ES2335391T3 - Procedimiento para mejorar la fijacion del tejido blando e implantes utilizando dicho procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para revestir una superficie destinada a la fijación al tejido blando que comprende las etapas siguientes: - revestir una superficie de un material, a la que debe fijarse el tejido blando superficial, con un revestimiento rico en TiO2 y/o SiO2, y - aplicar dicho revestimiento en el que se desea la fijación al tejido blando caracterizado porque dicho revestimiento es poroso y comprende poros con un diámetro y/o una profundidad inferior a 50 nm y porque dicho procedimiento comprende las etapas siguientes: a) preparar un sol de TiO2, SiO2 o TiO2-SiO2; b) envejecer dicho sol; c) poner en contacto una superficie a la que está destinada que se fije el tejido blando con dicho sol habiendo sido dicho sol preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol; d) retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol; e) tratar térmicamente opcionalmente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado; f) limpiar opcionalmente la superficie revestida; g) secar opcionalmente la superficie revestida; y h) repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente asimismo alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento; o comprende las etapas siguientes: a) preparar un fluido corporal simulado; b) añadir una fuente de Si y/o una fuente de Ti disolvente al fluido corporal simulado preparado en la etapa a); c) poner en contacto una superficie a la que está destinada que se fije el tejido blando con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla; y d) dejar que el material a base de SiO2 y/o a base de TiO2 disolvente forme un revestimiento a medida que se adsorbe y/o se reprecipita sobre la superficie de dicho material.
Description
Procedimiento para mejorar la fijación del
tejido blando e implantes utilizado dicho procedimiento.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para mejorar la fijación del tejido blando utilizando
un revestimiento así como a los implantes que hacen uso de dicho
procedimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Se han desarrollado varios tratamientos en
superficie con el fin de mejorar la adherencia de diferentes
biomateriales al hueso. En los animales experimentales se han
descubierto que los revestimientos de hidroxiapatito (HA) mejoran y
aumentan la velocidad de formación de la adherencia al hueso. Por
consiguiente, el objetivo de la mayoría de los tratamientos en
superficie ha consistido en crear HA en las superficies de los
materiales.
La adherencia firme entre el biomaterial
implantado y el tejido blando circundante es, en muchos casos, mucho
más importante que la mejora de la adherencia al hueso. Normalmente
a los pocos días se forma una cápsula de tejido conectivo alrededor
de los materiales implantados. El espesor de la cápsula varía
dependiendo del material en cuestión y de la etapa de
cicatrización. El revestimiento epitelial separa todos los
dispositivos implantados que penetran la piel o la mucosa en los
componentes del tejido blando que son anatómicamente normales para
los tejidos en esta área. Una adherencia directa entre el implante y
los tejidos blandos sería beneficioso para varios dispositivos
médicos (por ejemplo implantes dentales, canyls, stent, clavos de
fijación externa). Hasta ahora no se ha desarrollado ningún método
que pueda garantizar la integración firme y segura entre un
implante y los tejidos blandos.
El documento WO 00/72777 da a conocer un
implante que comprende o está constituido por titanio y que tiene
una o más superficies que pueden aplicarse en o sobre las áreas del
tejido y/o las áreas del injerto en el hueso.
La patente US nº 6.054.400 da a conocer vidrios
bioactivos que se unen químicamente al tejido duro y blando.
La patente US nº 4.871.366 da a conocer un
implante de tejido blando que comprende una capa delgada no porosa
de titanio puro que cubren las superficies en frente del tejido.
La patente US nº 35 16411 da a conocer un
revestimiento de un cuerpo de implante con una lámina a base de
titanio compuesta por una capa muy densa y de una segunda capa muy
rugosa y porosa y una capa de revestimiento fina y densa.
\vskip1.000000\baselineskip
Un objetivo de la presente consiste en
proporcionar un procedimiento para revestir una superficie deseada
para la fijación al tejido blando.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en proporcionar una nueva utilización, es decir, utilización para
mejor fijación al tejido blando de un revestimiento poroso rico en
TiO_{2} y/o SiO_{2}.
De este modo según un aspecto la invención se
refiere a un procedimiento para revestir una superficie que se
desea para la fijación al tejido blando que comprende las etapas
siguientes:
- -
- revestir una superficie de un material, a la que debe fijarse el tejido blando superficial, con un revestimiento rico en TiO_{2} y/o SiO_{2}, y
- -
- aplicar dicho revestimiento en el que se desea la fijación al tejido blando.
\vskip1.000000\baselineskip
\Psi_{1} Según otro aspecto la invención se
refiere a la utilización de un revestimiento de la superficie
porosa rico en TiO_{2}, SiO_{2}, o TiO_{2} y SiO_{2}
\Psi_{2}, para la preparación de un implante destinado a la
fijación del tejido blando a dicho revestimiento.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 presenta una curva de proliferación
de fibroblastos después de la siembra de células en una superficie
de Ti comercialmente puro (c.p.) revestida con TiO_{2} y sin
revestir. La proliferación celular es significativamente mayor en
la superficie de Ti revestida ya después de tres días en comparación
con Ti c.p.
