ES2913574B2 - BIODEGRADABLE AND ANTIMICROBIAL SCAFFOLD FOR BONE TISSUE ENGINEERING AND PROCEDURE FOR OBTAINING IT - Google Patents

BIODEGRADABLE AND ANTIMICROBIAL SCAFFOLD FOR BONE TISSUE ENGINEERING AND PROCEDURE FOR OBTAINING IT Download PDF

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ES2913574B2 ES202031200A ES202031200A ES2913574B2 ES 2913574 B2 ES2913574 B2 ES 2913574B2 ES 202031200 A ES202031200 A ES 202031200A ES 202031200 A ES202031200 A ES 202031200A ES 2913574 B2 ES2913574 B2 ES 2913574B2
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Aroca Angel Serrano
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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

ANDAMIO BIODEGRADABLE Y ANTIMICROBIANO PARA INGENIERÍA TISULAR OSEA Y PROCEDIMIENTO PARA SU OBTENCIÓNBIODEGRADABLE AND ANTIMICROBIAL SCAFFOLD FOR BONE TISSUE ENGINEERING AND PROCEDURE FOR OBTAINING IT

Campo de la invenciónfield of invention

La presente invención se engloba dentro de la producción de andamios, (scaffolds) biodegradables con aplicación en ingeniería tisular ósea en el tratamiento, regeneración y recuperación de defectos óseos. En concreto, la presente invención se refiere a un andamio biodegradable con estructura porosa con capacidad ósteoinductora y propiedades mecánicas y de absorción de agua óptimas para su uso en ingeniería tisular ósea, que además presenta actividad antibacteriana para combatir infecciones en el lugar del defecto óseo a regenerar, incluidas aquellas causadas por patógenos multiresistentes a antibióticos. La presente invención comprende igualmente un proceso para la obtención de dichos andamios con aplicación directa en ingeniería tisular ósea y el uso de estos andamios como componente de implantes, injertos y sustitutos de injerto óseo.The present invention is encompassed within the production of biodegradable scaffolds with application in bone tissue engineering in the treatment, regeneration and recovery of bone defects. Specifically, the present invention refers to a biodegradable scaffold with a porous structure with osteoinductive capacity and optimal mechanical and water absorption properties for use in bone tissue engineering, which also has antibacterial activity to combat infections at the bone defect site. regenerate, including those caused by multi-resistant pathogens to antibiotics. The present invention also includes a process for obtaining said scaffolds with direct application in bone tissue engineering and the use of these scaffolds as a component of implants, grafts and bone graft substitutes.

AntecedentesBackground

Un defecto óseo es una pérdida de hueso en cualquier parte del cuerpo, donde en condiciones normales, tendría que estar presente [1]. Los defectos óseos pueden surgir a partir de anomalías congénitas como una hemimelia fibular [2], o anomalías adquiridas como fracturas, enfermedades (osteoporosis y osteosarcomas), cirugías (remoción quirúrgica tumoral) e infecciones [2-8]. Un defecto óseo es crítico cuando, habiendo una biología adecuada, hay una incapacidad de reemplazar una pérdida ósea abundante y que, a pesar una estabilización adecuada, no osifica de manera espontánea [5,7,9,10-13]. Esto ocurre generalmente cuando el tamaño del defecto es mayor a 1-2 cm o cuando hay una pérdida de más del 50% de la circunferencia del hueso. Del mismo modo, las condiciones biomecánicas, la edad del paciente, el estado metabólico y sistémico del mismo y las lesiones relacionadas que afectan a la osificación del defecto son otras condiciones que influyen en su determinación [7]. Hay que destacar que un defecto óseo crítico no puede osificar de manera adecuada sin la ayuda terapéutica o con materiales diseñados para favorecer la regeneración ósea [5]. Teniendo en cuenta todos los factores enumerados anteriormente, el método de tratamiento no es universal, sino que se selecciona de manera individual para cada paciente. Antes de nada, es necesario conocer las condiciones que deben darse para una correcta cicatrización ósea, para poder entender el por qué los defectos óseos críticos no siguen una cicatrización adecuada. La cicatrización de un hueso, también llamada osificación, se asemeja a la cicatrización de un tejido, con la fase inflamatoria, de proliferación y de remodelación. El hueso es un tejido que tiene capacidad de remodelación tanto a nivel funcional como estructural [5]. El objetivo de la osificación de un hueso es alcanzar una capacidad funcional y una estructura histológica lo más parecida a la inicial. Es decir, regenerar el tejido mineralizado en el lugar de la lesión y también, restaurar la resistencia mecánica [14]. Existen dos tipos de osificaciones, la osificación primaria o directa y la osificación secundaria o indirecta. Por una parte, en la osificación primaria se forma hueso directamente en el foco de fractura. Para ello, los dos requisitos que se deben dar son: tener un máximo de 1 mm entre los fragmentos óseos y menos de un 2% de micromovimientos en el foco de fractura [15]. Por otra parte, la osificación secundaria o indirecta, se caracteriza por la formación de tejido conjuntivo denominado callo, que evoluciona de un tejido fibroso a cartilaginoso, para finalmente generar el tejido óseo en el foco de fractura. A este último estado, le continúa una fase de remodelación que puede continuar durante años hasta lograr la estructura y resistencia original del hueso [5-7,10,14,15]. Por estos motivos, se considera que los defectos óseos críticos no siguen una osificación primaria, sino una osificación secundaria; pero que requieren un apoyo externo, ya que ellos por si mismos no pueden resolverlo [5].A bone defect is a loss of bone in any part of the body where, under normal conditions, it would have to be present [1]. Bone defects can arise from congenital anomalies such as fibular hemimelia [2], or acquired anomalies such as fractures, diseases (osteoporosis and osteosarcomas), surgeries (surgical tumor removal) and infections [2-8]. A bone defect is critical when, having adequate biology, there is an inability to replace abundant bone loss and that, despite adequate stabilization, does not ossify spontaneously [5,7,9,10-13]. This generally occurs when the size of the defect is greater than 1-2 cm or when there is a loss of more than 50% of the bone circumference. In the same way, the biomechanical conditions, the age of the patient, the metabolic and systemic state of the same and the related lesions that affect the ossification of the defect are other conditions that influence its determination [7]. It must be emphasized that a critical bone defect cannot ossify adequately without the therapeutic aid or with materials designed to promote bone regeneration [5]. Taking into account all the factors listed above, the treatment method is not universal, but is selected individually for each patient. First of all, it is necessary to know the conditions that must occur for proper bone healing, in order to understand why critical bone defects do not follow proper healing. The healing of a bone, also called ossification, is similar to the healing of a tissue, with the inflammatory, proliferation and remodeling phases. Bone is a tissue that has the capacity for remodeling both at a functional and structural level [5]. The objective of the ossification of a bone is to reach a functional capacity and a histological structure that is as similar to the initial one. That is, regenerate the mineralized tissue at the lesion site and also restore mechanical resistance [14]. There are two types of ossifications, primary or direct ossification and secondary or indirect ossification. On the one hand, in primary ossification, bone is formed directly at the fracture site. For this, the two requirements that must be met are: having a maximum of 1 mm between the bone fragments and less than 2% of micromovements in the fracture site [15]. Secondary or indirect ossification, on the other hand, is characterized by the formation of connective tissue called callus, which evolves from fibrous to cartilaginous tissue, to finally generate bone tissue at the fracture site. This last state is followed by a remodeling phase that can continue for years until the original structure and resistance of the bone is achieved [5-7,10,14,15]. For these reasons, it is considered that critical bone defects do not follow primary ossification, but secondary ossification; but that require external support, since they cannot solve it by themselves [5].

Por consiguiente, existen diversos métodos terapéuticos para tratar los defectos óseos críticos. A tal fin existen métodos terapéuticos naturales y sintéticos. Por un lado, dentro de los métodos terapéuticos naturales, se encuentran: autoinjertos (trasplantes de hueso desde una zona donante del mismo individuo, pero alejada de la región patológica, para reconstruir un defecto dentro del mismo paciente [2,16]); aloinjertos (injertos de cadáveres o donantes vivos de la misma especie, pero genéticamente diferentes[16,17]) y xenoinjertos (son injertos de origen natural, pero proceden de otra especie como la especie bovina o derivados del coral [14,17-19]). Dentro de los autoinjertos, se encuentran de hueso esponjoso y de hueso cortical. Los autoinjertos esponjosos tienen las propiedades osteogénicas y osteoinductoras deseadas [2,6,10,11,16-18] y los autoinjertos corticales son mayoritariamente injertos osteoconductores con muy poca capacidad de osteoinducción pero facilitan un gran soporte mecánico [18,19]. Por estos motivos, los autoinjertos corticales son los óptimos para defectos óseos críticos ya que requieren un elevado soporte mecánico estructural [18]. Por otra parte, en contraposición a los métodos terapéuticos naturales, se encuentran los sintéticos para solucionar defectos óseos críticos. Dentro de éstos podemos diferenciar los implantes o prótesis y los scaffolds. En primer lugar, los implantes o prótesis sustituyen la presencia de material natural en el defecto óseo, pero no pretenden que el organismo aproveche el implante para poder osificar. Dentro de los implantes tradicionales, los materiales clásicos que se han empleado son: acero inoxidable, aleación de cromo y cobalto, titanio o aleación de titanio. Pero estos materiales no pueden replicar mecánicamente el hueso, lo que puede derivar en que no se integren de manera adecuada en el receptor [4,10,16]. Por este motivo, ha habido una evolución de estos implantes que sustituyen tejido por biomateriales sintéticos que se integran en el mismo. Actualmente, las opciones principales para tratamientos regenerativos de defectos óseos son tratamientos autólogos, alogénicos o implantes sintéticos, pero ninguna de estas técnicas ha demostrado ser completamente satisfactoria [2,8,16]. Estas limitaciones han llevado a los científicos y clínicos a centrar su investigación en aspectos de ingeniería tisular y medicina regenerativa como la reconstrucción ósea y en el desarrollo de soportes, andamios y/o matrices también denominados “scaffolds" para favorecer la regeneración ósea [2,3,6,8]. Estos scaffolds están compuestos por biomateriales y se pueden utilizar para el tratamiento de defectos óseos. Para llevar a cabo esto, deben cumplir las siguientes funciones específicas: actuar como sustrato celular, suministrar una nutrición, administrar moléculas bioactivas y proporcionar estímulos para dirigir a las células a su destino [6]. Para realizar dichas funciones, estos scaffolds deben tener las características ideales de ser osteogénicos, biocompatibles, biodegradables, capaces de proporcionar soporte estructural, fáciles de implantar y rentables [1,6]. Los materiales con los que se fabrican los scaffolds son bioactivos y reabsorbibles en el tiempo. Se degradan gradualmente y son reemplazados por tejidos del huésped, lo que facilita la reparación in situ. Para esto, los ingenieros deben inspirarse en la composición y estructura natural del hueso [16]. Estos biomateriales no deben ser mutagénicos, antigénicos, cancerígenos o teratogénicos, ni tóxicos, además deben permitir la osteointegración sin provocar una reacción inmunológica adversa [4,6].Accordingly, various therapeutic methods exist to treat critical bone defects. To this end there are natural and synthetic therapeutic methods. On the one hand, within the natural therapeutic methods, there are: autografts (bone transplants from a donor area of the same individual, but far from the pathological region, to reconstruct a defect within the same patient [2,16]); allografts (grafts from cadavers or living donors of the same species, but genetically different[16,17]) and xenografts (these are grafts of natural origin, but they come from another species such as bovine species or derived from coral [14,17-19 ]). Within the autografts, there are cancellous bone and cortical bone. Autografts Cancellous grafts have the desired osteogenic and osteoinductive properties [2,6,10,11,16-18] and cortical autografts are mostly osteoconductive grafts with very little osteoinductive capacity but provide great mechanical support [18,19]. For these reasons, cortical autografts are optimal for critical bone defects as they require high structural mechanical support [18]. On the other hand, in contrast to natural therapeutic methods, there are synthetic ones to solve critical bone defects. Within these we can differentiate implants or prostheses and scaffolds. In the first place, the implants or prostheses replace the presence of natural material in the bone defect, but they are not intended for the body to take advantage of the implant to be able to ossify. Within traditional implants, the classic materials that have been used are: stainless steel, chrome and cobalt alloy, titanium or titanium alloy. But these materials cannot mechanically replicate bone, which may result in them not properly integrating into the recipient [4,10,16]. For this reason, there has been an evolution of these implants that replace tissue with synthetic biomaterials that are integrated into it. Currently, the main options for regenerative treatment of bone defects are autologous, allogeneic or synthetic implants, but none of these techniques has proven to be completely satisfactory [2,8,16]. These limitations have led scientists and clinicians to focus their research on aspects of tissue engineering and regenerative medicine such as bone reconstruction and on the development of supports, scaffolds and/or matrices, also called "scaffolds" to promote bone regeneration [2, 3,6,8] These scaffolds are composed of biomaterials and can be used for the treatment of bone defects.To do this, they must fulfill the following specific functions: act as a cell substrate, supply nutrition, administer bioactive molecules, and provide stimuli to direct cells to their destination [6].To perform such functions, these scaffolds must have the ideal characteristics of being osteogenic, biocompatible, biodegradable, capable of providing structural support, easy to implant, and cost-effective [1,6]. The materials with which the scaffolds are made are bioactive and resorbable over time. te and are replaced by host tissues, which facilitates repair in situ. For this, engineers must be inspired by the natural composition and structure of bone [16]. These biomaterials must not be mutagenic, antigenic, carcinogenic or teratogenic, nor toxic, they must also allow osseointegration without causing an adverse immunological reaction [4,6].

Se pueden elegir varios biomateriales según el objetivo (resistencia mecánica o relleno) y el enfoque (percutáneo o quirúrgico) que se seleccionan de entre polímeros, cerámicas o mezclas de los mismos. Además, algunos biomateriales están compuestos por factores de crecimiento como las proteínas morfogénicas óseas (BMP) para inducir la reparación ósea [16]. Idealmente, los biomateriales deben ser absorbibles a una velocidad variable dependiendo de su función biomecánica anticipada y deben permitir el crecimiento de vasos sanguíneos recién formados de los tejidos vecinos, siendo la vascularización de buena calidad del tejido en contacto con el scaffold un aspecto crucial [10,16].Various biomaterials can be chosen depending on the objective (mechanical resistance or filler) and the approach (percutaneous or surgical) that are selected from polymers, ceramics or mixtures thereof. Furthermore, some biomaterials are composed of growth factors such as bone morphogenic proteins (BMPs) to induce bone repair [16]. Ideally, biomaterials should be absorbable at a variable rate depending on their anticipated biomechanical function and should allow for the growth of newly formed blood vessels from neighboring tissues, with good-quality vascularization of the tissue in contact with the scaffold being crucial [10]. ,16].

Igualmente, estos scaffolds pueden fabricarse de manera precisa, reproduciendo las características anatómicas del hueso nativo, manteniéndose la integridad estructural suficiente durante el proceso de crecimiento y remodelación in vitro y/o in vivo [8]. Del mismo modo, la construcción adecuada de un scaffold debe poseer una red tridimensional altamente porosa, con poros interconectados y con propiedades de superficie, que estén optimizadas para la unión, migración, proliferación y diferenciación de los tipos de células de interés y que permitan el transporte de nutrientes y desechos metabólicos. Además, deben poseer una tasa de biocompatibilidad y biodegradabilidad definida para complementar el crecimiento tisular [8].Likewise, these scaffolds can be manufactured precisely, reproducing the anatomical characteristics of native bone, maintaining sufficient structural integrity during the growth and remodeling process in vitro and/or in vivo [8]. Similarly, proper scaffold construction must possess a highly porous three-dimensional network, with interconnected pores and surface properties, that are optimized for the attachment, migration, proliferation, and differentiation of the cell types of interest and that allow the transport of nutrients and metabolic wastes. In addition, they must possess a defined biocompatibility and biodegradability rate to complement tissue growth [8].

No menos importante a los requisitos anteriores es el hecho de que la implantación del scaffold en la zona dónde se debe regenerar el hueso requiere necesariamente cirugía, la cual, según se conoce puede comprometerse por la fácil aparición de infecciones bacterianas. Se conoce que al menos el 10% de estas intervenciones están asociadas a la aparición de infecciones bacterianas, que comprometen la eficacia y utilidad del scaffold a los fines deseados.No less important than the previous requirements is the fact that the implantation of the scaffold in the area where the bone must be regenerated necessarily requires surgery, which, as is known, can be compromised by the easy appearance of bacterial infections. It is known that at least 10% of these interventions are associated with the appearance of bacterial infections, which compromise the efficacy and usefulness of the scaffold for the desired purposes.

