Hidrogeles que presentan superficies cargadas para la sustitución de cartílago.

Implante quirúrgico (100) para sustituir cartílago en una articulación de mamífero,

que comprende un material dehidrogel que contiene un polímero sintético, estando dicho implante quirúrgico (100) caracterizado porque presentaal menos una superficie lisa y lubricada (112) con una densidad de carga eléctrica negativa que favorece lasinteracciones lubricadas con fluido sinovial de mamífero.

Hidrogeles que presentan superficies cargadas para la sustitución de cartílago.

Antecedentes de la invención Esta invención se refiere a implantes quirúrgicos para sustituir o reparar cartílago hialino, en articulaciones tales como rodillas, caderas, hombros, etc. Tal como se utiliza en la presente memoria, todas las referencias a implantes, cirugía, etc., se refieren a la implantación quirúrgica (incluyendo artroscópica) de un dispositivo en una articulación de mamífero.

Tal como se conoce en la técnica, los hidrogeles son materiales que son algo flexibles y elásticos, y no presentan estructuras cristalinas o rígidas. En la forma hidratada, contienen moléculas de agua, que pueden penetrar a través de una matriz (es decir, red tridimensional) de fibras reticuladas flexibles. En los animales, casi todos los tipos de tejidos blandos son hidrogeles, con matrices que se componen de colágeno (una proteína en haz que proporciona resistencia a la tracción) y filamentos de proteoglicanos (hebras proteicas extremadamente delgadas rodeadas por hialuronato, un polímero natural) .

Debido a que los tejidos naturales son hidrogeles, se han realizado muchos esfuerzos para utilizar hidrogeles como materiales de cultivo celular. Aunque estos materiales presentan numerosas utilizaciones en laboratorio, la utilización de implantes de hidrogel para sustituir cartílago lesionado o enfermo, en cirugía en seres humanos, ha sido muy limitada, por varios motivos. Las únicas ventas de tales implantes de hidrogel que se conocen por el solicitante se producen en Europa, por una iniciativa comercial en la que participa Salumedica (una empresa europea) y Arthrex (una empresa americana) . Se cree que esos implantes se limitan a “tapones” relativamente pequeños que se utilizan y se someten a prueba para ver si pueden reparar defectos del cartílago relativamente pequeños. Ese enfoque presenta inconvenientes que limitan su utilidad y eficacia, incluyendo notablemente problemas que implican bordes menores y desviaciones que conducen a superficies potencialmente abrasivas alrededor de la periferia de cualquier tapón insertado de este tipo rodeado por cartílago. Además, se cree que esos implantes se componen de poli (alcohol vinílico) (PVA) , que no es tan resistente ni duradero como otros materiales de hidrogel conocidos.

Debe observarse otra distinción importante entre esos esfuerzos, y el enfoque descrito en la presente memoria. Esencialmente en todos los casos, los implantes descritos en la presente memoria se diseñarán para sustituir por completo la totalidad de un segmento de cartílago (tal como la totalidad del canal femoral, la meseta tibial o una superficie rotuliana) , en vez de intentar insertar un pequeño tapón o disco de hidrogel sintético en un defecto que permanecerá rodeado por cartílago natural.

La mayor parte de los hidrogeles descritos en artículos científicos o médicos incluyen hidrogeles que se componen de colágeno, la proteína natural que proporciona la matriz que rodea y soporta las células en casi todos los tejidos blandos en los animales. Sin embargo, los hidrogeles de colágeno presentan problemas y limitaciones, si se utilizan en implantes para sustituir cartílago. Esos problemas incluyen: (1) el riesgo de que una proteína foránea provoque un rechazo de tejido, especialmente si la proteína procede de una fuente no humana tal como cuero (la fuente de la mayor parte del colágeno disponible para pruebas y utilización) ; (2) las fibras de colágeno normalmente se digieren, se reabsorben y se sustituyen en el plazo de un periodo de meses, como parte de los procesos de regeneración de tejido naturales; (3) son necesarios habitualmente productos químicos tóxicos para reticular las fibras de colágeno de manera que creen matrices; y, (4) el colágeno presenta menos resistencia y durabilidad que diversos tipos de polímeros sintéticos conocidos.

