Biomateriales compuestos que comprenden materiales de fosfato cálcico, colágeno y glicosaminoglicanos.

Un proceso para la producción de un material compuesto que comprende colágeno,

brushita y uno o másglicosaminoglicanos, dicho proceso comprende las etapas de

proporcionar una solución ácida acuosa de colágeno que comprende, una fuente de calcio y una fuente defósforo y uno o más glicosaminoglicanos, y

precipitar el colágeno, la brushita y uno o más glicosaminoglicanos junto con la solución acuosa para formar untriple coprecipitado

Biomateriales compuestos que comprenden materiales de fosfato cálcico, colágeno y glicosaminoglicanos La presente invención se relaciona con el campo de huesos sintéticos, materiales dentales y soportes de regeneración para aplicaciones biomédicas y, particularmente, a huesos sintéticos, materiales dentales y soportes de regeneración y sus precursores que comprenden un triple coprecipitado que comprende colágeno, un material de fosfato cálcico y uno o más glicosaminoglicanos.

El hueso natural es un biocompuesto de colágeno, fases orgánicas no colagenosas que incluyen glicosaminoglicanos, y fosfato cálcico. Su estructura jerárquica compleja conduce a propiedades mecánicas excepcionales, que incluyen alta rigidez, resistencia, y dureza a la fractura, que a su vez permite a los huesos soportar las tensiones fisiológicas a las que se someten diariamente. El reto enfrentado por los investigadores en el campo es preparar un material sintético que tiene una composición y estructura que permite el crecimiento del hueso natural en y alrededor del material sintético en el ser humano o el cuerpo del animal.

Se observó que el hueso se une directamente a los fosfatos de calcio en el cuerpo humano (una propiedad denominada bioactividad) a través de una capa de apatita similar al hueso formada en el ambiente del cuerpo. El colágeno y copolímeros que comprenden colágeno y otros biorgánicos tales como glicosaminoglicanos por otra parte, se conocen que son sustratos óptimos para la adhesión y proliferación de numerosos tipos de células, que incluyen aquellos responsables de la producción y el mantenimiento de los huesos en el cuerpo humano.

La hidroxiapatita es el fosfato cálcico más usado comúnmente como constituyente en los materiales sustitutos de los huesos. Es, sin embargo, un material relativamente insoluble cuando se compara con otras formas de materiales de fosfato cálcico tales como brushita, fosfato tricálcico y fosfato octacálcico. La relativamente baja solubilidad de la apatita puede ser una desventaja cuando se produce un biomaterial como la velocidad de resorción del material en el cuerpo es particularmente lenta.

Los fosfatos de calcio tales como la hidroxiapatita son materiales mecánicamente rígidos. Sin embargo, son relativamente frágiles cuando se comparan con el hueso natural. El colágeno es un material mecánicamente resistente, pero tiene una rigidez relativamente baja cuando se compara con el hueso natural. Los materiales que comprenden copolímeros de colágeno y glicosaminoglicanos son tanto más duros como más rígidos que el colágeno solo, pero todavía tienen la rigidez relativamente baja cuando se comparan con el hueso natural. "

Los intentos previos en la industria anterior para producir un material sintético sustituto del hueso que tiene dureza mecánica mejorada más que la hidroxiapatita y rigidez mejorada más que el colágeno y copolímeros de colágeno y glicosaminoglicanos incluyen combinar el colágeno y apatita por mezclado mecánico. Un método mecánico de este tipo se describe en EP-A-0164 484.

Los desarrollos posteriores en la tecnología incluyen producir un material de reemplazo de los huesos que comprende hidroxiapatita, colágeno y condroitina-4-sulfato por el mezclado mecánico de estos componentes. Esto se describe en EP-A-0214070. Este documento describe además la reticulación dehidrotérmica del condroitina-4-sulfato al colágeno. Se encontró que los materiales que comprenden apatita, colágeno y condroitina-4-sulfato tienen buena biocompatibilidad. El mezclado mecánico de apatita con colágeno, y opcionalmente condroitina-4-sulfato, forma prácticamente partículas de apatita recubiertas de colágeno /condroitina-4-sulfato. Se encontró que dicho material, aunque biocompatible, produce crecimiento limitado del hueso natural en el caso del cuerpo humano o animal y no restaura la fase de fosfato cálcico del material sintético.