Las infecciones asociadas a dispositivos implantables están caracterizadas por la adhesión bacteriana, colonización y desarrollo de un biofilm. Los organismos más comunes asociados a las infecciones en dispositivos implantables incluyen, las cepas Gram-positivas: Staphylococcus epidermis, Staphylococcus aureus, and Propionibacterium acnes, así como las cepas Gram-negativas Pseudomonas aeruginosa. La osteomielitis es la inflamación del hueso y puede aparecer como consecuencia de la formación del biofilm, causando un incremento sustancial de la resorción del hueso y formación de hueso reactivo.Infections associated with implantable devices are characterized by bacterial adhesion, colonization, and development of a biofilm. The most common organisms associated with infections in implantable devices include the Gram-positive strains: Staphylococcus epidermis, Staphylococcus aureus, and Propionibacterium acnes, as well as the Gram-negative strains Pseudomonas aeruginosa. Osteomyelitis is inflammation of the bone and can appear as a consequence of biofilm formation, causing a substantial increase in bone resorption and reactive bone formation.

El biofilm está compuesto por sustancias secretadas por las bacterias, tales como, proteínas, lípidos, lipopolisacaridos y DNA formando una matriz alrededor de la bacteria que le proporciona protección frente a la acción del antibiótico y las defensas inmunes. Las bacterias presentes en el biofilm tienen además una tasa de mutación superior pudiendo presentar una mayor virulencia cuando se exponen a los antibióticos y favoreciendo la generación de fenotipos resistentes a los antibióticos.The biofilm is composed of substances secreted by bacteria, such as proteins, lipids, lipopolysaccharides and DNA, forming a matrix around the bacteria that provides protection against the action of antibiotics and immune defenses. The bacteria present in the biofilm also have a higher mutation rate, being able to present greater virulence when exposed to antibiotics and favoring the generation of antibiotic-resistant phenotypes.

Sin embargo, las medidas que actualmente se contemplan para tratar de evitar la aparición de infecciones asociadas al uso de scaffolds no son del todo satisfactorias. De una parte, éstas se limitan a la administración de altas dosis de antibióticos junto con la implantación del scaffold en la zona afectada o directamente integrar la dosis de antibiótico en el mismo scaffold. La administración de estas altas dosis de antibiótico supone un considerable aumento de las posibilidades de efectos secundarios provocados por el antibiótico, tales como reacciones alérgicas, así como en general la toxicidad del scaffold. Alternativamente se describe la incorporación de distintos iones en las matrices y estructuras que componen el scaffold, sin embargo, estas medidas pueden resultar también tóxicas o la liberación de iones (osteoinductores y antimicrobianos) no se produce a la velocidad adecuada para conseguir al mismo tiempo inducir regeneración y prevenir infeccionesHowever, the measures currently being considered to try to prevent the appearance of infections associated with the use of scaffolds are not entirely satisfactory. On the one hand, these are limited to the administration of high doses of antibiotics together with the implantation of the scaffold in the affected area or directly integrating the antibiotic dose into the scaffold itself. The administration of these high doses of antibiotics supposes a considerable increase in the possibilities of side effects caused by the antibiotic, such as allergic reactions, as well as in general the toxicity of the scaffold. Alternatively, the incorporation of different ions in the matrices and structures that make up the scaffold is described, however, these measures can also be toxic or the release of ions (osteoinductors and antimicrobials) does not occur at the adequate speed to achieve, at the same time, induce regeneration and prevent infection

La patente ES2393602 describe materiales mesoporosos ordenados de sílice que incluyen entre sus poros tres antibióticos distintos: linezolid, rifampicina y vancomicina. La patente española ES2405774 describe un andamio en base a uno o más polisacáridos y un agente reticulante que comprende antimicrobianos seleccionados de entre: alquilparabenos, tales como metilparabeno, etilparabeno, propilparabeno y butilparabeno, cresol, clorocresol, hidroquinona, benzoato de sodio, benzoato de potasio, triclosano, clorhexidina, rifampicina, minociclina, clorhexidina, agentes de iones de plata y composiciones con una base de plata.Patent ES2393602 describes ordered mesoporous silica materials that include three different antibiotics in their pores: linezolid, rifampicin and vancomycin. Spanish patent ES2405774 describes a scaffold based on one or more polysaccharides and a crosslinking agent comprising antimicrobials selected from among: alkylparabens, such as methylparaben, ethylparaben, propylparaben and butylparaben, cresol, chlorocresol, hydroquinone, sodium benzoate, potassium benzoate , triclosan, chlorhexidine, rifampicin, minocycline, chlorhexidine, silver ion agents and silver-based compositions.

La patente japonesa JP5882997 describe un injerto óseo que comprende un componente inorgánico sólido y un hidrogel que contiene iones de silicio. Japanese patent JP5882997 describes a bone graft comprising a solid inorganic component and a hydrogel containing silicon ions.

Opcionalmente puede contener otros iones, por ejemplo, estroncio, magnesio, potasio, cobre cobalto, níquel, cinc, selenio, plata y flúor.Optionally it can contain other ions, for example strontium, magnesium, potassium, cobalt copper, nickel, zinc, selenium, silver and fluorine.

La presente invención propone una solución a los problemas técnicos identificados anteriormente a través de la definición de un andamio, (scaffold) con aplicación en ingeniería tisular ósea para el tratamiento y recuperación de defectos óseos, incluidos los críticos, con capacidad ósteoinductora que además previene infecciones, incluidas aquellas causadas por bacterias multiresistentes a antibióticos. Es decir, la presente invención propone una solución técnica efectiva a una necesidad existente en el campo técnico de la ingeniería tisular ósea, proporcionando un andamio capaz de regenerar un defecto óseo, incluido un defecto óseo crítico, y tratando al mismo tiempo cualquier infección patógena, incluidas las infecciones multiresistentes que pudieran comprometer el proceso de regeneración ósea en el lugar del defecto óseo a tratar. The present invention proposes a solution to the previously identified technical problems through the definition of a scaffold , with application in bone tissue engineering for the treatment and recovery of bone defects, including critical ones, with osteoinductive capacity that also prevents infections. , including those caused by bacteria that are multiresistant to antibiotics. That is, the present invention proposes an effective technical solution to an existing need in the technical field of bone tissue engineering, providing a scaffold capable of regenerating a bone defect, including a critical bone defect, and at the same time treating any pathogenic infection, including multi-resistant infections that could compromise the bone regeneration process at the site of the bone defect to be treated.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La presente invención se refiere a un andamio, (scaffold) biodegradable con aplicación en ingeniería tisular ósea para el tratamiento, regeneración y recuperación de defectos óseos en mamíferos, así como un método para la obtención de dichos dispositivos médicos.The present invention refers to a biodegradable scaffold with application in bone tissue engineering for the treatment, regeneration and recovery of bone defects in mammals, as well as a method for obtaining said medical devices.

El andamio con aplicación en ingeniería tisular ósea de acuerdo con la presente invención se presenta en forma de estructura tridimensional (3D), porosa, biodegradable y biocompatible y presenta una resistencia mecánica a la compresión adecuada al lugar del implante. La estructura que conforma el andamio permite el desarrollo del nuevo tejido óseo en el defecto óseo a recuperar. De forma ventajosa, la estructura y componentes que conforman el andamio presentan una acción osteoinductora y a la vez antibacteriana durante el proceso de regeneración ósea, resultando altamente efectivo a los fines deseados.The scaffold with application in bone tissue engineering according to the present invention is presented in the form of a three-dimensional (3D), porous, biodegradable and biocompatible structure and presents mechanical resistance to compression appropriate to the implant site. The structure that makes up the scaffold allows the development of new bone tissue in the bone defect to be recovered. Advantageously, the structure and components that make up the scaffold have an osteoinductive and antibacterial action during the bone regeneration process, being highly effective for the desired purposes.

Es por ello un objeto de la presente invención, un andamio para su utilización en ingeniería tisular ósea que comprende:For this reason, an object of the present invention is a scaffold for use in bone tissue engineering that comprises:

- un cuerpo, soporte o estructura porosa con forma tridimensional (3D) constituido a partir de un material polimérico, y- a body, support or porous structure with a three-dimensional (3D) shape made from a polymeric material, and

- un hidrogel de alginato de calcio y zinc, - a hydrogel of calcium and zinc alginate,

caracterizado porque dicho hidrogel de alginato de calcio y zinc se encuentra integrado en el cuerpo, soporte o estructura porosa, y porque el hidrogel de alginato de calcio y zinc comprende entre 4% a 7% en peso de iones de zinc y 3% a 6% en peso de iones de calcio.characterized in that said calcium and zinc alginate hydrogel is integrated into the body, support or porous structure, and in that the calcium and zinc alginate hydrogel comprises between 4% to 7% by weight of zinc ions and 3% to 6 % by weight of calcium ions.

Es también un objeto de la presente invención un andamio de acuerdo con el párrafo anterior, caracterizado por que el hidrogel de alginato de calcio y zinc integrado en el cuerpo, soporte o estructura porosa se dispone a modo de recubrimiento o relleno de la estructura o cuerpo poroso de material polimérico.Another object of the present invention is a scaffold according to the previous paragraph, characterized in that the calcium and zinc alginate hydrogel integrated into the body, support or porous structure is arranged as a coating or filling of the structure or body. porous polymeric material.

Es también un objeto de la presente invención un andamio de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que el cuerpo, soporte o estructura porosa con forma tridimensional (3D) está constituida a partir de un material polimérico seleccionado del grupo que comprende: poliésteres alifáticos, poli(aminoácidos), copoli(éter-ésteres), oxalatos de polialquilenos, poliamidas, policarbonatos derivados de tirosina, poli(iminocarbonatos), poliortoésteres, polioxaésteres, poliamidoésteres, polioxaésteres que contienen grupos amino, poli(anhídridos), polifosfacenos, biomoléculas, tales como colágeno, elastina, ácido hialurónico, almidones bioabsorbibles, y mezclas de los mismos, poliésteres alifáticos, tales como, homopolímeros y copolímeros de lactida, incluyendo ácido láctico, D-, L- y mesolactida, glicólido,incluyendo ácido glicólico), \varepsilon-caprolactona, p-dioxanona (1,4-dioxan-2-ona), carbonato de trimetileno (1,3-dioxan-2-ona), derivados de alquilo de carbonato de trimetileno, \delta-valerolactona, \beta-butirolactona, \gamma-butirolactona, \varepsilon-decalactona, hidroxibutirato (unidades de repetición), hidroxivalerato (unidades de repetición), 1,4-dioxepan-2-ona, incluyendo su dímero 1,5,8,12-tetraoxaciclotetradecan-7,14-diona, 1,5-dioxepan-2-ona, 6,6-dimetil-1,4-dioxan-2-ona, 2,5-dicetomorfolina, pivalolactona, alfa, alfadietilpropiolactona, carbonato de etileno, oxalato de etileno, 3-metil-1,4-dioxan-2,5-diona, 3,3-dietil-1,4-dioxan-2,5-diona, 6,8-dioxabicicloctan-7-ona y mezclas de polímeros de los mismos.Another object of the present invention is a scaffold according to the previous paragraphs, characterized in that the body, support or porous structure with a three-dimensional (3D) shape is made from a polymeric material selected from the group comprising: aliphatic polyesters, poly(amino acids), copoly(ether esters), polyalkylene oxalates, polyamides, polycarbonates derived from tyrosine, poly(iminocarbonates), polyorthoesters, polyoxaesters, polyamidoesters, polyoxaesters containing amino groups, poly(anhydrides), polyphosphazenes, biomolecules, such such as collagen, elastin, hyaluronic acid, bioabsorbable starches, and mixtures thereof, aliphatic polyesters, such as, homopolymers and copolymers of lactide, including lactic acid, D-, L- and mesolactide, glycolide, including glycolic acid), ? -caprolactone, p-dioxanone (1,4-dioxan-2-one), trimethylene carbonate (1,3-dioxan-2-one), alkyl derivatives of trimethylene carbonate or, ?-valerolactone, ?-butyrolactone, ?-butyrolactone, ?-decalactone, hydroxybutyrate (repeating units), hydroxyvalerate (repeating units), 1,4-dioxepan-2-one, including its dimer 1 ,5,8,12-tetraoxacyclotetradecane-7,14-dione, 1,5-dioxepan-2-one, 6,6-dimethyl-1,4-dioxan-2-one, 2,5-diketomorpholine, pivalolactone, alpha , alphadiethylpropiolactone, ethylene carbonate, ethylene oxalate, 3-methyl-1,4-dioxane-2,5-dione, 3,3-diethyl-1,4-dioxane-2,5-dione, 6,8-dioxabicycloctan -7-one and polymer mixtures thereof.

Es también un objeto de la presente invención un andamio de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que el cuerpo, soporte o estructura porosa con forma tridimensional (3D) está constituido a partir de ácido poli-láctico (PLA). Another object of the present invention is a scaffold according to the previous paragraphs, characterized in that the body, support or porous structure with a three-dimensional (3D) shape is made from polylactic acid (PLA).

Es también un objeto de la presente invención un andamio de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que el recubrimiento de alginato de calcio y zinc comprende entre el 1,5 - 2% p/p (respecto al peso total del andamio)It is also an object of the present invention a scaffold according to the previous paragraphs, characterized in that the calcium and zinc alginate coating comprises between 1.5 - 2% w/w (with respect to the total weight of the scaffold)

Es también un objeto de la presente invención un andamio de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que el volumen de poros es de 20 a 30% con un tamaño medio de poro de 400 a 600 pm.Also an object of the present invention is a scaffold according to the previous paragraphs, characterized in that the pore volume is 20 to 30% with an average pore size of 400 to 600 pm.

Es también un objeto de la presente invención un andamio de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que incorpora opcionalmente componentes seleccionados del grupo que comprende: grafeno, óxido de grafeno, nanofibras de carbono , grafito, óxido de grafeno reducido, grafeno reducido, nanotubos de carbono de pared simple o múltiple, fullereno, óxido de grafeno funcionalizado con alquilamina o con amoniaco, grafeno dopado con boro, grafeno dopado con nitrógeno, grafeno dopado con fósforo, grafeno dopado con azufre, grafeno dopado con boro y nitrógeno, grafeno dopado con fósforo y nitrógeno, grafeno dopado con azufre y nitrógeno y óxido de grafeno reducido sulfonado, nanocompuestos con nanomateriales de carbono como el grafeno/TiO2, grafeno/Fe3O4, grafeno/Mn3O4, grafeno/Pd, grafeno/Pt, grafeno/PtCo, grafeno/PtPd, grafeno reducido/TiO2, grafeno reducido/Fe3O4, grafeno reducido/Mn3O4, grafeno reducido/Pd, grafeno reducido/Pt, grafeno reducido/PtCo y grafeno reducido/PtPd y nanopartículas de polipirrol, nanopartículas y/o nanofibras como las nanopartículas de plata, oro, nanocelulosa, nanoarcillas ocerámicas.An object of the present invention is also a scaffold according to the previous paragraphs, characterized in that it optionally incorporates components selected from the group comprising: graphene, graphene oxide, carbon nanofibers, graphite, reduced graphene oxide, reduced graphene, nanotubes single or multi-wall carbon, fullerene, alkylamine- or ammonia-functionalized graphene oxide, boron-doped graphene, nitrogen-doped graphene, phosphorus-doped graphene, sulfur-doped graphene, boron-nitrogen-doped graphene, graphene-doped phosphorus and nitrogen, sulfur and nitrogen doped graphene and sulfonated reduced graphene oxide, nanocomposites with carbon nanomaterials such as graphene/TiO2, graphene/Fe3O4, graphene/Mn3O4, graphene/Pd, graphene/Pt, graphene/PtCo, graphene/ PtPd, reduced graphene/TiO2, reduced graphene/Fe3O4, reduced graphene/Mn3O4, reduced graphene/Pd, reduced graphene/Pt, reduced graphene/PtCo and reduced graphene/PtPd and nan or polypyrrole particles, nanoparticles and/or nanofibers such as silver or gold nanoparticles, nanocellulose, or ceramic nanoclays.

