Andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita, y procedimiento para la producción del mismo.

Un procedimiento para producir un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA),

quecomprende la etapa de formar una suspensión homogénea de colágeno y HA en una solución ácida, liofilizar lasuspensión a una velocidad de enfriamiento constante hasta que se alcanza una temperatura de congelación final de-10 °C a -70 °C, y calentar la cámara de liofilización hasta una temperatura de sublimación en la que en el andamioformado sublima una fase de hielo a vacío durante un período de tiempo adecuado para producir el andamio dematerial compuesto, en el que la relación de HA a colágeno en la suspensión es al menos 1:10 (p/p), y la cantidadde colágeno en la suspensión varía de 3 g/l a 8 g/l (p/p), en el que la suspensión homogénea de colágeno/HA seforma por las etapas de formar una suspensión homogénea ácida de colágeno y, a continuación, añadir la HA a lasuspensión de colágeno en condiciones de mezcla para garantizar la distribución homogénea de la HA en lasuspensión de colágeno, en el que la HA se añade en la forma de una suspensión de HA ácida.

Andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita, y procedimiento para la producción del mismo

Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) , y a andamios de material compuesto de colágeno/HA que pueden obtenerse por el procedimiento de la invención. Tales andamios se pueden usar en la regeneración ósea y en aplicaciones de ingeniería tisular.

Técnica anterior

Los injertos óseos son, después de las trasfusiones de sangre, los segundos en la lista de materiales trasplantados en todo el mundo. Además, el mercado mundial estimado anual para los materiales de injertos óseos es de aproximadamente 650 millones de dólares en todo el mundo. Cada año, se realizan en todo el mundo más de 4 millones de procedimientos de sustitución ósea que requieren el uso de un injerto óseo o andamio. El tratamiento clínico más habitual es un autoinjerto, mediante el cual se toma hueso de cuerpo del propio paciente y se vuelve a implantar. Sin embargo, existe una cantidad limitada de hueso que pueda ser retirado de un sitio de un donante particular y se requiere cirugía invasiva para su reimplantación. Otra opción es el uso de un haloinjerto, mediante el cual se extrae hueso de un donante de órgano. Los problemas con esta técnica se derivan del origen del hueso de un donante distinto. Asociado con dicho material hay un mayor riesgo de transmisión de enfermedades infecciosas. Además, en el hueso de dicho donante están presentes menores factores de crecimiento debido a que no contiene células vivas. Estos factores de crecimiento ayudan al crecimiento de nuevo hueso. Un andamio implantable ideal que promovería la formación de hueso que al mismo tiempo facilite el soporte de carga reduciría la necesidad de haloinjertos y autoinjertos. Sin embargo, en la actualidad estas técnicas tradicionales constituyen más del 90% de todos los procedimientos de injerto óseo. La razón de este déficit, aparte de los problemas descritos antes, es que todavía no se ha desarrollado un andamio vascularizado, mecánicamente competente y osteoconductor que se podría usar para producir hueso in vitro o provocar una osteogénesis in vivo. Dicho producto tendría un potencial comercial significativo.

Se han realizado diversos intentos usando numerosos materiales sintéticos para producir andamios viables para injertos óseos. Ejemplos incluyen poliestireno, titanio, poli (ácido láctico) (PLLA) , poli (ácido glicólico) (PGA) y poli (ácido láctico glicólico) (PLGA) . Sin embargo, todos estos materiales conllevan problemas asociados e inconvenientes que incluyen el riesgo de infección y dificultan el permitir una adecuada resorción que promueva la vascularización y el crecimiento de nuevo hueso. También se han usado materiales biológicos tales como sustratos basados en colágeno, gelatina, quitosán, agarosa y glucosaminoglucano (GAG) . Sin embargo, estos materiales no tienen propiedades mecánicas suficientes que permitan soportar la carga después del implante. El documento WO2006 095154 describe materiales compuestos de colágeno y fosfato de calcio que se producen usando mezcla mecánica o por precipitación in situ de una fase del tipo HA.

Declaraciones de la invención De acuerdo con la invención, se proporciona un procedimiento para producir un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9.

