Sistema para modular el desarrollo osteocondral utilizando terapia de campo electromagnético pulsante.

Un sistema para modular el desarrollo o la reparación de hueso,

cartílago u otro tejido conjuntivo, de tal manera que el sistema comprende:

medios de generación de señal eléctrica, configurados para generar una primera señal eléctrica que tiene una primera configuración repetitiva de un cierto número de trenes de impulsos, de tal manera que cada uno de los trenes de impulsos comprende una pluralidad de impulsos positivos individuales de una primera magnitud de tensión L1 y de una primera duración T1, estando los impulsos positivos individuales separados por un cierto número de impulsos negativos de una segunda duración T2 y de una segunda magnitud de tensión L2, de modo que cada uno de los trenes de impulsos es de una tercera duración T3 y están separados unos de otros al menos por un impulso de igualación de un cuarto periodo T4 a la segunda magnitud de tensión L2, un cierto número de electrodos, acoplables eléctricamente a los medios de generación de señal eléctrica con el fin de acoplar operativamente al menos la primera señal eléctrica al tejido, caracterizado por que la primera duración T1 es igual a 13 ms, la segunda duración T2 es igual a 200 ms y la tercera duración es igual a 1 s.

Sistema para modular el desarrollo osteocondral utilizando terapia de campo electromagnético pulsante ANTECEDENTES Las enfermedades y las lesiones asociadas con los huesos y los cartílagos tienen un impacto significativo en la población. Anualmente se producen aproximadamente cinco millones de fracturas de hueso solo en los Estados Unidos. Aproximadamente el 10% de estas tienen una curación dilatada y, de ellas, se producen entre 150.000 y 200.000 fracturas sin unión a las que acompaña una pérdida de capacidad laboral y de independencia. En el caso del cartílago, las formas graves y crónicas de daños en el cartílago de la articulación de la rodilla pueden conducir a un mayor deterioro del cartílago de la articulación y pueden, en última instancia, conducir a una sustitución total de la articulación de la rodilla. Se llevan a cabo cada año aproximadamente 200.000 operaciones de reemplazo total de la rodilla, y la articulación artificial generalmente dura tan solo entre 10 y 15 años y conduce a pérdidas similares de capacidad laboral y de independencia.

Por otra parte, se espera también que la incidencia de las fracturas óseas siga siendo alta a la vista de la incidencia de la osteoporosis como una importante amenaza para la salud pública de unos estimados 44 millones de norteamericanos. Hoy en día, en los Estados Unidos, se estima que 10 millones de personas ya padecen la enfermedad, y se estima que casi 34 millones más tienen una baja masa ósea que les sitúa en un riesgo mayor de osteoporosis. Una de cada dos mujeres y uno de cada cuatro hombres con más de 50 años tendrán una fractura relacionada con la osteoporosis en lo que les queda de vida. La osteoporosis es responsable de más de 1, 5 millones de fracturas anualmente, que incluyen 300.000 fracturas de cadera, 700.000 fracturas de vértebras, 250.000 fracturas de muñeca y 300.000 fracturas de otras partes del cuerpo. Los gastos directos nacionales estimados (hospitales y casas de salud) para las fracturas de cadera por osteoporosis fueron de 18.000 millones de dólares en 2002 (Informe Anual de la Fundación Nacional de Osteoporosis -"National Osteoporosis Foundation Annual Report" -, 2002) .

Se dispone en la actualidad de algunos tratamientos para tratar fracturas pertinaces, tales como la fijación interna y externa, los injertos óseos o sustitutos de injerto, incluyendo la matriz ósea desmineralizada, los extractos de plaquetas y la proteína de matriz ósea, y la estimulación biofísica, tal como la deformación mecánica aplicada a través de elementos de fijación externos o ultrasonidos y campos electromagnéticos.

Similarmente, el tratamiento típico de una lesión de cartílago, dependiendo de la lesión y de la gravedad de los síntomas, consiste en reposo y otros tratamientos conservadores, cirugía artroscópica menor para limpiar y suavizar la superficie de la zona del cartílago dañada, y otros procedimientos quirúrgicos tales como la microfractura, la perforación y la abrasión. Todos estos tratamientos pueden aportar un alivio de los síntomas, pero los beneficios son, por lo común, solo temporales, especialmente si se mantiene el grado de actividad previo a la lesión de la persona.