Es también un objeto de la presente invención un proceso para la obtención de un andamio de acuerdo con los párrafos anteriores, que comprende las siguientes etapas: a) Impresión 3D de un soporte, estructura o cuerpo poroso polimérico (1);Another object of the present invention is a process for obtaining a scaffold according to the previous paragraphs, which comprises the following stages: a) 3D printing of a support, structure or polymeric porous body (1);

b) Inmersión a vacío de la estructura en una disolución acuosa de alginato de sodio (2,3);b) Vacuum immersion of the structure in an aqueous solution of sodium alginate (2,3);

c) Sonicación (4);c) Sonication (4);

d) Inmersión de la estructura de polímero alginato sódico en una disolución acuosa de cloruro cálcico (5,6);d) Immersion of the sodium alginate polymer structure in an aqueous solution of calcium chloride (5,6);

e) Inmersión de la estructura de polímero alginato cálcico en una disolución acuosa de cloruro de zinc (7,8) e) Immersion of the calcium alginate polymer structure in an aqueous solution of zinc chloride (7.8)

f) Purificación o lavado del andamio (10); yf) Purification or washing of the scaffold (10); and

g) Secado en horno (9).g) Oven drying (9).

Es también un objeto de la presente invención un proceso de acuerdo con el párrafo anterior, caracterizado por que la impresión 3D del soporte, estructura o cuerpo poroso se lleva a cabo con la técnica de modelado por deposición fundida.It is also an object of the present invention a process according to the previous paragraph, characterized in that the 3D printing of the support, structure or porous body is carried out with the fused deposition modeling technique.

Es también un objeto de la presente invención un proceso de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que la inmersión a vacío de la estructura en la etapa b) se realiza en una disolución acuosa de alginato de sodio a una concentración de 2% p/v.An object of the present invention is also a process according to the previous paragraphs, characterized in that the vacuum immersion of the structure in step b) is carried out in an aqueous solution of sodium alginate at a concentration of 2% w/ v.

Es también un objeto de la presente invención un proceso de acuerdo con los párrafos anteriores, caracterizado por que la inmersión de la estructura en la etapa d) se realiza en una disolución acuosa de cloruro de calcio a una concentración de 0.5% p/v y la inmersión de la estructura en la etapa e) se realiza en una disolución acuosa de cloruro de zinc a una concentración de 0.5% p/v.An object of the present invention is also a process according to the previous paragraphs, characterized in that the immersion of the structure in stage d) is carried out in an aqueous solution of calcium chloride at a concentration of 0.5% w/v and the The immersion of the structure in step e) is carried out in an aqueous solution of zinc chloride at a concentration of 0.5% w/v.

Es también un objeto de la presente invención un andamio según definido en los párrafos anteriores para su uso en procesos reconstructivos de defectos óseos tales como: defectos segmentarios, defectos producidos por trauma, tumores osteolíticos, heridas de arma de fuego, defectos causados por osteoartrosis, cirugía, osteomielitis, cirugía tumoral, defectos óseos estructurales, defectos causados por osteoporosis, osteopenia y/o enfermedad ósea metabólica.Another object of the present invention is a scaffold as defined in the previous paragraphs for use in reconstructive processes for bone defects such as: segmental defects, defects caused by trauma, osteolytic tumors, gunshot wounds, defects caused by osteoarthritis, surgery, osteomyelitis, tumor surgery, structural bone defects, defects caused by osteoporosis, osteopenia and/or metabolic bone disease.

Es finalmente un objeto de la presente invención un implante, injerto y sustituto de injerto óseo que comprende un andamio según definido en los párrafos anteriores y en general en la presente invención.Finally, an object of the present invention is an implant, graft and bone graft substitute that comprises a scaffold as defined in the previous paragraphs and in general in the present invention.

Figurasfigures

La Figura 1 representa la vista inferior y en alzada de un andamio de la invención. Figure 1 represents the bottom and elevation view of a scaffold of the invention.

La Figura 2 representa un esquema del proceso de fabricación del andamio de la invención.Figure 2 represents a diagram of the manufacturing process of the scaffold of the invention.

La Figura 3 ilustra un andamio de PLA de 10 mm de sección transversal asociado a la placa de osteosíntesis por medio de ambos tornillos en vista caudal (A) y en vista lateral (B).Figure 3 illustrates a 10 mm cross section PLA scaffold associated to the osteosynthesis plate by means of both screws in caudal view (A) and in lateral view (B).

La Figura 4 ilustra el procedimiento quirúrgico en el modelo animal. Abordaje craneolateral al fémur de modo convencional (A), separación del vasto lateral de la superficie del fémur para exponer la diáfisis femoral (B), señalización del hueso con la sierra de corte posicionando en un lateral la placa con el andamio para seccionar la longitud exacta que tiene el andamio (C), sujeción de la placa con pinzas de reducción para evitar su movimiento (D), realización de orificio con la guía para brocas hasta taladrar las dos corticales del hueso (E), fijación del implante al fémur (F).Figure 4 illustrates the surgical procedure in the animal model. Conventional craniolateral approach to the femur (A), separation of the vastus lateralis from the surface of the femur to expose the femoral shaft (B), marking the bone with the cutting saw, positioning the plate with the scaffold on one side to section the length Exact image of the scaffold (C), holding the plate with reduction forceps to prevent its movement (D), making a hole with the drill guide until the two cortical bones of the bone are drilled (E), fixing the implant to the femur ( F).

La Figura 5 representa los resultados del grado de osificación del defecto óseo siguiendo la escala descrita por Stacy y cols. [20]Figure 5 represents the results of the degree of ossification of the bone defect following the scale described by Stacy et al. [twenty]

La Figura 6 ilustra la reconstrucción 3D de las tomografías femorales. Fémur correspondiente al grupo UCV-1 (A) y fémur correspondiente al grupo UCV-0 (B).Figure 6 illustrates the 3D reconstruction of the femoral scans. Femur corresponding to the UCV-1 group (A) and femur corresponding to the UCV-0 group (B).

La Figura 7 ilustra los resultados del ensayo antibacteriano de difusión en agar frente a la bacteria Gram-positiva MRSA y frente a la Gram-negativa P. aeruginosa. Figure 7 illustrates the results of the agar diffusion antibacterial assay against the Gram-positive bacterium MRSA and against the Gram-negative P. aeruginosa.

La Figura 8 representa el espectro FTIR en la región de 4000-650 cm-1. Andamios de PLA (a) y PLA con relleno alginato entrecruzado con cationes de calcio y zinc (b). El andamio de PLA con relleno de alginato entrecruzado muestra la incorporación de grupos OH típicos de hidrogeles con pico ancho entre 4000 y 3500 cm-1.Figure 8 represents the FTIR spectrum in the region of 4000-650 cm-1. PLA (a) and PLA scaffolds with alginate filler crosslinked with calcium and zinc cations (b). The PLA scaffold with cross-linked alginate filler shows the incorporation of OH groups typical of hydrogels with peak widths between 4000 and 3500 cm-1.

La Figura 9 (a, b) muestran dos imágenes de secciones histológicas H-E a 4X, de zona de transición hueso-andamio, (ejemplo 2). Figure 9 (a, b) show two images of HE histological sections at 4X, of the bone-scaffold transition zone, (example 2).

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Com o resultado de un intenso proceso de investigación, los inventores de la presente invención han logrado diseñar un andamio, (scaffold) biodegradable y poroso para su utilización en ingeniería tisular ósea que comprende:As a result of an intense research process, the inventors of the present invention have succeeded in designing a biodegradable and porous scaffold for use in bone tissue engineering that comprises:

- un cuerpo o estructura porosa con forma tridimensional (3D) constituido a partir de un material polimérico, y- a body or porous structure with a three-dimensional (3D) shape made from a polymeric material, and

- un hidrogel de alginato de calcio y zinc,- a hydrogel of calcium and zinc alginate,

caracterizado porque dicho hidrogel de alginato de cálcio y zinc se encuentra recubriendo o rellenando la estructura o cuerpo poroso de material polimérico.characterized in that said calcium and zinc alginate hydrogel is found covering or filling the structure or porous body of polymeric material.

Material polimérico de la estructura 3D3D structure polymeric material

Los materiales con los que se fabrican los andamios (scaffolds) de la presente invención son bioactivos y reabsorbibles en el tiempo. Se degradan gradualmente y son reemplazados por tejidos del huésped, lo que facilita la reparación del defecto óseo in situ. Los materiales que conforman el cuerpo o estructura porosa del andamio según la presente invención son biomateriales no mutagénicos, antigénicos, cancerígenos o teratogénicos, ni tóxicos que además permiten la osteointegración sin provocar una reacción inmunológica adversa.The materials with which the scaffolds of the present invention are manufactured are bioactive and resorbable over time. They gradually degrade and are replaced by host tissues, facilitating bone defect repair in situ. The materials that make up the body or porous structure of the scaffold according to the present invention are non-mutagenic, antigenic, carcinogenic or teratogenic, nor toxic biomaterials that also allow osseointegration without causing an adverse immunological reaction.

Los ejemplos de polímeros biocompatibles bioabsorbibles adecuados que podrían ser usados incluyen polímeros seleccionados del grupo constituido por poliésteres alifáticos, poli(aminoácidos), copoli(éter-ésteres), oxalatos de polialquilenos, poliamidas, policarbonatos derivados de tirosina, poli(iminocarbonatos), poliortoésteres, polioxaésteres, poliamidoésteres, polioxaésteres que contienen grupos amino, poli(anhídridos), polifosfacenos, biomoléculas (es decir, biopolímeros tales como colágeno, elastina, ácido hialurónico, almidones bioabsorbibles, etc.) y mezclas de los mismos. Para el objeto de la invención, los poliésteres alifáticos incluyen, pero no se limitan a, homopolímeros y copolímeros de lactida (que incluye ácido láctico, D-, L- y mesolactida), glicólido (incluyendo ácido glicólico), \varepsilon-caprolactona, pdioxanona (1,4-dioxan-2-ona), carbonato de trimetileno (1,3-dioxan-2-ona), derivados de alquilo de carbonato de trimetileno, \delta-valerolactona, \beta-butirolactona, \gamma-butirolactona, \varepsilon-decalactona, hidroxibutirato (unidades de repetición), hidroxivalerato (unidades de repetición), 1,4-dioxepan-2-ona (incluyendo su dímero 1,5,8,12-tetraoxaciclotetradecan-7,14-diona), 1,5-dioxepan-2-ona, 6,6-dimetil-1,4-dioxan-2-ona, 2,5-dicetomorfolina, pivalolactona, alfa, alfa-dietilpropiolactona, carbonato de etileno, oxalato de etileno, 3-metil-1,4-dioxan-2,5-diona, 3,3-dietil-1,4-dioxan-2,5-diona, 6,8-dioxabicicloctan-7-ona y mezclas de polímeros de los mismos.Examples of suitable bioabsorbable biocompatible polymers that could be used include polymers selected from the group consisting of aliphatic polyesters, poly(amino acids), copoly(ether esters), polyalkylene oxalates, polyamides, tyrosine-derived polycarbonates, poly(iminocarbonates), polyorthoesters , polyoxaesters, polyamidoesters, amino-containing polyoxaesters, poly(anhydrides), polyphosphazenes, biomolecules (ie, biopolymers such as collagen, elastin, hyaluronic acid, bioabsorbable starches, etc.), and mixtures thereof. For the purpose of the invention, aliphatic polyesters include, but are not limited to, homopolymers and copolymers of lactide (including lactic acid, D-, L- and mesolactide), glycolide (including glycolic acid), ε-caprolactone, pdioxanone (1,4-dioxan-2-one), trimethylene carbonate (1,3-dioxan-2-one), alkyl derivatives of trimethylene carbonate, δ-valerolactone, β-butyrolactone, γ-butyrolactone , ?-decalactone, hydroxybutyrate (repeating units), hydroxyvalerate (repeating units), 1,4-dioxepan-2-one (including its dimer 1,5,8,12-tetraoxacyclotetradecane-7,14-dione), 1,5-dioxepan-2-one, 6,6-dimethyl-1,4-dioxan-2-one, 2,5-diketomorpholine, pivalolactone, alpha, alpha-diethylpropiolactone, carbonate ethylene, ethylene oxalate, 3-methyl-1,4-dioxan-2,5-dione, 3,3-diethyl-1,4-dioxan-2,5-dione, 6,8-dioxabicycloctan-7-one and polymer blends thereof.

De forma preferente se contempla la utilización de ácido poli-láctico (PLA) como único polimero para formar la estructura, cuerpo o soporte poroso del andamio de la presente invención. En este caso se prefiere la utilización de filamento comercial de PLA para impresión 3D de la casa BQ (Madrid, Epaña) para la técnica de modelado por deposición fundida (FDM) comercializada en bovinas con filamento de 1.75 mm y 1 Kg de peso. Preferentemente, la estructura porosa está constituida por PLA con una relación 1,44±0,01 (% en peso de carbón/% en peso de oxígeno) determinado por análisis elemental con el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (Modelo Zeiss Ultra 55) a un voltaje de 20KV, por ejemplo. Adicionalmente también se contempla la utilización de otros polímeros, como son el policarbonato o el polivinil alcohol para la formación de la estructura o cuerpo poroso.Preferably, the use of polylactic acid (PLA) is contemplated as the only polymer to form the structure, body or porous support of the scaffold of the present invention. In this case, the use of commercial PLA filament for 3D printing from BQ (Madrid, Spain) is preferred for the fused deposition modeling (FDM) technique marketed in bovines with 1.75 mm filament and 1 kg weight. Preferably, the porous structure is made up of PLA with a ratio of 1.44±0.01 (% by weight of carbon/% by weight of oxygen) determined by elemental analysis with a field emission scanning electron microscope (Zeiss Ultra Model 55) at a voltage of 20KV, for example. Additionally, the use of other polymers is also contemplated, such as polycarbonate or polyvinyl alcohol for the formation of the structure or porous body.

Hidrogel de alginatoalginate hydrogel

El ácido algínico y sus sales son biopolímeros polielectrolitos. Está formado por dos tipos de unidades monoméricas: el ácido beta-D-manurónico y el ácido alfa-L-gulurónico. Típicamente, el ácido algínico está conformado como polímero en bloques, con secciones de unidades manurónicas alternadas con secciones de unidades gulurónicas. El alginato en forma de sal sódica, potásica o magnésica es soluble en agua a pH mayores de 3.5. Por el contrario, al ácido algínico entrecruzado con cationes divalentes como el calcio o zinc son insolubles en agua. La presencia de pequeñas cantidades de cationes divalentes inhibe la hidratacióin de los alginatos y proporciones elevadas de los mismos causan su precipitación. A los efectos de la presente invención, el andamio comprende un cuerpo o estructura porosa con forma tridimensional (3D) constituido a partir de un material polimérico que se halla recubierto o rellenado con un hidrogel de alginato entrecruzado con iones de calcio y zinc.Alginic acid and its salts are polyelectrolyte biopolymers. It is made up of two types of monomeric units: beta-D-mannuronic acid and alpha-L-guluronic acid. Typically, alginic acid is shaped as a block polymer, with sections of mannuronic units alternating with sections of guluronic units. Alginate in the form of sodium, potassium or magnesium salt is soluble in water at pH greater than 3.5. On the contrary, alginic acid crosslinked with divalent cations such as calcium or zinc are insoluble in water. The presence of small amounts of divalent cations inhibits the hydration of alginates and high proportions of them cause their precipitation. For the purposes of the present invention, the scaffold comprises a three-dimensional (3D) shaped body or porous structure made from a polymeric material that is coated or filled with an alginate hydrogel crosslinked with calcium and zinc ions.

Tal y como se detallará más adelante, el alginato entrecruzado con iones de calcio y zinc se obtiene una vez el cuerpo o estructura porosa ha sido recubierto con alginato sódico y éste se entrecruza. El entrecruzamiento de dicho alginato sódico se produce cuando la estructura recubierta con alginato de sodio se pone en contacto con una disolución de cloruro cálcico y seguidamente con una disolución de cloruro de zinc, produciéndose el reemplazo de los iones de sodio por iones de calcio y zinc. As will be detailed later, the alginate crosslinked with calcium and zinc ions is obtained once the body or porous structure has been coated with sodium alginate and it is crosslinked. The crosslinking of said sodium alginate occurs when the structure coated with sodium alginate is placed in contact with a calcium chloride solution and then with a zinc chloride solution, producing the replacement of sodium ions by calcium and zinc ions .