De forma típica, la solución ácida tiene una molaridad de al menos 0, 05M. En una realización preferida de la invención, la relación de HA a colágeno en la suspensión es mayor de 1:10 (p/p) , y en la que la molaridad de la solución ácida es mayor de 0, 05M. De forma típica, la relación de HA a colágeno en la suspensión es al menos 2:10 (p/v) , 3:10 (p/p) , 4:10 (p/p) , 5:10 (p/p) . En una realización preferida de la invención, la relación de HA a colágeno varía de 1:10 (p/p) a 50:10 (p/p) , de forma adecuada de 5:10 (p/p) a 30:10 (p/p) . De forma adecuada, la molaridad de la solución ácida es al menos 0, 06M, 0, 07M, 0, 08M, 0, 09M, 0, 10M, 0, 20M, 0, 30M, 0, 40M o 0, 50M. Lo ideal, la molaridad de la solución ácida varía de 0, 4M a 0, 6M.

En una realización preferida de la invención, la relación de HA a colágeno en la suspensión es al menos 5:10 (p/p) , y en la que la molaridad de la solución ácida es al menos 0, 10M. De forma típica, la molaridad de la solución ácida es al menos 0, 50M.

En una realización preferida de la invención, la relación de HA a colágeno en la suspensión es al menos 6:10 (p/p) ,

7:10 (p/p) , 8:10 (p/p) , 9:10 (p/p) o 1:1 (p/p) . En una realización de la invención, la relación de HA a colágeno en la suspensión es mayor de 1:1 (p/p) . En general, cuando se emplean tales niveles de HA en la suspensión, la molaridad de la solución ácida será de al menos 0, 5M.

En una realización preferida, la cantidad de colágeno en la suspensión puede variar de 4, 0 g/l a 6, 0 g/l.

De forma típica, la solución ácida comprende una solución de ácido acético. Sin embargo, para formar la solución ácida se pueden emplear otros ácidos orgánicos.

De forma adecuada, la suspensión homogénea de colágeno/HA se forma en condiciones adecuadas para minimizar la gelatinización del colágeno. Un procedimiento para garantizar una mínima gelatinización de colágeno durante la producción de la suspensión homogénea es mantener la suspensión a una temperatura suficientemente baja, en general de 1 °C a 5 °C, adecuadamente a aproximadamente 4°C.

La liofilización se lleva a cabo a una velocidad de enfriamiento constante. Esto significa que la velocidad de enfriamiento durante la liofilización no varía en más de +/-10% de la velocidad de enfriamiento objetivo, es decir, si la velocidad de enfriamiento deseada es de 1, 0 °C/min, y la velocidad de enfriamiento real varía de 0, 9 °C/min a 1, 1 °C/min, esta se consideraría, no obstante, una velocidad de enfriamiento constante. De forma típica, la velocidad de enfriamiento constante varía de 0, 1 °C/min a 10 °C/min. Preferiblemente, la liofilización se lleva a cabo a una velocidad de enfriamiento constante de 0, 5 °C/min a 1, 5 °C/min. Más referiblemente, la liofilización se lleva a cabo a una velocidad de enfriamiento constante de 0, 8 °C/min a 1, 1 °C/min. De forma típica, la liofilización se lleva a cabo a una velocidad de enfriamiento constante de aproximadamente 0, 9 °C/min. La temperatura de la cámara de liofilización al comenzar el procedimiento de liofilización (es decir, cuando la suspensión se coloca en la cámara) normalmente es mayor de 0 °C, preferiblemente a aproximadamente la temperatura ambiente.

La temperatura de congelación final deseada varía de -10 °C a -70 °C. De forma adecuada, la temperatura de congelación final deseada varía de -30 °C a -50 °C. De forma típica, la temperatura de congelación final deseada varía de -35 °C a -45 °C, de forma ideal aproximadamente -40 °C.

El procedimiento de liofilización incluye una etapa de secado, que se lleva a cabo después de que se alcanza la temperatura de congelación final. Esta etapa conlleva calentar la cámara de liofilización hasta una temperatura de sublimación (en general aproximadamente 0 °C) , preferiblemente a una velocidad de calentamiento constante. El procedimiento incluye, de forma típica, una etapa de sublimación final en la que sublima una fase de hielo en el andamio formado a vacío durante un período de tiempo adecuado.

