Proceso de injerto de polímeros bioactivos en materiales protésicos.

Proceso de injerto de polímeros bioactivos sobre un material protésico de titanio o de aleación de titanio que comprende las siguientes etapas:

- la generación de especies activas donadoras de radicales libres en la superficie del material protésico de titanio o de aleación de titanio por oxidación de dicho material protésico de titanio o de aleación de titanio;

- la generación de radicales libres en la superficie del material protésico de titanio o de aleación de titanio por reacción térmica a una temperatura comprendida entre 40 y 100ºC; y

- la colocación de dicho material protésico de titanio o de aleación de titanio sobre el que se generan los radicales libres en presencia de al menos un monómero portador de una función que permite una polimerización radicalaria, permitiendo la polimerización radicalaria de dicho monómero la formación de un polímero bioactivo, realizándose dicha polimerización radicalaria en ausencia de oxígeno.

Proceso de injerto de polímeros bioactivos en materiales protésicos

La presente invención se refiere a procesos para injertar polímeros bioactivos en un material protésico, a los materiales que pueden obtenerse por este proceso y a las aplicaciones de estos últimos. Más específicamente, la invención se refiere a un proceso de injerto directo de polímeros en la superficie de materiales protésicos.

El implante de una prótesis en una ubicación ósea engendra una cascada de reacciones tejidos/implantes denominada "respuesta del hospedador" que, si se controla, permite dirigir con precisión la "osteointegración del implante". La osteointegración es la integración perfecta del implante en el hueso gracias a un contacto íntimo tejido óseo/prótesis y a una ausencia de tejidos fibrosos en la interfaz. Esta integración es necesaria para rehabilitar una función deficiente por medio de implantes óseos definitivos (prótesis articulares, implantes dentales). Sin embargo, estos procesos pueden verse afectados por muchos parámetros. Por una parte, las propiedades fisicoquímicas del material tales como la topografía de la superficie, la rugosidad, la composición química y la energía superficial, por otra parte la técnica quirúrgica y la presencia de gérmenes. Además, la presencia de tejido "fibro-inflamatorio" alrededor del implante, que no tiene ni las actividades biológicas ni las características mecánicas del tejido óseo, aumenta la susceptibilidad a un despegado aséptico (desconexión del implante) y la infección del sitio del implante.

Actualmente, para asegurar el anclaje de las prótesis totales de cadera en el hueso, comúnmente se utilizan dos enfoques: bien el implante metálico (eventualmente revestido de hidroxiapatita) se ancla mecánicamente con fuerza en el hueso, o bien se fija con ayuda de un cemento basado en poli(metacrilato de metilo) (PMMA). Durante los últimos treinta años, los revestimientos de "hidroxiapatita" han sido muy utilizados para mejorar la osteointegración de los implantes, porque permiten un buen anclaje óseo a la vez que ofrecen buenos rendimientos mecánicos en un tiempo relativamente corto.

Los biomateriales son materiales destinados a reemplazar todas o parte de las funciones que ya no pueden asegurarse por los tejidos, un órgano o una parte de un órgano deficientes. Por eso, los biomateriales implantables deben responder principalmente a dos criterios. En primer lugar deben poseer las propiedades mecánicas específicas necesarias para asegurar correctamente las funciones mecánicas de los tejidos o de los órganos defectuosos. Tampoco deben desencadenar una respuesta hostil del hospedador, es decir, deber ser "aceptados" e Integrados por el hospedador de una manera controlada, dicho con otras palabras, deben ser "biointegrables".

Sin embargo, ningún material de síntesis actualmente implantado puede considerarse realmente como "biointegrable". En efecto, el material implantado es considerado como un "cuerpo extraño" por el sistema viviente y esto desencadena una serle de eventos agrupados bajo el término de respuesta inflamatoria, que si no se controla puede conducir entonces precisamente al rechazo del implante. Por lo demás, este material considerado como un "cuerpo extraño" aparece como un soporte privilegiado para la adhesión y la colonización de microorganismos tales como las bacterias. La adhesión de bacterias potencialmente infecciosas sobre los implantes biomédicos que están en la etapa Inicial de la infección, representan por lo tanto un grave problema. Por otra parte, esta adhesión bacteriana en numerosos casos va seguida de la formación de una "biopelícula" que desempeña un papel de protección de las bacterias contra toda terapia y, en particular, contra los antibióticos. Por ejemplo, las infecciones por estafilococos después del implante de un biomaterial permanente (prótesis ortopédica) o incluso temporal (catéter) a menudo tienen consecuencias drásticas para los pacientes como septicemias, endocarditis u osteomielitis y su curación es extremadamente difícil o incluso imposible mientras el implante permanezca en su sitio. Así pues, se observan demasiado a menudo fenómenos de rechazo durante el implante de un biomaterial en un organismo vivo así como fenómenos de infección de los materiales implantados. Estas respuestas biológicas indeseables vis a vis del implante pueden conducir a una nueva intervención quirúrgica o incluso a la retirada del biomaterial implantado.