Por consiguiente, el solicitante ha evitado el colágeno y se ha centrado en su lugar en polímeros sintéticos para crear implantes diseñados para durar al menos 10 años (y preferentemente para el resto de la vida que le quede al paciente, especialmente en el caso de pacientes ancianos) .

Aunque se utilizan determinados hidrogeles sintéticos (tal como poli (metacrilato de hidroxi-etilo) ) para lentes de contacto y portadores de fármacos de liberación lenta, no son lo suficientemente resistentes ni duraderos como para sustituir el cartílago hialino. Se describen otros polímeros biocompatibles en patentes tales como las patentes US 3.822.238 (Blair et al 1974) , 4.107.121 (Stoy 1978) , 4.192.827 (Mueller et al 1980) , 4.424.305 (Gould et al 1984) ,

4.427.808 (Stol et al 1984) y 4.563.490 (Stol et al 1986) , y procedimientos de recubrimiento de capas de hidrogel sobre materiales de “sustrato” más duros en patentes tales como las patentes US 4.921.497 (Sulc et al 1990) y

5.688.855 (Stoy et al 1997) .

Sin embargo, ninguno de ellos está utilizándose para sustituir cartílago hialino en articulaciones que soportan carga, tales como rodillas o caderas. En su lugar, las artroplastias de rodilla y cadera utilizan hoy en día componentes de plástico y metálicos rígidos. En un implante de rodilla típico, se sierra el hueso tibial (en la espinilla) por debajo de la rodilla, y se sustituye la totalidad del segmento superior de hueso por una pieza de aleación de titanio, con un recubrimiento de plástico de polietileno de alta densidad (HDPE) sobre el cóndilo superior, para proporcionar la meseta tibial. También se sierra el extremo inferior del fémur (en el muslo) , y se sustituye por una pieza de metal

duro que presenta “canales” redondeados compuesta por una aleación de cobalto-cromo. De manera similar, en una artroplastia de cadera, se corta la superficie de la cavidad acetabular del hueso pélvico y se pule, y se sustituye por una pieza de titanio con un recubrimiento de polietileno. También se sierra la cabeza superior del fémur, y se sustituye por una pieza de metal que presenta una superficie redondeada compuesta por cobalto-cromo.

Estas operaciones infligen un grave daño a los músculos, los tendones, los ligamentos, los huesos y los vasos sanguíneos, en y alrededor de una rodilla o cadera. Producen un intenso dolor, y puesto que infligen tal daño sobre los tejidos y la vasculatura, muchos ancianos nunca se recuperan totalmente de estas cirugías. Una cirugía menos invasiva, que utilice implantes flexibles más pequeños que podrían insertarse a través de incisiones más pequeñas, proporcionarían importantes ventajas, si tales implantes pudieran ser lo suficientemente resistentes.

Los problemas que hacen que los hidrogeles sean demasiado débiles y frágiles para su utilización en artroplastias de rodilla o cadera han surgido debido a que, en un hidrogel típico, las fibras que mantienen junto el gel captan sólo una pequeña parte del volumen (habitualmente menos de aproximadamente el 10%, y muchos hidrogeles contienen menos del 5% en volumen de fibras) . Incluso en hidrogeles sintéticos relativamente densos y tenaces, los cordones poliméricos captan habitualmente sólo aproximadamente el 30% del volumen, mientras que el 70% restante es espacio “intersticial” (es decir, huecos dentro de la matriz fibrosa) . Cuando se hidrata un gel, esos espacios intersticiales se llenan con moléculas de agua. Puesto que las moléculas de agua no pueden contribuir de ninguna manera significativa a la resistencia de un hidrogel, deben imponerse grandes cargas sobre las fibras que forman la matriz y mantienen juntas las moléculas de agua.

