ES2255318T3

ES2255318T3 - Producto textil poroso realizado a partir de fibras de vidrio bioactivo y su utilizacion.

Info

Publication number: ES2255318T3
Application number: ES99958198T
Authority: ES
Inventors: Heimo Ylanen; Hannu Aro; Kaj Karlsson; Antti Yli-Urpo; Mikko Hupa; Egon Nordstrom
Original assignee: Vivoxid Oy
Current assignee: Vivoxid Oy
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2006-06-16
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: FI982684L; FI982684A0; AU1561700A; DE69929625D1; CA2354850A1; CA2354850C; DK1137448T3; JP2002532158A; AU761459B2; WO2000035509A1; DE69929625T2; ATE316389T1; EP1137448A1; US20010041325A1; EP1137448B1; US6517857B2; FI110063B

Abstract

Producto textil poroso realizado a partir de fibras de vidrio bioactivo, caracterizado porque las fibras son por lo menos de dos tipos, fibra A y fibra B, - fibra A compuesta de un vidrio bioactivo, y - fibra B compuesta de un vidrio bioactivo, que en condiciones fisiológicas empezará a disolverse antes de que el vidrio bioactivo de la fibra A se haya disuelto completamente.

Description

Producto textil poroso realizado a partir de fibras de vidrio bioactivo y su utilización.

La presente invención se refiere a un producto textil poroso realizado a partir de fibra de vidrio bioactivo definido en la reivindicación 1. La presente invención se refiere además a la utilización de dicho producto textil.

Antecedentes de la invención y estado de la técnica Biomateriales y su enlace biológico

Los implantes con objetivos médicos y dentales se han preparado desde hace mucho a partir de una variedad de materiales. Diversos metales, aleaciones de metales, plásticos, materiales cerámicos, materiales cerámicos de vidrio y estos últimos, es decir, vidrios bioactivos, difieren unos de otros no solo por su durabilidad sino también por sus propiedades en la interfase entre el implante y el tejido. Los materiales inertes, tales como metales y plásticos, no reaccionan con un tejido, en cuyo caso allí permanece siempre una interfase entre el implante y el tejido; el implante y el tejido constituyen dos sistemas distintos. Los materiales bioactivos, tales como la hidroxiapatita, los materiales cerámicos de vidrio y los vidrios bioactivos, reaccionan químicamente con el tejido, después de lo cual forman un enlace químico en la interfase entre el implante y el tejido, que es relativamente fuerte, especialmente con los vidrios bioactivos. El implante y el tejido se fijan de este modo uno al otro. La velocidad de curación del tejido y el enlace químico posible con el implante dependen de la actividad del tejido del material del implante utilizado.

La publicación de patente internacional WO 96/21628, Brink, et al., describe un grupo de vidrios bioactivos que se pueden procesar fácilmente. De tales vidrios bioactivos es posible, por ejemplo remeter las fibras y, por ejemplo mediante la técnica de pulverización por soplete, preparar las denominadas microesferas de vidrio. Los trozos bioactivos porosos se preparan sinterizando estas microesferas juntas. Utilizando microesferas que están dentro de una fracción tan estrecha como es posible (de un tamaño tan uniforme como sea posible), es posible controlar la porosidad del cuerpo. Según la literatura parece que el tamaño de partícula más ventajoso es el que está dentro del intervalo comprendido entre 200 y 400 micrómetros (Schepers et al., 1997, Tsuruga et al., 1997, Schliephake et al., 1991, Higashi et al., 1996). Los estudios llevados a cabo en la invención hasta ahora han mostrado que un implante bioactivo poroso que se ha preparado mediante la sinterización de microesferas bioactivas de la fracción 250-300 micrómetros reacciona muy fuertemente en el fémur de un conejo (Ylänen et al., 1997). Los resultados de los estudios han mostrado que dicho modelo de implante reacciona rápidamente y la matriz porosa se llena a una velocidad constante con el hueso nuevo. La resistencia a la cizalladura de los implantes bioactivos en un ensayo de fractura de expulsión fue ya después de tres semanas estadísticamente tan elevada como después de 12 semanas. La cantidad de hueso dentro de la matriz fue a las 12 semanas entre un 35 y un 40% del volumen del poro tanto en implantes bioactivos como en implantes de titanio utilizados como controles. Sin embargo, es aconsejable indicar que en una matriz bioactiva la porosidad aumenta regularmente como una función del tiempo a medida que la masa de vidrio bioactivo disminuye. La porosidad incrementó en experimentos in vivo desde 30% a 65%. La porosidad del titanio, por supuesto, no cambia de ninguna manera. De este modo, la cantidad de hueso nuevo dentro de los implantes bioactivos es de facto casi el doble que la de dentro de los implantes de titanio. Según la invención, esto muestra que es correcto el tipo de implante poroso que se ha utilizado.

