Un cemento inorgánico para aplicaciones biomédicas, procedimiento para su preparación y uso de dicho cemento.

Se propone la preparación de un cemento basado en fosfato de magnesio y sodio con aplicaciones clínicas en cirugía ósea y odontología. Este cemento presenta como propiedad principal un efecto antimicrobiano intrínseco. Asimismo, presenta una alta velocidad de fraguado, acompañada de una elevada resistencia a la compresión a tiempos cortos. Otra propiedad inherente de estos cementos es su carácter adhesivo y su reabsorción in vivo.

Se indica la utilización del cemento para aplicaciones óseas y dentales, así como el llenado de defectos óseos o el sellado de cavidades dentales. El cemento está especialmente indicado en casos en los que fuera necesario un efecto antimicrobiano y/o unas propiedades adhesivas.

Un cemento inorgánico para aplicaciones biomédicas, procedimiento para su preparación y uso de dicho cemento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a biomateriales para la regeneración de tejidos duros: cirugía ósea y odontología. Estos materiales se pueden preparar en forma de gránulos, cementos, recubrimientos, cerámicas densas o porosas, etc. Se pueden aplicar para rellenar cavidades óseas, estabilizar fracturas óseas y recubrir prótesis o implantes.

El cemento de la presente invención, se obtiene a partir de óxido de magnesio y un fosfato de sodio y está especialmente indicado en casos en que es necesario un efecto antimicrobiano, por ejemplo, en infecciones asociadas a prótesis metálicas (periimplantitis). Por otro lado, sus propiedades adhesivas le hacen útil para la fijación de prótesis o implantes dentales, en el tratamiento de patologías periapicales o, en general, para realizar sellados en tratamientos de endodoncia. Asimismo, pueden actuar como soportes de liberación de fármacos (Drug Delivery systems) y de crecimiento celular en ingeniería de tejidos (Tissue Engineerings scaffolds). La presente invención se refiere también a procedimientos para la obtención de dichos biomateriales.

Esta invención también se refiere a un procedimiento para la preparación del citado cemento y a un uso de dicho cemento para aplicaciones óseas y dentales.

Estado de la técnica anterior

Desde mediados de los años ochenta, la comunidad científica ha realizado importantes avances en el campo del diseño y la fabricación de nuevos materiales para la sustitución y la regeneración del tejido óseo. Un tipo de materiales que ha sido ampliamente estudiado es el de los materiales basados en fosfato de calcio. De entre las distintas formas en las que se pueden emplear los fosfatos de calcio, los cementos merecen especial atención debido a ciertas ventajas intrínsecas como su moldeabilidad y perfecta adaptación a la cavidad ósea, la posibilidad de inyectarlos utilizando técnicas mínimamente invasivas y el hecho que dentro del cuerpo se transformen dando lugar a hidroxiapatita u otro fosfato de calcio, provocando a su vez el fraguado del cemento. Es de destacar que la hidroxiapatita que se puede obtener como producto de fraguado de un cemento de fosfato de calcio presenta numerosas similitudes con el componente óseo inorgánico natural, tales como la composición química y el tamaño nanométrico de los cristales [1].

A pesar de la reconocida capacidad de los cementos apatíticos para regenerar satisfactoriamente el hueso dañado, también presentan ciertas limitaciones. Por un lado, la reacción de fraguado y endurecimiento es lenta, y sus propiedades mecánicas son pobres, teniendo una elevada fragilidad [1]; por otro lado, su reabsorción in vivo no es suficientemente rápida [2].

En un ámbito muy distante al de los biomateriales, el de la ingeniería civil y la edificación, diversos estudios realizados durante los últimos 30 años han llevado al desarrollo de cementos basados en fosfato de magnesio. Estos cementos se obtienen a partir de óxido de magnesio (MgO) y dihidrogenofosfato de amonio (NH₄H₂PO₄), produciendo estruvita (MgNH₄PO₄•6H₂O), un fosfato de magnesio y amonio, como producto final de la reacción. En la actualidad son materiales ampliamente utilizados en el campo de la construcción, que se caracterizan por una elevada velocidad de fraguado, y una alta resistencia mecánica [3-5].