De esta forma, el alginato entrecruzado con calcio y zinc que forma parte del andamio adquiere su consistencia sólida así como la estabilidad deseada del andamio.In this way, the alginate crosslinked with calcium and zinc that is part of the scaffold acquires its solid consistency as well as the desired stability of the scaffold.

Por ello el alginato de sodio seleccionado para la presente invención tiene un peso molecular medio de 107.9±2.7 KDa, y está constituido con bloques galurónicos y manurónicos pero con la cantidad adecuada de grupos galurónicos (FG = 0,436 en tanto por 1) que son los que se entrecruzan para poder formar un gel consistente físicamente pero sin tener excesivos puntos de entrecruzamiento que pudieran retener demasiado zinc y por tanto se pudiera dar toxicidad en el producto final.For this reason, the sodium alginate selected for the present invention has an average molecular weight of 107.9 ± 2.7 KDa, and is made up of galuronic and mannuronic blocks but with the appropriate amount of galuronic groups (FG = 0.436 as a percentage of 1), which are the that crosslink in order to form a physically consistent gel but without having excessive crosslinking points that could retain too much zinc and therefore cause toxicity in the final product.

A los efectos de la presente invención es también esencial que la carga de cationes calcio y zinc en el alginato entrecruzado que forma parte del andamio guarde unas proporciones determinadas, ya que dicho equilibrio resulta ser la clave de la presente invención en cuanto a proporcionar consistencia física al relleno de alginato y mediante los cationes de zinc la biofuncionalidad (antimicrobiano e inductor de regeneración) en la cantidad óptima para no producir toxicidad. De acuerdo con la correspondiente medición realiza mediante análisis elemental en el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (Modelo Zeiss Ultra 55) a un voltaje de 20KV, se ha calculado que zinc está presente en el alginato en el rango de 4% a 7% en peso, preferentemente, 6,52% y 6,6 % en peso y la presencia de iones de calcio en el rango de 3% a 6% en peso, de forma preferente, 4.07 y 4.23 % en peso. (El % en peso de zinc y calcio indicado corresponde al porcentaje en peso de los átomos respecto al resto de átomos presentes, esto es, C, H, O, Zn y Ca). De forma preferente, se considera que la relación de carga óptima de ambos iones en el alginato es de 1,58±0,02 (%en peso de zinc/%en peso de calcio).For the purposes of the present invention, it is also essential that the charge of calcium and zinc cations in the crosslinked alginate that forms part of the scaffold maintain certain proportions, since said balance turns out to be the key to the present invention in terms of providing physical consistency. to the alginate filler and through the zinc cations the biofunctionality (antimicrobial and regeneration inducer) in the optimal amount to avoid producing toxicity. According to the corresponding measurement carried out by means of elemental analysis in the field emission scanning electron microscope (Zeiss Ultra 55 Model) at a voltage of 20KV, it has been calculated that zinc is present in the alginate in the range of 4% to 7 % by weight, preferably 6.52% and 6.6% by weight and the presence of calcium ions in the range from 3% to 6% by weight, preferably 4.07 and 4.23% by weight. (The % by weight of zinc and calcium indicated corresponds to the percentage by weight of the atoms with respect to the rest of the present atoms, that is, C, H, O, Zn and Ca). Preferably, it is considered that the optimum charge ratio of both ions in the alginate is 1.58±0.02 (% by weight of zinc/% by weight of calcium).

En cuanto a la disposición del alginato de calcio y zinc en el cuerpo, estructura o soporte poroso de material polimérico, el alginato entrecruzado con calcio y zinc se encuentra recubriendo dicho soporte y/o rellenando parcialmente las oquedades porosas del cuerpo, estructura o soporte. Es decir, la incorporación del alginato entrecruzado en la estructura mantiene la estructura porosa del andamio, con un alto grado de interconectividad de poros, necesario para que pueda ejercer su capacidad osteoinductora. Es decir, la porosidad abierta e interconectada del andamio facilita la colonización por parte de las células, la difusión de los nutrientes esenciales y oxígeno para la supervivencia celular y productos de desecho.Regarding the disposition of the calcium and zinc alginate in the body, structure or porous support of polymeric material, the alginate crosslinked with calcium and zinc is found covering said support and/or partially filling the porous cavities of the body, structure or support. That is, the incorporation of the crosslinked alginate in the structure maintains the porous structure of the scaffold, with a high degree of pore interconnectivity, necessary for it to exercise its osteoinductive capacity. That is, the open and interconnected porosity of the scaffold facilitates the colonization by cells, diffusion of essential nutrients and oxygen for cell survival, and waste products.

En una realización de la presente invención un andamio cuya estructura porosa es de PLA tiene un recubrimiento de alginato de calcio/zinc comprendido ente el 1.5 y el 2% peso/peso determinado gravimétricamente.In an embodiment of the present invention, a scaffold whose porous structure is made of PLA has a calcium/zinc alginate coating between 1.5 and 2% weight/weight determined gravimetrically.

Tal y como se muestra en la Figura 1, el soporte poroso que compone el andamio de la presente invención tiene una estructura homogénea de poros, con un volumen de poros de 20% a 30% y con un tamaño medio de entre 400 a 600 pm, de forma preferente, 500 pm.As shown in Figure 1, the porous support that makes up the scaffold of the present invention has a homogeneous pore structure, with a pore volume of 20% to 30% and an average size of between 400 and 600 pm. preferably 500 pm.

En una realización de la presente invención un andamio cuya estructura porosa es de PLA tiene una porosidad del 26,6%±0,05 en volumen. Cuando se rellena con el recubrimiento de alginato de calcio/zinc esta porosidad disminuye ligeramente a 26,1%±0,05. Estas porosidades fueron determinadas gravimétricamente mediante relleno de poros con agua destilada y a partir de las medidas de densidad del alginato de calcio/zinc determinado en forma de film utilizando el mismo alginato de sodio y la misma cantidad de entrecruzador de cloruro de calcio y cloruro de zinc determinado en una balanza de precisión con accesorio para densidad mediante medida de la masa de la muestra en el aire e inmersa en n-octano a 25°C. La densidad (n=6) fue: 2.022±0.012 g/cm3In an embodiment of the present invention, a scaffold whose porous structure is made of PLA has a porosity of 26.6% ± 0.05 by volume. When filled with the calcium/zinc alginate coating this porosity decreases slightly to 26.1%±0.05. These porosities were determined gravimetrically by filling the pores with distilled water and from the density measurements of the calcium/zinc alginate determined in the form of a film using the same sodium alginate and the same amount of calcium chloride and zinc chloride crosslinker. determined on a precision balance with an accessory for density by measuring the mass of the sample in air and immersed in n-octane at 25°C. Density (n=6) was: 2.022±0.012 g/cm3

A partir de la absorción de agua por gravimetría y la densidad medida del alginato de calcio/zinc se calculó la porosidad de los scaffolds con y sin recubrimiento de alginato de calcio/zinc.From the water absorption by gravimetry and the measured density of the calcium/zinc alginate, the porosity of the scaffolds with and without calcium/zinc alginate coating was calculated.

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Otros componentes opcionalesOther optional components

El andamio de acuerdo con la presente invención contempla la incorporación adicional de otros componentes, si bien, estos componentes no son necesarios para que el andamio ejerza su acción osteoinductora y antibacteriana. Estos componentes pueden mejorar y facilitar las acciones deseadas en el andamio y pueden ser seleccionados de entre: nanomateriales que aumentan la conductividad eléctrica del andamio, tales como los nanomateriales de carbono conductores (grafeno, óxido de grafeno, nanofibras de carbono , grafito, óxido de grafeno reducido, grafeno reducido, nanotubos de carbono de pared simple o múltiple, fullereno, óxido de grafeno funcionalizado con alquilamina o con amoniaco, grafeno dopado con boro, grafeno dopado con nitrógeno, grafeno dopado con fósforo, grafeno dopado con azufre, grafeno dopado con boro y nitrógeno, grafeno dopado con fóforo y nitrógeno, grafeno dopado con azufre y nitrógeno y óxido de grafeno reducido sulfonado), nanocompuestos con nanomateriales de carbono como el grafeno/TiO2, grafeno/Fe3O4, grafeno/Mn3O4, grafeno/Pd, grafeno/Pt, grafeno/PtCo, grafeno/PtPd, grafeno reducido/TiO2, grafeno reducido/Fe3O4, grafeno reducido/Mn3O4, grafeno reducido/Pd, grafeno reducido/Pt, grafeno reducido/PtCo y grafeno reducido/PtPd)) y nanopartículas de polipirrol, nanopartículas y/o nanofibras como las nanopartículas de plata, oro, nanocelulosa, nanoarcillas, cerámicas, etc. La incorporación de estos componentes se realiza a través del relleno de alginato.The scaffold according to the present invention contemplates the additional incorporation of other components, although these components are not necessary for the scaffold to exert its osteoinductive and antibacterial action. These components can enhance and facilitate the desired actions on the scaffold and can be selected from between: nanomaterials that increase the electrical conductivity of the scaffold, such as conductive carbon nanomaterials (graphene, graphene oxide, carbon nanofibers, graphite, reduced graphene oxide, reduced graphene, single and multi-walled carbon nanotubes, fullerene, alkylamine or ammonia functionalized graphene oxide, boron-doped graphene, nitrogen-doped graphene, phosphorus-doped graphene, sulfur-doped graphene, boron-nitrogen doped graphene, phosphorus-nitrogen doped graphene, sulfur-nitrogen doped graphene and sulfonated reduced graphene oxide), nanocomposites with carbon nanomaterials such as graphene/TiO2, graphene/Fe3O4, graphene/Mn3O4, graphene/Pd, graphene/Pt, graphene/PtCo, graphene/PtPd, reduced graphene/TiO2, reduced graphene /Fe3O4, reduced graphene/Mn3O4, reduced graphene/Pd, reduced graphene/Pt, reduced graphene/PtCo and reduced graphene/PtPd)) and polypyrrole nanoparticles, nanoparticles and/or nanofibers as l Silver and gold nanoparticles, nanocellulose, nanoclays, ceramics, etc. The incorporation of these components is done through the alginate filler.

Una de las ventajas más apreciables de los andamios definidos en la presente invención es que la incorporación de zinc en el andamio a través del alginato proporciona una función osteoinductora además de antibacteriana, lo cual permite no tener que incorporar necesariamente en la estructura del andamio factores de crecimiento como factores osteogénicos, tal como la proteína morfogenética ósea 2 (BMP-2), que puede generar problemas asociados con la inmunogenicidad, riesgo de cáncer y alteraciones en la homeostasis celular. Además de todo ello resulta un ahorro en costes y facilidad del procedimiento de fabricación de los andamios.One of the most appreciable advantages of the scaffolds defined in the present invention is that the incorporation of zinc into the scaffold through the alginate provides an osteoinductive function as well as an antibacterial one, which makes it possible to avoid having to necessarily incorporate risk factors into the scaffold structure. growth as osteogenic factors, such as bone morphogenetic protein 2 (BMP-2), which can cause problems associated with immunogenicity, cancer risk, and alterations in cellular homeostasis. In addition to all this, there is a saving in costs and ease of the manufacturing process of the scaffolding.

Una ventaja adicional del andamio definido en la presente invención es que no requiere la incorporación de células para promover la formación ósea, por lo que también resulta en un ahorro en costes y facilidad del procedimiento de fabricación del mismo.An additional advantage of the scaffold defined in the present invention is that it does not require the incorporation of cells to promote bone formation, therefore it also results in cost savings and ease of the manufacturing process thereof.

Método de fabricación del andamioscaffold fabrication method

Para la fabricación del cuerpo o estructura porosa con forma tridimensional del ándamio se contemplan distintos métodos y técnicas, entre los cuales se incluyen: espumado con gas, técnicas de inyección en molde desde el fundido, extrusión, electrospinning o electrohilado y preferentemente, técnicas de prototipadop rápido. Estas técnicas de prototipado rápido comprenden la fabricación de las estructuras capa por capa en un proceso controlado a través de un determinado software que define el diseño previamente. Entre las tecnologías de prototipado rápido se encuentran: modelado por deposición de material fundido (FDM), estereolitografía (SLA), impresión por bioextrusión 3D (3D-P), fabricación por corte y laminado (LOM) y fotopolimerización por luz UV (SGC). For the manufacture of the body or porous structure with a three-dimensional shape of the scaffold, different methods and techniques are contemplated, among which are included: gas foaming, injection mold techniques from the melt, extrusion, electrospinning or electrospinning and preferably, prototyping techniques. fast. These techniques of Rapid prototyping includes the manufacture of structures layer by layer in a controlled process through certain software that previously defines the design. Rapid prototyping technologies include: fused deposition modeling ( FDM), stereolithography ( SLA), 3D bioextrusion printing ( 3D-P), cut and laminate manufacturing ( LOM) , and UV light curing ( SGC). .

De forma preferente, la presente invención contempla la utilización de la técnica por deposición fundida (FDM). Esta técnica está basada en la deposición sobre una plataforma de capas de material fundido proveniente del calentamiento y ablandamiento de filamentos de polímeros para la fabricación del moldeo. Al mismo tiempo otros filamentos blandos forman apoyo para las superficies libremente suspendidas del moldeo, para poder ser construidas. La máquina de FDM posee una plataforma recubierta por una espuma densa y flexible que se mueve en sentido vertical (eje z) y un cabezal equipado con dos boquillas extrusoras del filamento calentado: una para la alimentación de las capas de modelo diseñado y otra para la construcción de los soportes. Los filamentos se almacenan en la máquina, la cual es calentada el vacío. Las boquillas de extrusión son alimentadas a través de dos quías giratorias conectadas a un motor que van transportando los filamentos almacenados en un rollo. El software utilizado por el equipo FDM es una combinación de CAD/CAM no integrado a la máquina, que se conecta al ordenador con el sistema CAM, que se encarga del monitoreo de las órdenes de construcción.Preferably, the present invention contemplates the use of the technique by fused deposition (FDM). This technique is based on the deposition on a platform of layers of molten material from the heating and softening of polymer filaments for the manufacture of the moulding. At the same time other soft filaments form support for the freely suspended surfaces of the moulding, in order to be able to be built. The FDM machine has a platform covered by a dense and flexible foam that moves vertically (z-axis) and a head equipped with two extruder nozzles for the heated filament: one for feeding the layers of the designed model and another for the construction of the supports. The filaments are stored in the machine, which is vacuum heated. The extrusion nozzles are fed through two rotating guides connected to a motor that transport the filaments stored in a roll. The software used by the FDM team is a combination of CAD/CAM not integrated into the machine, which connects to the computer with the CAM system, which is responsible for monitoring construction orders.

Una vez se ha obtenido el cuerpo o estructura 3D de los materiales adecuados, se procede a integrar en dicha estructura alginato de sodio que posteriormente se entrecruzará con cloruro de calcio y cloruro de zinc para dar lugar al andamio de la presente invención.Once the body or 3D structure of the appropriate materials has been obtained, sodium alginate is integrated into said structure, which will later be crosslinked with calcium chloride and zinc chloride to give rise to the scaffold of the present invention.

Esta parte del proceso de fabricación, según se muestra en la Figura 2, comprende en de forma esquemática las siguientes etapas:This part of the manufacturing process, as shown in Figure 2, schematically comprises the following stages:

que comprende las siguientes etapas:which comprises the following stages:

a) Impresión 3D de un soporte, estructura o cuerpo poroso polimérico (1);a) 3D printing of a support, structure or polymeric porous body (1);

b) Inmersión a vacío de la estructura en una disolución acuosa de alginato de sodio (2,3);b) Vacuum immersion of the structure in an aqueous solution of sodium alginate (2,3);

c) Sonicación (4); c) Sonication (4);

d) Inmersión de la estructura de polímero alginato sódico en una disolución acuosa de cloruro cálcico (5,6);d) Immersion of the sodium alginate polymer structure in an aqueous solution of calcium chloride (5,6);

e) Inmersión de la estructura de polímero alginato cálcico en una disolución acuosa de cloruro de zinc (7,8)e) Immersion of the calcium alginate polymer structure in an aqueous solution of zinc chloride (7.8)

f) Purificación o lavado del andamio (10); yf) Purification or washing of the scaffold (10); and

g) Secado en horno (9).g) Oven drying (9).

