Materiales biomédicos.

Un procedimiento para la preparación de un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con silicato y carbonato,

cuyo procedimiento comprende:

formar un precipitado de fosfato de calcio conteniendo silicio y opcionalmente carbono mediante un método de precipitación acuosa que implica preparar una disolución acuosa que comprende iones fosfato, iones silicato, iones calcio y opcionalmente iones carbonato, donde la relación de Ca/P y de Ca/(P + Si) en la disolución se mantiene por encima de aproximadamente 1,67; y calentar el precipitado en una atmósfera que es dióxido de carbono y opcionalmente agua e impurezas que no se pueden evitar para formar un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con silicato y carbonato.

Materiales biomédicos La presente invención se refiere a materiales biomédicos tales como materiales sintéticos para sustitución de huesos. En particular, la presente invención se refiere un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con carbonato y silicato y a un procedimiento para su preparación.

Los efectos combinados del envejecimiento de la población y de las mayores expectativas en la calidad de vida han dado como resultado una demanda global de implantes ortopédicos para la sustitución o el aumento de huesos y articulaciones dañados. En el injerto óseo, los patrones de oro actuales incluyen el uso de autoinjertos y aloinjertos, pero estos procedimientos son reconocidos de forma creciente como no ideales debido a las limitaciones en el suministro y la consistencia. Se han considerado los materiales cerámicos para el uso como sustitutos del injerto óseo para sustituir o ampliar los injertos óseos tradicionales durante 30 años. En particular, se han promovido los fosfatos de calcio, tales como la hidroxiapatita como resultado de sus propiedades osteoconductores.

De acuerdo con esto, a medida que la técnica quirúrgica y el conocimiento médico continúan avanzando, se ha producido un crecimiento en la demanda de materiales sintéticos para sustitución de huesos. Por consiguiente, existe un creciente interés en el desarrollo de materiales sintéticos para sustitución de huesos para rellenar defectos óseos de soporte de carga y sin soporte de carga, tales como en la reconstrucción de articulaciones y facial.

La biocompatibilidad de la hidroxiapatita, vinculada a las similitudes entre la estructura cristalina de la hidroxiapatita y el contenido mineral del hueso, ha llevado a un gran interés por la hidroxiapatita como un material para el aumento de los defectos óseos. El grupo de la apatita de minerales se basa en el fosfato de calcio, teniendo la hidroxiapatita estequiométrica una relación molar de Ca/P de 1, 67. La hidroxiapatita tiene la fórmula química Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. Se ha notificado que la hidroxiapatita sintética se ha utilizado como un material para sustitución del hueso en las formas porosa, granular, pulverizada en plasma y densa. Las investigaciones han demostrado que la hidroxiapatita es estructuralmente similar al principal componente inorgánico del hueso humano. Las diferencias entre la hidroxiapatita sintética y la biológica dan como resultado que la primera es menos biológicamente activa y que tiene una menor resistencia que la hidroxiapatita biológica. Se ha mostrado que la hidroxiapatita biológica contiene cantidades significativas de entre 3 a 7 % en peso de carbonato así como cantidades traza de otros elementos que incluyen sodio, potasio y magnesio. Existen evidencias de que el grupo carbonato puede sustituirse en dos sitios, los sitios del fosfato (Sitio B) y del hidróxido (Sitio A) ; la apatita biológica es de forma predominante una apatita de tipo B.

Se ha demostrado que el silicio, en pequeñas cantidades, tiene un efecto significativo sobre el desarrollo y el crecimiento del tejido duro de los cuerpos vivos. Se ha señalado que el silicio está localizado en las zonas de crecimiento activo, tales como el osteoide de huesos jóvenes en ratas y ratones. La importancia del silicio en la formación del hueso está apoyada adicionalmente por las propiedades positivas de los materiales cerámicos vítreos y materiales cerámicos que contienen silicatos bioactivos. Se cree que el silicio penetra en el la red cristalina de la hidroxiapatita en el sitio del fosfato (sitio B) . Se cree que el silicio existe y/o sustituye como ion silicio o como ion silicato. El documento PCT/GB97/02325 describe un material de hidroxiapatita sustituido con silicato.