\newpage
\Psi_{1} Característico del procedimiento es
que dicho revestimiento es poroso y comprende poros con un diámetro
y/o una profundidad inferior a 50 nm y que dicho procedimiento
comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- envejecer dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que se desea fijarse el tejido blando a dicho sol que ha sido preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) cuando dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- opcionalmente tratar térmicamente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- limpiar opcionalmente la superficie revestida;
- g)
- opcionalmente secar la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente también alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- o comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente de Si disolvente y/o una fuente de Ti al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que se pretende que el tejido blando esté fijado con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla;
- \quad
- y
- d)
- dejar disolver el material a base de SiO_{2} y/o a base de TiO_{2} forman un revestimiento a medida que se adsorbe y/o se reprecipita sobre la superficie de dicho material.
\Psi_{2} puede obtenerse por el
procedimiento de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 2 presenta una imagen al microscopio
electrónico de transmisión (TEM) de los fibroblastos sembrados en
un TiO_{2} revestido y c.p. sin revestir. Las células sembradas en
Ti revestido presentan morfología más aplanada en comparación con
las células sobre Ti c.p. lo que indica una buena adherencia entre
la membrana celular y la superficie de Ti revestida. Pueden
observarse claramente nódulos de adhesión focal (flechas negras) en
las células cultivadas en la superficie de Ti revestida.
La figura 3 presenta una imagen al TEM de las
células de tejido blando subcutáneas fijadas en una superficie de
Ti c.p. revestida con TiO_{2}. El revestimiento permanece fijado
sobre la superficie del tejido después de retirar el implante. No
puede observarse ninguna formación de cápsulas.
La figura 4 presenta fibroblastos y haces de
colágeno en un disco de Ti c.p. revestido con gel de TiO_{2}
después de 7 días de implante en el entorno subcutáneo de rata. La
matriz extracelular está firmemente fijada a la superficie
revestida de TiO_{2}.
Las figuras 5a y 5b presentan imágenes de rutina
al microscopio óptico de un disco de Ti c.p. revestido con gel de
TiO_{2} (5a) y un disco sin revestir (5b) después de 8 días de
implantación subcutánea en rata. El tejido blando está firmemente
fijado a una superficie de Ti revestida con gel de TiO_{2} sin que
intervenga una cápsula de tejido conectivo. La formación de la
cápsula se observa claramente en la superficie de Ti c.p.
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"Aplicación biomédica" en el contexto de
esta solicitud significa que debe entenderse en un sentido amplio.
Por lo tanto se incluyen tanto en las aplicaciones in vivo
como in vitro.
La expresión "tejido blando" se refiere a
todos los tejidos de mamíferos excepto los tejidos duros
mineralizados. Los tejidos blandos incluyen por ejemplo, tejido
conectivo subcutáneo y cutáneo, tejidos conectivos
musculoesqueléticos, músculos, epitelios, mucosas y tejido
nervioso.
"Fijación al tejido blando" se refiere en
el contexto de esta solicitud a la fijación adecuada entre el
material revestido y los tejidos blandos circundantes sin que
intervenga una cápsula de tejido conectivo.
Haciendo referencia a "un revestimiento rico
en TiO_{2} y/o SiO_{2}" significa que una parte esencial del
revestimiento es TiO_{2} y/o SiO_{2}. Por lo general más del 50%
en peso de la composición del revestimiento es TiO_{2} y/o
SiO_{2}. Preferentemente más del 70% en peso de la composición del
revestimiento es TiO_{2} y/o SiO_{2} y aún más preferentemente
más del 90% en peso.
El término "implante" en el contexto de la
presente memoria se refiere a cualquier dispositivo lo que significa
que por lo menos parcialmente está insertado a un mamífero
incluyendo los seres humanos durante un periodo que dura por lo
menos lo bastante para que tenga lugar la fijación del tejido
blando.
El término "biocompatible" hace referencia
compatible con otros ingredientes en el material revestido y no
perjudicial para el receptor del mismo.
La expresión "defecto tisular" se refiere a
cualquier sitio o locus que sea deficiente en los componentes del
tejido blando anatómicamente normales para el sitio del cuerpo de
dicho mamífero.
La presente invención proporciona un
procedimiento para mejorar la fijación al tejido blando que
comprende las etapas de revestir una superficie de un material, a
cuya superficie debe adherirse el tejido blando, con una capa rica
en TiO_{2} y/o SiO_{2} (u otro óxido metálico, por ejemplo,
TaO_{2} o ZrO_{2}), y aplicar dicha capa en la que se desea la
fijación al tejido blando. Es esencial, para la invención que el
revestimiento sea poroso. El revestimiento comprende poros con un
diámetro y/o profundidad inferior a 50 nm. Preferentemente una
parte esencial de los poros del revestimiento consiste en poros con
un diámetro de 2 a 50 nm y una profundidad de por lo menos 1 nm. El
material que debe revestirse se selecciona por lo general de entre
el grupo constituido por titanio, nitinol, material cerámico y
polimérico y cualquier combinación de los mismos.