Los problemas de baja resistencia y durabilidad también se ven agravados por la falta de una estructura cristalina en un hidrogel. Si un material de hidrogel tuviera una estructura cristalina, con unidades de repetición en filas y columnas regulares que reforzarían la matriz, sería más resistente, pero no sería flexible ni elástico de manera adecuada. En su lugar, los hidrogeles utilizan largas cadenas moleculares orgánicas que no son rectilíneas, y en su lugar presentan estructuras en “zig-zag”, habitualmente con ángulos de aproximadamente 110 grados entre enlaces adyacentes en cada átomo de carbono. Estas cadenas de polímero “en zig-zag” son útiles, puesto que permiten que las moléculas o bien se compriman o bien se estiren de manera elástica y mullida pero sin rotura, pero no pueden proporcionar el tipo de refuerzo o resistencia que se proporcionaría mediante redes cristalinas.

Las uniones de reticulación que conectan las moléculas de hidrogel entre sí también contribuyen a la elasticidad y flexibilidad de los geles. Estas uniones de reticulación no se producen a intervalos... [Seguir leyendo]

1. Implante quirúrgico (100) para sustituir cartílago en una articulación de mamífero, que comprende un material de hidrogel que contiene un polímero sintético, estando dicho implante quirúrgico (100) caracterizado porque presenta al menos una superficie lisa y lubricada (112) con una densidad de carga eléctrica negativa que favorece las interacciones lubricadas con fluido sinovial de mamífero.

2. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 1, en el que una matriz (122) de refuerzo fibrosa flexible está

insertada dentro de al menos una parte del material de hidrogel. 10

3. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la superficie lisa y lubricada (112) presenta una densidad de carga eléctrica negativa dentro de un intervalo comprendido entre aproximadamente -50 y aproximadamente -250 milimolar, cuando se mide mediante equilibración de sodio.

4. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la superficie lisa y lubricada (112) contiene átomos de azufre.

5. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la superficie lisa y lubricada (112) contiene átomos de flúor. 20

6. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la superficie lisa y lubricada (112) ha sido tratada con un reactivo químico que crea enlaces de reticulación entre moléculas poliméricas.

7. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el implante presenta una 25 superficie de anclaje provista de medios para anclar el implante a una superficie de hueso preparada.

8. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 7, en el que los medios para anclar el implante a una superficie de hueso preparada comprende unas clavijas (170) que están diseñadas para encajar dentro de unos receptáculos (180) de alojamiento que pueden insertarse en una superficie de hueso preparada antes de la inserción del implante 30 quirúrgico (100) en una articulación.

9. Implante quirúrgico (100) según la reivindicación 7, en el que al menos una parte de la superficie de anclaje comprende un material (150) poroso que favorece el crecimiento de tejido tras la implantación quirúrgica.

10. Implante quirúrgico según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el implante (100) presenta dos superficies lisas y lubricadas, y está dimensionado y diseñado para sustituir tejido del menisco o rodete.

11. Implante quirúrgico según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el polímero sintético se selecciona de entre el grupo constituido por compuestos y derivados de poliacrilonitrilo y poliuretano. 40

12. Procedimiento para fabricar un implante quirúrgico no reabsorbible (100) para sustituir cartílago en una articulación de mamífero, estando dicho procedimiento caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a. crear un material de hidrogel que presenta al menos una superficie lisa (112) para articulación tras la 45 implantación quirúrgica, y

b. someter al menos una superficie lisa del material de hidrogel a un tratamiento químico que imparte una carga eléctrica negativa a la superficie lisa (112) , de manera que cree una densidad de carga que favorezca las interacciones lubricadas entre la superficie lisa (112) y el fluido sinovial de mamífero.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el tratamiento químico crea una densidad de carga eléctrica negativa sobre la superficie lisa dentro de un intervalo comprendido entre aproximadamente -50 y aproximadamente -250 milimolar, cuando se mide mediante equilibración de sodio.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que una matriz de refuerzo fibrosa se extiende a través de al menos una parte del material de hidrogel.

15. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el material de hidrogel está formado a partir de un polímero sintético seleccionado de entre el grupo constituido por compuestos y derivados de poliacrilonitrilo y poliuretano. 60