Implantes para sustituciones óseas que soportan carga que tienen una arquitectura organizada jerárquica que deriva de la transformación de estructuras vegetales.

Un sustituto óseo biomórfico que tiene una morfología organizada de manera jerárquica en las tres dimensiones espaciales,

comprendiendo el sustituto óseo un núcleo biomórfico, a base de hidroxiapatita (HA), obtenido de al menos una madera porosa, y una cubierta biomórfica, a base de hidroxiapatita (HA) o carburo de silicio (SiC), obteniéndose dicha cubierta de al menos una madera que tiene una porosidad menor que la al menos una madera del núcleo.

Implantes para sustituciones óseas que soportan carga que tienen una arquitectura organizada jerárquica que deriva de la transformación de estructuras vegetales

La presente invención se refiere a un sustituto óseo biomórfico para la sustitución y regeneración de secciones de hueso sometidas a cargas mecánicas (que soportan carga).

El impacto social y económico de las enfermedades degenerativas que afectan al tejido óseo hace necesario desarrollar sustitutos óseos sintéticos que sean capaces de mostrar propiedades biofuncionales superiores, sobre todo en ortopedia, donde las operaciones quirúrgicas para la reconstrucción y la regeneración óseas están aumentando de forma constante e implican cada vez a pacientes jóvenes que siguen siendo activos. A este respecto, las propiedades biomecánicas requeridas para un sustituto óseo son particularmente importantes, para que éste promueva el desarrollo y la remodelación de nuevo tejido óseo bajo cargas mecánicas, minimizando el recurso a técnicas de fijación, mientras que al mismo tiempo sea integrado y reabsorbido en la medida de lo posible por el tejido óseo que se forma nuevamente.

Las destacables e Insuperables propiedades biomecánicas del hueso natural son estrictamente una consecuencia de su morfología anisótropa que está organizada jerárquicamente en una gama de escalas desde dimensiones submicrométrica a la macroscópica, de modo que el tejido óseo sea capaz de adaptarse continuamente a los cambios en la carga mecánica. Sobre la base de estas tensiones continuas y variables, el hueso se remodela a sí mismo por medio de mecanismos en las células que actúan como sensores de variaciones en la presión del fluido extracelular debido a estímulos mecánicos. Dichos mecanismos permiten la eliminación del hueso dañado y su sustitución por nuevo tejido que tiene una morfología organizada y, por lo tanto, completamente funcional. Este mecanismo es de crucial importancia para la supervivencia del tejido óseo sometido a cargas mecánicas y puede activarse solamente en presencia de una estructura organizada jerárquicamente.

Hasta ahora, no se ha descubierto una solución óptima para la sustitución y regeneración de secciones de hueso sometidas a cargas mecánicas (que soportan carga), dado que no se conocen matrices de soporte óseo que sean tanto bioactivas/biorreabsorbibles como resistentes a las cargas mecánicas a las que ciertas secciones óseas del cuerpo están sometidas, tales como los huesos largos de la pierna o el brazo (por ejemplo el metatarso, el fémur, la tibia, el húmero y el radio).

Esta desventaja es superada por la presente invención, que pone a disposición un sustituto óseo para generación ósea en general y en particular para la regeneración de secciones de hueso preferentemente sometidas a cargas mecánicas (que soportan carga) tal como se perfila en las reivindicaciones adjuntas.

El sustituto óseo de la Invención está provisto de una morfología organizada de manera jerárquica en las tres dimensiones espaciales. El sustituto óseo se obtiene partiendo de estructuras vegetales que muestran en sí mismas una estructura organizada jerárquicamente y un intervalo de porosidad compatible con los requisitos necesarios para un sustituto óseo, es decir, una macroporosidad capaz de permitir colonización y proliferación celulares y la formación de un árbol de vascularización apropiado, interconectada con una microporosidad capaz de permitir el intercambio de fluidos nutrientes y aquellos que contienen productos de desecho del metabolismo celular.