El tejido óseo y otros tejidos tales como los cartílagos responden a las señales eléctricas de una manera fisiológicamente útil. Los dispositivos de estimulación bioeléctrica aplicados a las fracturas sin unión y a las uniones retrasadas se iniciaron en la década de los 60 y en la actualidad se aplican a huesos y cartílagos (Ciombor y Aaron, Foot Ankle Clin, 2005, (4) : 579-93) . En la actualidad, se ha establecido una aceptación comercial y general de su papel en la práctica clínica. Resultados no tan bien conocidos que se atribuyen a la estimulación bioeléctrica son los cambios de densidad ósea positivos (Tabrah, 1990) y la prevención de la osteoporosis (Chang, 2003) . Un reciente informe ofreció evidencia añadida de que la estimulación con campos electromagnéticos pulsantes (PEMF -"pulsed electromagnetic field"-) acelera significativamente la cantidad de hueso formada durante la osteogénesis de distracción (Fredericks, 2003) .

En el presente, el uso clínico de la electroterapia para la reparación de los huesos consiste en electrodos que se implantan directamente dentro del lugar de la reparación, o en un acoplamiento capacitivo o inductivo no invasivo. Se aplica corriente continua (CC -"DC" ("direct current") -) a través de uno de los electrodos (cátodo) situado en el tejido pretendido, en el lugar de la reparación ósea, y el ánodo se emplaza en tejidos blandos. Corrientes CC de entre 5 µA y 100 µA son suficientes para estimular la osteogénesis. La técnica de acoplamiento capacitivo se sirve de electrodos cutáneos externos que se colocan en lados opuestos del lugar de la fractura. Se emplean, por lo común, ondas sinusoidales de entre 20 Hz y 200 Hz para inducir campos eléctricos de entre 1 mV/cm y 100 mV/cm en el lugar de la reparación.

La técnica de acoplamiento inductivo (PEMF) induce un campo eléctrico que varía con el tiempo en el lugar de la reparación, al aplicar un campo magnético variable en el tiempo por medio de una o dos bobinas eléctricas. El campo eléctrico inducido actúa como mecanismo desencadenante que modula el procedimiento normal de regulación molecular de la reparación ósea, con la intermediación de muchos factores de crecimiento. Bassett et al. fueron los primeros en informar de que una señal de PEMF podía acelerar la reparación ósea en un 150% en un perro. Los modelos experimentales de la reparación ósea muestran una proliferación y calcificación celulares mejoradas, y una resistencia mecánica incrementada con corrientes CC. Tales soluciones también tienen potencial

para lesiones de cartílago.

El tejido dañado tiene un potencial o eléctrico o tensión con respeto al tejido normal. Las señales eléctricas medidas en los lugares de las heridas, denominadas "tensión de herida" o "corriente de herida", únicamente son CC (continuas) y cambian lentamente con el tiempo. Las tensiones de reparación de fracturas óseas y de nuevo crecimiento nervioso son, por lo común, más rápidas de lo habitual en las proximidades de un electrodo negativo, pero más lentas cerca de uno positivo, de tal manera que, en algunos casos, puede producirse la atrofia o la necrosis de los tejidos. Por esta razón, la mayoría de investigaciones recientes se han venido concentrando en señales más complejas, de frecuencias más altas, a menudo carentes de componente de CC neta.

Desgraciadamente, la mayor parte de dispositivos de electroterapia disponibles en la actualidad se basan en la implantación directa de electrodos o de juegos electrónicos completos, o en el acoplamiento inductivo a través de la piel utilizando bobinas que generan campos magnéticos variables con el tiempo, con lo que se inducen débiles corrientes parásitas en el seno de los tejidos corporales, lo que proporciona la señal a los tejidos de un modo ineficiente y, por tanto, además de voluminosas bobinas, requiere unos generadores de señales y juegos de baterías relativamente grandes. La necesidad de materiales quirúrgicos y biocompatibles, en uno de estos casos, y la excesiva complejidad de los circuitos y la potencia de entrada en el otro caso, han mantenido el precio de la mayoría de tales aparatos relativamente elevado y también han limitado la aplicación de tales dispositivos a personal muy preparado. Persiste, en consecuencia, la necesidad de un aparato versátil y de bajo coste que pueda ser utilizado para proporcionar estimulación bioeléctrica con el fin de modular de forma diferenciada el crecimiento del tejido osteocondral, al objeto de favorecer el desarrollo y la cicatrización adecuados.

En el documento US-B1-6.535.767 se divulga un sistema de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un sistema para modular el crecimiento o la reparación de hueso, cartílago u otro tejido conjuntivo, según se define en la reivindicación 1, mediante la administración de una señal eléctrica para el desarrollo de tejido óseo o cartilaginoso dañado.