Sprio y col, MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING, Elsevier Science S.A, CH, vol. 28, nº 1, p 179-187 dan a conocer las propiedades fisicoquímicas y el comportamiento de la solubilidad del polvo de hidroxiapatita multisustituida que contiene silicio. Mijon y col, ACTA BIOMATERIALIA, ELSEVIER, NL, vol.2, nº 5, p 567-574 dan a conocer películas de hidroxiapatita sustituida con silicio revestidas por inmersión.

La presente invención está destinada a resolver al menos alguno de los problemas asociados con la técnica anterior y proporciona novedosos materiales biomédicos basados en diversos materiales de fosfato de calcio sustituidos simultáneamente.

De acuerdo con esto, la presente invención proporciona un procedimiento para la preparación de un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con silicato y carbonato de acuerdo con la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas a la anterior.

Se describirá ahora en detalle la presente invención. En los siguientes párrafos se definen con más detalle diferentes aspectos/realizaciones de la invención. Cada aspecto/realización definido de esta manera puede combinarse con cualquier otro aspecto/realización o aspectos/realizaciones a no ser que se indique claramente lo contrario, En particular, se pueden combinar cualesquiera características indicadas como preferidas o ventajosas con cualquier otra característica o características preferidas o ventajosas El material de fosfato de calcio comprenderá normalmente una apatita y de forma más preferible una hidroxiapatita. El material de fosfato de calcio es preferentemente un material de fase única o esencialmente un material de fase única.

Para evitar dudas, el término sustituido con silicato tal como se usa en el presente documento, abarca también sustituido con silicio. Igualmente, sustituido con silicio tal como se usa en el presente documento abarca también sustituido con silicato. Esta interpretación se aplica igualmente a sustituido con carbonato y sustituido con carbono.

Por el término sustituido se entiende que los iones de silicato/carbonato están sustituidos en la red cristalina del cristal de apatito y no se añade meramente, en contraste con la técnica anterior.

Para evitar dudas, donde se usan porcentajes de iones de silicato/carbonato en el presente documento, estos porcentajes están en peso.

La disolución acuosa esta de forma ventajosa sustancialmente exenta de cationes no biocompatibles. Preferentemente, la disolución acuosa está sustancialmente exenta de cationes diferentes de los iones de calcio e hidrógeno.

La disolución acuosa puede comprender o no iones carbonato, aunque es preferible que la disolución contenga iones carbonato. Esto facilita la sustitución de más iones carbonato en la estructura.

El precipitado se recogerá y secará usualmente antes de la etapa de calentamiento.

La atmósfera donde el precipitado se calienta comprende preferentemente de 0 a 0, 05 gramos de agua por litro de gas (dióxido de carbono) , de forma más preferible de 0, 005 a 0, 05 gramos de agua por litro de gas. Se ha encontrado que calentar el precipitado en dicha atmósfera conduce a obtener el material sustituido simultáneamente deseado. Pequeñas cantidades de otros gases tales como, por ejemplo, nitrógeno y aire pueden estar también presentes en la atmósfera. El gas comprende solo dióxido de carbono y opcionalmente agua junto con impurezas que no se pueden evitar.

El pH de la disolución acuosa se mantiene ventajosamente alcalino. En particular, el pH de la disolución acuosa es preferentemente mayor de 7, de forma más preferible de 9 a 12, de forma aún más preferible de aproximadamente 10. A fin de ajustar el pH de la disolución al pH deseado, se añade preferentemente a la disolución un álcali. El álcali puede ser, por ejemplo, hidróxido de amonio o amoníaco.

La etapa de calentamiento comprenderá normalmente calcinar y/o sinterizar el precipitado, normalmente a una temperatura de entre 100º C a 1500º C, preferentemente de 600 a 1200º C, de forma más preferible de 900 a 1100º

C.

Preferentemente, durante la calcinación y/o la sinterización del precipitado, parte o sustancialmente todo el precipitado se transforma a un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con silicato y carbonato sintético puro esencialmente en fase pura (por ejemplo, hidroxiapatita) que no tienen sustancialmente fases de impurezas de, por ejemplo, óxido de calcio y/o fosfato tricálcico.

La calcinación y/o la sinterización se lleva a cabo normalmente durante hasta 120 horas, preferentemente entre 10 minutos a 4 horas. Sin embargo, la calcinación y/o la sinterización pueden llevarse a cabo durante al menos 4 horas si se desea además la sustitución del ion carbonato de tipo A (en el sitio OH, que se produce de forma independiente de las otras sustituciones) .