En concreto, una vez se ha obtenido el soporte poroso, el proceso comprende rellenar a vacío la estructura o cuerpo poroso con alginato de sodio y posteriormente entrecruzar con cloruro de calcio y cloruro de zinc. En este proceso de fabricación la cantidad de calcio y zinc son clave en la exitosa biofuncionalidad del soporte: carácter antimicrobiano y capacidad de regeneración ósea sin producir toxicidad. El zinc es un compuesto muy tóxico que entrecruzado como cloruro de zinc debe de quedar en una cantidad mínima que permita dotar al andamio con capacidad antimicrobiana y regenerativa sin producir efectos tóxicos. Esto se consigue entrecruzando el soporte inicialmente por inmersión en una disolución acuosa de cloruro de calcio poco concentrada, 0.2 - 0.7% p/v, preferiblemente 0.5 % p/v, durante 7 - 15 minutos, preferiblemente 10 minutos. De este modo, se consigue inicialmente enlazar gran cantidad de cargas negativas presentes en las cadenas poliméricas del alginato de sodio con los cationes divalentes del calcio y conseguir consistencia sólida del relleno. A continuación, se procede a entrecruzar con cloruro de zinc para cargar el alginato con una cantidad mínima que proporcione al soporte la biofuncionalidad deseada, capacidad antimicrobiana y de regeneración ósea, sin producir toxicidad. Se utiliza para ello una disolución acuosa de cloruro de zinc poco concentrada, 0.25 - 0.5 % p/v, preferiblemente 0.5 % p/v durante 7- 15 minutos, preferiblemente 10 minutos. Posteriormente, los soportes son purificados mediante al menos 3 lavados de cada andamio, por ejemplo, en 200 mL de agua destilada durante 10 - 20 minutos, preferiblemente 15 minutos cada vez con agitación magnética a una temperatura de entre 20 - 35°C, preferiblemente 25°C. Posteriormente se secan los andamios durante 24 - 48 horas en estufa inferior a la de degradación de los andamios, preferiblemente a una temperatura de entre 40 - 70°C, preferiblemente a 60°C.Specifically, once the porous support has been obtained, the process comprises vacuum filling the structure or porous body with sodium alginate and subsequently cross-linking with calcium chloride and zinc chloride. In this manufacturing process, the amount of calcium and zinc are key to the successful biofunctionality of the support: antimicrobial character and bone regeneration capacity without producing toxicity. Zinc is a very toxic compound that cross-linked as zinc chloride must remain in a minimum amount that allows the scaffold to be provided with antimicrobial and regenerative capacity without producing toxic effects. This is achieved by crosslinking the support initially by immersion in a low concentrated aqueous calcium chloride solution, 0.2-0.7% w/v, preferably 0.5% w/v, for 7-15 minutes, preferably 10 minutes. In this way, it is initially possible to bind a large amount of negative charges present in the polymer chains of sodium alginate with the divalent cations of calcium and achieve a solid consistency of the filling. Next, cross-linking with zinc chloride is carried out to load the alginate with a minimum amount that provides the support with the desired biofunctionality, antimicrobial and bone regeneration capacity, without producing toxicity. For this, a low concentrated aqueous zinc chloride solution is used, 0.25-0.5% w/v, preferably 0.5% w/v for 7-15 minutes, preferably 10 minutes. Subsequently, the supports are purified by washing each scaffold at least 3 times, for example, in 200 mL of distilled water for 10 - 20 minutes, preferably 15 minutes each time with magnetic stirring at a temperature between 20 - 35°C, preferably 25°C. Subsequently, the scaffolds are dried for 24-48 hours in an oven below the degradation of the scaffolds, preferably at a temperature between 40-70°C, preferably at 60°C.

Este método desarrollado presenta la gran ventaja respecto a cualquier otro tipo de proceso en que mediante escáner 3D se puede determinar las dimensiones exactas de un defecto óseo generado por accidente o enfermedad y así poder producir piezas 3D a medida con las dimensiones y forma requeridas en cada caso para cada paciente. El proceso de síntesis permite además la incorporación adicional de nanomateriales conductores como los nanomateriales de carbono conductores (grafeno, óxido de grafeno, nanofibras de carbono , grafito, óxido de grafeno reducido, grafeno reducido, nanotubos de carbono de pared simple o múltiple, fullereno, óxido de grafeno funcionalizado con alquilamina o con amoniaco, grafeno dopado con boro, grafeno dopado con nitrógeno, grafeno dopado con fósforo, grafeno dopado con azufre, grafeno dopado con boro y nitrógeno, grafeno dopado con fósforo y nitrógeno, grafeno dopado con azufre y nitrógeno y óxido de grafeno reducido sulfonado), nanocompuestos con nanomateriales de carbono como el grafeno/TiO2, grafeno/Fe3O4, grafeno/Mn3O4, grafeno/Pd, grafeno/Pt, grafeno/PtCo, grafeno/PtPd, grafeno reducido/TiO2, grafeno reducido/Fe3O4, grafeno reducido/Mn3O4, grafeno reducido/Pd, grafeno reducido/Pt, grafeno reducido/PtCo y grafeno reducido/PtPd)) y nanopartículas de polipirrol, etc., a través del relleno de alginato. Al introducir nanomateriales conductores se consigue aumentar la conductividad eléctrica en el soporte que puede utilizarse para aumentar la capacidad regenerativa y antimicrobiana al aplicar estimulación eléctrica. El proceso de síntesis permite también la introducción adicional de otros tipos de nanomateriales, nanopartículas y/o nanofibras como las nanopartículas de plata, oro, nanocelulosa, nanoarcillas, cerámicas, etc.This developed method has the great advantage over any other type of process in that, by means of a 3D scanner, it is possible to determine the exact dimensions of a bone defect generated by accident or disease and thus be able to produce custom 3D pieces with the dimensions and shape required in each case for each patient. The synthesis process also allows the additional incorporation of conductive nanomaterials such as conductive carbon nanomaterials (graphene, graphene oxide, carbon nanofibers, graphite, reduced graphene oxide, reduced graphene, single or multi-walled carbon nanotubes, fullerene, alkylamine-functionalized or ammonia-functionalized graphene oxide, boron-doped graphene, nitrogen-doped graphene, phosphorus-doped graphene, sulfur-doped graphene, boron-nitrogen-doped graphene, phosphorus-nitrogen-doped graphene, sulfur-nitrogen-doped graphene and sulfonated reduced graphene oxide), nanocomposites with carbon nanomaterials such as graphene/TiO2, graphene/Fe3O4, graphene/Mn3O4, graphene/Pd, graphene/Pt, graphene/PtCo, graphene/PtPd, reduced graphene/TiO2, reduced graphene /Fe3O4, reduced graphene/Mn3O4, reduced graphene/Pd, reduced graphene/Pt, reduced graphene/PtCo and reduced graphene/PtPd)) and polypyrrole nanoparticles, etc., through the re filled with alginate. By introducing conductive nanomaterials, it is possible to increase the electrical conductivity in the support that can be used to increase the regenerative and antimicrobial capacity when applying electrical stimulation. The synthesis process also allows the additional introduction of other types of nanomaterials, nanoparticles and/or nanofibers such as silver and gold nanoparticles, nanocellulose, nanoclays, ceramics, etc.

La impresión 3D por tanto facilita la obtención de andamios personalizados con forma y dimensiones específicas a la lesión ósea a reconstruir, incluidos los defectos óseos críticos.3D printing therefore makes it easier to obtain personalized scaffolds with specific shapes and dimensions for the bone lesion to be reconstructed, including critical bone defects.

A modo de ejemplo, las dimensiones pueden abarcar desde 1. a 40.cm, y las formas varían desde planas a cilíndricas o con la forma deseada según la aplicación óseaBy way of example, dimensions can range from 1. to 40. cm, and shapes vary from flat to cylindrical or to the desired shape depending on the bone application.

Uso del andamiouse of scaffolding

El andamio objeto de la presente invención encuentra aplicación en la reconstrucción de defectos o lesiones óseas producidas por diferentes causas ya sea aquellas denominadas defectos segmentarios, producidos por trauma, tumores osteolíticos, heridas de arma de fuego, por ejemplo, o los ocasionados como consecuencia de procesos de osteoartrosis, cirugía por osteomielitis o incluso cirugía tumoral. También se prevé la aplicación de los andamios según la presente invención para la regeneración de defectos óseos estructurales, cuya causa pudiera ser osteoporosis, osteopenia o enfermedad ósea metabólica. En particular los andamios de acuerdo con la presente invención están especialmente destinados en procesos de reconstrucción ósea de defectos óseos críticos, los cuales se definen como aquellos defectos donde el organismo no consigue promover el reparo tecidual de tejido óseo formándose, únicamente, un tejido cicatricial, hay una incapacidad de reemplazar una pérdida ósea abundante y no osifica de manera espontánea. Esto ocurre generalmente cuando el tamaño del defecto es mayor a 1 - 2 com o cuando hay una pérdida de más del 50% de la circunferencia del huesoThe scaffold object of the present invention finds application in the reconstruction of bone defects or lesions produced by different causes, whether they are those called segmental defects, produced by trauma, osteolytic tumors, firearm wounds, for example, or those caused as a consequence of osteoarthritis processes, osteomyelitis surgery or even tumor surgery. Also The application of the scaffolds according to the present invention is foreseen for the regeneration of structural bone defects, the cause of which could be osteoporosis, osteopenia or metabolic bone disease. In particular, the scaffolds according to the present invention are especially intended for processes of bone reconstruction of critical bone defects, which are defined as those defects where the organism fails to promote tissue repair of bone tissue, only forming scar tissue, there is an inability to replace extensive bone loss and it does not ossify spontaneously. This generally occurs when the size of the defect is greater than 1 - 2 cm or when there is a loss of more than 50% of the circumference of the bone.

Actividad regeneradora y antibacterianaregenerative and antibacterial activity

El andamio de la presente invención ejerce actividad osteoinductora así como antibacteriana frente a infecciones causadas por específicamente las bacterias Gram positivas, tal como Staphylococcus aureus. El andamio de la presente invención ha mostrado tener gran capacidad antibacteriana incluso frente a la bacteria multirresistente Staphylococcus epidermidis resistente a la meticilina.The scaffold of the present invention exerts osteoinductive as well as antibacterial activity against infections caused by specifically Gram-positive bacteria, such as Staphylococcus aureus. The scaffold of the present invention has been shown to have a great antibacterial capacity even against the multiresistant bacterium Staphylococcus epidermidis resistant to methicillin.

En conclusión, la presente invención presenta un andamio poroso biodegradable antimicrobiano de fácil, económica y reproducible fabricación con gran capacidad antimicrobiana, incluso frente a patógenos multirresistentes, y con capacidad de regeneración ósea y propiedades mecánicas y de absorción de agua adecuadas, su proceso de fabricación y su aplicación en la ingeniería tisular ósea. El soporte poroso se ha preparado inicialmente mediante impresión 3D por la técnica de Fuse Deposition Modeling (FDM) de ácido poliláctico (PLA) resultando en un método de preparación muy reproducible, automatizado y que permite el diseño específico para cada defecto óseo con gran precisión (impresión 3D). Además, el proceso de fabricación está de acuerdo con los principios de la química verde y desarrollo sostenible utilizando agua como disolvente y empleando la mínima energía eléctrica en la preparación. Los materiales seleccionados (ácido poliláctico y alginato) son biomateriales aprobados por la FDA de Estados Unidos para su uso biomédico en humanos. El material de relleno (alginato) es de origen natural y por tanto renovable. Ambos polímeros son biodegradables y por tanto se espera que sean biodegradados dentro del organismo humano conforme el hueso va regenerando. Son polímeros de precio bajo comparado con otros existentes en el mercado. Además, la invención presenta la gran ventaja de producir un andamio antimicrobiano que previene infecciones, incluidas las multirresistentes como se ha comprobado por el grupo de investigación in vitro y en los ensayos in vivo. La invención además proporciona la posibilidad de incorporar nanomateriales de todo tipo a través del rellenado a vacío de la fase de alginato. Por tanto, el material denominado UCV-1 presenta grandes ventajas respecto a toda producido hasta ahora para regeneración de defectos óseos de gran tamaño. La invención puede además ser utilizada para otras aplicaciones como la regeneración de otro tipo de tejidos mediante el diseño de andamios con la morfología requerida para cada tejido: regeneración neuronal, muscular, etc.; realizando otro tipo de diseño por impresión 3D: apósitos reforzados antibacterianos para cura de heridas; como materiales biodegradables para con capacidad antibacteriana para suministro controlado de fármacos; fabricación de catéteres biodegradables antibacterianos; materiales hidrogeles para inmovilización de células o enzimas en bioprocesado eliminando el gran problema habitual de la contaminación bacteriana.In conclusion, the present invention presents an antimicrobial biodegradable porous scaffold that is easy, cheap and reproducible to manufacture with great antimicrobial capacity, even against multi-resistant pathogens, and with adequate bone regeneration capacity and mechanical and water absorption properties, its manufacturing process and its application in bone tissue engineering. The porous support was initially prepared by 3D printing using the polylactic acid (PLA) Fuse Deposition Modeling (FDM) technique, resulting in a highly reproducible, automated preparation method that allows specific design for each bone defect with great precision ( 3d print). In addition, the manufacturing process is in accordance with the principles of green chemistry and sustainable development using water as a solvent and using minimal electrical energy in the preparation. The selected materials (polylactic acid and alginate) are biomaterials approved by the US FDA for biomedical use in humans. The filling material (alginate) is of natural origin and therefore renewable. Both polymers are biodegradable and therefore are expected to biodegrade. within the human body as the bone regenerates. They are low-priced polymers compared to others on the market. In addition, the invention has the great advantage of producing an antimicrobial scaffold that prevents infections, including multiresistant infections, as has been verified by the research group in vitro and in vivo tests. The invention also provides the possibility of incorporating nanomaterials of all kinds through vacuum filling of the alginate phase. Therefore, the material called UCV-1 presents great advantages with respect to all produced up to now for the regeneration of large bone defects. The invention can also be used for other applications such as the regeneration of other types of tissues by designing scaffolds with the morphology required for each tissue: neuronal, muscular regeneration, etc.; performing another type of design by 3D printing: reinforced antibacterial dressings for wound care; as biodegradable materials for antibacterial capacity for controlled drug delivery; manufacture of antibacterial biodegradable catheters; Hydrogel materials for immobilization of cells or enzymes in bioprocessing, eliminating the usual big problem of bacterial contamination.

Ejemplos:Examples:

Ejemplo 1:Example 1:

1.1. Diseño y fabricación de los andamios1.1. Design and manufacture of scaffolding

Se fabricaron andamios de ácido poli-láctico (PLA) con y sin relleno de alginato entrecruzado con cationes de calcio y zinc mediante la tecnología de impresión 3D por el Grupo de Investigación de Biomateriales y Bioingeniería del Centro de Investigación Traslacional San Alberto Magno de la Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV). Por tanto, los andamios fabricados con material de ácido poliláctico se le denominará de aquí en adelante como andamios UCV-0 y andamios de acuerdo con la presente invención constituidos a partir de PLA con relleno de alginato entrecruzado se denominarán de aquí en adelante como andamios UCV-1. Los andamios se han desarrollado para este estudio con una sección transversal de 10 mm de diámetro y longitud de 20 mm (Figura 1). Para ambos diseños, se fabricaron por impresión 3D, 4 réplicas de andamios para el grupo UCV-0 y 4 réplicas para el grupo UCV-1. Polylactic acid (PLA) scaffolds with and without alginate filler crosslinked with calcium and zinc cations were fabricated using 3D printing technology by the Biomaterials and Bioengineering Research Group of the San Alberto Magno Translational Research Center of the University of Catholic of Valencia San Vicente Mártir (UCV). Therefore, scaffolds made of polylactic acid material will hereinafter be referred to as UCV-0 scaffolds and scaffolds according to the present invention made from PLA with crosslinked alginate filler will be hereinafter referred to as UCV scaffolds. -1. Scaffolds have been developed for this study with a cross section of 10 mm in diameter and length of 20 mm (Figure 1). For both designs, 4 scaffold replicas for the UCV-0 group and 4 replicas for the UCV-1 group were manufactured by 3D printing.