La presente invención supera los inconvenientes de los dispositivos de la técnica anterior al hacer posible el aporte de señales bioeléctricas optimizadas de manera que se correspondan con propiedades seleccionadas de señales corporales naturales, con el resultado de una cicatrización acelerada y más permanente. Las señales descritas en esta memoria se adaptan a propiedades seleccionadas de señales naturales y, en consecuencia, los tejidos sometidos a electroestimulación de acuerdo con la presente invención experimentan un forzamiento fisiológico mínimo.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para modular el desarrollo o la reparación de hueso, cartílago u otro tejido conjuntivo, de tal manera que el sistema comprende:

medios de generación de señal eléctrica, configurados para generar una primera señal eléctrica que tiene una primera configuración repetitiva de un cierto número de trenes de impulsos, de tal manera que cada uno de los trenes de impulsos comprende una pluralidad de impulsos positivos individuales de una primera magnitud de tensión L1 y de una primera duración T1, estando los impulsos positivos individuales separados por un cierto número de impulsos negativos de una segunda duración T2 y de una segunda magnitud de tensión L2, de modo que cada uno de los trenes de impulsos es de una tercera duración T3 y están separados unos de otros al menos por un impulso de igualación de un cuarto periodo T4 a la segunda magnitud de tensión L2, un cierto número de electrodos, acoplables eléctricamente a los medios de generación de señal eléctrica con el fin de acoplar operativamente al menos la primera señal eléctrica al tejido, caracterizado por que la primera duración T1 es igual a 13 ms, la segunda duración T2 es igual a 200 ms y la tercera duración es igual a 1s.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los medios de generación de señal eléctrica se han configurado para generar la primera señal eléctrica de manera que incluye una duración adicional entre los trenes de impulsos de una tercera magnitud de tensión L3, estando la tercera magnitud de tensión L3 comprendida entre la primera magnitud de tensión L1 y la segunda magnitud de tensión L2, y de una señal sustancialmente nula.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los trenes de impulsos se repiten a una frecuencia de al menos 1 Hz.

2.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los medios de generación de señal eléctrica se han configurado, adicionalmente, para generar una segunda señal eléctrica que tiene una primera configuración repetitiva de un cierto número de trenes de impulsos, de tal manera que cada uno de los trenes de impulsos comprende una pluralidad de impulsos positivos individuales de una primera magnitud de tensión L1 y de una primera duración T1, estando los impulsos positivos individuales separados por un cierto número de impulsos negativos de una segunda duración T2 y de una segunda magnitud de tensión L2, de modo que cada uno de los trenes de impulsos es de una tercera duración T3 y están separados unos de otros al menos por un impulso de igualación de un cuarto periodo T4 a la segunda magnitud de tensión L2, de modo que la primera duración T1, la segunda duración T2 y la tercera duración T3 se han seleccionado del grupo de ternas consistentes en:

A) la primera duración T1 está comprendida entre 20 µs y 100 µs, la segunda duración T2 está comprendida entre 5 µs y 75 µs, y la tercera duración T3 está comprendida entre 0, 5 ms y 500 ms; B) la primera duración T1 está comprendida entre 100 µs y 1.000 µs, la segunda duración T2 está comprendida entre 5 µs y 75 µs, y la tercera duración T3 está comprendida entre 1, 0 ms y 50 ms; y C) la primera duración T1 está comprendida entre 100 µs y 1.000 µs, la segunda duración T2 está comprendida entre 20 µs y 100 µs, y la tercera duración T3 está comprendida entre 1, 0 ms y 50 ms.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual los medios de generación de señal eléctrica se han configurado para generar la primera y la segunda señales eléctricas consecutivamente una con respecto a la otra.

4.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual los medios de generación de señal eléctrica se han configurado para generar la primera y la segunda señales eléctricas de forma concurrente una con respecto a la otra.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, de tal manera que el sistema se ha configurado, adicionalmente, para proporcionar una carga mecánica en combinación con la generación de la primera señal.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual los electrodos se han configurado para proporcionar un acoplamiento capacitivo con el tejido.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:

medios para retener una pluralidad de células, de tal manera que las células se han seleccionado de entre células madre, progenitoras no comprometidas, células progenitoras comprometidas, progenitoras 60 multipotentes, progenitoras pluripotentes o células en otras etapas de diferenciación.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual el número de electrodos incluye un electrodo de puente de un metal anodizado.

11. El electrodo de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual el metal anodizado es niobio, tántalo, titanio, 23

zirconio, molibdeno, tungsteno, vanadio, aluminio o aceros inoxidables.

12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende adicionalmente: 5 medios para la carga mecánica de las células.

13. Un equipo para preparar un tejido adecuado para su trasplante, que comprende: un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4; y 10 una férula biodegradable o bioestable.

14. El equipo de acuerdo con la reivindicación 13, en el cual la férula está hecha de un material seleccionado de entre polímeros naturales o sintéticos. 1.

15. El equipo de acuerdo con la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el cual la férula está en asociación con moléculas de potenciación del crecimiento o de potenciación de la adhesión.