Dichas estructuras vegetales se transforman en materiales bioactivos/biorreabsorbibles inorgánicos por medio de procesos térmicos y químicos adecuados, mientras mantienen su estructura y morfología originales. Estos dispositivos, que gracias a su naturaleza se definen como biomórficos (es decir, reproducen en detalle la estructura de un material natural), pretenden imitar el comportamiento mecánico in vivo del hueso y, debido a su composición química, que reproduce bien la del hueso natural, son capaces de inducir las mismas respuestas a nivel celular, guiando la formación, proliferación y maduración de nuevo tejido óseo.

Al mismo tiempo, el sustituto óseo de la invención es capaz de mostrar un comportamiento biomecánico tal como ser capaz de ser usado para sustituciones y regeneración de secciones de hueso sometidas a cargas mecánicas (que soportan carga), tales como por ejemplo los huesos largos de la pierna y el brazo. El sustituto óseo de la invención también puede utilizarse para la sustitución y regeneración de secciones de hueso que no están sometidas a cargas mecánicas. De hecho, el sustituto es adaptable a cualquier necesidad de regeneración.

La invención se describe en el presente documento en detalle también con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

La figura 1 es un dibujo esquemático de una realización particular del sustituto óseo biomórfico de la invención;

La figura 2 es un diagrama de bloques que ¡lustra las posibles realizaciones del sustituto biomórfico de la invención;

La figura 3 muestra fotografías grabadas a lo largo del tiempo de la microestructura de SiC (carburo de silicio) después de la eliminación del exceso de silicio;

La figura 4 es una fotografía de la cubierta de SiC de acuerdo con una realización de la invención en la que la cubierta tiene una forma cilindrica hueca;

La figura 5 muestra la resistencia a la compresión de varias muestras de SiC;

La figura 6 es una fotografía de una cubierta de SiC antes (izquierda) y después (derecha) de la deposición de un revestimiento compuesto de hidroxiapatita (HA)/colágeno;

La figura 7 muestra una imagen de microscopio electrónico de transmisión (TEM) que atestigua la nucleación de cristales de HA nanométricos sobre fibras de colágeno mediante deposición por electroforesis;

La figura 8 muestra los resultados de la espectroscopia XPS de las superficies de cubiertas de SiC, en las que se resalta la formación de grupos COO" después del ataque con ácido; los grupos COO' sirven para coordinar los iones de calcio durante el proceso de revestimiento por medio de inmersión en fluido corporal simulado (SBF);

La figura 9 muestra los resultados de la espectroscopia FTIR de la superficie de cubiertas de SiC, en la que se resalta la formación de grupos Coo" después del ataque con ácido; los grupos COO' sirven para coordinar los iones de calcio durante el proceso de revestimiento por medio de inmersión en SBF;

La figura 1 es una fotografía de la microestructura de una cubierta de SiC revestida con una capa de hidroxiapatita biomimética por medio de inmersión en SBF (después de que la superficie había sido sometida a ataque con ácido tal como se especifica en las dos figuras precedentes);

La figura 11A muestra un sustituto óseo completo de acuerdo con la invención, en el que la cubierta es de SiC y el núcleo es colágeno mineralizado con hidroxiapatita sustituida por carbonato y magnesio;

La figura 11B muestra un sustituto óseo completo de acuerdo con la invención, en el que la cubierta es de SiC y el núcleo es hidroxiapatita biomórfica sustituida por carbonato;

La figura 12 muestra una radiografía de un implante biomórfico en un defecto crítico en un hueso metatarsiano de oveja, resaltando la osteointegración de la cubierta de SiC;

La figura 13 muestra las secciones histológicas de un implante biomórfico en un defecto crítico en un hueso metatarsiano de oveja, resaltando la osteointegración de la cubierta de SiC;

La figura 14 muestra la Microtomografía computarizada (micro-CT) de un implante de HA biomórfica obtenido de madera de ratán en hueso trabecular en la zona distal de un fémur de conejo, resaltando la perfecta osteointegración de la matriz de soporte en el hueso circundante.