El inicio del crecimiento de un hueso nuevo parece estar localizado en microfisuras en las partículas de vidrio bioactivo (Schepers, et al., 1997). Evidentemente el calcio y el fosfato que se disuelven desde el vidrio hacia el fluido (in vitro SBF, in vivo plasma) alrededor de la microfisura forman rápidamente, junto con el calcio y el fosfato normalmente en el fluido, una concentración tan elevada que excede el producto de solubilidad de los iones concernientes. Como consecuencia de esto, precipita el fosfato de calcio sobre gel de sílice en la superficie del vidrio bioactivo y empieza el crecimiento del hueso nuevo. El cuerpo poroso sinterizado a partir de microesferas bioactivas está lleno de pequeñas cavidades microscópicas. Esto explica el rápido crecimiento de hueso que induce la propiedad de los cuerpos ensayados que los inventores han sinterizado a partir de microesferas bioactivas. Además se ha mostrado que la aspereza de la superficie posee un efecto favorable sobre la unión de las proteínas que controlan el crecimiento de hueso a la superficie biomaterial (Grossner et al., 1991, Boyan et al., 1998), además de la que posee el biomaterial en si mismo. Según la literatura, dichas proteínas se unen mejor y más rápidamente a la superficie de vidrio bioactivo (Ohgushi et al., 1993, Vrouwenvelder et al., 1992, Lobel et al., 1998, Vrouwenvelder et al., 1993, Shimizu et al., 1997, Miller et al., 1991).

La publicación de la patente WO 98/47465 describe un compuesto poroso que comprende i) partículas A producidas a partir de un material bioactivo y ii) partículas B que están producidas a partir de un material no bioactivo o débilmente bioactivo sinterizable a dicho material bioactivo. Dichas partículas A y partículas B se sinterizan juntas para formar un compuesto poroso. Combinado con el implante, dicho compuesto asegura tanto una rápida osificación como una unión permanente del implante. El compuesto descrito en la presente memoria, compuesto de esferas de vidrio liso con superficies sin tratar, debe, sin embargo, estar en contacto con el fluido corporal durante aproximadamente una semana antes de que se forme la capa de gel de sílice requerida para el crecimiento del hueso sobre las superficies de las esferas. A continuación, solo puede empezar la formación de hueso actual.

Objetivo de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un producto textil bioactivo y poroso que asegure más rápidamente la osificación que lo que hace la técnica anterior de los compuestos.

Un objetivo particular de la presente invención es proporcionar un producto textil poroso bioactivo que posea ya, sobre la superficie de sus fibras, una capa bioactiva requerida para la iniciación del crecimiento del hueso, en cuyo caso la integración del hueso al compuesto puede empezar inmediatamente después de que el compuesto se ponga en contacto con el fluido corporal, es decir, inmediatamente después de la cirugía.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un producto poroso bioactivo que sea moldeable fácilmente y que, después del moldeo, pueda endurecerse cuando sea necesario hasta la forma deseada.

Sumario de la invención

Las características de la presente invención se proporcionan en las reivindicaciones independientes.

La presente invención se refiere de este modo a un producto textil poroso producido a partir de fibras de vidrio bioactivo. Resulta característico que sus fibras sean por lo menos de dos clases, fibra A y fibra B,

-: fibra A compuesta de vidrio bioactivo, y

-: fibra B compuesta de un vidrio bioactivo, que en condiciones fisiológicas empezará a disolverse antes de que el vidrio bioactivo de la fibra A se haya disuelto completamente.