El procedimiento de acuerdo con la presente invención permite que se formen materiales que comprenden... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la preparación de un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con silicato y carbonato, cuyo procedimiento comprende:

formar un precipitado de fosfato de calcio conteniendo silicio y opcionalmente carbono mediante un método de precipitación acuosa que implica preparar una disolución acuosa que comprende iones fosfato, iones silicato, iones calcio y opcionalmente iones carbonato, donde la relación de Ca/P y de Ca/ (P + Si) en la disolución se mantiene por encima de aproximadamente 1, 67; y calentar el precipitado en una atmósfera que es dióxido de carbono y opcionalmente agua e impurezas que no se pueden evitar para formar un material de fosfato de calcio sustituido simultáneamente con silicato y carbonato.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, donde la disolución acuosa está sustancialmente exenta de cationes diferentes de los iones de calcio e hidrógeno.

3. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la atmósfera comprende de 0 a 0, 05 gramos de agua por litro de gas.

4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la calcinación y la sinterización se llevan a cabo durante al menos 4 horas.

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los iones carbonato se sustituyen en el sitio B de la red cristalina de fosfato de calcio o en el sitio B y el sitio A (sitio del hidroxilo) , y donde la cantidad de iones carbonato sustituidos en el sitio B se controla variando la relación molar de Ca/P y/o la cantidad relativa de iones silicato añadidos.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, donde la cantidad de iones carbonato sustituidos en el sitio A se controla variando la temperatura de sinterización y el tiempo de sinterización.

7. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la relación de iones silicato a iones carbonato se controla variando la relación molar de Ca/P y/o la cantidad relativa de los iones silicato añadidos.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 para la preparación de un material de hidroxiapatita sustituido simultáneamente con silicato y carbonato en fase única esencialmente calcinado y/o sinterizado que comprende hasta un 2, 86 % en peso de silicio (hasta 9, 37 % en peso de silicato) sustituido en el sitio B (fosfato) y hasta un 13 % en peso de iones carbonato sustituidos en el sitio B (fosfato) o en los sitios B y A (fosfato e hidroxilo respectivamente) de la estructura de hidroxiapatita, dicho procedimiento comprende:

(a) preparar una o más disoluciones acuosas que comprenden cada una de ellas iones silicato, iones fosfato, y opcionalmente iones carbonato, estando dichas disoluciones sustancialmente exentas de cationes diferentes de los iones de calcio e hidrógeno;

(b) preparar una disolución o suspensión acuosa que comprende un compuesto que contiene calcio;

(c) mezclar la disolución o disoluciones de (a) con la disolución o suspensión de (b) , donde la relación de Ca/P y de Ca/ (P + Si) se mantiene por encima aproximadamente de 1, 67, formando de esta forma un precipitado;

(d) recoger y secar el precipitado formado en (c) ; y

(e) calcinar y/o sinterizar el precipitado seco procedente de (d) en una atmósfera de dióxido de carbono que comprende de 0 a 0, 05 gramos de agua por litro de gas a una temperatura de entre 100 a 1504º C para formar un material de hidroxiapatita sustituido simultáneamente con silicato y carbonato en fase esencialmente única.

9. Un material de hidroxiapatita sintético sustituido simultáneamente con carbonato y silicato, donde dicho material comprende de 0, 5 % a 2, 86 % en peso de silicio y de 3 % a 13 % a 13 % en peso de iones carbonato y es esencialmente una fase pura sustancialmente sin fases de impurezas de fosfato tricálcico y/u óxido de calcio.

10. Un material biomédico que comprende un material de hidroxiapatita sintético sustituido simultáneamente con carbonato y silicato tal como se define en la reivindicación 9.

11. Un material biomédico de acuerdo con la reivindicación 10, donde el material biomédico comprende una o más fases secundarias.

12. Un material biomédico de acuerdo con la reivindicación 11, donde las fases secundarias comprenden uno o más de fosfato tricálcico, polimorfos alfa o beta de los mismos, silicato de calcio, fosfato tetracálcico, carbonato de calcio, óxido de calcio, monetita, brusita, pirofosfato de calcio y fosfato de octacalcio.

13: un material óseo sintético, implante óseo, injerto de hueso, sustituto de hueso, armazón óseo, relleno, revestimiento o cemento que comprende un material biomédico tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12.