporoso de porosidad previamente conocida (2 - 50 nm) que se mezcla con los componentes necesarios para obtener una pasta de la consistencia necesaria para que pueda ser inyectada por un robot de prototipado rápido. La posterior eliminación de estos coadyuvantes por calcinación lleva a la obtención de un material cerámico puro y manejable.

El método permite conservar esta porosidad inicial y obtener así un andamio de porosidad tridimensional diseñada e interconectada. Además, el andamio no presenta en su composición polímeros por lo que se evitan los posibles problemas de toxicidad que puedan conllevar.La composición y estructura de los andamios fabricados los hacen óptimos para ser utilizados en ingeniería de tejidos para regeneración ósea y como sistema liberador de principios activos.

Fabricación de andamios tridimensionales con vidrios mesoporosos bioactivos mediante prototipado rápido.

Sector de la técnica

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico de fabricación de materiales para la regeneración de tejido óseo. De forma más concreta, la invención se refiere a la fabricación de andamios macroporosos de porosidad tridimensional controlada y ordenada, a través de la técnica de prototipado rápido. Los andamios obtenidos son utilizables en ingeniería de tejidos.

Estado del arte

La ingeniería tisular consiste en el sembrado y la adhesión in vivo de células humanas sobre una estructura, un andamio. Las células, una vez implantadas, proliferan, migran y se diferencian en tejido específico mientras segregan los componentes necesarios para crear el tejido requerido. La elección de la estructura a implantar es crucial para que permita a las células comportarse de una manera adecuada para producir los tejidos de una determinada forma y tamaño. Diversos materiales han sido utilizados para la fabricación de estas estructuras o andamios para ingeniería tisular, tanto materiales cerámicos y polímeros sintéticos como naturales derivados de fosfatos de calcio y colágeno.

Entre estos materiales, los vidrios bioactivos son una familia de materiales conocidos y utilizados en clínica para la regeneración de pequeños defectos óseos desde hace décadas. Estos materiales tienen la capacidad de formar una unión estable con el tejido circundante (el hueso) una vez que son implantados en el organismo.

La reciente inclusión de mesoporosidad en los vidrios bioactivos ha supuesto un avance significativo en estos materiales. Por una parte, el aumento de la superficie específica conlleva una mayor reactividad química por lo que la cinética de los procesos químicos que conlleva el proceso bioactivo es sensiblemente mayor. Por otra parte, la porosidad uniforme y elevado volumen de poro confieren a estos materiales la capacidad de actuar como “portadores” de fármacos (López-Noriega. A. et al. Chemistr y of Materials 2006, 18, 13, 3137) .

Los vidrios mesoporosos bioactivos, que ya han demostrado su biocompatiblidad en ensayos celulares (Alcalde, M. et al. Acta Biomaterialia 2009, DOI: 10.1016/j.actbio. 2009.09.008) , presentan unas características que los convierten en excelentes candidatos para ser utilizados como componentes de andamios para ingeniería tisular para regeneración ósea. Su rápida cinética bioactiva garantiza una unión estable y pronta del andamio con el tejido óseo. La posibilidad de incorporar altas dosis de antibióticos o antiinflamatorios a estos materiales podría ser utilizada para disminuir las complicaciones inherentes a la intervención quirúrgica del implante como procesos infecciones o procesos inflamatorios,

o bien para favorecer la regeneración del tejido óseo (cargando fármacos antiostreoporóticos, proteína morfogénica de hueso, ...) . Por otra parte, es conocido que los productos de disolución de los vidrios bioactivos favorecen la proliferación de los osteoblastos (células formadoras de hueso) , por lo que la capacidad de regeneración ósea in vivo se vería incluso más favorecida.

Por ello, además de la importancia de su composición, los andamios para ingeniería tisular deben cumplir una serie de requisitos estructurales que garanticen la correcta proliferación de las células cultivadas, los osteoblastos. Los poros deben tener un tamaño de 300-500 micras que permitan la correcta fijación de las células en el material. Además, éstos deben estar interconectados por ventanas que permitan la migración celular y una correcta perfusión de fluidos para la nutrición y respiración celular.

Con el fin de lograr estos objetivos ya se han sintetizado andamios tridimensionales macroporosos de vidrios mesoporosos bioactivos (Y. Zhu et al. Microporous and Mesoporous Materials 2008, 112, 494; X. Li et al. Chemistr y of Materials 2007, 19, 4322; H. Yun et al Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 2008, 374) . La mayoría de las técnicas utilizadas para la fabricación de estos andamios con estos materiales se basan en la introducción y posterior eliminación de plantillas poliméricas durante la síntesis de los vidrios mesoporosos bioactivos. Sin embargo, la utilización de tales plantillas (espumas de poliuretano, metilcelulosa) llevan a la obtención de materiales con pobres propiedades mecánicas y sin ningún control morfológico macroscópico que garantice la interconexión de los macroporos del andamio.

