Un material compuesto que comprende

- vidrio biocompatible y reabsorbible,

- un polímero de matriz biocompatible y reabsorbible y

- un agente de acoplamiento capaz de formar enlaces covalentes, caracterizado porque comprende adicionalmente un compatibilizador, en el que

- al menos el 10 % de las unidades estructurales del compatibilizador son idénticas a las unidades estructurales del polímero de matriz y

- el peso molecular del compatibilizador es menos de 30000 g/mol.

Material compuesto biocompatible y su uso.

La invención se refiere a un material compuesto que comprende vidrio biocompatible, un polímero de matriz biocompatible y un agente de acoplamiento capaz de formar enlaces covalentes. La invención se refiere adicionalmente al uso de este material compuesto, así como a los dispositivos que comprenden dicho material compuesto. La invención también se refiere a un procedimiento para elaborar un material compuesto de acuerdo con esta invención.

Antecedentes de la invención

Los implantes médicos pueden elaborarse a partir de aleaciones, cerámicas o compuestos tanto degradables como estables. La elección de selección de material de implantes es siempre una combinación de requerimientos de propiedades de materiales, el tipo de fijación necesitada, conocimientos y habilidades del médico, necesidades y expectativas del paciente y algunas veces ha de hacerse un compromiso entre los materiales disponibles y los requerimientos del procedimiento de curación y la calidad de vida después del traumatismo, fijación, etc. En general, la falta de materiales adecuados en el mercado restringe el desarrollo y el diseño de ciertos tipos de dispositivos implantables.

Las aleaciones tradicionalmente se han usado para fabricar clavijas, tornillos y placas para hueso y de hecho, para ciertas aplicaciones ellas todavía son adecuadas para llevar carga externa. Sin embargo, puede verse a menudo resorción ósea debido a la fuerza y rigidez de la aleación comparada con el hueso. Además de este problema de la dureza, otra desventaja es la falta de degradabilidad del material in vivo. Con el fin de evitar la resorción ósea después del procedimiento de curación, se requiere una segunda intervención quirúrgica para retirar el implante, que siempre causa un riesgo adicional y añade morbilidad para el paciente, mantiene ocupada la disponibilidad de clínica e incrementa los costes generales (Bradley y cols. Effects of flexural rigidity of plates on bone healing. J Bone Joint Surg 1979; 61A: 866-72.) .

Los polímeros bioestables y sus compuestos basados por ejemplo en polimetacrilato, polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE) , politetrafluoroetileno (PTFE) , polieteretercetona (PEEK) , polisiloxano y polímeros acrílicos se conocen en la bibliografía (S. Dumitriu, Polymeric Biomaterials 2ª ed., CRC Press, 2001) y se han usado compuestos poliméricos para elaborar implantes médicos. Sin embargo, no son ni bioactivos ni reabsorbibles y así no se reemplazarán por hueso natural. A pesar de que son más débiles que los implantes de aleación sufren problemas similares que las aleaciones y pueden requerir una segunda cirugía para reemplazar o eliminar el implante en el mismo punto del tiempo de vida del implante.

Las propiedades biológicas y mecánicas del hueso resultan de sus características microestructurales. El hueso es un material compuesto de componentes orgánicos e inorgánicos, donde la fase inorgánica o mineral representa el 6070 % del peso de hueso seco total. La fase orgánica es un material similar a gel viscoso compuesto principalmente de colágeno mientras que el componente mineral consiste en una forma cristalina de fosfato de calcio que contiene iones carbonato, pequeñas cantidades de sodio, magnesio, iones hidrogenofosfato y otros oligoelementos.

