BRPI0617493A2

BRPI0617493A2 - hidroxiapatita multisubstituÍda e seu compàsito com um polÍmero natural e/ou sintÉtico, preparo e usos dos mesmos

Info

Publication number: BRPI0617493A2
Application number: BRPI0617493-0A
Authority: BR
Inventors: Elena Landi; Anna Tampieri; Simone Sprio; Daniele Pressato; Claudio De Luca; Giancarlo Celotti
Original assignee: Fin Ceramica Faenza Spa
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2011-07-26
Also published as: ES2606466T3; JP5524485B2; BRPI0617493B1; AU2006305677B2; CA2625173C; US20080262121A1; ITMI20051966A1; EP1948561B1; BRPI0617493B8; DK1948561T3; CA2625173A1; EP1948561A1; SI1948561T1; WO2007045954A1; PL1948561T3; AU2006305677A1; US9327976B2; JP2009511420A

Abstract

<B>HIDROXIAPATITA MULTISUBSTITUÍDÁ E SEU COMPàSITO COM UM POLÍMERO NATURAL E/OU SINTÉTICO, PREPARO E USOS DOS MESMOS<D>A presente invenção refere-se a uma hidroxiapatita multisubstituída por espécies iônicas fisiologicamente compatíveis e a seu compósito biohíbrido com um polímero natural e/ou sintético, que são úteis na preparação de um substituto ásseo biomimético para o tratamento de defeitos em tecidos ósseos. Além do mais, a presente invenção refere-se a um método para sua preparação e a seus usos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invençãopara "HIDROXIAPATITA MULTISUBSTITUÍDA E SEUCOMPÓSITO COM UM POLÍMERO NATURAL E/OUSINTÉTICO, PREPARO E USOS DOS MESMOS ".

A presente invenção refere-se a umahidroxiapatita multisubstituída por espécies iônicasfisiologicamente compatíveis e a seu compósito biohíbrido comum polímero natural e/ou sintético, que pode ser usado napreparação de um substituto ósseo biomimético para o tratamentode defeitos em tecidos ósseos.

Além disso, a presente invenção refere-se a ummétodo para sua preparação e a seus usos.

A hidroxiapatita é um fosfato de cálcioconsiderado um dos materiais mais úteis como substitutos ósseose/ou implantes, pois é um constituinte essencial da partemineral/inorgânica dos ossos e dentes dos mamíferos. A dita parteinorgânica foi representada, durante muito tempo, comohidroxiapatita estequiométrica, Cai0(PO4)6(OH)2. Na verdade, afase inorgânica fisiológica dos ossos e dos dentes não éconstituída apenas de fosfato de cálcio estequiométrico, ou dehidroxiapatita (por razões de simplicidade, denominada como HAa seguir), conforme mencionado acima. De fato, a hidroxiapatitafisiológica, presente nos ossos e nos dentes, compreende ainda,em sua estrutura, uma certa quantidade de substituições químicas,tanto aniônicas quanto catiônicas, que, de um lado, tornam-namais reabsorvível pelo organismo vivo, e do outro, conferem-namaior capacidade de estimular o crescimento de novos tecidosósseos do que a hidroxiapatita estequiométrica. Os ditossubstituintes, embora estejam presentes em pequena quantidade,podem ser associados às propriedades biológicas específicas dahidroxiapatita fisiológica e desempenham papel fundamental nabioquímica do osso, do esmalte e da dentina.

A presença desses substituintes iônicos é,portanto, fundamental para que seja obtido um biomaterial que, aoreproduzir da maneira ideal (e possivelmente melhor) abioestrutura e bioquímica do tecido ósseo natural, pode se integrare substituí-lo, com um tempo de integração e regeneração ósseaextremamente reduzido em relação à hidroxiapatitaestequiométrica convencional (que, como tal, é reabsorvida emtempos muito longos e gera uma ativação insuficiente dososteoblastos).

Dentre os substituintes iônicos maisimportantes, que estão presentes na hidroxiapatita fisiológica,podemos mencionar os seguintes:

- de um lado, ânions de silicato e carbonato, quesubstituem parcialmente os íons fosfato (no assim chamado "sítio

B" da HÁ);

- do outro, cátions de Mg e Sr , quesubstituem parcialmente os íons cálcio.

Além do mais, o íon carbonato também substituiparcialmente os íons OH" do sítio A da HA, dessa formaresultando na substituição parcial em ambos os sítios A e B damesma, principalmente na posição fosfato (sítio B) com respeito àposição hidroxila (sítio A). De fato, na HA fisiológica, tanto ascarbonações do tipo A quanto do tipo B estão presentes, a umarazão molar mútua A/B de cerca de 0,7 a cerca de 0,9(correspondendo a um percentual de razão molar A/V de cerca de70% a cerca de 90%), dependendo da espécie e idade doindivíduo.

O silício é um dos microelementos essenciaisnos processos biológicos. A importância do silício para aformação óssea e a calcificação foi comprovada por estudoscientíficos in vitro e in vivo. Por exemplo, a substituição de íonsfosfato por íons silicato na hidroxiapatita aumenta a atividade dascélulas dos osteoblastos com respeito à hidroxiapatitaestequiométrica. De fato, foi observada uma deposição ósseasuperior e um remodelamento ósseo mais rápido na superfície dosimplantes de HA substituída por íons silicato (por razões desimplicidade, silício-hidroxiapatita, SiHA), com respeito à HAestequiométrica. O teor de silício na apatita biológica varia deaproximadamente 0,2 a 0,8% em peso.

A presença do silício também parece promovera adesão celular e a formação da parte orgânica do osso, emparticular do colágeno.

No que tange ao magnésio, ele parecedesempenhar um importante papel nas modificações da qualidadeda matriz óssea, resultando na fragilidade desta. A falta de Mgafeta negativamente todos os estágios do metabolismo doesqueleto, provocando a interrupção do crescimento ósseo, aredução da atividade dos osteoblastos e osteócitos, osteopenia efragilidade óssea.

Além disso, a hidroxiapatita sintética substituídapor Mg2+ (por razões de simplicidade, MgHA) é mais solúvel, e,portanto, mais reabsorvível do que a HA não-substituída.Entretanto, há um limite na incorporação do Mg na HA, umavez que elevadas concentrações do dito íon tendem adesestabilizar sua estrutura. Razões molares de Mg /Ca acimade 0,3 tornam proporcionalmente provável a formação de fosfatode magnésio tricálcio em detrimento de MgHA. De qualquerforma, a substituição do íon Ca por Mg pode servantajosamente aumentada pela incorporação simultânea de íonscarbonato no sítio do fosfato (sítio B) da estrutura da apatita.Como tal, o íon carbonato já está presente normalmente naestrutura do HA fisiológico a uma quantidade de 3% a 8% empeso, com respeito ao peso da HA, dependendo da idade doindivíduo.

Portanto, carbonações sintéticas devem serrealizadas preferencialmente no sítio B, também pelo fato de quea carbonação do tipo A resulta em uma afinidade inferior daapatita com as células dos osteoblastos, dando origem a umaadesão celular inferior e baixa produção de colágenos, comrespeito à HA não-substituída. Portanto, seria proveitoso

direcionar a carbonação da HA especificamente apenas em seusítio B. No que diz respeito ao íon Sr2+ , sua presença varia deacordo com a idade, o tecido e exercícios físicos. A razão molarde Sr2+ /Ca2+ na HA fisiológica é geralmente de 0,02 a 0,30, sendoque valores mais elevados estão associados a ossos jovens. Alémdo mais, o Sr tem um efeito estabilizante sobre a estrutura daapatita.