La estructura, cuerpo o soporte porosode ácido poliláctico (PLA) se ha preparado inicialmente mediante impresión 3D por la técnica de modelado por deposición fundida (FDM). En la Figura 1 se presenta una imagen de las vistas del andamio de PLA diseñado para impresión en 3D.The structure, body or porous support of polylactic acid (PLA) has been initially prepared by 3D printing using the fused deposition modeling (FDM) technique. Figure 1 presents an image of the views of the PLA scaffold designed for 3D printing.

Posteriormente el soporte poroso ha sido rellenado a vacío con alginato de sodio que posteriormente se entrecruzó con cloruro de cálcico y cloruro de zinc. El rellenado se lleva a cabo mediante inmersión del soporte en las distintas disoluciones. El esquema del proceso de fabricación del andamio puede observarse en el siguiente esquema de la Figura 2.Subsequently, the porous support has been filled under vacuum with sodium alginate that was later crosslinked with calcium chloride and zinc chloride. The filling is carried out by immersing the support in the different solutions. The scheme of the scaffold manufacturing process can be seen in the following scheme of Figure 2.

En este proceso de fabricación la cantidad de calcio y zinc son clave en la exitosa biofuncionalidad del soporte: carácter antimicrobiano y capacidad de regeneración ósea sin producir toxicidad. Esto se consigue entrecruzando el soporte inicialmente por inmersión en una disolución acuosa de cloruro de calcio poco concentrada (rango óptimo de concentración de cloruro de calcio determinado experimentalmente 0.5 % p/v) durante 10 minutos y posteriormente también por inmersión en una disolución acuosa de cloruro de zinc poco concentrada (rango adecuado de concentración de cloruro de zinc determinado experimentalmente 0.25 - 0.5 % p/v) durante 10 minutos. De este modo, se consigue inicialmente enlazar gran cantidad de cargas negativas presentes en las cadenas poliméricas del alginato de sodio con los cationes divalentes del calcio y conseguir consistencia sólida del relleno. Posteriormente, los soportes son purificados mediante al menos 3 lavados de cada scaffold en 200 mL de agua destilada durante 15 minutos cada vez con agitación magnética a 25°C. Por último se secan los andamios durante 48 horas en estufa inferior a la de degradación de los andamios, preferiblemente a 60°C.In this manufacturing process, the amount of calcium and zinc are key to the successful biofunctionality of the support: antimicrobial character and bone regeneration capacity without producing toxicity. This is achieved by cross-linking the support initially by immersion in a slightly concentrated aqueous calcium chloride solution (optimum range of calcium chloride concentration determined experimentally 0.5% w/v) for 10 minutes and later also by immersion in an aqueous calcium chloride solution. of low concentrated zinc (suitable range of concentration of zinc chloride determined experimentally 0.25 - 0.5% w/v) for 10 minutes. In this way, it is initially possible to bind a large amount of negative charges present in the polymer chains of sodium alginate with the divalent cations of calcium and achieve a solid consistency of the filling. Subsequently, the supports are purified by washing each scaffold 3 times in 200 mL of distilled water for 15 minutes each time with magnetic stirring at 25°C. Finally, the scaffolds are dried for 48 hours in an oven below the degradation of the scaffolds, preferably at 60°C.

1.2. Ensamblaje in vitro del sistema de estabilización1.2. In vitro assembly of the stabilization system

Se realizó una prueba in vitro en cada uno de los dos diseños, en la cual el andamio se fijó a una placa bloqueada de titanio de 2,7 mm de 10 orificios (PAX®, Securos Surgical®, Estados Unidos) con dos tornillos de titanio de 2,7 mm de diámetro por 12 mm de longitud (PAX®, Securos Surgical®, Estados Unidos) (Figura 3).In vitro testing was performed on each of the two designs, in which the scaffold was fixed to a 10-hole 2.7mm titanium locking plate (PAX®, Securos Surgical®, United States) with two 1/4-inch screws. 2.7 mm diameter by 12 mm length titanium (PAX®, Securos Surgical®, United States) (Figure 3).

Una vez revisada la correcta disposición de los implantes, se procedió a su esterilización mediante el sistema ASP STERRAD® NX® (Estados Unidos), un sistema de esterilización de baja temperatura con gas plasma. Cada implante estaba compuesto por un andamio, 2 tornillos y una placa bloqueada, por lo que fueron empleados 8 implantes en total; 4 para el grupo UCV-0 y 4 para el grupo UCV-1.Once the correct arrangement of the implants had been reviewed, they were sterilized using the ASP STERRAD® NX® system (United States), a low-temperature sterilization system with plasma gas. Each implant was composed for a scaffold, 2 screws and a locked plate, for which 8 implants were used in total; 4 for the UCV-0 group and 4 for the UCV-1 group.

1.3. Diseño, elección y realización del modelo del defecto óseo crítico1.3. Design, choice and realization of the model of the critical bone defect

En el presente estudio, se eligió un modelo de defecto óseo segmental de sección completa de 20 mm en la diáfisis femoral media. Para la creación de este defecto óseo, se realizó in vivo una ostectomía completa de 20 mm en la diáfisis femoral media de la extremidad posterior izquierda de los individuos del modelo animal que se empleó en el estudio, asegurando que dicha localización permitiera la correcta aplicación de los implantes.In the present study, a 20-mm full-section segmental bone defect model was chosen in the mid-femoral shaft. To create this bone defect, a complete ostectomy of 20 mm was performed in vivo in the mid-femoral diaphysis of the left posterior extremity of the individuals of the animal model used in the study, ensuring that said location allowed the correct application of the implants.

1.4. Modelo animal empleado1.4. animal model used

Para la realización del estudio piloto se han empleado 8 individuos lagomorfos (Oryctolagus cuniculus) de raza New Zealand, hembras de 1 año de edad. Dichos individuos fueron distribuidos de manera aleatoria en 2 grupos de tratamiento, grupo UCV-0 y grupo UCV-1. Cada grupo constaba de 4 individuos. El tiempo total del estudio estimado fue de 12 semanas (2 semanas de cuarentena 10 semanas de evolución postquirúrgica). El presente estudio experimental fue aprobado tanto por el Comité de Ética del Instituto de Investigación de La Fe, así como por su Órgano Habilitado; obteniendo la autorización de la Consellería de Agricultura, Ganadería y Pesca de la Comunidad Valencia, de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 31 del Real Decreto RD53/2013.To carry out the pilot study, 8 New Zealand lagomorphs (Oryctolagus cuniculus) individuals, 1-year-old females, have been used. These individuals were randomly distributed into 2 treatment groups, the UCV-0 group and the UCV-1 group. Each group consisted of 4 individuals. Total estimated study time was 12 weeks (2 weeks of quarantine 10 weeks of post-surgical evolution). This experimental study was approved both by the Ethics Committee of the La Fe Research Institute, as well as by its Authorized Body; obtaining authorization from the Ministry of Agriculture, Livestock and Fisheries of the Valencia Community, in accordance with the provisions of article 31 of Royal Decree RD53/2013.

1.5. Manejo pre-quirúrgico1.5. Pre-surgical management

En primer lugar, los individuos permanecieron en un periodo de cuarentena de 14 días en el animalario del Instituto de Investigación de La Fe antes del procedimiento quirúrgico. Transcurridos los 14 días de cuarentena, se procedió a la intervención quirúrgica en la que se creó el defecto óseo crítico para la colocación posterior del andamio con el sistema de estabilización.First, the individuals remained in a 14-day quarantine period in the animal facility of the La Fe Research Institute before the surgical procedure. After 14 days of quarantine, the surgical intervention was carried out in which the critical bone defect was created for the subsequent placement of the scaffold with the stabilization system.

Durante el manejo pre-anestésico, se realizó una exploración física completa en la que se pesó a los individuos. Tras el pesaje, se calculó la pre-medicación para cada individuo. La pre-medicación consistía en Medetomidina (50 pg/kg, Domtor® 1mg/ml solución inyectable, Ecuphar, Finlandia), Fentanilo (10 pg/kg, Fentanest® 0,05 mg/ml solución inyectable, Kern pharma, España), Ketamina (5 mg/kg, Imalgene® 100 mg/ml solución inyectable, Merial, España) y Midazolam (0,5 mg/kg, Midazolam Normon® 15 mg/3 ml solución inyectable, Laboratorios Normon, España). Se administró vía intramuscular una combinación de las anteriores en la misma jeringa. Una vez el individuo estaba bajo sedación, se procedía a la cateterización de la vena marginal de la oreja, y al rasurado de la extremidad posterior izquierda, así como a su lavado y preparación aséptica. Posteriormente, se procedió a la inducción de los individuos mediante la administración de Propofol (2 mg/kg, Propovet Multidosis® 10 mg/ml emulsión inyectable, Ecuphar, España) vía intravenosa para, tras la intubación endotraqueal, proceder al mantenimiento con Isofluorano inhalatorio (Isofluteck® 1000 mg/g, Karizoo, España) siguiendo la CAM referenciada para esta especie; 3,7 /- 0,16% 29 vía inhalatoria. Como analgesia intraquirúrgica se administró en infusión continua intravenosa, Fentanilo (0,01 mg/kg, Fentanest® 0,05 mg/ml solución inyectable, Kern pharma, España). Del mismo modo, se administró el antibiótico Enrofloxacino (10 mg/kg, Baytril® 50 mg/ml solución inyectable, Bayer, España) vía intravenosa, también en el periodo intraquirúrgico.During pre-anesthetic management, a complete physical examination was performed in which the individuals were weighed. After weighing, the pre-medication for each individual was calculated. The pre-medication consisted of Medetomidine (50 pg/kg, Domtor® 1mg/ml solution for injection, Ecuphar, Finland), Fentanyl (10 pg/kg, Fentanest® 0.05 mg/ml solution for injection, Kern pharma, Spain), Ketamine (5 mg/kg, Imalgene® 100 mg/ml solution for injection, Merial, Spain) and Midazolam (0.5 mg/kg, Midazolam Normon® 15 mg/3 ml solution for injection, Normon Laboratories, Spain). A combination of the above was administered intramuscularly in the same syringe. Once the individual was under sedation, the marginal ear vein was catheterized, and the left posterior extremity was shaved, as well as washed and aseptically prepared. Subsequently, the individuals were induced by intravenous administration of Propofol (2 mg/kg, Propovet Multidosis® 10 mg/ml injectable emulsion, Ecuphar, Spain) for, after endotracheal intubation, maintenance with inhaled isoflurane. (Isofluteck® 1000 mg/g, Karizoo, Spain) following the CAM referenced for this species; 3.7 /- 0.16% 29 inhalation route. Fentanyl (0.01 mg/kg, Fentanest® 0.05 mg/ml injectable solution, Kern pharma, Spain) was administered as intra-surgical analgesia by continuous intravenous infusion. In the same way, the antibiotic Enrofloxacin (10 mg/kg, Baytril® 50 mg/ml solution for injection, Bayer, Spain) was administered intravenously, also during the intraoperative period.

1.6. Procedimiento quirúrgico en el modelo animal1.6. Surgical procedure in the animal model

El individuo se colocó en decúbito lateral derecho una vez la extremidad estaba preparada de manera aséptica. Se cubrió al paciente con paños quirúrgicos, dejando libre la extremidad posterior izquierda.The individual was placed in right lateral decubitus once the limb was aseptically prepared. The patient was covered with surgical drapes, leaving the left posterior extremity free.

En cuanto al abordaje, se realizó un abordaje craneolateral al fémur de modo convencional, según lo descrito por Piermattei (2014) (Figura 4A). Tras la incisión cutánea, se realizó una incisión en la lámina superficial de la fascia lata a lo largo del borde craneal del músculo bíceps femoral de la longitud de la incisión. Se retrajo el bíceps femoral caudalmente para exponer el músculo vasto lateral. Se hizo una incisión en el tabique fascial del vasto lateral en su inserción en el borde lateral caudal del fémur. Se retiró el vasto lateral de la superficie del fémur para exponer la diáfisis femoral (Figura 4B).Regarding the approach, a craniolateral approach to the femur was performed in a conventional manner, as described by Piermattei (2014) (Figure 4A). Following the skin incision, an incision was made in the superficial lamina of the fascia lata along the cranial border of the biceps femoris muscle for the length of the incision. The biceps femoris was retracted caudally to expose the vastus lateralis muscle. An incision was made in the fascial septum of the vastus lateralis at its insertion on the caudal lateral border of the femur. The vastus lateralis was removed from the surface of the femur to expose the femoral shaft (Figure 4B).

En cuanto a la creación del defecto óseo crítico, una vez expuesta la diáfisis femoral, se realizó una ostectomía de la diáfisis femoral media de 20 mm de longitud creando así el defecto óseo crítico. Para realizar de forma correcta la ostectomía, se marcó primero el hueso con la sierra de corte posicionando en un lateral la placa con el andamio para seccionar la longitud exacta que tenía el andamio. (Figura 4C). Una vez eliminado el segmento de hueso, se fijaron los dos extremos del hueso femoral con pinzas de reducción para mantener la posición anatómica y se posicionó el andamio en el defecto óseo crítico creado.Regarding the creation of the critical bone defect, once the femoral shaft was exposed, an ostectomy of the mid-femoral shaft of 20 mm in length was performed, thus creating the critical bone defect. To perform the ostectomy correctly, the bone was first marked with the cutting saw, positioning the plate with the scaffold on one side to section the exact length of the scaffolding. (Figure 4C). After the bone segment was removed, both ends of the femoral bone were fixed with reduction forceps to maintain the anatomical position and the scaffold was positioned in the critical bone defect created.

Respecto a la reducción de la fractura con andamio, una vez posicionado de manera correcta, se redujo la placa con pinzas de reducción para evitar su movimiento (Figura 4D). Posteriormente, se taladró el orificio de la placa con la guía para brocas hasta que se taladraron las dos corticales del hueso (Figura 4E).Regarding the reduction of the fracture with a scaffold, once it was correctly positioned, the plate was reduced with reduction forceps to prevent its movement (Figure 4D). Subsequently, the hole in the plate was drilled with the drill guide until both cortices of the bone were drilled (Figure 4E).

Respecto a la fijación y estabilización de la fractura, se fijó la placa de titanio a los dos fragmentos del fémur con dos tornillos colocados en los orificios más distales de ambos extremos de la placa (Figura 4F).Regarding the fixation and stabilization of the fracture, the titanium plate was fixed to the two femur fragments with two screws placed in the most distal holes of both ends of the plate (Figure 4F).

Finalmente, respecto al cierre del abordaje, tras realizar un lavado de la zona con suero salino fisiológico, se procedió al cierre del abordaje por planos con una sutura de gliconato de 4/0 (Monosyn®, B. Braun, Alemania) en patrón continuo simple de aposición.Finally, regarding the closure of the approach, after washing the area with physiological saline solution, the approach was closed in layers with a 4/0 glyconate suture (Monosyn®, B. Braun, Germany) in a continuous pattern. simple of apposition

1.7. Manejo post-quirúrgico en el modelo animal1.7. Post-surgical management in the animal model

Una vez finalizada la intervención, se administró vía intravenosa Metoclopramida (0,5 mg/kg, Primperan® 10 mg/2ml solución inyectable, Sanofi, España) y Ranitidina (2 mg/kg, Ranitidina Normon® 10 mg/ml solución inyectable EFG, Laboratorios Normon, España); y vía subcutánea Meloxicam (0,4 mg/kg, Metacam® 2 mg/ml solución inyectable, Boehringer, Alemania). Posteriormente, los pacientes volvieron a la sala de estabulación del animalario. Cada individuo permaneció en un box individualizado con restricción de movimiento durante 10 semanas.Once the intervention was completed, metoclopramide (0.5mg/kg, Primperan® 10mg/2ml solution for injection, Sanofi, Spain) and Ranitidine (2mg/kg, Ranitidine Normon® 10mg/ml solution for injection) were administered intravenously. , Normon Laboratories, Spain); and subcutaneously Meloxicam (0.4 mg/kg, Metacam® 2 mg/ml solution for injection, Boehringer, Germany). Subsequently, the patients returned to the stable room of the animal facility. Each individual remained in an individualized box with movement restriction for 10 weeks.

Finalmente, los individuos se sacrificaron 10 semanas después del procedimiento quirúrgico. Una vez el individuo estaba bajo sedación, siguiendo el protocolo anteriormente descrito, se procedió a la cateterización de la vena marginal de la oreja, para administrar posteriormente una sobredosis de solución comercial de Pentobarbital sódico (Dolethal® 200 mg/ml solución inyectable, Vetoquinol, España).Finally, the individuals were sacrificed 10 weeks after the surgical procedure. Once the individual was under sedation, following the previously described protocol, the marginal ear vein was catheterized, to subsequently administer an overdose of commercial sodium pentobarbital solution (Dolethal® 200 mg/ml injectable solution, Vetoquinol, Spain).