Para salvar los inconvenientes del uso de plantillas en la síntesis de andamios macroporosos se ha utilizado la técnica de prototipado rápido. Esta técnica permite la fabricación de materiales con la estructura deseada a partir de un diseño previamente realizado en formato CAD. En el prototipado rápido un robot-inyector reproduce el esquema de la pieza a fabricar previamente programado inyectando una pasta en el que se encuentra el material del que se compondrá el andamio. Esta tinta es una suspensión estable del material junto a posibles coadyuvantes necesarios para realizar esta suspensión en el disolvente adecuado. La posterior evaporación del disolvente de esta pasta da como resultado la obtención del andamio. Esta técnica permite fabricar materiales con forma, macroporosidad e interconexiones controladas, ya que han sido previamente diseñadas.

Existen documentos que describen la fabricación de andamios macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo mediante prototipado rápido (H. Yun et al Chemical Communications 2007, 2139, H. Yun et al. Chemistr y of Materials 2007, 19, 6363. US2008/0103227) donde se obtienen andamios compuestos por un composite vidrio mesoporoso bioactivo-policaprolactona.

El método de fabricación parte de un intermedio de síntesis, precursor del vidrio, a partir del cual se forma un material poroso utilizando una plantilla polimérica, que posteriormente se elimina por calcinación, para poder generar un material poroso (1-100 nm) . La macroporisidad final del andamios se consigue añadiendo un polímero (como la policaprolactona) al material poroso obtenido una vez molido, para después realizar un prototipado rápido. Los materiales que se consiguen tienen una muy reducida superficie específica lo que conlleva una reactividad química menor y por lo tanto una cinética bioactiva disminuida. Además, la presencia de un polímero implica una serie de problemas asociados. Por ejemplo, el PGLA (ácido poliglicólico-poliláctico) es rápidamente degradado, saturando la capacidad del organismo para eliminarlo de los tejidos. Por el contrario, otros polímeros como la ε-PCL presentan serios problemas para ser reabsorbidos como consecuencia de su bioestabilidad. Los andamios así obtenidos tienen una pobre resistencia mecánica además de presentar un ordenamiento mesoporoso defectuoso, lo que impide controlar los valores finales de superficie y porosidad de los materiales.

A la vista del estado de la técnica sería deseable desarrollar un método de fabricación de andamios que permita obtener materiales de porosidad conocida, ordenada y controlada, que le confiera unas propiedades texturales (superficie específica, volumen de poro) y bioactivas mejoradas para su uso como implantes en ingeniería tisular.

Para ello, la presente invención propone un método de fabricación de andamios donde se parte de un material bioactivo de porosidad conocida que no sufre modificaciones en tal porosidad en el proceso de fabricación del andamio. Durante tal proceso, la porosidad del material inicial se conserva a la vez que se consigue una macroporosidad deseada utilizando la técnica de prototipado rápido. Se obtiene así un andamio macroporoso de vidrio bioactivo mesorporoso puro, que no requiere la presencia de un biopolímero consiguiéndose así una mejor cinética bioactiva y permitiendo que el andamio sea utilizado como portador de grandes dosis de un fármaco. La técnica puede ser, además, aplicada para conformar cualquier cualquier material mesoporoso de sílice como SBA-15 o MCM-41.

Breve descripción de la invención

Se describe un método para la obtención de andamios macroporosos tridimensionales de biovidrio mesoporoso altamente ordenado. Partiendo de vidrio mesoporoso puro se preparan andamios tridimensionales con porosidad prediseñada tanto a nivel de mesoporo (2-50 nm) como de macroporo (200-1.000 micras) . De esta forma se pueden preparar andamios... [Seguir leyendo]

1. Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo que comprende las siguientes etapas:

(a) Molienda en medio orgánico anhidro de un vidrio mesoporoso bioactivo de porosidad conocida (2-50 nm) .

(b) Suspensión del vidrio pulverizado en un disolvente orgánico y mezcla con una disolución de policaprolactona en el mismo disolvente.

(c) Estabilización de la disolución resultante y evaporación del disolvente para obtener una pasta.

(d) Inyección de la pasta obtenida en un robot de prototipado rápido y posterior secado de la pieza obtenida.

(e) Eliminación de la policaprolactona por calcinación.

2. Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde la molienda se realiza en medio orgánico anhidro hasta alcanzar un tamaño de partícula menor de 32 micras.

3. Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde el vidrio molido se suspende en diclorometano o cloroformo y se mezcla con una disolución de policaprolactona en el mismo disolvente.

4. Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde la estabilización de la disolución se realiza mediante ultrasonidos.

5. Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde la calcinación del andamio se realiza a 800ºC durante 3 horas.

6. Andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo obtenibles a través del método reivindicado caracterizados porque presentan una porosidad prediseñada e interconectada tanto de mesoporo (2-50 nm) como de macroporo (200-1.000 micras) .

7. Andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 6, que pueden incluir principios activos.

8. Uso de los andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo reivindicados como implantes para la regeneración de tejido óseo.

9. Uso de los andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo reivindicados como sistema de liberación de principios activos.