A presença de cada íon específico emquantidades adequadas possibilita uma contribuição específica aoprocesso biológico do remodelamento ósseo, e também varia ascaracterísticas de solubilidade, reabsorção, estabilidade eresistência mecânica da HA substituída graças ao grande númerode defeitos cristalinos provocados pela sua presença. Todas assubstituições iônicas que se encontram naturalmente presentes naHA fisiológica contribuem, portanto, para determinar ascaracterísticas biológicas específicas do tecido ósseo.

Portanto, seria de extrema importância dispor deum material sintético capaz de reproduzir da maneira ideal (epossivelmente melhor) as características dadas ao tecido ósseopelo seu componente inorgânico fisiológico complexo (apatita),de modo a obter substitutos ósseos biocompatíveis ebiomiméticos a serem usados no tratamento de defeitos ósseos.

Infelizmente, não há notícia de um material quese enquadre satisfatoriamente nas características citadas acima.Portanto, ainda é necessário dispor de um material como odescrito acima, que seja completamente biocompatível ebiomimético, cujas características de capacidade de reabsorção eosteogênese sejam de tal forma a torná-lo um substituto ideal docomponente inorgânico do tecido ósseo natural.

O objetivo da presente invenção é oferecer umaresposta à altura da necessidade revelada acima.

Esse e outros objetivos, que ficarão evidentes nadescrição detalhada seguinte, foram consumados pelo Titular, quedescobriu por acaso que uma hidroxiapatita substituída por umaquantidade eficaz de silicato e/ou íons Sr e pelo menos umaespécie iônica fisiologicamente compatível, selecionada dentrecarbonato, Mg e/ou misturas destes, é capaz de oferecer umaresposta adequada aos problemas citados acima. Portanto, um dosobjetivos da presente invenção é uma hidroxiapatitamultisubstituída por uma quantidade eficaz de silicato e/ou íonsSr2+ e, adicionalmente, com pelo menos uma outra espécie iônicafísiologicamente compatível, conforme revelado na reivindicaçãoindependente anexa.

Outro objetivo da presente invenção é ummétodo para o preparo do composto acima, cujas característicassão reveladas na reivindicação independente anexa. Outroobjetivo da presente invenção é o uso do composto acima para opreparo de um substituto ósseo, conforme revelado nareivindicação independente em anexo. Ainda outro objetivo dapresente invenção é o substituto ósseo obtido com o compostoacima, conforme revelado na reivindicação independente emanexo. Concretizações preferidas da presente invenção sãoreveladas nas reivindicações dependentes anexas. Entre estes, umobjetivo particularmente preferido da presente invenção é umcompósito biohíbrido compreendendo a hidroxiapatita acima ecompreendendo, ainda, uma quantidade adequada de um polímeronatural e/ou sintético, bem como um método para o preparo dodito compósito biohíbrido.

A presente invenção é revelada em detalhes nadescrição a seguir. Além do mais, ela é revelada em detalhes emalguns de seus aspectos preferidos pelas Figuras acompanhantesde 1 a 6, nas quais:

-A FIG. 1 ilustra a comparação entre atendência dependente do pH da condutividade da água de umdado número de suspensões (aquosas) dos pós de hidroxiapatitasmultisubstituídas de acordo com a presente invenção;

- A FIG. 2 ilustra uma análise ESEM(Microscopia Eletrônica de Varredura Ambiental) de umcompósito (is_SrSiMgCHA/Coll 70/30 SBF, descrito no Exemplo2 revelado abaixo) de acordo com a presente invenção,constituído de uma fase inorgânica de hidroxiapatitamultisubstituída (SrSiMgCHA), que é incorporada, durante suasíntese, à fase colágeno no processo de auto-organização damesma (nucleação direta in-situ); o compósito é caracterizado poruma estrutura porosa compreendendo poros com dimensãoextremamente variável; tanto macroporos com dimensõessuperiores a 300 μm, que permitem a penetração de osteoblastos,quanto micro-mesoporos, que permitem a permeação de toda aestrutura por fluidos fisiológicos, podem ser vistos;A FIG. 3 ilustra uma análise TEM (MicroscopiaEletrônica de Transmissão) de um compósito de acordo com apresente invenção (is_SrSiMgCHA/Coll 70/30 SBF), daondepode-se deduzir que o processo de nucleação in-situ da apatita nocolágeno permite reduzir a dimensão das partículas do compósitocom respeito ao que pode ser obtido com a dopagem química(substituição) apenas da fase inorgânica; De fato, tendo em vistaque as hidroxiapatitas multisubstituídas, como tal, têm umadimensão de 20 nm a 40 nm, dependendo dos íons dopagem, comnucleação de colágeno in-situ, são geradas apatitasmultisubstituídas com núcleos tendo uma dimensão de 5 nm a 10 nm.

- A FIG. 4 ilustra uma análise XRD (Difraçãode Raios X; Radiação de Cu Κα) de um compósito de acordo coma presente invenção (is_SrSiMgCHA/Coll 70/30 SBF); o espectroé típico de uma fase com baixa cristanilinidade, mas no entanto,os picos característicos da fase apatita (002) a cerca de 26 grausde 2-Teta, (211) e (112) podem ser identificados, o que tende acriar uma banda incluindo o pico em (300), em torno de 32 grausde 2-Teta (Teta é o ângulo entre o raio χ incidente e o raio χdifratado pela amostra: via de regra, ele é a abscissa de umdifratograma de raios x); A aparência do espectro condiz com acomposição do material constituído de uma fase orgânica(colágeno) e de uma fase inorgânica (apatita multisubstituída)com um tamanho de cristalitos extremamente pequeno;- FIG. - A FIG. 5 ilustra uma análise FTIR(espectroscopia na região do infravermelho com transformada deFourier) de um compósito de acordo com a presente invenção(is_SrSiMgCHA/Coll 70/30 SBF), em que a curvatura decarbonato no sítio B (874 cm-1) e o estiramento do grupo COO-do colágeno, deslocados em direção a valores de número de ondasmenores (de 1340 a cerca de 1336,5 cm-1), evidenciam umainteração próxima entre a apatita e o colágeno; Isso confirma anucleação da apatita dentro e nas fibras de colágeno, ao contráriodo que ocorre quando a fase apatita pré-formada é misturada nafase colágeno (neste caso, as duas fases permanecem distintas);

- A FIG. 6 ilustra uma análise TGA (curvatermogravimétrica e seu derivado, extraído da análise STA: STAinclui TGA e DTA, isto é, análise termogravimétrica + análisetermodiferencial) de um compósito de acordo com a presenteinvenção (is_SrSiMgCHA/Coll 70/30 SBF); A curva de perda depeso permite avaliar a quantidade relativa de fases de apatita ecolágeno; O compósito de apatita/colágeno 70/30 é caracterizadopor uma razão de peso real de apatita/colágeno de cerca de 67/33;De fato, se considerarmos que a fase apatita isoladamente écaracterizada por uma perda de peso, dependendo de suaestequiometria (geralmente de cerca de 10-15% - adsorção, águaocluída, carbonação e assim por diante), o teor relativo da fasecolágeno pode ser inferido a partir da perda de peso total docompósito; O teor de peso de carbonato na apatita é inferido apartir da perda de peso (eliminação de CO2 como resultado doprocesso de descarbonização) na faixa de 600 a IOOO0C.

