BR102014003817B1 - Processo de recobrimento descontínuo utilizando um biomaterial bioabsorvível e bioativo aplicado sobre substratos sólidos, recobrimento descontínuo e seu uso - Google Patents
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Abstract
processo de recobrimento descontínuo utilizando um biomaterial bioabsorvível e bioativo aplicado sobre substratos sólidos, recobrimento descontínuo e seu uso. a invenção se refere ao desenvolvimento de um recobrimento descontínuo utilizando um biomaterial bioabsorvível e bioativo (que pode ser uma biocerâmica, biopolímero ou compósito bioativo) aplicado sobre substratos sólidos (lisos, rugosos, ou porosos). esse recobrimento descontínuo deverá ser consumido totalmente em até 10 dias da implantação restando ao final apenas a interface do tecido neoformado com o implante. o recobrimento descontínuo proposto pode ser obtido por meio de qualquer método que permita a deposição de camada contínua, desde que ajustados os devidos parâmetros de processo. a técnica preferencial para a aplicação dessa camada descontínua é a aerografia ou atomização pneumática. o biomaterial preferencial é o biovidro.
Description
[001] A presente invenção se insere no campo de aplicação da Química, Farmácia, Medicina, Engenharia de materiais e, mais especificamente, na área de implantes, uma vez que se refere ao desenvolvimento de um recobrimento descontínuo composto por um biomaterial (que pode ser uma biocerâmica, biopolímero ou compósito bioativo) bioabsorvível e bioativo sobre substratos sólidos (lisos, rugosos ou porosos), de modo que após a implantação haja ligação direta do tecido neoformado à superfície do substrato sólido (implante) ao término do processo de recuperação tecidual e/ou estímulo local inicial para o desenvolvimento deste tecido.
[002] O recobrimento pode ser aplicado em implantes dentários, de quadril, de joelho, placas de reconstrução óssea, espaçadores intervertebrais, parafusos pediculares de sistemas de implantes para coluna, em reparo de cavidades anoftálmicas, e qualquer componente sólido implantável.
[003] Uma vez que a idade média de uma prótese total de quadril dificilmente excede os 15-20 anos e que o número de implantados aumentou e sua idade média diminuiu, tem sido cada vez maior o número de cirurgias para troca do implante ou das chamadas cirurgias de revisão. Pelo fato dessas cirurgias serem traumáticas e trazerem riscos aos pacientes, seria desejável que a vida útil média dos implantes, tanto dentários quanto ortopédicos, fosse de aproximadamente 40 anos.
[004] Para atender a essa necessidade um implante estrutural deveria ter como característica principal, não apenas a similaridade de seu módulo elástico com as do tecido ósseo, mas também ter a capacidade de se ligar efetivamente ao tecido ósseo, ou seja, ser bioativo. Não existe atualmente um material que possua todas essas características e a alternativa mais utilizada é a “biofuncionalização” das superfícies de implantes metálicos, alterando-as física e/ou quimicamente de modo a lhes conferir as propriedades funcionais típicas de sistemas biológicos.
[005] Uma opção tem sido recobrir implantes metálicos com camadas de cerâmicas bioativas. Mas essas camadas - especificamente a sua interface, ainda são um problema não totalmente solucionado, devido à incompatibilidade dos coeficientes de expansão térmica e módulos de elasticidade desses dois materiais. Essa incompatibilidade é a principal causa de falhas nos implantes recobertos e pela consequente redução da sua vida útil média.
[006] Nesse contexto, esta invenção propõe o recobrimento de substratos sólidos (lisos, rugosos ou porosos) com “ilhas” de um biomaterial bioativo e bioabsorvível, de preferência um biovidro, de modo que estas sejam consumidas em poucos dias após a implantação. No caso do uso de biovidro, por exemplo, a taxa de dissolução de sílica tem relação direta com a taxa de crescimento ósseo. Assim, o processo de dissolução total desse biovidro, além de acelerar a osseointegração eliminaria também qualquer eventual problema com a interface o que traria como consequências (1) o aumento da vida útil média dos implantes assim recobertos, (2) com consequente redução do número de cirurgias de revisão pela redução do número de falhas e, em última análise, (3) o aumento da qualidade de vida dos implantados.
[007] O pedido de patente PI 0200698-7 refere-se a um processo para obtenção de um revestimento contínuo bioativo de fosfato de cálcio sobre substratos sólidos através do tratamento químico dos mesmos. O recobrimento citado no referido pedido é contínuo.