La presente invención trata de abordar al menos algunos de los problemas asociados con la técnica anterior.

La presente invención proporciona un proceso para la producción de un material compuesto que comprende colágeno, brushita y uno o más de glicosaminoglicanos, dicho proceso comprende las etapas de proporcionar una solución acuosa ácida que comprende colágeno, una fuente de calcio y una fuente de fósforo y uno o más glicosaminoglicanos, y

precipitar el colágeno, la brushita y el uno o más glicosaminoglicanos juntos de la solución acuosa para formar un triple coprecipitado.

El triple término coprecipitado abarca la precipitación de los tres compuestos donde los compuestos se precipitaron en sustancialmente el mismo tiempo a partir de la misma solución/dispersión. Se debe distinguir de un material formado a partir del mezclado mecánico de los componentes, particularmente donde estos componentes se precipitaron separadamente, por ejemplo, en soluciones diferentes. La microestructura de un coprecipitado es sustancialmente diferente de un material formado a partir del mezclado mecánico de sus componentes.

La solución tiene preferentemente un pH de 2.5 a 6.5, con mayor preferencia de 2.5 a 5.5. Con mayor preferencia, la solución tiene un pH de 3.0 a 4.5. Aún con mayor preferencia, la solución tiene un pH de 3.8 a 4.2. Con la máxima preferencia, la solución tiene un pH de alrededor de 4.

La fuente de calcio es preferentemente seleccionada de uno o más de nitrato cálcico, acetato cálcico, cloruro cálcico, carbonato cálcico, alcóxido de calcio, hidróxido cálcico, silicato cálcico, sulfato de calcio, gluconato cálcico y la sal de calcio de heparina. Una sal de calcio de heparina puede derivarse de la mucosa intestinal porcina. Las sales de calcio adecuadas están comercialmente disponibles de Sigma-Aldrich Inc.

La fuente de fósforo es preferentemente seleccionada de uno o más de amonio dihidrógeno fosfato, diamonio hidrógeno fosfato, ácido fosfórico, disodio hidrógeno ortofosfato 2-hidrato (Na2HPO4.2H2O, algunas veces llamada sal de Sorensen GPR) y trimetilo fosfato, sales de metales alcalinos (por ejemplo, Na o K) de fosfato, sales de tierras alcalinas (por ejemplo, Mg o Ca) de fosfato.

Los glicosaminoglicanos son una familia de macromoléculas que contienen largos polisacáridos no ramificados que contienen una unidad repetitiva de disacárido. Preferentemente, el uno o más glicosaminoglicanos se seleccionan de sulfato de condroitina, sulfato de dermatina, heparina, sulfato de heparina, sulfato de queratina y ácido hialurónico. El sulfato de condroitina puede ser condroitina-4-sulfato o condroitina-6-sulfato, los cuales están disponibles de Sigma-Aldrich Inc. La condroitina-6-sulfato se puede derivar de cartílago de tiburón. El ácido hialurónico se puede derivar del cordón umbilical humano. La heparina se puede derivar de la mucosa intestinal porcina.

Preferentemente, en la precipitación del triple coprecipitado, la solución tiene una temperatura de 4.0 a 50°C. Con mayor preferencia, la solución tiene una temperatura de 15 a 40°C. La solución puede estar a temperatura ambiente, o sea de 20 a 30°C, y se prefiere una temperatura de 20 a 27°C. Con la máxima preferencia, la temperatura es de alrededor de 25°C.