El material preferentemente comprende las
etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- envejecer dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que ha de fijarse el tejido blando con dicho sol que ha sido preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) cuando dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- opcionalmente tratar térmicamente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- limpiar opcionalmente la superficie revestida;
- g)
- opcionalmente secar la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente también alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento
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El sol puede ser un sol de TiO_{2}, un sol de
SiO_{2} y/o un sol de TiO_{2}-SiO_{2}. La
preparación del sol por lo general comprende las etapas siguientes:
(i) disolver ortotitanato de tetraisopropilo Ti
((CH_{3})_{2}CHO)_{4} y/o ortosilicato de
tetraetilo en etanol; (ii) disolver el éter monoetílico de
etilenglicol (C_{2}H_{5}OCH_{2}CH_{2}OH), agua desionizada
y ácido clorhídrico o ácido nítrico en etanol; (iii) mezclar las
soluciones obtenidas en la etapa (i) y (ii) y opcionalmente agitar
dicha mezcla eficazmente.
El sol está por lo general a una temperatura
fría entre -10ºC y +20ºC, preferentemente entre -5ºC y +5ºC y aún
más preferentemente entre -2ºC y +2ºC durante la etapa c). El sol
preparado en la etapa a) se envejece en la etapa b) durante 1 min.
hasta 10 días, preferentemente durante 1 a 48 horas. La superficie
puede ponerse en contacto con el sol sumergiéndola en el sol en la
etapa c) y por lo general retirándola del sol en la etapa d) a una
velocidad entre 0,01 mm/s y 10 mm/s, preferentemente a una velocidad
entre 0,1 mm/s y 1,0 mm/s. La puesta en contacto de la superficie
con el sol puede llevarse a cabo alternativamente por otros medios
tales como atomización o condensación.
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La superficie por lo general se trata
térmicamente en la etapa e) a una temperatura comprendida entre 20 y
630ºC. El tratamiento térmico se lleva a cabo preferentemente a una
temperatura entre 30 y 45ºC si por ejemplo el revestimiento
comprende además componentes térmicamente lábiles tales como agentes
bioactivos. El tratamiento térmico puede llevarse a cabo también a
temperaturas mayores dependiendo de las propiedades térmicas del
material revestido. Los intervalos de temperatura preferentemente
para algunos materiales son de 90 a 160ºC y de 250 a 630ºC. La
duración del tratamiento térmico puede variar.
El tratamiento térmico en la etapa e) se lleva a
cabo por lo general durante 0,1 s a 10 días, preferentemente
durante 1 s a 10 h y aún más preferentemente durante 1 min a 1 h.
Cuanto mayor es la temperatura del tratamiento térmico menos
probablemente se preferirá un tratamiento térmico prolongado.
El revestimiento o revestimientos obtenidos se
limpian por lo general en la etapa f) y preferentemente la limpieza
se realiza por ultrasonidos.
Alternativamente un procedimiento preferido para
preparar un revestimiento para una mejor fijación o al tejido
blando según la invención comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente disolvente de Si y/o una fuente de Ti al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que el tejido blando debe fijarse con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla;
- d)
- dejar que el material disolvente a base de SiO_{2} y/o TiO_{2} forme un revestimiento a medida que es adsorbido y/o reprecipitado en la superficie de dicho material.
Una fuente de Si típica es el vidrio bioactivo o
el SiO_{2} modificado con sol-gel. El fluido
corporal simulado de la etapa a) es una solución que simula el
fluido corporal o una solución tamponada al pH del fluido corporal,
es decir pH 7,2-7,4.
Un fluido corporal simulado (SBF) preferido se
prepara disolviendo reactivos químicos de NaCl, NaHCO_{3}, Kcl,
K_{2}HPO_{4;} 3H_{2}O, MgCl_{2;} 6H_{2}O, CaCl_{2;}
2H_{2}O y Na_{2}SO_{4} en agua desionizada. El fluido se
tampona a pH fisiológico de 7,40 a 37ºC con
tris(hidroximetil)aminometano y ácido clorhídrico. El
líquido resultante emula la composición orgánica del fluido corporal
que proporciona las concentraciones iónicas siguientes: Na^{+}
142,0 mM, K^{+} 5,0 mM, Mg^{2+} 1,5 mM, Ca^{2+} 2,5 mM,
Cl^{-} 147,8 mM, HCO_{3}^{-} 4,2 mM; HPO_{4}^{2-} 1,0
mM y SO_{4}^{2-} 0,5 mM.
La consistencia de un fluido corporal simulado
puede variar ligeramente. Puede comprender por ejemplo, 1,0-
1,5 mM de Mg^{2+}, 1,6-2,5 mM de Ca^{2+}, 103-147,8 mM de Cl^{-} y/o 4,2-27 mM de HCO_{3}^{-}.
1,5 mM de Mg^{2+}, 1,6-2,5 mM de Ca^{2+}, 103-147,8 mM de Cl^{-} y/o 4,2-27 mM de HCO_{3}^{-}.