1.8. Evaluación funcional del andamio: evaluación tomográfica1.8. Functional evaluation of the scaffold: tomographic evaluation

Tras el sacrificio de los individuos se realizó un estudio tomográfico con un scanner de 16 cortes (Siemens Somatom Scope® 16, Alemania). Para ello, los individuos se posicionaron en decúbito dorsal y se escanearon con ajustes de 130 kVp, 170 mAs, en algoritmo de tejido blando y hueso, con grosor de corte de 1 mm.After the sacrifice of the individuals, a tomographic study was performed with a 16-slice scanner (Siemens Somatom Scope® 16, Germany). For this, individuals They were positioned in supine position and scanned with settings of 130 kVp, 170 mAs, in soft tissue and bone algorithm, with a slice thickness of 1 mm.

Para el análisis de las imágenes, se utilizó un software de visualización de imágenes DICOM disponible comercialmente (Aycan Workstation v3.6) usando una ventana de tejido blando (ancho: 350 UH; nivel: 40 UH) y una de hueso (ancho: 2000 UH, nivel: 600 UH).For image analysis, commercially available DICOM image viewing software (Aycan Workstation v3.6) was used using a soft tissue window (width: 350 HU; level: 40 HU) and a bone window (width: 2000 HU, level: 600 HU).

La evaluación del grado de osificación de los defectos óseos se realizó de dos modos independientes. El primer modo consiste en la valoración cuantitativa mediante la medición de las Unidades Hounsfields (UH) y para ello se seleccionaron 6 puntos independientes, en localización cortical media y medular a nivel proximal, medio y distal del defecto óseo. El segundo modo consistió en la valoración semicuantitativa del grado de osificación del defecto óseo, según la escala descrita por Stacy y cols. (2014). [20].The evaluation of the degree of ossification of the bone defects was carried out in two independent ways. The first mode consists of the quantitative assessment by measuring the Hounsfields Units (HU) and for this, 6 independent points were selected, in mid-cortical and medullary location at the proximal, mid and distal level of the bone defect. The second mode consisted of the semiquantitative assessment of the degree of ossification of the bone defect, according to the scale described by Stacy et al. (2014). [twenty].

1.8. Caracterización físico-química de los soportes1.8. Physicochemical characterization of supports

Los soportes porosos UCV-0 y UCV-1 han sido caracterizados por espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), absorción de agua, ensayos mecánicos de compresión en estado seco y en estado hinchado después de inmersión en agua durante 24 horas a 37°C (temperatura del cuerpo humano).The porous supports UCV-0 and UCV-1 have been characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), water absorption, mechanical compression tests in the dry state and in the swollen state after immersion in water for 24 hours at 37°. C (human body temperature).

1.9. Caracterización antibacteriana de los soportes1.9. Antibacterial characterization of supports

Las propiedades antibacterianas de los soportes han sido caracterizadas frente a una bacteria Gram-positiva MRSA y una Gram-negativa Pseudomonas aeruginosa mediante el método de difusión en agar.The antibacterial properties of the supports have been characterized against a Gram-positive bacterium MRSA and a Gram-negative Pseudomonas aeruginosa by means of the agar diffusion method.

2. Resultados2. Results

2.1. Evaluación del modelo experimental2.1. Evaluation of the experimental model

El procedimiento de creación del defecto óseo crítico en fémur, así como la colocación del andamio en dicha localización anatómica, se realizó de forma satisfactoria en todos los individuos, sin que se evidenciaran complicaciones relevantes durante el procedimiento quirúrgico. Uno de los individuos del grupo de UCV-0 falleció una hora tras el procedimiento quirúrgico, por causas ajenas al modelo experimental o al objeto de estudio. Asimismo, un individuo del grupo UCV-1 fue sacrificado a las dos semanas después de la cirugía por una infección a nivel del foco quirúrgico, y otros dos también del grupo CTR (grupo tratado con UCV-0) a las cuatro semanas por un colapso de la fractura, que redundó en una pérdida del alineamiento y estabilización de la misma. Por estos motivos, al periodo final del estudio llegaron un total de 4 individuos, 1 perteneciente al grupo CTR (25% de los individuos intervenidos y recuperados del procedimiento anestésico) y 3 pertenecientes al grupo de TTO (grupo tratado con UCV-1) (100% de los individuos intervenidos y recuperados del procedimiento anestésico) (Tabla 1).The procedure for creating the critical bone defect in the femur, as well as the placement of the scaffold in said anatomical location, was carried out satisfactorily in all individuals, with no significant complications during the surgical procedure. One of the individuals in the UCV-0 group died one hour after the surgical procedure, due to causes unrelated to the experimental model or the object of study. Likewise, one individual from the UCV-1 group was sacrificed two weeks after surgery due to an infection at the level of the surgical focus, and two others as well. of the CTR group (group treated with UCV-0) at four weeks due to fracture collapse, which resulted in loss of alignment and stabilization of the fracture. For these reasons, a total of 4 individuals arrived at the final period of the study, 1 belonging to the CTR group (25% of the individuals operated on and recovered from the anesthetic procedure) and 3 belonging to the OTT group (group treated with UCV-1) ( 100% of the individuals operated on and recovered from the anesthetic procedure) (Table 1).

Tabla 1. Seguimiento de individuos Table 1. Follow-up of individuals

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2.2. Evaluación funcional del andamio2.2. Functional evaluation of the scaffold

2.2.1. Evaluación tomográfica2.2.1. tomographic evaluation

Como se ha comentado anteriormente, la evaluación del grado de osificación de los defectos óseos se realizó de dos modos independientes: una valoración cuantitativa mediante la medición de las UH, y una valoración semi-cuantitativa según la escala descrita por Stacy y cols. (2014) [20]. A continuación, en la Tabla 2 se exponen los resultados en UH para cada una de las regiones evaluadas, así como la media de cada una de ellas para zona cortical (periférica) como medular (central). As previously mentioned, the evaluation of the degree of ossification of bone defects was carried out in two independent ways: a quantitative evaluation by measuring the HU, and a semi-quantitative evaluation according to the scale described by Stacy et al. (2014) [20]. Below, Table 2 shows the results in HU for each of the evaluated regions, as well as the mean of each one of them for cortical (peripheral) and medullary (central) areas.

..

individuos.individuals.

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De forma resumida, podemos observar como la media general en el grupo TTO fue de 578.67 UH en región cortical media, y de 176.56 UH en región medular, frente a 214.33 UH y 59 UH respectivamente del grupo CTR.In summary, we can observe how the general average in the OTT group was 578.67 HU in the middle cortical region, and 176.56 HU in the medullary region, compared to 214.33 HU and 59 HU respectively in the CTR group.

Para la valoración semi-cuantitativa, se valoró el grado de osificación del defecto óseo crítico generado en los individuos a partir de la escala descrita por Stacy y cols. (2014) [20]. Como se observa en la Tabla 3, el individuo CTR-1 obtuvo una puntuación de 3 en la escala. En cambio, los individuos del grupo TTO, individuo TTO-1, TTO-2 y TTO-3 obtuvieron una puntuación de 4, 2 y 4, respectivamente.For the semi-quantitative assessment, the degree of ossification of the critical bone defect generated in the individuals was assessed using the scale described by Stacy et al. (2014) [20]. As seen in Table 3, the CTR-1 individual obtained a score of 3 on the scale. In contrast, the individuals in the TTO group, individual TTO-1, TTO-2, and TTO-3, obtained a score of 4, 2, and 4, respectively.

Tabla 3. Resultados del grado de osificación del defecto óseo siguiendo la escala descrita por Stacy y cols. (2014) [20]. Table 3 . Results of the degree of ossification of the bone defect following the scale described by Stacy et al. (2014) [20].

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Donde, de acuerdo con Stacy y cols. (2014) [20], la puntuación 2 indica signos que sugieren una mínima o temprana osificación con una mineralización leve entre fragmentos óseos sin contacto, un puente fino que conecta ambos fragmentos óseos, o contacto cercano entre ambos fragmentos con márgenes de ostectomía esleróticos. La puntuación 3 indica osteosíntesis leve con un puente a lo largo de menos del 50% de la dimensión anteroposterior de ambos fragmentos, con los fragmentos óseos desplazados o alineados en la dimensión anteroposterior. La puntuación 4 indica osteosíntesis moderada con puente a lo largo del 50% o más de la dimensión anteroposterior de ambos fragmentos, con los fragmentos óseos desplazados o alineados en la dimensión anteroposterior con restos visibles de la ostectomía previa. Del mismo modo, también se observa en una gráfica los resultados obtenidos del grado de osificación del defecto óseo siguiendo la escala descrita por Stacy y cols. (2014) [20] (Figura 5).Where, according to Stacy et al. (2014) [20], score 2 indicates signs suggestive of minimal or early ossification with slight mineralization between bone fragments without contact, a fine bridge connecting both bone fragments, or close contact between both fragments with slerotic ostectomy margins. Score 3 indicates mild fixation with bridging along less than 50% of the anteroposterior dimension of both fragments, with the bone fragments displaced or aligned in the anteroposterior dimension. Score 4 indicates moderate fixation with bridging along 50% or more of the dimension anteroposterior of both fragments, with the bone fragments displaced or aligned in the anteroposterior dimension with visible remnants of the previous ostectomy. In the same way, the results obtained from the degree of ossification of the bone defect are also observed in a graph following the scale described by Stacy et al. (2014) [20] (Figure 5).

En la Figura 6 se puede observar una comparación tomográfica de la osificación de los fragmentos óseos entre el grupo control UCV-0 y el grupo UCV-1. En esta figura se observa un grado de maduración del callo más avanzado en el grupo UCV-1 que en el grupo UCV-0.Figure 6 shows a tomographic comparison of the ossification of the bone fragments between the UCV-0 control group and the UCV-1 group. This figure shows a more advanced degree of callus maturation in the UCV-1 group than in the UCV-0 group.

2.2.2. Caracterización antibacteriana de los andamios2.2.2. Antibacterial characterization of scaffolds

Los andamios UCV-1 mostraron capacidad antibacteriana frente a la bacteria Grampositiva multirresistente Staphylococcus aureus (MRSA) y frente a la Gram-negativa Pseudomonas aeruginosa (ver Figura 7).The UCV-1 scaffolds showed antibacterial capacity against the multiresistant Gram-positive bacterium Staphylococcus aureus (MRSA) and against the Gram-negative Pseudomonas aeruginosa (see Figure 7).

Tal y como se muestra en la Figura 7, se puede observar como el andamio UCV-1 produce un halo inhibitorio muy claro alrededor con la bacteria Gram-positiva MRSA y no tan potente pero claramente observable frente a la bacteria Gram-negativa, a diferencia del andamio UCV-0 que no inhibe el crecimiento bacteriano.As shown in Figure 7, it can be seen how the UCV-1 scaffold produces a very clear inhibitory halo around the Gram-positive MRSA bacterium and not as potent but clearly observable against the Gram-negative bacterium, unlike of the UCV-0 scaffold that does not inhibit bacterial growth.

2.2.3. Caracterización físico-química de los andamios2.2.3. Physicochemical characterization of the scaffolds

Los resultados de espectroscopía FTIR confirman la síntesis del relleno de alginato entrecruzado en el soporte de PLA, ya que en la figura 8(b) aparece un pico ancho (entre 4000 y 3500 cm-1) en la zona característica de los grupos hidrófilos OH del alginato en comparación con su ausencia en el soporte de PLA sin relleno, figura 8(a).The FTIR spectroscopy results confirm the synthesis of the crosslinked alginate filler on the PLA support, since in Figure 8(b) a broad peak (between 4000 and 3500 cm-1) appears in the characteristic area of the OH hydrophilic groups. of the alginate compared to its absence in the unfilled PLA support, Figure 8(a).

Además, según se muestra en la Tabla 4, el resultado de absorción en inmersión muestra a temperatura del cuerpo humano (37°C) que el andamio UCV-1 absorbe agua más rápidamente y mayor cantidad al contener el relleno de alginato entrecruzado.In addition, as shown in Table 4, the immersion absorption result shows at human body temperature (37°C) that the UCV-1 scaffold absorbs water faster and in greater quantity when containing the crosslinked alginate filler.

Tabla 4. Absorción de agua de equilibrio (h= (masa seca-masa hinchada/masa seca) en inmersión a 37°C alcanzado en ambos tipos de andamios desde estado seco (tiempo cero) hasta los 100 días. Table 4 . Equilibrium water absorption (h= (dry mass-swollen mass/dry mass) in immersion at 37°C reached in both types of scaffolds from the dry state (zero time) up to 100 days.

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Las propiedades mecánicas de compresión en estado seco e hinchado a 37°C (temperatura del cuerpo humano), que son fundamentales para aplicaciones de regeneración ósea, también mejoran con la incorporación del relleno de alginato entrecruzado con los dos cationes de calcio y zinc (Tabla 5).The compressive mechanical properties in the dry and swollen state at 37°C (human body temperature), which are critical for bone regeneration applications, are also improved by the incorporation of the crosslinked alginate filler with both calcium and zinc cations (Table 5).

Tabla 5. Ensayos mecánicos de compresión de los andamios UCV-0 (control) y UCV-1 en estado hinchado durante 24 horas a 37°C y en estado seco. Table 5 . Mechanical compression tests of the UCV-0 (control) and UCV-1 scaffolds in the swollen state for 24 hours at 37°C and in the dry state.

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Por tanto, el relleno de alginato tanto en estado seco como hinchado dentro del andamio le proporciona integridad física al andamio de PLA mejorando sus propiedades mecánicas de compresión.Thus, the alginate filler in both the dry and swollen state within the scaffold provides physical integrity to the PLA scaffold by improving its compressive mechanical properties.

En conclusión, se ha desarrollado un andamio poroso capaz de regenerar hueso previniendo infecciones, incluidas las multirresistentes que tantos problemas están causando actualmente y la Organización Mundial de la Salud estima que en el año 2050 será la causa principal de fallecimientos superando al cáncer. Es un proceso muy reproducible y muy económico. Además, permite producir andamios a la carta para cada paciente según las necesidades realizando un escaneo previo en el defecto óseo del paciente. El 42% de los individuos fueron sacrificados por problemas de infecciones en el foco de fractura; siendo el 100% de ellos pertenecientes al grupo UCV-0. Sin embargo, se concluye que mediante la evaluación tomográfica, sobre todo en la valoración cuantitativa, se puede observar la formación de callo más maduro en el grupo UCV-1 que en el grupo UCV-0 sugiriendo una osificación más avanzada en el grupo UCV-1 de andamios fabricados con PLA poroso por impresión 3D rellenos de alginato entrecruzado con cationes divalentes de calcio y zinc en la proporción adecuada. Además, estos soportes demostraron tener mayor capacidad de absorción de agua y mejor comportamiento mecánico a compresión en estado seco e hinchados a la temperatura del cuerpo humano. El éxito de la consistencia física para permanecer el relleno de alginato entrecruzado dentro del andamio fue comprobado mediante espectroscopía infrarroja FTIR.In conclusion, a porous scaffold capable of regenerating bone has been developed, preventing infections, including multiresistant infections that are currently causing so many problems and the World Health Organization estimates that by 2050 it will be the leading cause of death, surpassing cancer. It is a very reproducible and very economical process. In addition, it allows the production of scaffolds on demand for each patient according to the needs, performing a previous scan of the patient's bone defect. 42% of the individuals were sacrificed due to infection problems at the fracture site; being 100% of them belonging to the UCV-0 group. However, it is concluded that through the tomographic evaluation, especially in the quantitative assessment, the formation of more mature callus can be observed in the UCV-1 group than in the UCV-0 group, suggesting a more advanced ossification in the UCV- group. 1 of scaffolds made with porous PLA by 3D printing filled with crosslinked alginate with divalent cations of calcium and zinc in the appropriate proportion. In addition, these supports proved to have greater water absorption capacity and better mechanical behavior under compression in the dry state and swollen at human body temperature. The success of the physical consistency in remaining the cross-linked alginate filler within the scaffold was verified by FTIR infrared spectroscopy.