La presente invención se refiere además a la utilización de un producto textil nuevo como un implante, un producto que proporciona un fármaco o alguna otra sustancia a un nivel controlado, para el control del tejido, como material de relleno en las cavidades del hueso o de tejido blando, para la eliminación de la pulpa, como material de relleno de raíz dental, o como material de unión para los trasplantes de hueso.

Formas de realización preferidas de la invención y descripción detallada Definiciones

Por el término "implante" se quiere significar en la presente invención cualquier cuerpo, compuesto de un material fabricado por el hombre, para ser colocado en un tejido, tal como una articulación artificial o una parte de la misma, un tornillo, una placa de fijación o un dispositivo ortopédico o dental correspondiente.

En el contexto de la definición de la presente invención, por "vidrio bioactivo" se quiere significar un vidrio que en condiciones fisiológicas se disuelve por lo menos parcialmente en unos pocos meses, preferentemente en unas pocas semanas, más preferentemente en aproximadamente 6 semanas.

En el contexto de la definición de la presente invención, el término "vidrio bioactivo débilmente" indica un vidrio que en condiciones fisiológicas no se disuelve en los primeros meses, por lo menos no completamente.

Formas de realización preferidas particularmente

La superficie de las fibras que forman el producto textil, particularmente la superficie de las fibras compuestas de vidrio bioactivo, debería desbastarse preferentemente, por ejemplo, mediante la utilización de vapor de fluoruro de hidrógeno. El desbastado se puede llevar a cabo antes o después de producir el textil. Las irregularidades topográficas producidas en la superficie mediante desbastamiento están típicamente dentro del intervalo comprendido entre 1 y 50 micrómetros.

Según otra forma de realización, se forma sobre las superficies de la fibra una o más capas bioactivas, que están compuestas de, por ejemplo, gel de sílice y/o hidroxiapatita. Incluso aunque es posible formar tales capas bioactivas sobre las superficies de fibras lisas, es, sin embargo, preferible que la superficie de la fibra esté primero desbastada. Tal corrosión previa, es decir, la formación de una capa bioactiva, se puede conseguir, por ejemplo, por medio de fluido corporal simulado (SBF) o de algún disolvente orgánico o inorgánico.

Según una forma de realización preferida, se añade a la capa bioactiva alguna sustancia inductora del crecimiento de hueso, típicamente una proteína, tal como algún factor de crecimiento o similar.

De forma alternativa, es posible añadir a la capa bioactiva un fármaco o alguna otra sustancia. En este caso el producto textil se puede utilizar como un producto que proporciona dicha sustancia a una velocidad controlada.

Es posible añadir las sustancias foráneas a la capa bioactiva antes de que un producto textil se realice a partir de la fibra, pero preferentemente tales sustancias se añaden al producto textil en si mismo.

Muchos vidrios bioactivos convencionales presentan el problema que su procesabilidad es pobre, ya que cristalizan fácilmente. No es posible remeter fibras a partir de tales vidrios bioactivos. Las fibras se pueden fabricar mediante tecnología conocida per se.

La publicación de la solicitud de patente internacional WO 96/21628 describe vidrios bioactivos de un tipo nuevo; su intervalo de trabajo es adecuado para el procesamiento de vidrio y de este modo se pueden utilizar para producir fibras. Los vidrios bioactivos descritos en dicha publicación son especialmente buenos asimismo por la razón que la procesabilidad del vidrio se ha conseguido sin la adición de óxido de aluminio. Tales vidrios poseen típicamente la composición siguiente:

SiO_{2}: 53 - 60% en peso

Na_{2}O: 0 - 34% en peso

K_{2}O: 1 - 20% en peso

MgO: 0 - 5% en peso

CaO: 5 - 25% en peso

B_{2}O_{3}: 0 - 4% en peso

P_{2}O_{5}: 0,5 - 6% en peso

sin embargo de forma que

Na_{2}O + K_{2}O =: 16 - 35% en peso,

K_{2}O + MgO =: 5 - 20% en peso y

MgO + CaO =: 10 - 25% en peso.