La presente invención proporciona además un
implante en el que se desea que una superficie o superficies de
dicho implante estén fijadas al tejido blando se revisten con un
revestimiento rico en TiO_{2} y/o SiO_{2}. El revestimiento es
poroso comprendiendo poros con un diámetro inferior a 50 nm y
preferentemente una parte esencial de los poros del revestimiento
consiste en poros con un diámetro entre 2 y 50 nm y una profundidad
de por lo menos 1 nm. El material del implante que debe revestirse
por lo general es titanio, tántalo, circonio, nitinol, material
cerámico y polimérico o cualquier combinación de los mismos.
El revestimiento del implante puede obtenerse
utilizando un procedimiento que comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- opcionalmente envejecer dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que el tejido blando que debe fijarse a dicho sol que se ha preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- opcionalmente tratar térmicamente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- opcionalmente limpiar la superficie revestida;
- g)
- opcionalmente secar la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente también alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Alternativamente el revestimiento puede
obtenerse utilizando un método que comprende las etapas
siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente de Si disolvente al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que el tejido blando debe fijarse con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla; y
- d)
- dejar que el material a base de SiO_{2} disolvente forme un revestimiento a medida que es adsorbido y/o reprecipitado en la superficie de dicho material.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras propiedades típicas, preferidas o aún más
preferidas del revestimiento de la superficie del implante son
iguales a las definidas anteriormente para el procedimiento si son
aplicables para el revestimiento de la superficie del implante.
La presente invención proporciona además la
utilización de un revestimiento de la superficie rico en TiO_{2},
SiO_{2} o TiO_{2} y SiO_{2} para la preparación de un implante
destinado a la fijación de tejido blando a dicho revestimiento. El
revestimiento es por lo general poroso comprendiendo poros con un
diámetro inferior a 50 nm y preferentemente una parte esencial de
los poros del revestimiento consiste en poros con un diámetro entre
2 y 50 nm y una profundidad de por lo menos 1 nm. El material del
implante que debe revestirse por lo general es titanio, nitinol,
material cerámico y polimérico o cualquier combinación de los
mismos.
Otras propiedades típicas, preferidas o aún más
preferidas del revestimiento de la superficie que debe utilizarse
son las mismas que las definidas anteriormente para el procedimiento
y/o revestimiento del implante si son aplicables para su
utilización.
La presente invención por lo tanto se refiere al
tratamiento de la superficie de un material, por ejemplo, material
metálico, cerámico o polimérico, que permite la fijación al tejido
blando mediante revestimientos ricos en TiO_{2} y/o SiO_{2.}
Los grupos OH^{-} de revestimientos de TiO_{2} y/o SiO_{2}
favorecen, por ejemplo, mediante la fijación de la glucoproteína
fibronectina, la quimiotaxia de las células de tejido conectivo
(fibroblastos) de mamífero, la migración y adhesión sobre las
superficies del material. En los dispositivos percutáneos esto
facilita la fijación directa de las células fibroblastiformes en las
superficies revestidas con SiOH o TiOH evitando que las células
epiteliales proliferen entre los componentes del tejido blando y el
material implantado. En los dispositivos subcutáneos los tejidos
blandos se fijan a las superficies de material revestido sin que
intervenga una cápsula de tejido conectivo. Alternativamente un
revestimiento o revestimientos pueden favorecer la fijación de las
capas epiteliales de órganos y del endotelio y la reepitelización
de las heridas en la piel. Los revestimientos pueden utilizarse para
llevar a cabo la regeneración de nervios.
Un procedimiento de baño del revestimiento con
sol-gel es una manera de crear revestimientos
bioactivos multicapa uniformes en la superficie de los implantes.
Mediante este procedimiento pueden prepararse cerámicas de óxido
inorgánico a partir de soles coloidales y poliméricos. Se
proporciona así flexibilidad para controlar diferentes propiedades
de las cerámicas resultantes, como composición, área superficial,
porosidad, capacidad de adsorción, velocidad de disolución, etc.
Pueden prepararse diferentes revestimientos de titanio modificado
con sol-gel y sílice cambiando la composición y
utilizando diferentes periodos de envejecimiento para los soles,
cambiando la temperatura del tratamiento térmico y el número de
capas de revestimiento. Además, las propiedades de la superficie
(grupos OH, topografía a nanoescala y la cristalinidad) pueden
cambiarse localmente con ayuda del tratamiento con láser.
La presente invención también se refiere a la
utilización de dichos métodos de revestimiento en los productos
deseados para el tratamiento de los defectos del tejido blando, por
ejemplo, maxilares, mandíbulas, dientes, conducto radicular, oído,
nariz, cráneo, articulaciones, defectos en los huesos y en el tejido
blando subcutáneo e intradérmico, por ejemplo, de
revestimientos de implantes, clavos de fijación externa, materiales
para el aumento del hueso con membranas para la guía del tejido,
canyls para penetración en la piel, stent, implantes vasculares,
válvulas e implantes de mama.
La presente invención se refiere además a
aplicaciones in vitro, tales como la utilización de
revestimientos según la invención para revestir superficies
utilizadas para cultivos de células animales de tejido blando o
para revestimientos de dispositivos de ingeniería tisular.