En otra realización de la invención, el procedimiento de liofilización comprende una etapa de recocido. De forma típica, esta etapa implica aumentar la temperatura de la cámara de liofilización después de que se ha alcanzado la temperatura de congelación y, de forma típica, mantener la temperatura aumentada durante un período de tiempo antes de iniciar la etapa de secado. Por ejemplo, si la temperatura de congelación final es de -20 °C, la etapa de recocido se puede llevar a cabo aumentando la temperatura en etapas hasta -10 °C, y manteniendo a dicha temperatura durante un tiempo suficiente para permitir que exista crecimiento de cristales de hielo, antes de finalizar el secado del andamio. El tiempo de recocido puede variar de acuerdo con las características de poro deseadas, no obstante, se prefieren tiempos de recocido de 15 minutos a 120 horas.

En general, la HA empleada en la presente invención está en forma de polvo. De forma adecuada, el polvo de HA se selecciona del grupo que consiste en polvo de HA sinterizado; y polvo de HA no sinterizado. Ejemplos de polvos de HA sinterizados y no sinterizados, adecuados para la presente invención serán conocidos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) , que comprende la etapa de formar una suspensión homogénea de colágeno y HA en una solución ácida, liofilizar la suspensión a una velocidad de enfriamiento constante hasta que se alcanza una temperatura de congelación final de -10 °C a -70 °C, y calentar la cámara de liofilización hasta una temperatura de sublimación en la que en el andamio formado sublima una fase de hielo a vacío durante un período de tiempo adecuado para producir el andamio de material compuesto, en el que la relación de HA a colágeno en la suspensión es al menos 1:10 (p/p) , y la cantidad de colágeno en la suspensión varía de 3 g/l a 8 g/l (p/p) , en el que la suspensión homogénea de colágeno/HA se forma por las etapas de formar una suspensión homogénea ácida de colágeno y, a continuación, añadir la HA a la suspensión de colágeno en condiciones de mezcla para garantizar la distribución homogénea de la HA en la suspensión de colágeno, en el que la HA se añade en la forma de una suspensión de HA ácida.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la HA en suspensión ácida se añade en alícuotas.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que las alícuotas se añaden a la suspensión de colágeno a intervalos de 30 a 240 minutos.

4. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución ácida tiene una molaridad de al menos 0, 1 M.

5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la relación de HA a colágeno en la suspensión varía de 1:10 (p/p) a 50:10 (p/p) .

6. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la liofilización se lleva a cabo a una velocidad de enfriamiento constante de 0, 5 °C/min a 1, 5 °C/min.

7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura de congelación final varía de -30 °C a -50 °C.

8. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende además una etapa de recocido que comprende aumentar la temperatura en la cámara de liofilización después de que se ha alcanzado la temperatura de congelación final, y mantener la temperatura incrementada durante un período de tiempo antes de iniciar la etapa de secado.

9. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el andamio de material compuesto se reticula por un medio seleccionado del grupo que consiste en: reticulación deshidrotérmica; y reticulación química.

10. Un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) que comprende una distribución homogénea de polvo de hidroxiapatita en una matriz de colágeno porosa, en el que la relación de HA a colágeno es al menos de aproximadamente 1:10 (p/p) , y en el que el andamio de material compuesto tiene una porosidad de al menos 98% (v/v) y una rigidez en compresión de al menos 0, 4 kPa.

11. Un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) según la reivindicación 10 que tiene un tamaño de poros homogéneo.

12. Un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) según la reivindicación 10 u 11, que se reticula por medios deshidrotérmicos y con EDAC y tiene una rigidez en compresión de al menos 1, 0 kPa.

13. Un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 en el que el andamio de material compuesto está caracterizado por tener una conductividad del flujo a presión a través del andamio de al menos 1 x 10-10 m4/Ns.

14. Un andamio de material compuesto de colágeno/hidroxiapatita (HA) según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 para su uso como un implante óseo osteoconductor, un implante elaborado por ingeniería tisular, un sustituto de injerto óseo maxilofacial, un sustituto de injerto óseo dental, un implante de reparación de defectos del cartílago, o un implante de reparación de defectos osteocondrales.