[008] O pedido de patente PI 0306528-6 descreve um processo de recobrimento por crescimento biomimético com substituição do uso do vidro bioativo por uma solução de silicato de sódio durante a etapa de nucleação de fosfatos na superfície do substrato, com o qual se produz uma camada bioativa de recobrimento que se presta a revestir materiais poliméricos, metálicos e cerâmicos. Não há menção sobre a característica da camada (contínua ou descontínua), mas o biomaterial depositado é a hidroxiapatita que não é bioabsorvível da mesma forma que os biovidros, pois possui bioatividade em torno de 4 vezes menor que a de um biovidro. Isso significa que, mesmo se a camada for descontínua não é esperado que a hidroxiapatita seja dissolvida ou eliminada da superfície antes do final da cicatrização tecidual e, dessa forma a interface metal-cerâmica estará presente e será potencial fonte de falhas. De forma contrária, na presente invenção a interface metal-cerâmica é consumida pelo organismo nos estágios iniciais de cicatrização, mas não antes de estimular a formação tecidual.
[009] O pedido de patente US 5578086 descreve uma prótese que utiliza material compósito biocompatível. A prótese pode ser confeccionada a partir de duas formas distintas: (1) pela dispersão da hidroxiapatita em pó pela superfície de uma camada contínua de silicone ou borracha de poliuretano aplicada sobre a superfície do implante. Após a cura da camada do material elastomérico esta ficará aderida ao implante e as partículas de hidroxiapatita aderidas à camada. (2) O biomaterial em pó, preferencialmente a hidroxiapatita, é misturado ao silicone ou poliuretano. Essa mistura (material compósito) é aplicada à superfície do implante que após a cura ficará aderida a ele. A patente inclui ainda o biovidro como material alternativo. A camada adesiva de material elastomérico além de ser contínua não é bioabsorvível e, dessa forma, o implante não ficará em contato direto com o tecido a ser formado.
[010] O pedido de patente US 5990380 descreve implantes percutâneos e revestimentos bioativos incluindo um substrato e as fibras e / ou partículas de vidro bioativo distribuído sobre o substrato com uma distância pré-determinada inter fibra de pelo menos 20 μm. Apesar de a distribuição do biovidro ser descontínua, a camada sobre o implante não o é, pois a adesão do biovidro ao implante é feito pelo uso do silicone como adesivo, ou seja, há camada contínua e não bioabsorvível de silicone sobre o implante que não será eliminada e o tecido neoformado não terá contato direto com o implante.
[011] A patente PI0605628-8 refere-se a um produto e um processo para obtenção de uma matriz cerâmica porosa bioativa, de baixo custo, resistente mecanicamente e aplicável em enxertos e implantes ósseos, nas áreas: buco- maxilo-facial, ortopedia e odontologia, composta por alumina (Al2O3), hidroxiapatita ([Ca10(PO4)6(OH)2]) e biovidro(SiO2, Na2O, CaO, CaO/P2O5). Essa patente se refere à produção de um compósito de alumina porosa com adição de biovidro e hidroxiapatita infiltrados nos poros da alumina. A aplicação deste produto é em enxertos ósseos e não tem relação com a presente invenção a não ser pelo uso do biovidro como material bioativo.
[012] Não foram encontradas propostas para recobrimento de substratos sólidos utilizando camadas descontínuas bioativas e bioabsorvíveis da forma como apresentada e, por esse motivo, a presente invenção apresenta proposta inovadora. Note que nas propostas apresentadas nessa seção, e que descrevem camadas, após a implantação em nenhuma das situações e em nenhum momento do processo de cicatrização haverá contato direto do implante com o tecido formado, ou seja, em todos os casos os implantes são recobertos por camada contínua e não bioabsorvível cuja função é apenas fixar as partículas do biomaterial. Note também que, apesar da presença de biomaterial que estimula a formação de tecido, haverá sempre a presença de camadas permanentes, cujas interfaces serão fontes potenciais de falhas do implante. As figuras 1 e 2 mostram as diferenças entre essas camadas e a da presente invenção.
[013] O objetivo da presente invenção é: conferir a bioatividade típica de biomateriais, como os biovidros, a qualquer substrato sólido não bioativo sem as desvantagens dos recobrimentos contínuos.
[014] A deposição de camada descontínua proposta resolve dois problemas críticos: (1) torna bioativa a superfície de metais como o titânio, por exemplo, e (2) elimina a possibilidade inerente de falhas de camadas contínuas de biocerâmicas sobre implantes metálicos pelo fato de se tratar de camada a ser consumida totalmente nos estágios iniciais da cicatrização. Isso garante que o tecido neoformado se ligue diretamente ao implante e estimule a sua formação nos estágios iniciais da cicatrização.