La presente invención proporciona un
procedimiento biológicamente aceptable, es decir un revestimiento de
TiO_{2} o SiO_{2} derivado de sol-gel, que
puede prepararse en superficie del material (por ejemplo metálica,
de polímero, cerámica), cuyo material se implanta en un mamífero
incluyendo los seres humanos. Preferentemente dichos materiales se
sumergen en sol de TiO_{2} o SiO_{2}. Diferentes revestimientos
de dióxido de titanio y sílice pueden prepararse cambiando la
composición y utilizando diferentes tiempos de envejecimiento para
los soles, cambiando la temperatura de tratamiento térmico y el
número de capas de revestimientos.
Un revestimiento según la invención puede
preparase por ejemplo de la manera siguiente (Peltola, Timo:
Nanoscale Dimensions and in Vitro Calcium Phosphate
Formation; Studies on
Sol-gel-derived Materials and
Bioactive Glass. Tésis, University of Turku, Turku, Finlandia,
2000):
- Se utiliza Ti (calidad 2) comercialmente puro (c.p.) como material del sustrato. El Ti se muele con papel de carburo de silicio. Se disuelve ortotitanato de tetraisopropilo Ti((CH_{3})_{2}CHO)_{4} o ortosilicato de tetraetilo comercializados en etanol absoluto (solución I). El éter monoetílico de etilenglicol (C_{2}H_{5}OCH_{2}CH_{2}OH), agua desionizada y ácido clorhídrico fumante (HCl, 37%) o ácido nítrico se disuelve en etanol (solución II). Las soluciones I y II se mezclan y se agitan eficazmente. El sol preparado y listo para su uso se mantiene a 0ºC con objeto de ralentizar la reacción de condensación. Se mantiene el sol a 0ºC durante el proceso de revestimiento en húmedo.
Después de 1 hora o 24 horas de envejecimiento,
el revestimiento se prepara sumergiendo el sustrato de Ti en el sol
y a continuación retirándolo a la velocidad de 0,30 mm/s. Los
sustratos revestidos se tratan térmicamente
(20-500ºC) durante 10 min. Después del tratamiento
térmico, los revestimientos se limpian por ultrasonidos en acetona
durante 5 min y en etanol durante otros 5 min, y por último se secan
a temperatura ambiente. Este ciclo de inmersión, calefacción y
lavado se repite tantas veces como se necesite, dependiendo del
número de capas de revestimiento deseadas. Dicho sol puede contener
opcionalmente uno o más agentes activos o inactivos tales como
fármacos, agentes mineralizantes o antimicrobianos (por ejemplo
vidrio bioactivo, cerámicas derivada de sol-gel,
factores de crecimiento, conservantes, colorantes, mejoradores de
fluidez, aglutinantes o agentes mejoradores de la suspensión que se
proporcionarán en el revestimiento final. La concentración de
agentes activos en el sol de TiO_{2} y SiO_{2} permanece
homogénea durante el proceso de inmersión.
Los revestimientos pueden también prepararse
biomiméticamente utilizando una fuente externa de Si y/o Ti por
ejemplo de la forma siguiente (Jokinen, Mika: Bioceramics by
Sol-gel Method, Processing and Properties of
Monoliths, Films and Fibers. Thesis, Abo Akademi University Torku,
Finlandia, 1999):
- Las fuentes de Si están en materiales a base de SiO_{2} solubles en condiciones simuladas de fluido corporal, tales como vidrios bioactivos o SiO_{2} derivado de sol-gel. Un sustrato, tal como un implante de Ti o un polímero, se pone en una solución que contiene la fuente de Si, donde el material a base de SiO_{2} disolvente forma un revestimiento a medida que se absorbe y/o reprecipita en la superficie del sustrato. La solución es preferentemente una solución que simula el fluido corporal, tal como SBF o soluciones tamponadas de pH (pH 7,2-7,4) de fluido corporal. El revestimiento formado es capaz de nuclear hidroxiapatito directamente de la misma solución siempre que la solución contenga iones de calcio y fosfato (como es el caso cuando se utiliza SBF). Si el sustrato revestido se ha preparado en soluciones tamponadas (pH 7,2-7,4) que no contienen iones de calcio ni fosfato o si se desea mejorar la formación de hidroxiapatito, la superficie revestida puede moverse más en otro líquido, que contiene iones de fosfato de calcio [tal como 1,0-2,0 x SBF (concentraciones iónicas multiplicadas por el coeficiente)]. Alternativamente, los revestimientos pueden producirse en áreas determinadas con precisión de los dispositivos médicos que utilizan la técnica de láser.
El láser de CO_{2} funciona en la parte
infrarroja del espectro a 10,6 \mum. La radiación es absorbida
por geles de dióxido de titanio o sílice derivados de
sol-gel. El sustrato se calienta sólo localmente y
el revestimiento puede procesarse selectivamente, lo que permite que
diferentes áreas del mismo revestimiento presenten diferentes
propiedades. Es posible controlar el grado de densificación de los
revestimientos derivados de sol-gel seleccionando
parámetros de tratamiento adecuados como potencia de láser,
velocidad de transición del rayo de láser y el tamaño del punto del
rayo de láser enfocado.