Cabe destacar que en el campo correspondiente a la biomedicina existen muy pocos estudios que analicen la viabilidad de la utilización de cementos basados en fosfatos de magnesio. Wu et al. propusieron la preparación de un cemento de fosfato de magnesio, basado en óxido de magnesio y dihidrogenofosfato de amonio, y su combinación con cementos de fosfato de calcio en distintas proporciones. Los estudios in vitro mostraron que los cementos fraguados eran biocompatibles. Asimismo, la implantación in vivo de un cemento basado en una mezcla de fosfato de magnesio y de fosfato de calcio mostró que dicho material no era tóxico [6]. No obstante, el hecho que uno de los reactivos utilizados fuera el dihidrógeno fosfato de amonio, posible liberador de amoníaco y/o de iones amonio en el medio circundante [7], no parece óptimo desde el punto de vista de la inocuidad del material o de posibles efectos secundarios. Cabe señalar que en la patente US 7,094,286 B2, se propone la preparación de cementos de fosfato de magnesio utilizando como posible fuente de fosfato, además del fosfato de amonio o el polifosfato de amonio, el fosfato monocálcico monohidratado o el fosfato monocálcico \hbox{anhidro, y mezclándolo además con un cemento de fosfato de calcio [8].}

En las patentes US 7,115,163 B2 y US 6,692,563 B2, Zimmermann presenta también un cemento que consiste, después del fraguado, en una mezcla de fosfato de amonio y magnesio, y fosfato de calcio (a pesar de que en los títulos de las patentes solamente se hace referencia al cemento de fosfato de amonio y magnesio). Dicho material se presenta como biológicamente degradable y con propiedades adhesivas [9, 10]. Finalmente, en la patente US 6,533,821 B1, Lally propone un bioadhesivo consistente en la mezcla de fosfato de potasio, un óxido metálico, un compuesto que contiene calcio y agua [11].

En una línea bastante diferente, recientemente Klammert et al. han desarrollado un cemento de fosfato de calcio y magnesio formado a partir de la reacción de fosfato tricálcico sustituido con magnesio con fosfato monocálcico monohidratado, obteniéndose como producto de la reacción una mezcla de brushita y newberita. Dicho cemento presenta como resultados más \hbox{significativos un incremento de las propiedades mecánicas y una mayor proliferación celular [12].}

Breve explicación de la invención

A diferencia de los trabajos y solicitudes de patente mencionados, esta invención propone un cemento inorgánico basado en óxido de magnesio y un fosfato de sodio, para aplicaciones clínicas, óseas o dentales. Dicho cemento presenta varias propiedades intrínsecas que le dotan de especial interés. La primera característica a destacar del material es que incrementa el pH de su entorno inmediato, propiedad que le confiere un efecto antimicrobiano, como se ha comprobado anteriormente en otros materiales [13-15]. Además, el oxígeno activo liberado por uno de los componentes presente en el cemento, el óxido de magnesio, refuerza dicho efecto [16]. Estas propiedades antimocrobianas convierten al cemento desarrollado en un candidato ideal para algunas aplicaciones clínicas en las que se debe combatir un proceso infeccioso, como puede ser el caso de infecciones asociadas a implantes óseos o dentales (periimplantitis), o ciertas patologías pulpares o periapicales, entre otras aplicaciones.

Además de las propiedades antimicrobianas, el cemento desarrollado presenta una elevada resistencia mecánica y un fraguado rápido, lo que le confiere una alta resistencia a tiempos muy cortos, característica común a otros cementos de fosfato de magnesio. Estas propiedades confieren al material la capacidad de soportar cargas poco tiempo después de su implantación, a diferencia de los cementos de fosfato de calcio. Además, también tienen una elevada capacidad de adhesión a objetos o materiales vivos.