Ejemplo 2: Ensayo histológicoExample 2: Histological test

1. Metodología1. Methodology

1.1. Obtención de muestras1.1. Sampling

Tras el sacrificio de los individuos se procedió a la extracción de las muestras histológicas para lo que se expuso la región de la muestra femoral objeto de estudio (diáfisis media de fémur), y mediante el empleo de una hoja de bisturí del número 11 y una sierra oscilante se extrajo la región del andamio con su callo óseo, tomando un margen de 1 cm proximal y distal al mismo. After the sacrifice of the individuals, the histological samples were extracted, for which the region of the femoral sample under study (middle diaphysis of the femur) was exposed, and by using a number 11 scalpel blade and a With an oscillating saw, the region of the scaffold with its bone callus was extracted, taking a margin of 1 cm proximal and distal to it.

1.2. Estudio histológico1.2. histological study

La porción femoral que incluye el andamio queda fijada en paraformaldehído al 4% a temperatura ambiente durante al menos 24h, para su posterior descalcificación en una solución de EDTA comercial (Osteodec®, Bio-Óptica; Italia) durante 21 días, (hasta la correcta descalcificación).The femoral portion that includes the scaffold is fixed in 4% paraformaldehyde at room temperature for at least 24h, for subsequent decalcification in a commercial EDTA solution (Osteodec®, Bio-Optica; Italy) for 21 days (until the correct decalcification).

Transcurrido este periodo, las muestras fueron incluidas en bloques de parafina para su sección y posterior conservación. De cada muestra se obtuvieron 3 secciones sagitales de 5 micrómetros de espesor con un micrótomo para su posterior tinción con Hematoxilina-Eosina (H-E). Los cortes histológicos fueron en primer lugar hidratados y des-parafinados mediante el protocolo habitual de inmersiones en Xilol y alcoholes.After this period, the samples were included in paraffin blocks for sectioning and subsequent conservation. From each sample, 3 5-micrometer-thick sagittal sections were obtained with a microtome for subsequent staining with Hematoxylin-Eosin (H-E). The histological sections were firstly hydrated and deparaffinized using the usual protocol of immersions in Xylol and alcohols.

1.3. Valoración microscópica1.3. microscopic evaluation

La valoración microscópica se realizó con un microscopio óptico de alta resolución equipado con diferentes objetivos (4X, 10X, 20X, 40X y 60X) (Olympus)The microscopic evaluation was carried out with a high-resolution optical microscope equipped with different objectives (4X, 10X, 20X, 40X and 60X) (Olympus)

Las secciones teñidas con H-E, fueron sometidas a evaluación siguiendo la escala semi-cuantitativa modificada descrita para evaluación histológica de defectos óseos críticos (Oztürk et al., 2006) (Figura 9 a+b)The sections stained with H-E were subjected to evaluation following the modified semi-quantitative scale described for histological evaluation of critical bone defects (Oztürk et al., 2006) (Figure 9 a+b).

1.4. Resultados.1.4. Results.

A continuación se muestra la Tabla 6 donde se expresan las valoraciones histológicas para cada una de las muestras.Table 6 is shown below, where the histological evaluations for each of the samples are expressed.

Tabla 6: Valores obtenidos en la evaluación histológica para cada individuo: muestra control de material de ácido poliláctico (UCV-0) y las tres réplicas de los andamios constituidos a partir de PLA con relleno de alginato entrecruzado con calcio y zinc (UCV-1) Table 6 : Values obtained in the histological evaluation for each individual: control sample of polylactic acid material (UCV-0) and the three replicates of the scaffolds made from PLA with calcium and zinc crosslinked alginate filler (UCV-1). )

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Tal y como se ilustra en la Figura 9, en las muestras histológicas se observa una región de transición en el individuo UCV-1 (Réplica 1) formada por tejido fibrocartilaginoso estructurado que se introduce por los poros del andamio logrando una integración adecuada del mismo con el callo fibroso. En otras secciones del mismo individuo (no mostradas en la actual imagen), se encuentran fases de callo más avanzadas en regiones periféricas con tejido cartilaginoso presente. Por el contrario, la muestra UCV-0 evidencia una región de transición formada por un tejido fibroso desestructurado, que no logra introducirse entre los poros del andamio, no logrando la integración esperada del mismo.As illustrated in Figure 9, in the histological samples a transition region is observed in the UCV-1 individual (Replica 1) formed by structured fibrocartilaginous tissue that is introduced through the pores of the scaffold achieving an adequate integration of the same with fibrous callus. In other sections of the same individual (not shown in the current image), more advanced callus stages are found in peripheral regions with cartilage tissue present. On the contrary, the UCV-0 sample shows a transition region formed by a destructured fibrous tissue, which fails to enter the pores of the scaffold, not achieving its expected integration.

En conclusión, el grupo UCV-1 parece mostrar un callo fibrocartilaginoso en alguna de las regiones estudias, más avanzado que el observado en el individuo UCV-0. La integración del andamio resultaría mayor en el grupo UCV-1, al permitir la formación de callo fibroso en su trabeculado, además de en su región periférica. In conclusion, the UCV-1 group seems to show a fibrocartilaginous callus in some of the studied regions, more advanced than that observed in the UCV-0 individual. The integration of the scaffold would be greater in the UCV-1 group, by allowing the formation of fibrous callus in its trabeculate, as well as in its peripheral region.

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Claims (13)

REIVINDICACIONES 1. - Un andamio para su utilización en ingeniería tisular ósea que comprende:1. - A scaffold for use in bone tissue engineering comprising: - un cuerpo, soporte o estructura porosa con forma tridimensional (3D) constituido a partir de un material polimérico, y- a body, support or porous structure with a three-dimensional (3D) shape made from a polymeric material, and - un hidrogel de alginato de calcio y zinc,- a hydrogel of calcium and zinc alginate, caracterizado porque dicho hidrogel de alginato de calcio y zinc se encuentra integrado en el cuerpo, soporte o estructura porosa, y porque el hidrogel de alginato de calcio y zinc comprende entre 4% a 7% en peso de iones de zinc y 3% a 6% en peso de iones de calcio.characterized in that said calcium and zinc alginate hydrogel is integrated into the body, support or porous structure, and in that the calcium and zinc alginate hydrogel comprises between 4% to 7% by weight of zinc ions and 3% to 6 % by weight of calcium ions. 2. - Un andamio de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el hidrogel de alginato de calcio y zinc integrado en el cuerpo, soporte o estructura porosa se dispone a modo de recubrimiento o relleno de la estructura o cuerpo poroso de material polimérico.2. - A scaffold according to claim 1, characterized in that the calcium and zinc alginate hydrogel integrated into the body, support or porous structure is arranged as a coating or filling of the structure or porous body of polymeric material. 3. - Un andamio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo, soporte o estructura porosa con forma tridimensional (3D) está constituida a partir de un material polimérico seleccionado del grupo que comprende: poliésteres alifáticos, poli(aminoácidos), copoli(éter-ésteres), oxalatos de polialquilenos, poliamidas, policarbonatos derivados de tirosina, poli(iminocarbonatos), poliortoésteres, polioxaésteres, poliamidoésteres, polioxaésteres que contienen grupos amino, poli(anhídridos), polifosfacenos, biomoléculas, tales como colágeno, elastina, ácido hialurónico, almidones bioabsorbibles, y mezclas de los mismos, poliésteres alifáticos, tales como, homopolímeros y copolímeros de lactida, incluyendo ácido láctico, D-, L- y mesolactida, glicólido,incluyendo ácido glicólico), \varepsiloncaprolactona, p-dioxanona (1,4-dioxan-2-ona), carbonato de trimetileno (1,3-dioxan-2-ona), derivados de alquilo de carbonato de trimetileno, \delta-valerolactona, \betabutirolactona, \gamma-butirolactona, \varepsilon-decalactona, hidroxibutirato (unidades de repetición), hidroxivalerato (unidades de repetición), 1,4-dioxepan-2-ona, incluyendo su dímero 1,5,8,12-tetraoxaciclotetradecan-7,14-diona, 1,5-dioxepan-2-ona, 6,6-dimetil-1,4-dioxan-2-ona, 2,5-dicetomorfolina, pivalolactona, alfa, alfa-dietilpropiolactona, carbonato de etileno, oxalato de etileno, 3-metil-1,4-dioxan-2,5-diona, 3,3-dietil-1,4-dioxan-2,5-diona, 6,8-dioxabicicloctan-7-ona y mezclas de polímeros de los mismos.3. - A scaffold according to any of the preceding claims, characterized in that the body, support or porous structure with a three-dimensional (3D) shape is made from a polymeric material selected from the group comprising: aliphatic polyesters, poly(amino acids ), copoly(ether esters), polyalkylene oxalates, polyamides, polycarbonates derived from tyrosine, poly(iminocarbonates), polyorthoesters, polyoxaesters, polyamidoesters, polyoxaesters containing amino groups, poly(anhydrides), polyphosphazenes, biomolecules such as collagen, elastin, hyaluronic acid, bioabsorbable starches, and mixtures thereof, aliphatic polyesters, such as, homopolymers and copolymers of lactide, including lactic acid, D-, L- and mesolactide, glycolide, including glycolic acid), ε-caprolactone, p- dioxanone (1,4-dioxan-2-one), trimethylene carbonate (1,3-dioxan-2-one), alkyl derivatives of trimethylene carbonate, δ-valerolact one, ?-butyrolactone, ?-butyrolactone, ?-decalactone, hydroxybutyrate (repeating units), hydroxyvalerate (repeating units), 1,4-dioxepan-2-one, including its 1,5,8,12-dimer tetraoxacyclotetradecane-7,14-dione, 1,5-dioxepan-2-one, 6,6-dimethyl-1,4-dioxan-2-one, 2,5-diketomorpholine, pivalolactone, alpha, alpha-diethylpropiolactone, ethylene carbonate, ethylene oxalate, 3-methyl-1,4-dioxan-2,5-dione, 3,3-diethyl-1,4-dioxan-2,5-dione, 6,8-dioxabicycloctan-7- one and polymer mixtures thereof. 4. - Un andamio de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que el cuerpo, soporte o estructura porosa con forma tridimensional (3D) está constituido a partir de ácido poli-láctico (PLA).4. - A scaffold according to claim 3, characterized in that the body, support or porous structure with a three-dimensional (3D) shape is made from polylactic acid (PLA). 5. - Un andamio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el recubrimiento de alginato de calcio y zinc comprende entre el 1,5 - 2% p/p (respecto al peso total del andamio)5. - A scaffold according to any of the preceding claims, characterized in that the calcium and zinc alginate coating comprises between 1.5 - 2% w/w (with respect to the total weight of the scaffold) 6. - Un andamio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el volumen de poros es de 20 a 30% con un tamaño medio de poro de 400 a 600 pm.6. - A scaffold according to any of the preceding claims characterized in that the pore volume is 20 to 30% with an average pore size of 400 to 600 pm. 7. - Un andamio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que incorpora opcionalmente componentes seleccionados del grupo que comprende: grafeno, óxido de grafeno, nanofibras de carbono , grafito, óxido de grafeno reducido, grafeno reducido, nanotubos de carbono de pared simple o múltiple, fullereno, óxido de grafeno funcionalizado con alquilamina o con amoniaco, grafeno dopado con boro, grafeno dopado con nitrógeno, grafeno dopado con fósforo, grafeno dopado con azufre, grafeno dopado con boro y nitrógeno, grafeno dopado con fósforo y nitrógeno, grafeno dopado con azufre y nitrógeno y óxido de grafeno reducido sulfonado, nanocompuestos con nanomateriales de carbono como el grafeno/TiO2, grafeno/Fe3O4, grafeno/Mn3O4, grafeno/Pd, grafeno/Pt, grafeno/PtCo, grafeno/PtPd, grafeno reducido/TiO2, grafeno reducido/Fe3O4, grafeno reducido/Mn3O4, grafeno reducido/Pd, grafeno reducido/Pt, grafeno reducido/PtCo y grafeno reducido/PtPd y nanopartículas de polipirrol, nanopartículas y/o nanofibras como las nanopartículas de plata, oro, nanocelulosa, nanoarcillas ocerámicas.7. - A scaffold according to any of the preceding claims, characterized in that it optionally incorporates components selected from the group comprising: graphene, graphene oxide, carbon nanofibers, graphite, reduced graphene oxide, reduced graphene, carbon nanotubes of single or multi-walled, fullerene, alkylamine- or ammonia-functionalized graphene oxide, boron-doped graphene, nitrogen-doped graphene, phosphorus-doped graphene, sulfur-doped graphene, boron-nitrogen doped graphene, phosphorus-nitrogen doped graphene , sulfur and nitrogen doped graphene and sulfonated reduced graphene oxide, nanocomposites with carbon nanomaterials such as graphene/TiO2, graphene/Fe3O4, graphene/Mn3O4, graphene/Pd, graphene/Pt, graphene/PtCo, graphene/PtPd, graphene reduced graphene/TiO2, reduced graphene/Fe3O4, reduced graphene/Mn3O4, reduced graphene/Pd, reduced graphene/Pt, reduced graphene/PtCo and reduced graphene/PtPd and poly nanoparticles pyrrole, nanoparticles and/or nanofibers such as silver or gold nanoparticles, nanocellulose, or ceramic nanoclays. 8. - Un proceso para la obtención de un andamio de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7 que comprende las siguientes etapas:8. - A process for obtaining a scaffold according to claims 1 to 7 comprising the following stages: a) Impresión 3D de un soporte, estructura o cuerpo poroso polimérico (1); a) 3D printing of a support, structure or polymeric porous body (1); b) Inmersión a vacío de la estructura en una disolución acuosa de alginato de sodio (2,3);b) Vacuum immersion of the structure in an aqueous solution of sodium alginate (2,3); c) Sonicación (4);c) Sonication (4); d) Inmersión de la estructura de polímero alginato sódico en una disolución acuosa de cloruro cálcico (5,6);d) Immersion of the sodium alginate polymer structure in an aqueous solution of calcium chloride (5,6); e) Inmersión de la estructura de polímero alginato cálcico en una disolución acuosa de cloruro de zinc (7,8)e) Immersion of the calcium alginate polymer structure in an aqueous solution of zinc chloride (7.8) f) Purificación o lavado del andamio (10); yf) Purification or washing of the scaffold (10); and g) Secado en horno (9).g) Oven drying (9). 9. - Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la impresión 3D del soporte, estructura o cuerpo poroso se lleva a cabo con la técnica de modelado por deposición fundida.9. - A process according to claim 8, characterized in that the 3D printing of the support, structure or porous body is carried out with the fused deposition modeling technique. 10. - Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 8 - 9, caracterizado por que la inmersión a vacío de la estructura en la etapa b) se realiza en una disolución acuosa de alginato de sodio a una concentración de 2% p/v.10. - A process according to claims 8 - 9, characterized in that the vacuum immersion of the structure in stage b) is carried out in an aqueous solution of sodium alginate at a concentration of 2% w/v. 11. - Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 8 - 10, caracterizado por que la inmersión de la estructura en la etapa d) se realiza en una disolución acuosa de cloruro de calcio a una concentración de 0.5% p/v y la inmersión de la estructura en la etapa e) se realiza en una disolución acuosa de cloruro de zinc a una concentración de 0.5% p/v.11. - A process according to claims 8 - 10, characterized in that the immersion of the structure in stage d) is carried out in an aqueous solution of calcium chloride at a concentration of 0.5% w/v and the immersion of the structure in step e) is carried out in an aqueous solution of zinc chloride at a concentration of 0.5% w/v. 12. - Un andamio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para su uso en procesos reconstructivos de defectos óseos tales como: defectos segmentarios, defectos producidos por trauma, tumores osteolíticos, heridas de arma de fuego, defectos causados por osteoartrosis, cirugía, osteomielitis, cirugía tumoral, defectos óseos estructurales, defectos causados por osteoporosis, osteopenia y/o enfermedad ósea metabólica.12. - A scaffold according to any of claims 1 to 7 for use in reconstructive processes of bone defects such as: segmental defects, defects caused by trauma, osteolytic tumors, gunshot wounds, defects caused by osteoarthritis, surgery , osteomyelitis, tumor surgery, structural bone defects, defects caused by osteoporosis, osteopenia and/or metabolic bone disease. 13. - Un implante, injerto y sustituto de injerto óseo que comprende un andamio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 y 12. 13. - An implant, graft and bone graft substitute comprising a scaffold according to any of claims 1 to 7 and 12.
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