A presente invenção refere-se a umahidroxiapatita (ou hidroxiapatita não estequiométrica, por razõesde conveniência também chamado de nsHA) multisubstituída porespécies iônicas fisiologicamente compatíveis, em que a ditahidroxiapatita compreende uma quantidade eficaz de silicato e/ouíons Sr2+ e, ainda, pelo menos uma espécie iônica selecionadadentre: carbonato, Mg e/ou suas misturas. Na dita hidroxiapatitacitada acima:

- a razão molar de íons silicato para íons fosfatode hidroxiapatita é de 0,001 a 0,25, correspondendo a umporcentual de Si04/P04 de 0,1% a 25%; e

- a razão molar de íons Sr para íons Ca2+ dehidroxiapatita é de 0,002 a 0,35, correspondendo a umaporcentagem de razão molar de Sr/Ca de 0,2% a 35%. Depreferência, a dita razão de silicato para fosfato é de 0,005 a 0,20,correspondendo a um porcentual de razão molar de S1O4/PO4 de0,5% a 20%.

Mais preferencialmente, a dita razão de silicatopara fosfato é de 0,01 a 0,10, correspondendo a um porcentual derazão molar de Si04/P04 de 1% a 10%.

Por sua vez, a dita razão de Sr2+ para Ca2+ é, depreferência, de 0,02 a 0,30, correspondendo a uma porcentagemde razão molar Sr/Ca de 2% a 30%.Mais preferencialmente, a dita razão de Sr

para

Ca2+ é de 0,02 a 0,25, correspondendo a uma porcentagem derazão molar de Sr/Ca de 3% a 25%.

Em uma concretização preferida da invenção, adita hidroxiapatita adicionalmente compreende pelo menos o íoncarbonato.

O dito carbonato está presente a uma razãomolar de carbonato para fosfato da hidroxiapatita de 0,01 a 0,80,correspondendo a uma porcentagem de razão molar deCaC03/P04 de 1,00% a 80%; De preferência, de 0,05 a 0,30,correspondendo a uma porcentagem de razão molar deCaC03/P04 de 5% a 30%. Em outra concretização preferida dainvenção, a dita hidroxiapatita adicionalmente compreende pelomenos o carbonato Mg2+.

O dito carbonato está presente a uma razãomolar de carbonato para fosfato da hidroxiapatita de 0,01 a 0,30,correspondendo a uma porcentagem de razão molar deCaC03/P04 de 1,00% a 80%; De preferência, a uma razão molarde 0,03 a 0,20, correspondendo a uma porcentagem de razãomolar de Mg/Ca de 3% a 20%. Em uma concretização preferidaadicional da invenção, a dita hidroxiapatita adicionalmentecompreende uma mistura de íons carbonato e Mg2+, em que osditos íons estão presentes em razões molares iguais às citadasacima. Em algumas das concretizações preferidas da invenção, adita hidroxiapatita compreende os seguintes íons substituintes:

- silicato, Sr2+, carbonato; ou- silicato, Sr2+, Mg2+; ou

- silicato, carbonato, Mg ; ou 2+

- Sr , carbonato, Mg ;

em que os ditos íons estão presentes em razõesmolares iguais às citadas acima.

Em outra concretização preferida da invenção, adita hidroxiapatita compreende íons substituintes silicato, Sr2+,carbonato e Mg , em que os ditos íons estão presentes em razõesmolares iguais às citadas acima; de preferência, os ditos íons estãopresentes às seguintes razões:

- o íon silicato está presente a uma razão molarS1O4/PO4 de 0,01 a 0,10;

- o íon Sr2+ está presente a uma razão molarSr/Ca de 0,03 a 0,25;

- o íon carbonato está presente a uma razãomolar CO3/PO4 de 0,05 a 0,30;

- o íon Mg2+ está presente a uma razão molarMg/Ca de 0,03 a 0,20;

Em uma concretização particularmente preferidada invenção, a hidroxiapatita multisubstituída consiste de umahidroxiapatita substituída por: silicato, Sr2+, carbonato(SrSiCHA), em que os ditos íons estão presentes às mesmasrazões molares citadas acima. Em outra concretizaçãoparticularmente preferida da invenção, a hidroxiapatitamultisubstituída consiste de uma hidroxiapatita substituída por:silicato, Sr2+, Mg2+ (SrSiMgHA), em que os ditos íons estãopresentes às mesmas razões molares citadas acima. Em outraconcretização particularmente preferida da invenção, ahidroxiapatita multisubstituída consiste de uma hidroxiapatitasubstituída por: silicato, carbonato, Mg2+ (SiMgCHA), em que osditos íons estão presentes às mesmas razões molares citadasacima. Em outra concretização particularmente preferida dainvenção, a hidroxiapatita multisubstituída consiste de umahidroxiapatita substituída por: Sr2+, carbonato e Mg2+(SrMgCHA), em que os ditos íons estão presentes às mesmasrazões molares citadas acima. Em uma concretizaçãoparticularmente preferida adicional da invenção, a hidroxiapatitamultisubstituída consiste de uma hidroxiapatita substituída por:silicato, Sr , carbonato e Mg2+ (SrSiMgCHA), em que os ditosíons estão presentes às mesmas razões molares citadas acima.

Os pós de HA multisubstituída de acordo com apresente invenção foram sintetizados com um métodoconvenientemente estudado e otimizado de maneira a obterresultados mais próximos possíveis aos encontrados na natureza.

O dito método para o preparo de umahidroxiapatita multisubstituída de acordo com a presente invençãoinclui neutralizar uma suspensão aquosa básica a) de Ca(OH)2,compreendendo uma quantidade adequada de íons silicato e/ouSr2+ , pela adição de uma solução aquosa b) de H3PO4, em que, nadita reação de neutralização: i) a dita suspensão aquosa a)compreende, ainda, uma quantidade eficaz de íons Mg2+; e/ouii) a adição da dita solução b) é realizadasimultaneamente à adição de uma solução aquosa de íonsbicarbonato.

A dita reação de neutralização foi realizada àtemperatura ambiente ou fisiológica (de 20°C a 40°C; depreferência, de 25°C a 37°C). Toda a síntese é realizada sobcondições de pH autocontrolado em aproximadamente 12(evitando assim adições contínuas de agentes basificantes, como aamônia), assegurando a estabilidade termodinâmica da faseapatita com respeito ao bifosfato de cálcio, que compete com eleem baixos valores de pH.

Os íons substituintes cálcio e fosfato dahidroxiapatita são introduzidos no ambiente de reação usando-secomo reagentes sais adequadas dos mesmos, tal como, depreferência mas não necessariamente (outros sais dos mesmospodem ser usados caso seja desejado): cloreto de magnésio,bicarbonato de sódio, tetraacetato de silício, nitrato de estrôncio,dissolvido na solução aquosa em quantidades adequadas.

De preferência, os ditos sais e reagentes(iniciais) são usados às seguintes concentrações:

- Ca(OH)2: 10 a 1000 g/l, de preferência 30 a250 g/l;

- Si(CH3COO)4: 5 a 500 g/l, de preferência 8 a70 g/l;

- Sr(NO3)2: 5 a 600 g/l, de preferência 25 a 300g/l;- MgCl2 6Η20: 5 a 700 g/l, de preferência 25 a250 g/l;

- H3PO4: 5 a 1.000 g/l, de preferência 50 a 200g/l;

- NaHCO3: 2 a 600 g/l, de preferência 8 a 70 g/l;

Em uma concretização preferida, umasuspensão de hidróxido de cálcio é adicionada (sob agitação e àtemperatura ambiente ou fisiológica) com quantidades adequadasde soluções de tetraacetato de silício e/ou nitrato de estrôncio (ecloreto de magnésio, se desejado). Ainda sob agitação, aquantidade necessária de ácido ortofosfórico (e de bicarbonato desódio, se desejado, gotejando-o separadamente do ácidoortofosfórico) é gotejada na suspensão acima. A Tabela 1 contém,a título de exemplo, as quantidades de reagentes usadas para assínteses de algumas apatitas multisubstituídas de acordo com ainvenção.