La composición del material se ha optimizado con la finalidad de garantizar una buena biocompatibilidad, concretamente en dos aspectos: i) se ha ajustado la formulación del cemento para reducir la exotermia de la reacción de fraguado, con el fin de evitar la necrosis del tejido, ii) se propone la utilización de un fosfato de sodio como fuente de fosfato, con lo cual se evita o se reduce la liberación de subproductos tóxicos, cuya liberación puede aparecer en los cementos de magnesio que contienen fosfato de amonio [7, 17].

La preparación de tal cemento requiere básicamente dos tipos de componentes: a) un óxido, en el presente caso óxido de magnesio y b) uno o más compuestos que contengan fosfatos, en la presente invención fosfato de sodio. Además, se puede añadir un retardante de la reacción de fraguado para prolongar el tiempo de fraguado y, a la vez, amortiguar la reacción exotérmica que se produce al mezclar los reactivos. Existen también otros parámetros que permiten controlar el calor que se libera durante la reacción de fraguado, como la reactividad del óxido, el tamaño de las partículas... [Seguir leyendo]

1. Un cemento inorgánico para aplicaciones biomédicas que comprende una mezcla de una fase sólida formada por óxido de magnesio (MgO) y un fosfato de sodio, y una fase líquida formada por agua o una solución acuosa.

2. Un cemento según la reivindicación 1, caracterizado porque el producto de la reacción de mezcla es amorfo e incrementa el pH del medio circundante, dotándole de propiedades antimicrobianas.

3. Un cemento según la reivindicación 1, en que el fosfato de sodio es dihidrogenofosfato de sodio (NaH₂PO₄).

4. Un cemento según la reivindicación 3 caracterizado porque la proporción molar entre el óxido de magnesio y el fosfato de sodio (MgO:NaH₂PO₄) es mayor que 1.

5. Un cemento según la reivindicación 4 en que la proporción molar entre el óxido de magnesio y el fosfato de sodio está en el rango 1<MgO:NaH₂PO₄<6, siendo preferido el rango 3<MgO:NaH₂PO₄<5.

6. Un cemento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un retardante de entre: borato de sodio, ácido bórico, éster de ácido bórico, fluorosilicato de sodio, polifosfato de sodio y mezclas derivadas de ellos, en una cantidad de 0,05-10% en peso respecto a la fase en polvo del cemento, siendo más preferible una cantidad entre un 2-5% en peso.

7. Un procedimiento para la preparación de un cemento inorgánico para aplicaciones biomédicas, según la reivindicación 1, caracterizado porque el MgO durante la formación de la mezcla de óxido de magnesio y fosfato de sodio se calcina a una temperatura superior a 1400ºC durante 0,5-15 h. con el fin de disminuir su reactividad.

8. Un procedimiento según la reivindicación 7, en que el tiempo de fraguado y la exotermia de la reacción se controlan mediante la adición de un retardante en la fase sólida o en la fase líquida del cemento.

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por la utilización como retardante de borato de sodio, ácido bórico, éster de ácido bórico, fluorosilicato de sodio, polifosfato de sodio y mezclas derivadas de ellos, de los cuales el borato de sodio decahidratado o bórax es el preferido.

10. Un procedimiento según la reivindicación 7, en que el retardante se añade en una cantidad de 0,05-10% en peso respecto a la fase en polvo del cemento, siendo más preferible añadir entre un 2-5% en peso.

11. Uso de un cemento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para aplicaciones óseas y dentales, especialmente en situaciones en las que se busca combatir una infección microbiana.

12. Uso de un cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para tratamientos endodónticos como el recubrimiento directo e indirecto de la pulpa, el sellado de los túbulos dentinarios, el tratamiento de inflamaciones periapicales o en general la realización de terapias endodónticas o de apexificación.