Los inventores de la presente solicitud de patente han descubierto sorprendentemente que encapsulando una matriz de soporte biomórfica a base de hidroxiapatita (HA) obtenida de una madera que tiene porosidad alta (o una matriz de soporte a base de fibras de colágeno e hidroxiapatita) en una cubierta biomórfica a base de hidroxiapatita (HA) o carburo de silicio (SiC) obtenida de una madera que tiene porosidad reducida, se obtiene un sustituto óseo que tiene propiedades de resistencia mecánica así como las características de bioactividad y/o biorreabsorbabilidad. El sustituto óseo puede emplearse, por lo tanto, para la sustitución y la regeneración de secciones óseas sometidas a cargas mecánicas (que soportan carga), pero también de secciones óseas no sometidas a cargas mecánicas. Dichas secciones de hueso son los huesos largos de la... [Seguir leyendo]

1. Un sustituto óseo biomórfico que tiene una morfología organizada de manera jerárquica en las tres dimensiones espaciales, comprendiendo el sustituto óseo un núcleo biomórfico, a base de hidroxiapatita (HA), obtenido de al menos una madera porosa, y una cubierta biomórfica, a base de hidroxiapatita (HA) o carburo de silicio (SiC), obteniéndose dicha cubierta de al menos una madera que tiene una porosidad menor que la al menos una madera del núcleo.

2. El sustituto óseo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha al menos una madera porosa tiene una porosidad total de entre el 6% y el 95%, preferentemente entre el 65% y el 85%.

3. El sustituto óseo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha al menos una madera porosa es madera de ratán, pino, abachi y balsa.

4. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha al menos una madera de la cubierta tiene una porosidad de entre el 2% y el 6%, preferentemente entre el 3% y el 5%.

5. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha al menos una madera de la cubierta es madera de sipo, roble, palisandro y kempas.

6. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho núcleo a base de hidroxiapatita que deriva de al menos una madera porosa comprende hidroxiapatita parcialmente sustituida por iones relevantes para la estimulación de procesos de regeneración ósea, preferentemente carbonato, magnesio, silicio y/o estroncio, más preferentemente carbonato, o una mezcla bifásica que comprende hidroxiapatita sustituida iónicamente y (5-fosfato tricálcico (beta-TCP; Ca3(P4)2).

7. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha cubierta a base de hidroxiapatita comprende hidroxiapatita parcialmente sustituida por iones relevantes para la estimulación de procesos de regeneración ósea, o una mezcla bifásica que comprende hidroxiapatita sustituida iónicamente y (5- fosfato tricálcico (beta-TCP; Ca3(P4)2).

8. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha cubierta comprende carburo de silicio,

9. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha cubierta está revestida con una capa a base de hidroxiapatita (HA) y/o colágeno.

1. El sustituto óseo de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha capa comprende colágeno mineralizado con hidroxiapatita parcialmente sustituida por iones relevantes para la estimulación de procesos de regeneración ósea, o comprende hidroxiapatita sustituida por iones relevantes para la estimulación de procesos de regeneración ósea.

11. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en el que dicha cubierta tiene un grosor de entre 1 y 5 mm, preferentemente entre 2 y 4 mm; dicha capa que reviste la cubierta tiene un grosor de entre 4 y 1 pm, preferentemente entre 5 y 8 pm.

12. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho núcleo tiene una forma de cilindro macizo, mientras que dicha cubierta es un cilindro que tiene una sección hueca en su interior de una forma correspondiente al cilindro del núcleo y de dimensiones que le permiten alojar al propio núcleo.

13. El sustituto óseo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, para uso en la sustitución y la regeneración de hueso.

14. El sustituto óseo de acuerdo con la reivindicación 13, para uso en la sustitución y la regeneración de secciones óseas sometidas a cargas mecánicas (que soportan carga).

15. El sustituto óseo de acuerdo con la reivindicación 14, en el que dichas secciones óseas son huesos largos de la pierna y el brazo, preferentemente la tibia, el metatarso. el fémur, el húmero o el radio.