Tabela I

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Após gotejar a solução de ácido ortofosfórico (ede bicarbonato de sódio, se desejado) na suspensão de hidróxidode cálcio, adicionado de íons silicato e/ou Sr2+ (e Mg2+ , sedesejado), a mistura resultante é deixada sob agitação durante 1 he então em repouso por 2 h. Em seguida, remove-se o licor-mãe,por exemplo, por meio de centrifugação (por exemplo, a 5000rotações durante 3 minutos). A parte sólida é, de preferência,dispersa novamente em água destilada e em seguida centrifugadaoutra vez. Essa operação de lavagem pode ser repetida diversasvezes, se assim desejado. Ao seu término, o pó é seco (porexemplo, mediante secagem por congelamento ou secagem emum forno ventilado a 40 a 60°C) e reduzido à granulometriadesejada para os seguintes usos. Em uma concretização dainvenção, o pó de HA multisubstituída assim obtida é peneirado a150 μm.

A título de exemplo, a Tabela II contém dadoscomparativos de razões molares de substituição (íonsubstituinte/íon substituído) usadas em algumas das soluçõesreagentes iniciais, comparadas com as obtidas nos póssintetizados correspondentes das HAs multisubstituídas, com osrendimentos de substituição correspondentes.

Tabela II

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Por sua vez, a Tabela III contém a composiçãoquímica dos compostos da Tabela II (teor em % de peso dos íonssubstituintes de interesse).

Tabela III

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Com base nas Tabelas II e III, é possíveldeduzir, entre outras coisas, que a hidroxiapatita substituída poríons silicato (SiHA), preparada conforme indicado acima, temuma efetividade (rendimento) de substituição molar de S1O4/PO4de cerca de 80%. Durante a síntese, realizada no ar (atmosferanão inerte), pode-se observar que os pós incorporam, do ar,pequenas quantidades de íons carbonato (Tabela II - SiHA;SiMgHA; MgHA; SrMgHA e Tabela III - 2,35 a 3,45 em % empeso) no sítio do fosfato, seja qual for o teor de silicato ou Sr2+ nasolução. O grau de substituição iônica dentro da célula cristalinada HA nem sempre é diretamente proporcional à quantidade deíons usada como reagente substituinte. Isso ocorre especialmentecom a síntese de apatitas multisubstituídas, em que a presençasimultânea de alguns íons pode afetar tanto positivamente quantonegativamente a eficácia, e, portanto, o rendimento dassubstituições.

De preferência, o processo de síntese é ajustadopara cada tipo de substituição por meio de um procedimentoiterativo (isto é, pela realização de um número suficiente de testesvariando-se repetidamente as razões molares mútuas entre os íonssubstituintes reagentes). Assim, otimizando as quantidades dereagentes iniciais, foi possível obter as substituições iônicasdesejadas à porcentagem desejada.

Sendo assim, foi possível prepararhidroxiapatitas multisubstituídas caracterizadas pelas razões desubstituição dos íons fosfato e cálcio conforme descritas acima.Inesperadamente, a análise de espectroscopia na região doinfravermelho acusou a presença de carbonação no sítio A dahidroxiapatita. A otimização do método de preparação de acordocom a presente invenção, conforme descrito acima, portanto,permitiu a obtenção inesperada de hidroxiapatitasmultisubstituídas seletivamente carbonatadas no sítio do fosfato Bda hidroxiapatita. A substituição do Ca da hidroxiapatita porMg2+ foi realizada e tal maneira a obter uma razão molarMg2+/Ca2+ de 0,01 a 0,30, correspondendo a uma porcentagem derazão molar Mg/Ca de 1,00% a 30%; De preferência, a uma razãomolar de 0,03 a 0,20, correspondendo a uma porcentagem derazão molar de Mg/Ca de 3% a 20%. Na hidroxiapatita substituídapor íons silicato e carbonato (SiCHA), a substituição simultâneados íons silicato e carbonato no sítio do fosfato (sítio B) foiavaliada aplicando-se, na solução reagente, uma razão molarS1O4/PO4 = 0,05 e uma razão molar CO3/PO4 de 0,15 a 0,67(Tabela II). O resultado foi que o silicato não aparece na estruturada apatita caso concentrações elevadas de carbonato (CO3PO4 =0,67) estejam presentes na solução, dado que pode haver umasubstituição parcial de ambos os íons caso ocorra uma diminuiçãodo teor de carbonato na solução. Em particular, tendo em vistaque a razão molar real CO3/PO4 no pó final (HA substituída) é decerca de 0,1, o teor de SiO4 de fato substituindo PO4 aumentafortemente se a síntese for realizada com a aplicação, nas soluçõesiniciais, de uma razão molar CO3ZPO4 = 0,15 em vez de = 0,33.De forma similar, tendo em vista que a fração de carbonato no pófinal está pouco acima de 4%, em peso, em relação ao peso do pó(100 g de pó sintético contêm 4 g de íons carbonato) em ambos oscasos, a porcentagem de peso de SiO4 sofre uma alteração de 0,1para 0,4% (vide Tabela III). Os pós preparados com a aplicaçãode uma razão molar inicial CO3/PO4 = 0,15 têm um teor de íonssubstituintes similar ao dos tecidos biológicos. O efeito docarbonato agregado na redução da estabilidade da hidroxiapatita ébastante evidente, visto que SiCHA-1, preparado usando umarazão molar CO3/PO4 de 0,67, consiste de uma fase apatita debaixa cristalinidade com pequenas quantidades de calcita, vistoque, nos pós preparados com a aplicação de razões molaresCO3/PO4 = 0,15 e 0,33, não há formação de CaCO3. Ahidroxiapatita cosubstituída por silicato e carbonato, SiCHA, temalta estabilidade térmica com respeito à hidroxiapatita substituídapor silicato, SiHA. De fato, após um tratamento térmico a1400°C, a apatita SiCHA apresenta apenas pequenas quantidadesde fases secundárias, por exemplo, beta-fosfato tricálcio, β-TCP,cerca de 1,5 vol%, e mais raramente, CaO.

Na hidroxiapatita substituída por íons silicato eMg2+ (SiMgHA), sob as condições de síntese acima aplicadas deforma geral, uma certa quantidade de carbonato presente no ar eno ambiente de reação penetra espontaneamente na estrutura.

O rendimento de substituição do íon silicato,isto é, a quantidade que realmente penetra na estrutura da HAcom respeito à quantidade introduzida na solução reagente,expressa como a razão molar SÍO4/PO4, é de 90%, considerandoque apenas 1 /3 do Mg2+ introduzido na solução reagente (expressacomo a razão molar Mg/Ca) está realmente presente na HA Subst.Sintetizada (Tabelas II e III). As hidroxiapatitas substituídas poríons silicato, Mg2+ e carbonato (SiMgCHA) foram preparadascom a aplicação, nas soluções iniciais, das razões molaresS1O4/PO4 = 0,05; CO3/PO4 = 0,15-0,67; Mg/Ca= 0,15. Aqui,novamente, os elevados teores de carbonato na solução (CO3/PO4)= 0,67) limitam a incorporação de SiO4 à estrutura da HA. Sobestas condições, o próprio carbonato apresenta um rendimento desubstituição limitado (12%), mas aplicando-se uma razão molarCO3/PO4 = 0,15 entre a solução reagente, é possível obter, nahidroxiapatita sintética multisubstituída, rendimentos deincorporação de até 50% para silicato e até 90% para carbonato,com um teor, em % em peso de carbonato, no pó final, de 4,5 a5%.