Por lo tanto, conviene optimizar las interacciones biomateriales/células en el caso de implantes articulares pero también en el caso de los Implantes dentales y al mismo tiempo prevenir la infección de estos materiales controlando las interacciones biomaterlales/bacterias.

Se han llevado a cabo investigación para mejorar la biocompatibilidad y la biointegración de los materiales utilizados como implantes y, en consecuencia, disminuir las respuestas hostiles del hospedador que conducen al rechazo del Implante. Un enfoque de la Investigación se refiere a la modificación de las superficies de los materiales protésicos, en particular la modificación de la superficie del titanio y sus aleaciones. Una de tales modificaciones tiene como objetivo favorecer la biointegración de los implantes en los tejidos óseos, a la vez que previene las infecciones.

Se ha descrito un proceso de injerto de polímeros por silanización. Este proceso permite funcionalizar las superficies hidroxiladas o ricas en NH2 previamente al injerto de un polímero. En el caso del titanio, la silanización se ha utilizado principalmente para crear las interfaces metal-polímero. Los polímeros injertados pueden ser polímeros bioactivos, es decir, polímeros que son capaces de orientar las respuestas celulares eucariotas y/o procariotas, lo que significa que tales polímeros Injertados favorecen la osteointegración de un implante protésico y previenen el desarrollo de una infección.

El protocolo de silanización utilizado por estos sustratos para la mayoría de los autores consiste en atacar

químicamente la superficie de la muestra para favorecer la presencia de los grupos hidroxilo, a continuación sumergir la muestra en una disolución que contiene la molécula de silano. Las ventajas de estas reacciones son su simplicidad y su estabilidad, atribuidas a su enlace covalente y a su estructura de red. No obstante, la eficacia de la silanización depende de la concentración de grupos hidroxilo en la superficie del material, y esta técnica no permite inmovilizar todos los polímeros, sino únicamente aquellos que poseen un grupo funcional compatible con uno situado en el extremo de la cadena del derivado de silano.

Por lo tanto, la mayoría de los autores utilizan la silanización como una etapa intermedia del injerto posterior de una molécula bioactiva u orgánica. En el resto de esta solicitud, este proceso de injerto por silanización anterior se denominará "proceso de injerto indirecto".

Los presentes inventores han desarrollado un nuevo proceso de injerto de polímeros bioactivos sobre un material

protésico.

Por lo tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un proceso de injerto de polímeros bioactivos sobre un

material protésico.

De acuerdo con un segundo aspecto, la invención se refiere a materiales protésicos que pueden obtenerse por un

proceso de este tipo.

De acuerdo con un último aspecto, la invención se refiere a los implantes protésicos fabricados a partir de los materiales protésicos que pueden obtenerse por el proceso de la invención.

En el proceso de injerto de la presente invención, y a diferencia del proceso de injerto indirecto descrito anteriormente, no se utiliza ninguna molécula intermedia, tal como un derivado de silano, entre la superficie del material y el polímero que se va a injertar encima.

Así pues, la invención tiene por objeto un proceso de injerto de polímeros bioactivos sobre un material protésico de titanio o de aleación de titanio que comprende las siguientes etapas:

la generación de especies activas donadoras de radicales libres en la superficie del material protésico de titanio o de aleación de titanio por oxidación de dicho material protésico de titanio o de aleación de titanio;

la generación de radicales libres en la superficie del material protésico de titanio o de aleación de titanio por reacción térmica a una temperatura comprendida entre 40 y 100°C.

la colocación de dicho material protésico de titanio o de aleación de titanio sobre el que se generan los radicales libres en presencia de al menos un monómero portador de una función que permite una polimerización radicalaria, permitiendo la polimerización... [Seguir leyendo]

1. Proceso de injerto de polímeros bioactivos sobre un material protésico de titanio o de aleación de titanio que comprende las siguientes etapas:

- la generación de especies activas donadoras de radicales libres en la superficie del material protésico de titanio o de aleación de titanio por oxidación de dicho material protésico de titanio o de aleación de titanio;

- la generación de radicales libres en la superficie del material protésico de titanio o de aleación de titanio por reacción térmica a una temperatura comprendida entre 40 y 100°C; y

- la colocación de dicho material protésico de titanio o de aleación de titanio sobre el que se generan los radicales libres en presencia de al menos un monómero portador de una función que permite una polimerización radicalaria, permitiendo la polimerización radicalaria de dicho monómero la formación de un polímero bioactivo, realizándose dicha polimerización radicalaria en ausencia de oxígeno.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que las especies activas donadoras de radicales libres se generan en la superficie del material protésico por oxidación con una mezcla ácido/H202.