Utilizando una etapa de movimiento controlado
por ordenador durante el tratamiento es posible producir
revestimientos modelados en implantes médicos, para revestir
solamente determinadas áreas de un implante, como requieren algunas
aplicaciones clínicas. Se utiliza con frecuencia una lámina de 1 mm
de espesor de Ti c.p. (calidad 2) como material de sustrato. Las
placas del sustrato de Ti se sumergen en el sol. Cada capa se trata
en primer lugar térmicamente en un horno, y a continuación se
tratan localmente con láser de CO_{2} (dos bandas de 3 mm). Los
intervalos de potencia que pueden utilizarse son de
12-20 W. La distancia entre dos líneas de
exploración del láser adyacentes puede mantenerse a 100 \mum. La
velocidad del movimiento puede ser de 2,5 mm/s.
Alternativamente, las cerámicas de SiO_{2}
pueden mezclarse en materiales poliméricos que en medio acuosos
forman superficies ricas en Si en los materiales del compuesto que
funcionan de manera comparable a los revestimientos descritos
anteriormente.
Los revestimientos pueden aplicarse sobre
biomateriales utilizados en la reconstrucción o el aumento de
estructuras de tejido blando en un paciente que lo necesita que
comprende insertar el material revestido en los defectos del tejido
o implantarlo para revestir la estructura anatómica en cuestión. Los
materiales revestidos pueden ser reabsorbibles o no
reabsorbibles.
Las estructuras anatómicas tratables según el
procedimiento de la presente invención incluyen, pero no se limitan
a, maxilares, mandíbulas, dientes, raíz de un diente, defectos en
los huesos, oído, nariz, cráneo, articulaciones, tejidos blandos
subcutáneos, percutáneos e intradérmicos o tejidos dérmicos
blandos.
Los revestimientos preferidos de TiO_{2} y
SiO_{2} en la presente invención se seleccionaron basándose en
que: (a) los revestimientos de sol-gel pueden
preparase en capas finas lo que hace posible revestir pequeños
dispositivos; (b) componentes bioactivos, por ejemplo fármacos,
factores de crecimiento, pueden añadirse en los revestimientos; (c)
los revestimientos pueden aplicarse en superficies y estructuras
porosas.
Los ejemplos siguientes se proporcionan a título
ilustrativo y no limitativo de la presente invención.
Se preparan revestimientos de TiO_{2} en
soportes de implantes, dentales percutáneos tal como se describió
anteriormente. Después de un periodo de cicatrización suficiente se
exponen los implantes sumergidos, se retiran sus tornillos de la
cubierta y se conectan los soportes de Ti revestidos con TiO_{2}
a los implantes integrados al hueso. Durante la cicatrización de
las heridas del tejido blando los componentes del tejido conectivo
se fijan directamente sobre la superficie de Ti revestido
impidiendo así la formación de revestimiento epitelial entre el
implante y los componentes del tejido blando circundante.
Como en el ejemplo 1 pero el revestimiento se
aplica sobre la parte superior de un implante en una fase que
estará conectado directamente en la cavidad bucal sin periodo de
inmersión.
Como en el ejemplo 1 pero el revestimiento se
aplica en un clavo de fijación utilizado para la fijación de la
fractura externa.
Como en el ejemplo 1 pero el revestimiento se
aplica en un stent plástico percutáneo.
Como en los ejemplos 1 a 4 pero el revestimiento
de SiO_{2} o de TiO_{2} se aplica en la parte subgingival de
una corona de polímero, cerámica o metálica de un diente.
Como en los ejemplos 1 a 4 con la excepción de
que el revestimiento se aplica en un stent vascular.
Como en los ejemplos 1 a 4 con la excepción de
que el revestimiento se aplica en un material del implante de la
válvula cardíaca.
Como en los ejemplos 1 a 4 con la excepción de
que el revestimiento se aplica en el material del implante de
mama.
Como en los ejemplos 1 a 4 pero los
revestimientos se tratarán con láser de CO_{2} con objeto de crear
zonas bioactivas adaptadas sobre las superficies del material
revestido.
El revestimiento de SiO_{2} se produce sobre
una superficie de material sumergiendo el sustrato en solución de
SBF en presencia de un ion de Si externo que contiene material
cerámico tales como los gránulos de vidrio bioactivo.
Por lo tanto, las formas de realización
descritas son ilustrativas y no limitativas.