O efeito dos íons substituintes na redução dapureza da hidroxiapatita é bastante evidente, assim como acristalinidade do pó e a dimensão cristalina média, por causa docaráter de cristalinidade geralmente baixo da hidroxiapatitamultisubstituída resultante.

Considerando que a apatita SiMgCHA obtidautilizando-se um teor inicial elevado de carbonato na solução(razão molar CO3/PO4 = 0,67) contém cerca de 7% de calcita, aoreduzir o teor relativo de carbonato para 0,15, obtém-se apatitasem fases secundárias e estável até IOOO0C, quando traços depTCP começam a aparecer.

Um efeito positivo também foi obtido com oaumento da concentraçãode Ca e de P04J" (e,consequentemente, de todos os outros reagentes, de modo amanter as mesmas condições iniciais no que diz respeito às razõesmolares) nas soluções reagentes. De fato, a cristalinidade do pó ea eficácia da substituição por íons externos são afetadas. Porexemplo, alterando de 20 g Ca(OH)2 (0,27 mols de Ca2+) em umvolume total de cerca de 1000 ml de solução (concentração deCa(OH)2 de 20 g/l) para 100 g (1,28 mols de Ca2+) em um volumetotal de cerca de 1200 ml (concentração de Ca(OH)2 de 83 g/l), ede 16,63g de H3PO4 (0,14 mols de PO4) em 200 ml (concentraçãode H3PO4 de 83,15 g/l) para 83,15 g (0,72 mols de PO4) em 300ml (concentração de H3PO4 de 277,17 g/l) (SiMgCHA-2 eSiMgCHA-3), enquanto que o teor de SiO4 nas apatitas sintéticascorrespondentes, HAS Subst., é similar, o grau de carbonaçãoaumenta e o teor de Mg é reduzido quase pela metade.

Observou-se que o Mg2+ obtém êxito empenetrar nessas HAs multisubstituídas em uma quantidade decerca de 2,5 a 3% em peso, com respeito ao peso do pó sintético,com um teor de carbonato acima de 4% em peso com respeito aopeso do pó sintético, e com um teor de Si de cerca de 0,4% empeso com respeito ao peso do pó sintético. Aqui, novamente, asubstituição simultânea dos íons SiO4 e carbonato era possível sea quantidade de carbonato introduzido como reagente fosse de15% dos mols do fosfato.

A cristanilinidade e estequiometria dos pós deHA Subst. afetam em grande medida sua estabilidade térmica: Porexemplo, SiMgCHA-2 e SiMgCHA-I se decompõe termicamentea 1000°C, ao passo que SiMgCHA-3 é razoavelmente estável, até1400°C. Hidroxiapatita substituída por íons Sr2+, Mg2+ ecarbonato (SrMgCHA).

A avaliação da eficácia do íon Sr2+ comoestabilizador da MgHA-apatita tornou-se possível com apreparação de SrMgCHA. Sabe-se que o Mg2+ penetra comdificuldade, como substituinte de Ca2+, na célula dahidroxiapatita, devido à grande diferença de tamanho entre osdois íons (raio do íon Ca2+ = 1,00 A, raio do íon Mg2+ = 0,72A).

A introdução de um cátion bivalente com tamanho maior, talcomo Sr2+ (raio do íon Sr2+ = 1,12 A), que de qualquer forma estápresente na apatita fisiológica, demonstrou ser capaz decontrabalançar o efeito desestabilizante do Mg. A comparaçãodas propriedades químico-físicas dos pós de apatita obtidos porsínteses com concentrações variáveis de Mg2+ na solução inicial,na presença ou ausência de Sr2+ (os outros parâmetros de processopermanecendo iguais), permitiu-nos observar que o Sr podeaumentar a incorporação de Mg na apatita. Por exemplo,utilizando-se, na solução inicial, uma porcentagem de razão molarMg/Ca de 15%, uma integração de Mg2+ de 4,3 em % molar(expressa como % Mg/Ca) e 0,87, em peso, no pó de apatita naausência de estrôncio, a serem comparados com os valores de 6,1em % molar e 1,48% em peso, respectivamente, obtidos com arealização da síntese na presença de Sr2+ (Tabelas I e II: pós deMhHA e SrMgHA-I).

As HAs cosubstituídas por Sr2+ e Mg2+ saoresistentes ao tratamento térmico no ar de até 1000°C sem gerarfases secundárias, ao contrário da hidroxiapatita substituídasomente por Mg, que tende a se transformar em hidroxiapatitaestequiométrica segregando Mg na fase fosfato tricálcio. Apossibilidade de cosubstituir SrMgHAs por íons carbonatotornam-nas sintetizáveis sob condições específicas apropriadas(atmosfera de dióxido de carbono, ciclo térmico otimizado) atemperaturas relativamente baixas com respeito à HAestequiométrica, com isso obtendo uma densificação satisfatória.Assim, é possível explorar em sinergia a capacidade peculiar doSr2+ e o efeito induzido por uma boa densificação para melhoraras propriedades mecânicas da apatita (o que é importante, porexemplo, para a produção de substitutos ósseos porosos).

Hidroxiapatita substituída por íons silicato, Sr2+,Mg2+ e carbonato (SiSrMgCHA).

Em uma concretização preferida da invenção, asíntese da apatita mencionada acima, multisubstituída por teoresde íons substituintes dentro da faixa biológica, foi realizadausando, de preferência, concentrações dos reagentes na solução demodo a obter as seguintes razões molares: S1O4/PO4 = 0,05;CO3/PO4 = 0,15; Mg/Ca = 0,15; Sr/Ca = 0,20. O pó final (HASubst.) obtido é caracterizado por valores de porcentagens derazão molar S1O4/PO4 = 1,4%; C03/P04 = 9,8%; Mg/Ca = 9,3%;Sr/Ca = 8%, correspondendo a um teor em peso de 0,20% silicato,3,70% CO3, 2,03% Mg2+ e 6,64% Sr2+.

Para fins meramente indicativos, ahidroxiapatita não-estequiométrica multisubstituída de acordocom a presente invenção pode ser representada aproximadamentepela seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page 27</formula>

A mero título de exemplo e sem nenhumaintenção de restringir, um exemplo de preparação de umahidroxiapatita multisubstituída de especial preferência de acordocom a presente invenção é revelada abaixo. Preparação deSrSiMgCHA (multisubstituição por quatro tipos de íonssubstituintes).

Todo o processo é realizado à temperatura

ambiente (25°C).

Uma suspensão de hidróxido de cálcio épreparada em um frasco (capacidade de 2 litros) dispersando 20 gde Ca(OH)2 a 95% em 600 ml de H2O. A suspensão resultante émantida sob agitação a cerca de 300 rpm por meio de um agitadorde hélice mecânica. Separadamente, as seguintes soluções sãopreparadas e adicionadas consecutivamente à suspensão dehidróxido de cálcio:

- 1,94 g de tetraacetato de Si (98% de pureza)em 200 ml de H2O;

- 7,86g de MgCl2*6 H2O (99% de pureza) em

200 ml de H2O;

- 8,22g Sr(NO3)2 (99% de pureza) em 200 ml deH2O. Separadamente, as seguintes soluções são preparadas:

- 15,63g de H3PO4 (85% de pureza) em 200 ml

de H2O;- 1,82g de NaHCO3 em 200 ml de H2O.