La concentración de iones calcio en la solución acuosa es típicamente de 0.00025 a 1 moldm-3 y preferentemente de 0.001 a 1 moldm-3. Donde el proceso incluye las etapas adicionales de filtración y o secado a baja temperatura, la concentración de iones calcio en la solución acuosa es con mayor preferencia de 0.05 a 0.5 moldm-3 (por ejemplo de 0.08 a 0.25 moldm-3) y con la máxima preferencia de 0.1 a 0.5 moldm-3. Donde el proceso incluye las etapas adicionales de liofilización y opcionalmente moldeo por inyección, la concentración de iones calcio en la solución acuosa es con mayor preferencia de 0.01 a 0.3 moldm-3 y con la máxima preferencia de 0.05 a 0.18 moldm-3.

Preferentemente, la solución comprende iones fosfato y la concentración de iones fosfato en solución es típicamente de 0.00025 a 1 moldm-3 y preferentemente de 0.001 a 1 M. Donde el proceso incluye las etapas adicionales de filtración y/o secado a baja temperatura, la concentración de iones fosfato en solución es con mayor preferencia de 0.05 a 0.5 moldm-3, aún con mayor preferencia 0.1 a 0.5 M, por ejemplo 0.1 a 0.35 moldm-3. Donde el proceso incluye las etapas adicionales de liofilización y opcionalmente de moldeo por inyección, la concentración de iones fosfato en solución es con mayor preferencia de 0.01 a 0.3 moldm-3, aún con mayor preferencia 0.05 a 0.18 M.

Preferentemente, la relación de colágeno por la cantidad total de uno o más glicosaminoglicanos en la solución antes de la precipitación es de 8:1 a 30:1... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la producción de un material compuesto que comprende colágeno, brushita y uno o más glicosaminoglicanos, dicho proceso comprende las etapas de

proporcionar una solución ácida acuosa de colágeno que comprende, una fuente de calcio y una fuente de fósforo y uno o más glicosaminoglicanos, y precipitar el colágeno, la brushita y uno o más glicosaminoglicanos junto con la solución acuosa para formar un triple coprecipitado.

2. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 1, en donde la solución tiene un pH de 2.5 a 6.5, preferentemente de 2.5 a 5.5.

3. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 2, en donde la solución tiene un pH de 3 a 4.5, preferentemente de 3.8 a 4.2.

4. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente de calcio se selecciona a partir de uno o más de nitrato de calcio, acetato de calcio, cloruro de calcio, carbonato de calcio y alcóxido de calcio, hidróxido de calcio, silicato de calcio, sulfato de calcio, gluconato de calcio y sal cálcica de heparina.

5. Un procedimiento según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente de fósforo se selecciona de uno o más de amonio dihidrógeno fosfato, diamonio hidrógeno fosfato, ácido fosfórico, disodio hidrógeno ortofosfato 2-hidrato y trimetilo fosfato.

6. Un procedimiento según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde uno o más glucosaminoglucanos se seleccionan de sulfato de condroitina, sulfato de dermatina, heparina, sulfato de heparina, sulfato de queratina y ácido hialurónico.

7. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución tiene una temperatura de 4 a 50°C.

8. Un procedimiento según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación de colágeno a la cantidad total de uno o más glicosaminoglicanos en la solución es de 8:1 a 30:1 en peso.

9. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución comprende iones de calcio y la relación de colágeno a iones de calcio es de 1:40 a 500:1 en peso, preferentemente de 1:40 a 250:1 en peso, con mayor preferencia de 1:13 a 5:4.

10. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la relación de colágeno a brushita en el coprecipitado es de 10:1 a 1:100 en peso, preferentemente de 5:1 a 1:20.

11. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución comprende iones de calcio y la concentración de iones de calcio en solución es de 0.00025 a 1 M, preferentemente de 0.001 a 1 M.

12. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la solución comprende iones de fosfato y la concentración de iones fosfato en la solución es de es 0.00025 a 1 M, preferentemente de 0.001 a 1 M.

13. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la concentración de colágeno en la solución es de 1.0 a 20 g/l, con mayor preferencia de 1.0 a 10 g/l.

14. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la concentración total de uno o más glicosaminoglicanos en la solución es de 0.01 a 1.5 g/l, con mayor preferencia de 0.01 a 1 g/l.

15. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que además comprende convertir al menos parte de la brushita en el material compuesto de fosfato octacálcico por hidrolización.

16. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 15, en donde el material compuesto comprende o esencialmente consiste en un triple coprecipitado que comprende colágeno, brushita y uno o más glicosaminoglicanos.

17. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 15 o reivindicación 16, en donde la etapa de hidrolización de brushita a fosfato octacálcico comprende contactar el material compuesto con una solución acuosa, dicha solución acuosa está a o por encima del pH en el que el fosfato octacálcico se vuelve termodinámicamente más estable que la brushita.

18. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 17, en donde dicha solución acuosa tiene un pH de 6 a 8, preferentemente de 6.3 a 7.

19. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que además comprende convertir al menos parte de la brushita en el material compuesto de apatita por hidrolización.

20. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 19, en donde el material compuesto comprende o esencialmente consiste en un triple coprecipitado que comprende colágeno, brushita y uno o más glicosaminoglicanos.

21. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 19 o reivindicación 20, en donde la etapa de hidrolización de brushita a apatita comprende contactar el material compuesto con una solución acuosa, dicha solución acuosa está a o por encima del pH en el que apatita se convierte termodinámicamente más estable que la brushita.

22. Un proceso según se reivindica en la reivindicación 21, en donde dicha solución acuosa tiene un pH de 6.65 a 9, preferentemente de 7 a 8.5.

23. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, en donde la conversión de brushita a fosfato octacálcico y/o apatita se lleva a cabo a una temperatura de 20 a 50 °C, preferentemente de 30 a 40°C.

24. Un proceso según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además las etapas de reticulación del colágeno y uno o más glicosaminoglicanos en el material compuesto o triple coprecipitado.

25. Un material que comprende un triple coprecipitado que comprende colágeno, brushita y uno o más glicosaminoglicanos.

26. Un material según la reivindicación 25 que es adecuado para transformar en un biomaterial sintético.

27. Un material según la reivindicación 25 en donde el material es un compuesto de biomaterial.

28. Un biomaterial compuesto como se reivindica en la reivindicación 27 que comprende colágeno, uno o más glicosaminoglicanos, y, ya sea brushita o fosfato octacálcico.

29. Un biomaterial compuesto como se reivindica en la reivindicación 28 para usar como un sustituto de hueso o material dental.

30. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 29, en donde el colágeno y uno o más glicosaminoglicanos se reticulan.

31. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 30, en donde el colágeno está presente en el material en una cantidad de 5 a 90 porcentaje en peso, preferentemente de 15 a 60 porcentaje en peso.

32. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 31, donde uno o más glicosaminoglicanos están presentes en el material en una cantidad de 0.01 a 12 porcentaje en peso, preferentemente de 1 a 5.5 porcentaje en peso.

33. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 32, en donde, si el material comprende brushita, la proporción de colágeno a brushita es de 10:1 a 1:100 en peso, preferentemente de 5:1 a 1:20 en peso.

34. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 32, en donde, si el material comprende fosfato octacálcico, la proporción de colágeno a fosfato octacálcico es de 10:1 a 1:100 en peso, preferentemente de 5:1 a 1:20 en peso.

35. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 34, en donde la relación de colágeno a la cantidad total de uno o más glicosaminoglicanos es de 8:1 a 30:1 en peso.

36. Un material como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 25 a 35 que comprenden partículas de uno o más materiales de fosfato cálcico, colágeno y uno o más glicosaminoglicanos, en donde, dicho colágeno y dicho uno o más glicosaminoglicanos se reticulan y forman una matriz, dichas partículas de material de fosfato cálcico se dispersan en dicha matriz, y dicho material de fosfato cálcico se selecciona de uno o más de brushita, fosfato octacálcico y/o apatita.

37. Un material sintético de hueso, implante óseo, injerto de hueso, sustituto de hueso, soporte de hueso, rellenador, recubrimiento o cemento que comprende un material como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 27 a 36.