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Según una forma de realización preferida particularmente, las fibras de vidrio bioactivo están compuestas de un vidrio bioactivo cuya composición es Na_{2}O 6% en peso, K_{2}O 12% en peso, MgO 5% en peso, CaO 20% en peso, P_{2}O_{5} 4% en peso y SiO_{2} 53% en peso.

El material de la fibra tipo B es tal que empezará a disolverse antes que el vidrio bioactivo (el material de la fibra tipo A) se haya disuelto completamente.

El tipo de fibra B del producto textil se realiza preferentemente a partir de vidrio bioactivo que posee la composición Na_{2}O 6% en peso, K_{2}O 12% en peso, MgO 5% en peso, CaO 15% en peso, P_{2}O_{5} 4% en peso y SiO_{2} 58% en peso.

El producto textil según la presente invención puede, por supuesto, contener fibras compuestas de una pluralidad de fibras bioactivas y/o fibras compuestas de una pluralidad de vidrios bioactivos débilmente. Puede contener además otros tipos de fibras, tales como fibras compuestas de un polímero termoplástico biodegradable.

El producto textil es preferentemente tal que la longitud de las fibras en él varía. Preferentemente el orden de las fibras en el producto no está predeterminado.

Según una forma de realización preferida particularmente, el producto textil es un fieltro, tela o mallado fabricado mediante, por ejemplo, la técnica de no tejido. La fabricación de la tela se lleva a cabo mediante el remetido de fibras más cortas o más largas del vidrio. La tela no tejida se lleva a cabo mediante el remetido de fibras más cortas o más largas del vidrio. La tela no tejida se produce a partir de una pulverización de fibras más cortas para formar un mallado.

El producto textil según la presente invención se puede impregnar adecuadamente con una sustancia, por ejemplo fluido corporal simulado, o un adhesivo de colágeno, lo que causa que el producto se endurezca después de que el producto se haya moldeado en la forma deseada. Como consecuencia de tal impregnación se obtiene una unión de apatita en las intersecciones de las fibras.

El producto textil según la presente invención se puede utilizar en muchos campos. Algunas de las aplicaciones más importantes son su utilización como un implante, como un producto que proporciona un fármaco u otra sustancia a una velocidad controlada, para el control de tejidos, como un material de relleno en las cavidades de los huesos o de tejido blando, en la eliminación de la pulpa, como un material de relleno de raíz dental, o como un agente de unión para un trasplante de hueso. En conjunto, se puede indicar que el producto textil según la presente invención está destinado para ser puesto en contacto con un tejido o fluido corporal de un individuo.

El producto textil según la presente invención está, no solo en el tamaño micro (fibras) sino también en el tamaño macro (producto textil compuesto de fibras), lleno de islas independientes favorables al crecimiento de hueso nuevo. Una superficie desbastada previamente y activada previamente promueve también la iniciación de reacciones indispensables para el crecimiento de hueso nuevo.

Las formas de realización de la presente invención mencionadas anteriormente son únicamente ejemplos de la implementación de la idea según la presente invención. Para un experto en la materia está claro que las formas de realización diversas de la presente invención pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones presentadas a continuación.

Referencias de literatura

Schepers EJ y Ducheyne P (1997) Bioactive glass particles of narrow size range for the treatment of oral bone defects: a 1-24 month experiment with several materials and particle sizes and size ranges. J Oral Rehabil, 24(3):171-181.

Tsuruga E, Takita H, Itoh H, Wakisaka Y y Kuboki Y (1997) Pore size of porous hydroxyapatite as the cell-substratum controls BMP-induced osteogenesis. J Biochem (Tokyo) 121 (2):317-324.

Schliephake H, Neukam FW y Klosa D (1991) Influence of pore dimensions on bone ingrowth into porous hydroxylapatite blocks used as bone graft substitutes. A histometric study. Int J Oral Maxillofac Surg 20(1):53-58.

Higashi T y Okamoto H (1996) Influence of particle size of hydroxyapatite as a capping agent on cell proliferation of cultured fibroblasts. J Endod 22(5):236-239.