Se conocen en la materia diferentes composiciones de vidrio bioactivo. Son capaces de enlazar a hueso y tejido blando y pueden usarse para estimular el crecimiento de tejidos o el crecimiento óseo en un cuerpo de mamífero. El vidrio bioactivo también guía típicamente la formación de tejido nuevo, que crece dentro de dicho vidrio. Cuando los vidrios bioactivos entran en contacto con un entorno fisiológico, se forma una capa de gel de sílice sobre la superficie del vidrio. Después de esta reacción, el fosfato de calcio se deposita a esta capa y finalmente se cristaliza a un hidroxil-carbonato de apatita. Debido a esta capa de hidroxil-carbonato de apatita la resorción del vidrio bioactivo se ralentiza cuando se inserta dentro de un cuerpo de mamífero. Durante décadas, los vidrios bioactivos se han investigado como materiales de relleno óseo que pueden enlazar con hueso, incluso químicamente. Los recientes descubrimientos de las cualidades superiores de vidrios bioactivos han hecho a los materiales mucho más interesantes para estas aplicaciones. Se han vendido comercialmente ciertos vidrios bioactivos con los nombres comerciales de por ejemplo BonAlive®, Novabone ® y Biogran®. Los vidrios bioactivos se han usado en diferentes formas para aplicaciones médicas, tales como gránulos y placas para reconstrucción ortopédica y para reconstrucción de rellenado de cavidad ósea craneomaxilofacial y para reconstrucción ósea. Ciertas formulaciones de vidrio bioactivo se han descrito en la técnica anterior, por ejemplo publicaciones EP 802 890 y EP 1 405 647. Algunas composiciones de vidrios bioactivos se sabe que tienen efectos antimicrobianos, véanse por ejemplo publicaciones US 6.190.643 y US 6.342.207.

Otros tipos de composiciones de vidrio reabsorbible se conocen también en la materia. Los vidrios reabsorbibles no son necesariamente bioactivos, es decir no forman una fase de hidroxil-carbonato de apatita en la superficie vítrea. Las composiciones de vidrio reabsorbible se usan en la industria de fibra de vidrio para resolver el problema de que las fibras de vidrio acaben por ejemplo hasta en los pulmones durante la instalación de aislamiento de fibras de vidrio. La desaparición de las fibras es preferentemente relativamente rápida, de tal manera que no se causan al cuerpo efectos perjudiciales. Una composición de vidrio reabsorbible se describe en el documento EP 412 878. Las fibras se degradan en menos de 32 días. Tal velocidad de degradación es, sin embargo, demasiado rápida para la mayoría de las aplicaciones médicas, por ejemplo tornillos o clavijas para fijar defectos óseos o fracturas óseas.

Los documentos EP 915 812 y EP 1 484 292 revelan composición de vidrio biosoluble para mejorar la salud y seguridad laborales. El documento WO 03/018496 revela composiciones antiinflamatorias, de polvo de vidrio cicatrizante. La publicación US 6.482, 444 revela composiciones de vidrio derivadas de soles-geles bioactivos que contienen plata para usarse en materiales implantados, para preparación de dispositivos usados para cultivo celular in vitro y ex vivo.

El documento EP 802 890 revela una composición de vidrio bioactiva con un gran intervalo de trabajo. Se están eludiendo problemas de desvitrificación añadiendo potasio y opcionalmente magnesio al vidrio.

Un aspecto de la composición de fibra de vidrio es impedir efectos neurotóxicos y citotóxicos derivados de la composiciones de fibra de vidrio que contienen potasio y/o un pH local alto elevado debido a una velocidad de degradación demasiado rápida de las fibras de vidrio.

El documento US 6.399.693 presenta un material compuesto que comprende una mezcla de un polímero poliaromático funcionalizado de silano y un material orgánico o inorgánico que contiene restos reactivos con los grupos silano para proporcionar un enlace de convenio entre ellos. El documento tiene como objetivo proporcionar compuestos que tengan una estabilidad de interfase alimentaria.

El documento WO 98/46164 describe materiales de implante terapéuticos poliméricos biodegradables que incorporan cerámicas bioactivas tales como Bioglass® así como polímeros biodegradables.

Aunque los vidrios bioactivos y las fibras de vidrio se aceptan bien por el cuerpo y han probado ser excelentes biomateriales para aplicaciones de fijación ósea, los vidrios bioactivos carecen de las propiedades mecánicas requeridas para aplicaciones de llevar cargas. De hecho, el vidrio bioactivo es un material duro y frágil.

Los polímeros reabsorbibles se han usado para desarrollar implantes reabsorbibles. La ventaja de usar polímeros reabsorbibles es que los polímeros y así el implante se reabsorben en el cuerpo y los productos de degradación no tóxicos se metabolizarán por el sistema metabólico. Una desventaja de usar polímeros reabsorbibles no reforzados en dispositivos implantables es la falta de módulo de áridos de resistencia mecánica, especialmente cuando se compara con hueso cortical. Otra desventaja de los polímeros reabsorbibles es que no son bioactivos por sí mismos. Con el fin de lograr un dispositivo de polímeros biorreabsorbibles bioactivos, un compuesto o compuestos bioactivos, tales como vidrio bioactivo, necesita añadirse al dispositivo.... [Seguir leyendo]

1. Un material compuesto que comprende

- vidrio biocompatible y reabsorbible,

- un polímero de matriz biocompatible y reabsorbible y

- un agente de acoplamiento capaz de formar enlaces covalentes,

caracterizado porque comprende adicionalmente un compatibilizador, en el que

- al menos el 10 % de las unidades estructurales del compatibilizador son idénticas a las unidades estructurales del polímero de matriz y

- el peso molecular del compatibilizador es menos de 30000 g/mol.