Claims (33)
1. Procedimiento para revestir una superficie
destinada a la fijación al tejido blando que comprende las etapas
siguientes:
- -
- revestir una superficie de un material, a la que debe fijarse el tejido blando superficial, con un revestimiento rico en TiO_{2} y/o SiO_{2}, y
- -
- aplicar dicho revestimiento en el que se desea la fijación al tejido blando caracterizado porque dicho revestimiento es poroso y comprende poros con un diámetro y/o una profundidad inferior a 50 nm y porque dicho procedimiento
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- envejecer dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que está destinada que se fije el tejido blando con dicho sol habiendo sido dicho sol preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- tratar térmicamente opcionalmente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- limpiar opcionalmente la superficie revestida;
- g)
- secar opcionalmente la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente asimismo alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- o comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente de Si y/o una fuente de Ti disolvente al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que está destinada que se fije el tejido blando con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla; y
- d)
- dejar que el material a base de SiO_{2} y/o a base de TiO_{2} disolvente forme un revestimiento a medida que se adsorbe y/o se reprecipita sobre la superficie de dicho material.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque una parte esencial de los poros del
revestimiento está constituida por poros que presentan un diámetro
de 2 a 50 nm y una profundidad de por lo menos 1 nm.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el material que debe revestirse se
selecciona de entre el grupo constituido por titanio, nitinol,
material cerámico y polimérico y cualquier combinación de los
mismos.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende las
etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- envejecer dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que se va a fijar el tejido blando con dicho sol habiendo sido dicho sol preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- tratar térmicamente opcionalmente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- limpiar opcionalmente la superficie revestida;
- g)
- secar opcionalmente la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente asimismo alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el sol se selecciona de entre el grupo
constituido por sol de TiO_{2}, sol de SiO_{2} y sol de
TiO_{2}-SiO_{2}.
6. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la preparación del sol comprende las
etapas siguientes:
- (i)
- disolver ortotitanato de tetraisopropilo Ti((CH_{3})_{2}CHO)_{4} y/o ortosilicato de tetraetilo en etanol,
- (ii)
- disolver el éter monoetílico de etilenglicol (C_{2}H_{5}OCH_{2}CH_{2}OH), agua desionizada y ácido clorhídrico o ácido nítrico en etanol,
- (iii)
- mezclar las soluciones obtenidas en la etapa (i) y (ii) y agitar opcionalmente dicha mezcla eficazmente.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el sol está a
una temperatura enfriada de -10 a +20ºC, preferentemente -5 a +5ºC,
aún más preferentemente -2 a +2ºC durante la etapa c).
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque el sol preparado
en la etapa a) se envejece en la etapa b) durante 1 min. a 10 días,
preferentemente durante 1 a 48 horas.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque la superficie se
pone en contacto con el sol sumergiéndola en el sol en la etapa c)
y es retirada del sol en la etapa d) a una velocidad de 0,01 mm/s a
10 mm/s, preferentemente a una velocidad de 0,1 mm/s a 1,0 mm/s.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque la superficie se
trata térmicamente en la etapa e) a una temperatura de 20 a 630ºC,
preferentemente a una temperatura de 30 a 45ºC, 90 a 160ºC o 250 a
630ºC.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque el tratamiento
térmico en la etapa e) se lleva a cabo durante 0,1 s a 10 días,
preferentemente 1 s a 10 h., aún más preferentemente 1 min.
a
1 h.
1 h.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque el
revestimiento o revestimientos se limpian ultrasónicamente en la
etapa f).
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende las
etapas siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente de Si y/o una fuente de Ti disolvente al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que el tejido blando debe fijarse con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla; y
- d)
- dejar que el material a base de SiO_{2} y/o a base de SiO_{2} disolvente forme un revestimiento a medida que es adsorbido y/o reprecipitado en la superficie de dicho material.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque la fuente de Si es vidrio bioactivo o
SiO_{2} derivado de sol-gel.
15. Procedimiento según la reivindicación 13 ó
14, caracterizado porque el fluido corporal simulado de la
etapa a) es una solución que imita el fluido corporal o una solución
tamponada al pH del fluido corporal, es decir pH
7,2-7,4.
16. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el fluido
corporal simulado es SBF que comprende 1,0-1,5 mM
de Mg^{2+}, 1,6-2,5 mM de Ca^{2+},
103-147,8 mM de Cl^{-} y 4,2-27
mM de HCO_{3}^{-}.
17. Utilización de un revestimiento de
superficie poroso rico en TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2} y
SiO_{2}, para la preparación de un implante en la que dicho
revestimiento comprende poros con un diámetro y/o profundidad
inferior a 50 nm y dicho revestimiento puede obtenerse utilizando un
procedimiento que comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- envejecer opcionalmente dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que se va a fijar el tejido blando con dicho sol habiendo sido preparado dicho sol en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- tratar térmicamente opcionalmente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- limpiar opcionalmente la superficie revestida;
- g)
- secar opcionalmente la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente asimismo alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- o utilizando un procedimiento que comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente de Si disolvente al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que se va a fijar el tejido blando con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla; y
- d)
- dejar que el material a base de SiO_{2} disolvente forme un revestimiento a medida que se adsorbe y/o se reprecipita sobre la superficie de dicho material; para la fijación del tejido blando a dicho revestimiento.
18. Utilización según la reivindicación 17,
caracterizada porque una parte esencial de los poros del
revestimiento está constituido por poros que presentan un diámetro
de 2 a 50 nm y una profundidad de por lo menos 1 nm.