Ylänen H, Karlsson~ KH, Heikkilä JT, Mattila K y Aro HT (1997) 10th International Symposium on Ceramics in Medicine, París.

Grossner-Schreiber B y Tuan RS (1991) The influence of the titanium implant surface on the process of osseointegration. Dtsch Zahnartzl Z 46(10):691 -693 .

Boyan BD, Batzer R, Kieswetter K, Liu Y, Cochran DL, Szmuckler-Moncler S, Dean DD y Schwartz Z (1998) Titanium surface roughness alters responsiveness of MG63 osteoblast-like cells to alpha, 25-(OH)2D3. J Biomed Mater Res 39(1):77-85.

Ohgushi H, Dohi Y, Tamai S y Tabata S (1993) Osteogenic differentiation of marrow stromal stem cells in porous hydroxyapatite ceramics. J Biomed Mater Res 27(11): 1401-1407.

Vrouwenvelder WC, Groot CG y de Groot K (1992) Behaviour of fetal rat osteoblasts cultured in vitro on bioactive glass and nonreactive glasses. Biomaterials 13(6):382-392.

Lobel KD y Hench LL (1998) in vitro adsorbition and activity of enzymes on reaction layers ofbioactive glass substrates. J Biomed Mater Res 39(4):575-579.

Vrouwenvelder WC, Groot CG y de Groot K (1993) Histological and biochemical evaluation of osteoblasts cultured on bioactive glass, hydroxylapatite, titanium alloy and stainless steel. J Biomed Mater Res 27(4):465-475.

Shimizu Y, Sugawara H, Furusawa T, Mizunuma K Inada K y Yamashita S (1997) Bone remodeling with resorbable bioactive glass and hydroxyapatite. Implant Dent 6(4):269-274.

Miller TA, Ishida K, Kobayashi M, Wollman JS, Turk AE y Holmes RE (1991) The induction of bone by an osteogenic protein and the conduction of bone by porous hydroxyapatite: a laboratory study in the rabbit. Plast Reconstr Surg 87(1):87-95.

Claims

1. Producto textil poroso realizado a partir de fibras de vidrio bioactivo, caracterizado porque las fibras son por lo menos de dos tipos, fibra A y fibra B,

-: fibra A compuesta de un vidrio bioactivo, y

2. Producto textil según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de por lo menos la fibra, preferentemente de por lo menos la fibra A, se desbasta.

3. Producto textil según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque existen una o más capas bioactivas formadas sobre la superficie de por lo menos un tipo de fibra.

4. Producto textil según la reivindicación 3, caracterizado porque la capa está compuesta de gel de sílice y/o hidroxiapatita.

5. Producto textil según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque existe un crecimiento de hueso inducido por una sustancia añadida a la capa bioactiva.

6. Producto textil según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque existe un fármaco añadido al producto textil.

7. Producto textil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fibra A está compuesta de vidrio bioactivo que presenta la composición Na_{2}O 6% en peso, K_{2}O 12% en peso, MgO 5% en peso, CaO 20% en peso, P_{2}O_{5} 4% en peso y SiO_{2} 53% en peso.

8. Producto textil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fibra B está compuesta de un vidrio bioactivo débilmente que presenta la composición Na_{2}O 6% en peso, K_{2}O 12% en peso, MgO 5% en peso, CaO 15% en peso, P_{2}O_{5} 4% en peso y SiO_{2} 58% en peso.

9. Producto textil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la longitud de las fibras en el mismo varía y el orden de las fibras en el producto no está predeterminado.

10. Producto textil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el producto textil es un fieltro, tela o mallado.

11. Producto textil según la reivindicación 10, caracterizado porque está realizado mediante una técnica de no tejido.

12. Producto textil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el producto se puede impregnar con una sustancia que causa que el producto se endurezca después de que se haya moldeado en la forma deseada.

13. Producto textil según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para utilizar como un implante, un producto que proporciona un fármaco u otra sustancia a una velocidad controlada, para el control de tejidos, como un relleno de cavidades de hueso o de tejido blando, en la eliminación de la pulpa, como un material de relleno de raíz dental, o como un agente de unión para los trasplantes de hueso.