3. Proceso según la reivindicación 2, en el que el material protésico es una aleación de titanio, en particular una aleación basada en níquel, vanadio, aluminio, zirconio y/o molibdeno.

4. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los radicales libres se obtienen por reacción térmica a una temperatura de 70°C.

5. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los radicales libres se obtienen antes de, preferiblemente durante, o después de la etapa de puesta en contacto de los monómeros con dicho material.

6. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el monómero presenta al menos un doble o triple enlace, en particular en el que el monómero lleva un grupo vinílico.

7. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, al menos un monómero lleva una función carboxllo o sulfonato.

8. Proceso según la reivindicación 6, en el que el monómero es ácido acrílico, ácido metacrilato, metacrilato de metilo (MMA), acrllamida de N-(sulfonato de fenil sodio) (NaAS), metacrilamida de N-(sulfonato de fenil sodio) (NaMS), estireno sulfonato de sodio (NaSS), metacrilato fosfato de etilenglicol, metacriloil-di-, isopropilideno, monómeros portadores de grupos osídicos tales como glucosa, glucofuranosa, sacarosa, poliosa, fructosa o cualquier mezcla de estos compuestos.

9. Proceso según la reivindicación 8, siendo el monómero estireno sulfonato de sodio (NaSS).

10. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha reacción radicalaria se realiza en ausencia de oxígeno, durante al menos aproximadamente 30 minutos, preferiblemente durante entre 1 y 48 horas, preferiblemente durante aproximadamente 15 horas.

11. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para el injerto de poliNaSS sobre titanio, que comprende:

- la oxidación del titanio para generar en la superficie de dicho titanio especies activas donadoras de radicales libres;

- la colocación del titanio sobre el que se generan las especies activas en presencia de NaSS a una temperatura comprendida entre 40 y 100°C, durante al menos 8 horas, en ausencia de oxígeno.

12. Proceso según la reivindicación 11, que comprende:

- la oxidación del titanio para generar en la superficie de dicho titanio especies activas donadoras de radicales libres;

- la colocación del titanio sobre el que se generan las especies activas en presencia de NaSS a una temperatura de 70°C, durante 15 horas, en ausencia de oxígeno.

13. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material protésico se pule antes de la formación de las especies activas en su superficie, en particular con papel abrasivo, preferiblemente con diferentes papeles abrasivos de granulometría decreciente hasta P1200, en particular papeles abrasivos sucesivos de granulometría P800, P1000 y P1200.

14. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla ácldo/H202 es una mezcla secuencial que comprende la puesta en contacto del material protésico con una disolución de ácido y después la

puesta en contacto con H2O2.

15. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ácido es ácido fiuorhídrico, ácido clorhídrico o H2SO4, preferiblemente H2SO4.

16. Proceso según la reivindicación 15, en el que el material protésico es titanio o una de sus aleaciones que se 5 pone en contacto con una disolución ácida de H2SO4 durante 1 minuto y después en contacto con una disolución de

H2O2 durante 2 minutos, siendo la razón H2SO4/H2O2 preferiblemente de 50/50 (v/v).

17. Proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 16, en el que las sales metálicas, en particular las sales metálicas elegida de sales de hierro, de níquel, de cromo y de cobre, se añaden a la mezcla ácido/H202, añadiéndose las sales metálicas más particularmente a una concentración que varía de 10" mol/l a 2 mol/l.

10 18. Proceso según la reivindicación 17, en el que la sal metálica es sulfato de hierro.

19. Material protésico de titanio o de aleación de titanio sobre el que se injerta un polímero bioactivo que puede obtenerse siguiendo el proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.

20. Utilización de un material protésico de titanio o de aleación de titanio según la reivindicación 19, para la fabricación de un implante protésico, en particular para la fabricación de una prótesis articular o de una prótesis

15 dental.

21. Implante protésico caracterizado por que se fabrica a partir de un material protésico de titanio o de aleación de titanio según la reivindicación 19.