Essas duas soluções são adicionadas gota-a-gotana suspensão de Ca(OH)2, preparada anteriormente, em cerca de 3horas, simultaneamente mas com alimentadores separados. Assimque o gotejamento estiver completo, o sistema é mantido sobagitação durante 1 hora, em seguida sendo deixado em repousopor uma noite. O licor sobrenadante é então removido porcentrifugação e três ciclos de lavagem e centrifugação, cada umcom 1 1 de H2O, são realizados. O produto assim obtido é entãoseco em um forno ventilado (40°) (ou por secagem porcongelamento) e por fim peneirado a 150 mícrons.

Como mencionado acima, em todas as HASmultisubstituídas sintetizadas de acordo com a presente invenção,não houve carbonação no sítio A (hidroxila), confirmando assim aeficácia do método de síntese de acordo com a presente invençãoem maximizar a carbonação do tipo B (sítio do fosfato).

Todos os pós de HAs multisubstituídas têmtamanho nanométrico; O tamanho médio das partículas tende adiminuir com o aumento no número de cosubstituições. A títulode exemplo, para a HA multisubstituída, observaram-se tamanhosmédios de SiSrMgCHA de 20 a 25 nm.

As análises de Difractometria de Raios X(XRD) mostraram que todas as apatitas sintetizadas são puras(isto é, sem fases secundárias) e caracterizadas por um baixo nívelde cristanilinidade, como conseqüência das condições específicasideais do processo (reagentes, temperatura, envelhecimento). Osespectros de XRD são muito similares ao espectro da faseinorgânica fisiológica. Além do mais, as hidroxiapatitasmultisubstituídas por pelo menos três íons substituintesdemonstraram ser de particular preferência no que diz respeito àbiomimética e à capacidade de reabsorção, isto é, a melhorsimilaridade com o comportamento biológico da fase apatita dotecido ósseo natural.

As hidroxiapatitas multisubstituídas por quatroíons substituintes, conforme descrito acima, demonstraram serainda mais preferíveis.

Os valores de densidade dos pós da HAmultisubstituída diminuem de um valor de 3,15 g/cm3,caracterizando a hidroxiapatita estequiométrica, quanto maiscosubstituições são realizadas, de acordo com o aumento dosdefeitos estruturais e o desvio da estequiometria relacionada aosmesmos.

O efeito da multisubstituição iônica na HAsobre sua solubilidade, e, portanto, sobre sua capacidade dereabsorção in-vivo, foi avaliada indiretamente pela medição dacondutividade das suspensões aquosas dos pós da dita HAmultisubstituída em função do pH. Tais análises mostraram,conforme ilustrado na FIG. 1 em anexo, que a solubilidade variade acordo com a seqüência SiHA<SiCHA,SiMgHA<SiMgCHA<SrSiMgCHA. A condutividade aumenta,partindo de valores de pH mais básicos, de acordo com aseqüência acima, e, em particular, é possível observar que, dequalquer forma, para todas as apatitas, no pH fisiológico 7,4, quea curva de condutividade aumentou a partir do valor de patamar,contrariamente ao que ocorre com uma hidroxiapatitaestequiométrica, que é quase insolúvel (Kps em torno de 10-56).Além do mais, os valores de condutividade absoluta deSiMgCHA e SrSiMgCHA são maiores do que os das outrasapatitas comparadas, o que as tornam potencialmente maisbioreabsoríveis do que estas. Testes diretos de solubilidade dashidroxiapatitas multisubstituídas em um fluido fisiológicosintético (solução equilibrada de Hank) confirmam basicamente aseqüência acima, bem como o aperfeiçoamento in-vivoconseqüente. Isso confirma o que foi apontado anteriormentesobre as vantagens relacionadas às hidroxiapatitas sintéticasmultisubstituídas por pelo menos três íons substituintes(preferencialmente quatro) no que tange à sua biomimética ecapacidade de reabsorção.

As HAs multisubstituídas de acordo com apresente invenção demonstraram ser extremamente similares,tanto do ponto de vista estrutural quanto biológico, à HAfisiológica presente nos tecidos ósseos do organismo.

Como conseqüência, elas representam osubstituto sintético ideal da HA fisiológica na preparação de umsubstituto ósseo biocompatível e biomimético.

Para esse fim, em uma concretizaçãoparticularmente preferida da presente invenção, o método para opreparo da HA multisubstituída de acordo com a presenteinvenção é realizado na presença de uma quantidade adequada deum polímero natural e/ou sintético apropriado; de preferência, napresença de fibrilas de colágeno, simultaneamente ao processo deauto-organização das ditas fibrilas. Sendo assim, é possível obterum material compósito biohíbrido com elevada biomiméticacomposicional, morfológica e estrutural, uma vez que o ditocompósito é produzido simulando o processo de osteogênese.

Portanto, um objetivo particularmente preferidoda presente invenção é o compósito biohíbrido mencionadoacima, isto é, uma hidroxiapatita substituída, conforme descritaacima, a dita hidroxiapatita compreendendo, ainda, umaquantidade eficaz de um polímero natural ou sintéticobiocompatível (tal como ácido polilático). O dito polímero é, depreferência, escolhido entre polímeros naturais de origem protéicaou polissacarídeos: gelatinas, albuminas, alginatos, goma gelana,amidos, quitosanas, celuloses, colágeno, dentre outros. Maispreferencialmente, o dito polímero natural é o colágeno, emparticular fibrilas de colágeno auto-organizáveis.

O dito colágeno está presente a umaconcentração tal que a razão de peso mútuo (p/p) da faseinorgânica final da apatita, nucleada dentro das e nas fibrilas decolágeno, para o colágeno, SubstHA/Col, E de cerca de 85 a 15;de preferência, a dita razão é de 80 a 20; mais preferencialmente,de 75 a 25.

Ainda mais preferida é uma razão SubstHA/Colde cerca de 70/30 p/p, o que está próximo à razão peso/peso daapatita biológica/componente orgânico do tecido ósseo. Deacordo com um procedimento preferencial, a quantidade desejadade colágeno é misturada com a solução de ácido ortofosfórico. Asolução resultante é gotejada, se desejado, simultaneamente a umasolução de bicarbonato de sódio (ou outra fonte de íonsbicarbonato), em uma suspensão aquosa de hidróxido de cálcio,contendo quantidades adequadas de íons silicato e/ou Sr2+, e, sedesejado, íons Mg2+ , os ditos íons estando presentes às razõesdescritas acima na seção relacionada à preparação de pós de HAmultisubstituída de acordo com a presente invenção. Os ditos íonssubstituintes mencionados acima estão presentes como saissolúveis em água; de preferência, como tetraacetato de silício,nitrato de estrôncio, cloreto de magnésio ou outros sais similares.

No final do gotejamento, que foi realizadousando o mesmo método descrito anteriormente, a hidroxiapatitaé formada (nucleada) dentro e nas fibrilas de colágeno auto-organizáveis.

O compósito biohíbrido assim obtido é lavadodiversas vezes com água e liofilizado.

A biomimética do método de preparaçãodescrito acima, e, portanto, do produto biohíbrido obtido, pode serotimizada se a dita preparação for realizada sob condiçõesfisiológicas de temperatura (37°C) e pH (7,4) do agentedispersante aquoso. Em uma concretização particularmentepreferida, a síntese é realizada usando, como solvente para ocomponente básico, não água pura, mas sim fluido fisiológicosintético (SBF) contendo os mesmos íons presentes no plasmahumano, e com pH = 7,4 (pH fisiológico). As condições dediluição são cruciais para obter, como fase inorgânica,hidroxiapatita substituída pura (isto é, não contaminada por outrasfases). As ditas condições para uma diluição ideal serãoencontradas experimentalmente a cada vez, dependendo daqualidade e quantidade de substituição desejada (aqui, novamente,utiliza-se um processo iterativo como o descrito acima).