2. Un compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el vidrio bioactivo y reabsorbible está en forma de fibras.

3. Un compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al menos el 30 % de las unidades estructurales del compatibilizador son idénticas a las unidades estructurales de la matriz polimérica.

4. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el peso molecular del compatibilizador es menos de 10000 g/mol.

5. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende adicionalmente un modificador de superficie capaz de proteger el vidrio y de incrementar la humectación del vidrio.

6. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad del vidrio biocompatible y reabsorbible es 1-90 % en peso del peso total de los componentes.

7. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad de polímero de matriz es 1-90 % en peso del peso total de los componentes.

8. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad de agente de acoplamiento es 0, 1-10 % en peso del peso total de los componentes.

9. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad de compatibilizador es 0, 1-20 % en peso del peso total de los componentes.

10. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el polímero de matriz y el compatibilizador están independientemente seleccionados del grupo constituido por poliláctidos (PLA) , poli-L-láctidos (PLLA) , poli-DL-láctidos (PDLLA) , poliglicólido (PGA) , copolímeros de glicólido, copolímeros de glicólido/carbonato de trimetileno (PGA/TMC) , copolímeros de láctido/tetrametilglicólido, copolímeros de láctido/carbonato de trimetileno, copolímeros de láctido/d-valerolactona, copolímeros de láctido/ε-caprolactona, copolímeros de L-láctido/DL-láctido (PLDLA) , copolímeros de glicólido/L-láctido (PGA/PLLA) , poliláctido-co-glicólido, terpolímeros de láctido/glicólido/carbonato de trimetileno, terpolímeros de láctido/glicólido/ε-caprolactona, copolímeros de PLA/óxido de polietileno, polidepsipéptidos, poli-1, 4-dioxano-2, 5-dionas 3, 6-sustituidas asimétricamente, polihidroxibutiratos (PHB) , copolímeros de PHB/b-hidroxivalerato (PHB/PHV) , poli-bhidroxipropionato (PHPA) , poli-p-dioxanona (PDS) , poli-d-valerolactona-poli-ε-caprolactona, copolímeros de poli (εcaprolactona-DL-láctido) , copolímeros de metilmetacrilato-N-vinilpirrolidona, poliesteramidas, poliésteres de ácido oxálico, polidihidropiranos, polialquil-2-cianoacrilatos, poliuretanos (PU) , alcohol polivinílico (PVA) , polipéptidos, ácido poli-b-málico (PMLA) , ácidos poli-b-alcanoicos, policarbonatos, poliortoésteres, polifosfatos, poli (ésteranhídridos) y mezclas de los mismos.

11. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de acoplamiento y el modificador de superficie están independientemente seleccionados del grupo constituido por organosilanos.

12. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el agente de acoplamiento está seleccionado del grupo constituido por alcoxisilanos.

13. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el modificador de superficie está seleccionado del grupo constituido por alquilsilanos.

14. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vidrio biocompatible y reabsorbible tiene la composición

SiO.

6. 70 % en peso, Na2O 5-20 % en peso, CaO 5-25 % en peso, MgO 0-10 % en peso, P2O5 0, 5-5 % en peso, B2O3 0-15 % en peso y AI2O3 0-5 % en peso.

15. Un compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende al menos dos vidrios biocompatibles y reabsorbibles que tienen diferentes composiciones.

16. Uso de un material compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-15 en la elaboración de un 10 dispositivo médico.

17. Un dispositivo médico que comprende un material compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-15.

18. Un dispositivo médico de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque es un implante.

19. Procedimiento para elaborar un material compuesto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-15, que 15 comprende las etapas de

- tratar la superficie del vidrio por extracción con agua desionizada con el fin de eliminar iones de dicha superficie

- añadir un agente de acoplamiento al vidrio y hacer reaccionar el vidrio con el agente de acoplamiento,

- añadir un compatibilizador a la mezcla de vidrio y agente de acoplamiento y hacer reaccionar el agente de 20 acoplamiento con el compatibilizador,

- añadir el material de matriz polimérica a la mezcla resultante.

Fig. 1