19. Utilización según la reivindicación 17 ó 18,
caracterizada porque el material del implante que debe
revestirse se selecciona de entre el grupo constituido por titanio,
nitinol, material cerámico y polimérico y cualquier combinación de
los mismos.
20. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 19, caracterizada porque dicho
revestimiento puede obtenerse por un procedimiento que comprende
las etapas siguientes:
- a)
- preparar un sol de TiO_{2}, SiO_{2} o TiO_{2}-SiO_{2};
- b)
- envejecer opcionalmente dicho sol;
- c)
- poner en contacto una superficie a la que se va a fijar el tejido blando con dicho sol, habiendo sido dicho sol preparado en la etapa a) y se ha envejecido en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se realiza opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- d)
- retirar dicha superficie de dicho sol a una velocidad predeterminada para obtener una superficie revestida si dicha puesta en contacto de la etapa c) se ha realizado sumergiendo dicha superficie en dicho sol;
- e)
- tratar térmicamente opcionalmente la superficie revestida durante un tiempo predeterminado;
- f)
- limpiar opcionalmente la superficie revestida;
- g)
- secar opcionalmente la superficie revestida; y
- h)
- repetir por lo menos las etapas c) y d), pero opcionalmente asimismo alguna de las etapas a) a g), un número de veces para obtener el número deseado de capas de revestimiento si se desea más de una capa de revestimiento.
21. Utilización según la reivindicación 20,
caracterizada porque el sol se selecciona de entre el grupo
constituido por sol de TiO_{2}, sol de SiO_{2} y sol de
TiO_{2}-SiO_{2}.
22. Utilización según la reivindicación 20 ó 21,
caracterizada porque la preparación del sol comprende las
etapas siguientes:
- (i)
- disolver ortotitanato de tetraisopropilo Ti((CH_{3})_{2}CHO)_{4} y/o ortosilicato de tetraetilo en etanol,
- (ii)
- disolver éter monoetílico de etilenglicol (C_{2}H_{5}OCH_{2}CH_{2}OH), agua desionizada y ácido clorhídrico o ácido nítrico en etanol,
- (iii)
- mezclar las soluciones obtenidas en la etapa (i) e (ii) y opcionalmente agitar dicha mezcla eficazmente.
23. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 22, caracterizada porque el sol está a
una temperatura enfriada de -10 a +20ºC, preferentemente -5 a +5ºC,
aún más preferentemente -2 a +2ºC durante la etapa c).
24. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 23, caracterizada porque el sol
preparado en la etapa a) se envejece en la etapa b) durante 1 min.
a 10 días, preferentemente durante 1 hora a 48 horas.
25. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 24, caracterizada porque la superficie
se pone en contacto con el sol sumergiéndola en el sol en la etapa
c) y es retirada del sol en la etapa d) a una velocidad de 0,01
mm/s a 10 mm/s, preferentemente a una velocidad de 0,1 mm/s y 1,0
mm/s.
26. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 25, caracterizada porque la superficie
se trata térmicamente en la etapa e) a una temperatura de 20 a
630ºC, preferentemente a una temperatura de 30 a 45ºC, 90 a 160ºC o
250 a 630ºC.
27. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 26, caracterizada porque el tratamiento
térmico en la etapa e) se lleva a cabo durante 0,1 s a 10 días,
preferentemente 1 s a 10 h., aún más preferentemente 1 min. a 1
h.
28. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 27, caracterizada porque el
revestimiento o revestimientos se limpian ultrasónicamente en la
etapa f).
29. Utilización de un revestimiento de
superficie según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19,
caracterizada porque dicho revestimiento puede obtenerse
mediante un procedimiento que comprende las etapas siguientes:
- a)
- preparar un fluido corporal simulado;
- b)
- añadir una fuente de Si y/o una fuente de Ti disolvente al fluido corporal simulado preparado en la etapa a);
- c)
- poner en contacto una superficie a la que el tejido blando debe fijarse con la mezcla obtenida en la etapa b) en la que dicha puesta en contacto se lleva a cabo opcionalmente sumergiendo dicha superficie en dicha mezcla; y
- d)
- dejar que el material a base de SiO_{2} y/o a base de TiO_{2} disolvente forme un revestimiento a medida que es adsorbido y/o reprecipitado en la superficie de dicho material.
30. Utilización según la reivindicación 29,
caracterizada porque la fuente de Si es vidrio bioactivo o
SiO_{2} derivado de sol-gel.
31. Utilización según la reivindicación 29 ó 30,
caracterizada porque el fluido corporal simulado de la etapa
a) es una solución que imita el fluido corporal o una solución
tamponada al pH del fluido corporal, es decir pH
7,2-7,4.
32. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 29 a 31, caracterizada porque el fluido
corporal simulado es SBF que comprende 1,0-1,5 mM de
Mg^{2+}, 1,6-2,5 mM de Ca^{2+},
103-147,8 mM de Cl^{-} y 4,2-27
mM de HCO_{3}^{-}.
33. Utilización según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 32, caracterizada porque dicho
revestimiento es un revestimiento de un stent, preferentemente un
stent vascular.
Applications Claiming Priority (2)
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