A seguir são apresentados, a mero título deexemplo não restritivo, os procedimentos de síntese preferidos dedois compósitos multisubstituídos HA/colágeno em uma razão70/30 peso/peso.

Exemplo 1

Preparação do compósito? SiMgCHA/Col70/30 SBF

Condições iniciais (solução reagente) - asrazões molares iniciais são as seguintes: Razão molar de Mg/Ca =0,15; Razão molar de SiO4/P04 = 0,05; Razão molar de C03/P04= 0,15. Método de operação:

Uma solução aquosa A) é preparada, contendo:120 g de 1 em % em peso de gel de colágeno acético(correspondendo a 1,2 g de colágeno) adicionado a uma soluçãode 85% de H3PO4 (0,0157 mols, correspondendo a 1,809 g) em250 ml de água.Uma solução aquosa B) é preparada, contendo:NaHCO3 (0,00141 mols, correspondendo a 0,1184 g) em 100 mlde água.

Uma suspensão aquosa C) é preparada,contendo a quantidade necessária de reagentes para nucleação in-situ, dentro e nas fibras de colágeno, de 2,8 g de HAmultisubstituída, isto é:

95% de Ca(OH)2 (0,0279 mols, correspondendoa 2,176 g) em 35 ml de SBF + 700 ml de H2O;

MgCl2*6H20 (0,00487 mols, correspondendo a0,990 g) em 100 ml de H2O;

98% de Si(CH3COO)4 (0,000785 mols,correspondendo a 0,218 g) em 100 ml de H2O. As duas soluçõesA) e B) são gotejadas simultaneamente (de preferência,separadamente) na suspensão C), mantidas sob agitação a 37°Cem cerca de 30 a 60 minutos. Ao final da adição, a mistura édeixada em repouso por 1 hora.

O licor sobrenadante é removido por filtração(ou centrifugação).

O compósito é lavado 3 vezes, cada vez com300 ml de água.

O produto é filtrado e seco por congelamento. Oproduto assim obtido tem a seguinte composição:

molar de Mg/Ca = 0,052; molar de C03/P04 =0,135; molar de Si04/P04 = 0,005

Exemplo 2Preparação do compósito SrSiMgCHA/Col

70/30 SBF

Condições iniciais (solução reagente) - asrazões molares iniciais são as seguintes: Razão molar de Mg/Ca = 0,15; Razão molar de Si04/P04 = 0,05; Razão molar de CO3/PO4= 0,15; Razão molar de Sr/Ca = 0,20. Método de operação:

Uma solução aquosa A) é preparada, contendo:120 g de 1 em % em peso de gel de colágeno acético(correspondendo a 1,2 g de colágeno) adicionado a uma solução de 85% de H3PO4 (0,0157 mols, correspondendo a 1,809 g) em250 ml de água.

Uma solução aquosa B) é preparada, contendo:NaHCO3 (0,00141 mols, correspondendo a 0,1184 g) em 100 mlde água.

95% de Ca(OH)2 (0,0279 mols, correspondendo a 2,176 g) em 35 ml de SBF + 700 ml de H2O;

MgCl2.6H2O (0,00487 mols, correspondendo a0,990 g) em 100 ml de H2O;

Sr(NO3)2 (0,0058 mols, correspondendo a1,1807 g) em 100 ml de H2O; 98% de Si(CH3COO)4 (0,000785 mols,

correspondendo a 0,218 g) em 100 ml de H2O.As duas soluções A) e B) são gotejadassimultaneamente (de preferência, separadamente) na suspensãoC), mantidas sob agitação a 37°C em cerca de 30 a 60 minutos.Ao final da adição, a mistura é deixada em repouso por 1 hora. Olicor sobrenadante é removido por filtração (ou centrifugação).

O compósito é lavado 3 vezes, cada vez com300 ml de água.

molar de Mg/Ca = 0,067; molar de Sr/Ca =0,177; molar de CO3/PO4 = 0,139, molar de Si04/P04 = 0,006.

A composição do SBF usado nos Exemplos 1 e2 é a seguinte:

<table>table see original document page 36</column></row><table>

De forma similar, os compósitos SiMgHA/Col70/30 e SrSiMgHA/Col 70/30 foram preparados seguindo omesmo procedimento experimental, eliminado a adiçãointencional de íons carbonato e o uso do SBF. Obtiveram-se asseguintes razões molares, respectivamente:- SiMgHA/Col 70/30; molar de Mg/Ca =0,066; molar de C03/P04 = 0,05; molar de Si04/P04 = 0,011.

- SrSiMgHA/Col 70/30; molar de Mg/Ca =0,069; molar de Sr/Ca = 0,177; molar de C03/P04 = 0,06, molarde SiO4ZPO4 = OiOll.

Além do mais, as condições iniciais dosreagentes (razões molares substituintes dos íons) forammodificadas de modo a obter compósitos com diferentescaracterísticas de biomimética e capacidade de reabsorção, paraserem usados para diversos fins em diferentes áreas deregeneração. A Tabela IV contém, a título de exemplo, os dadosdas análises químicas de alguns dos compósitos sintetizados.

Tabela IV

<table>table see original document page 37</column></row><table>

Os compósitos sintetizados foram analisados apartir dos pontos de vista composicional, químico, físico,morfológico e estrutural usando as várias técnicas de análiseconhecidas na área (por exemplo: ESEM (Microscopia Eletrônicade Varredura Ambiental), TEM (Microscopia Eletrônica deTransmissão), XRD (Difração de Raios X), FTIR (espectroscopiana região do infravermelho com transformada de Fourier), STA(Análise Térmica Simultânea); EDS (Espectroscopia Dispersivade Energia, conforme ilustrado a título de exemplo nas Figurasacompanhantes de 1 a 6). Em termos gerais, podemos fazer asseguintes observações.

- a introdução dos íons carbonato na sínteselimita a introdução de íons silicato na HA substituída.

Na preparação do compósito HAmultisubstituída/colágeno, era possível sintetizar uma apatitasubstituída por íons silicato (na posição fosfato, sítio B) limitandoo teor dos íons carbonato que pode se tornar conflitante.

De fato, considerando os compostosSiMgHA/Col 70/30 e SrSiMgHA/Col 70/30 preparados sem aadição intencional de íons carbonato, conforme reveladoanteriormente, observou-se que, apesar de ocorrerespontaneamente uma carbonação parcial da fase inorgânicaconstituindo o compósito biohíbrido no sítio B (conformeindicado pelos picos específicos na FTIR), com valoresporcentuais dentro da faixa da carbonação biológica, a introduçãode íons silicato pode ser obtida sob essas condições (Tabela IV).Portanto, é preferível usar pequenas quantidades iniciais decarbonato (como já indicado acima para a preparação de HAssubstituídas não nucleadas no colágeno).- A capacidade do íon Sr em promover umaintrodução mais elevada de íons Mg2+ na estrutura, isto é, paraaumentar o rendimento de incorporação de Mg2+, é confirmada.

A presença de íons Sr2+ junto com o íon Mg2+durante a síntese possibilita aumentar a estabilidade da faseapatita, isto é, contrabalancear o efeito desestabilizanteintroduzido propriamente dito pelo Mg2+, e ao mesmo tempo,aumentar o teor de Mg2+, que pode ser introduzido na faseinorgânica, como já indicado na síntese apenas da fase inorgânica.

O desenvolvimento de apatitas sintéticasmultisubstituídas de acordo com a presente invenção, com umnível controlado e completo de substituições iônicas na estruturada HA demonstrou ser de extrema importância, pois como jáindicado acima, o comportamento do material sintético assimobtido foi idealmente similar ao do osso natural.

O dito comportamento, em particular do pontode vista da reatividade, solubilidade, integração do implante deapatita, deveu-se não apenas à presença do elemento de dopagemespecífico/substituintes iônicos no material (e à quantidade mútuadestes), mas também ao maior número de defeitos na célulacristalina da HA multisubstituída, defeitos estes que são induzidosexatamente pelo própria presença dos íons substituintes. O Titulardescobriu, vantajosamente, que a maior velocidade de dissoluçãoda hidroxiapatita multisubstituída de acordo com a presenteinvenção está relacionada a um remodelamento ósseo mais rápidoao redor do implante, em relação à hidroxiapatita estequiométrica.A reatividade aumentada com o osso pré-existente resultou emmaior estabilidade no sítio de implante, graças à formação de umaforte ligação mecânica entre o implante e a área circundante.Assim, o tempo de reabilitação para o paciente é reduzido.

Além do mais, ao realizar a nucleação das HAsmultisubstituídas de acordo com a presente invenção em materiaisde modelo orgânicos auto-organizáveis, natural ou sintéticos (talcomo, por exemplo, fibrilas de colágeno de auto-organizáveis),foi possível obter tecidos ósseos sintéticos, isto é, materiaiscompósitos biohíbridos que possuem as mesmas propriedades dostecidos ósseos naturais. Tal biomimética foi assegurada pelainteração profunda que ocorre entre a fase inorgânica r orgânicadurante a síntese da fase inorgânica, graças a um processo quesimula in-vivo o processo da osteogênese. A hidroxiapatitamultisubstituída e seu compósito biohíbrido correspondente comcolágeno de polímeros naturais ou sintéticos adequados, deacordo com a presente invenção, demonstrou ser, portanto,particularmente vantajosa na preparação de um substituto ósseobiomimético, biocompatível e completamente reabsorvível.

Portanto, um dos objetivos da presente invençãoé também o seu uso para a preparação do dito substituto ósseo,bem como o substituto ósseo incluindo os mesmos.

Claims

1. - Hidroxiapatita multisubstituída por espéciesiônicas, caracterizada pelo fato de que a dita hidroxiapatitacompreende uma quantidade eficaz de íons silicato e/ou Sr2+ e,adicionalmente, pelo menos uma espécie iônica selecionada apartir de: carbonato, Mg2+ e suas misturas.

2. - Hidroxiapatita, de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que:- a razão molar de íons silicato para íons fosfatoda hidroxiapatita é de 0,001 a 0,25, correspondendo a umaporcentagem de razão molar de S1O4/PO4 de 0,1% a 25%; e- a razão molar de íons Sr e íons Ca2+ dahidroxiapatita é de 0,002 a 0,35, correspondendo a umaporcentagem de razão molar de Sr/Ca de 0,2% a 35%.

3. - Hidroxiapatita, de acordo com areivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a dita razão desilicato para fosfato é de 0,005 a 0,20, correspondendo a umaporcentagem de razão molar de Si04/P04 de 0,5% a 20%; maispreferencialmente, a dita razão de silicato para fosfato é de 0,01 a-0,10, correspondendo a uma porcentagem de razão molar deSi04/P04 de 1% a 10%.

4. - Hidroxiapatita, de acordo com areivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a dita razão de Sr2+para Ca2+ é de 0,02 a 0,30, correspondendo a uma porcentagem derazão molar de Sr/Ca de 2% a 30%; mais preferencialmente, adita razão de Sr2+ para Ca2+ é de 0,03 a 0,25, correspondendo auma porcentagem de razão molar de Sr/Ca de 3% a 25%.

5. Hidroxiapatita, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a ditapelo menos uma espécie iônica adicional é o íon carbonato, o ditocarbonato estando presente a uma razão molar de carbonato parafosfato da hidroxiapatita de 0,01 a 0,80, correspondendo a umaporcentagem de razão molar de CaC03/P04 de 1% a 80%; depreferência, de 0,05 a 0,30, correspondendo a uma porcentagemde razão molar de 5% a 30%.

6. Hidroxiapatita, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que pelomenos uma espécie iônica adicional é o íon Mg2+, o dito Mg2+estando presente a uma razão molar de Mg para Ca2+ da hidroxiapatita de 0,01 a 0,30, correspondendo a uma porcentagemde razão molar de Mg/Ca de 1% a 30%; de preferência, a umarazão molar de 0,03 a 0,20, correspondendo a uma porcentagemde razão molar de Mg/Ca de 3% a 20%.

7. Hidroxiapatita, de acordo com uma ou maisdas reivindicações 1 a 6, caracterizada por compreender umamistura de íons carbonato e Mg , os ditos íons carbonato e Mgestando presentes às razões molares descritas nas reivindicações 5e 6.

8. Hidroxiapatita, de acordo com uma ou maisdas reivindicações 1 a 7, caracterizada por compreender os íonssubstituintes:- silicato, Sr2+, carbonato; ou- silicato, Sr2+, Mg2+; ou- silicato, carbonato, Mg2+; ou- Sr2+, carbonato, Mg2+;em que os ditos íons estão presentes às mesmasrazões molares descritas nas reivindicações 2 a 6.

9. - Hidroxiapatita, de acordo com uma ou maisdas reivindicações 1 a 7, caracterizada por compreender os íonssubstituintes silicato, Sr, carbonato, Mg , em que os ditos íonsio estão presentes às mesmas razões molares descritas nasreivindicações 2 a 6; preferencialmente:- o íon silicato está presente a uma razão molarS1O4/PO4 de 0,01 a 0,10;- o íon Sr2+ está presente a uma razão molarSr/Ca de 0,03 a 0,25;- o íon carbonato está presente a uma razãomolar CO3/PO4 de 0,05 a 0,30;- o íon Mg2+ está presente a uma razão molarMg/Ca de 0,03 a 0,20.

10. - Hidroxiapatita, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 9, a dita hidroxiapatita sendoadicionalmente caracterizada por compreender uma quantidadeeficaz de um polímero natural ou sintético selecionado a partir de:gelatinas, albuminas, alginatos, goma gelana, amidos, quitosanas,celuloses, colágeno, ácido poli(lático); de preferência, o ditopolímero é o colágeno.

11. - Método para o preparo de umahidroxiapatita multisubstituída, de acordo com qualquer uma dasreivindicações precedentes, caracterizado por incluir neutralizaruma suspensão aquosa básica a) de Ca(OH)2, compreendendouma quantidade de íons silicato e/ou Sr , pela adição de umasolução aquosa b) de H3PO4, em que, na dita reação deneutralização: i) a dita suspensão aquosa a) compreende, ainda,uma quantidade eficaz de íons Mg ; e/ouii) a adição da dita solução b) é realizadasimultaneamente à adição de uma solução aquosa de íonsbicarbonato.

12. - Método, de acordo com a reivindicação-11, caracterizado pelo fato de que a dita solução b)adicionalmente compreende uma quantidade eficaz de umpolímero natural ou sintético selecionado a partir de: gelatinas,albuminas, alginatos, goma gelana, amidos, quitosanas, celuloses,colágeno e ácido poli(lático).

13. - Método, de acordo a reivindicação 11 ou-12, caracterizado pelo fato de que a dita suspensão a)adicionalmente compreende uma quantidade eficaz de fluidofisiológico sintético, SBF.

14. - Uso de uma hidroxiapatita, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato deser no preparo de um substituto ósseo.

15. - Substituto ósseo, caracterizado porcompreender uma hidroxiapatita conforme definida em qualqueruma das reivindicações 1 a 10.