[015] Além de o processo de dissolução do biovidro eliminar qualquer eventual problema com a interface ele também estimula a formação do tecido, pois os biovidros possuem propriedades osseoprodutoras, osseoindutoras e angiogênicas que aceleram a osseointegração, além das características bacteriostáticas e anti-inflamatórias que podem reduzir a ocorrência de infecções pós-operatórias. Todas essas propriedades do biovidro estarão presentes na superfície do implante enquanto o biovidro não for totalmente dissolvido.
[016] A invenção se refere ao desenvolvimento de um recobrimento descontínuo de um biomaterial (que pode ser uma biocerâmica, biopolímero ou compósito bioativo) bioabsorvível e bioativo aplicado sobre substratos sólidos (lisos, rugosos ou porosos), de modo que haja ligação direta do tecido neoformado com o implante e estímulo local para o crescimento deste tecido nos estágios iniciais da cicatrização. A camada possui ilhas de biomaterial com faixa de diâmetro equivalente entre 1 e 1200μm. Para o caso dos substratos cujo ponto de fusão é maior que a do biomaterial as partículas estarão aderidas diretamente ao substrato sólido pelo efeito de seu amolecimento durante elevação da temperatura em patamares acima da transição vítrea do biomaterial. Os substratos que possuírem ponto de fusão menor que o das partículas de biomaterial terão tais partículas aderidas à sua superfície por meio do uso de uma camada de gel à base de um polímero bioabsorvível, preferencialmente à base de celulose ou colágeno. Nos dois casos a camada referida deverá ser totalmente consumida em até 10 dias após a implantação, de modo a estimular a ligação direta do tecido neoformado ao implante e a aceleração da sua formação inicial.
[017] O recobrimento descontínuo proposto pode ser obtido por meio de qualquer método que permita a deposição de camada contínua, desde que ajustados os devidos parâmetros de processo, como o “thermal spray” ou aspersão térmica, a aerografia ou atomização pneumática, “dip coating” ou recobrimento por imersão, “drip coating” ou recobrimento por gotejamento e recobrimentos por pincel. A técnica preferencial para a aplicação dessa camada descontínua é a atomização pneumática. Os motivos dessa escolha foram: (1) baixo custo de operação; (2) baixa complexidade de uso; (3) baixa geração de resíduos; (4) mínima utilização de materiais que não fazem parte da cadeia produtiva dos implantes dentários ou ortopédicos, (5) segurança, no sentido de fazer uso apenas de materiais ou processos não perigosos e (6) precisão e reprodutibilidade em relação à quantidade de material depositado. A técnica de “thermal spray” ou aspersão térmica é uma alternativa para fixação de partículas de biomaterial cujo ponto de fusão é inferior ao do substrato sólido. Essa técnica gera partículas fundidas de biomaterial lançando-as sobre o substrato, onde ficam aderidas.
[018] O material da camada pode ser qualquer biomaterial bioativo e bioabsorvível, preferencialmente biovidros ou compósitos bioabsorvíveis contendo biovidros, na forma de ilhas com distribuição de tamanhos em sua forma final de uso entre 1 e 1200μm e recobrindo parcialmente a superfície do substrato sólido em frações de 2 a 80%.
[019] A camada pode ser aplicada sobre qualquer substrato sólido liso, rugoso ou poroso onde, após o término do processo inicial de regeneração tecidual se deseja contato direto do tecido neoformado com a superfície do substrato sem a presença de uma camada contínua de outro material entre estas partes. Exemplos de usos: implantes dentários, de quadril, de joelho, placas de reconstrução óssea, espaçadores intervertebrais, parafusos pediculares de sistemas de implantes para coluna, reparo de cavidades anoftálmicas e qualquer substrato sólido implantável.
[020] A Figura 1 mostra uma ilustração esquemática das camadas descritas no estado da técnica. 1 - Partículas de biomaterial - Biovidro ou hidroxiapatita, sobre a camada contínua de material adesivo; 2 - Camada adesiva contínua que unirá implante ao biomaterial; 3 - Camada de tecido neoformado sobre a superfície da camada compósita composta pelo material elastomérico e o biomaterial (hidroxiapatita ou biovidro); 4 - Partículas de biomaterial - biovidro ou hidroxiapatita, dispersa no volume de camada contínua de material adesivo (elastomérico); 5 - Partículas de biomaterial - biovidro, dispersas no volume de um material cerâmico (alumina); 6 - Camada de tecido neoformado sobre a superfície do substrato sólido compósito de cerâmica tendo o biomaterial (biovidro) disperso em seu volume.
[021] A Figura 2 mostra uma ilustração esquemática da camada descontínua nas duas situações possíveis: substrato com ponto de fusão superior ao das partículas do biomaterial e substrato com ponto de fusão inferior ao das partículas do biomaterial. 1 - Partículas originais de biovidro; 2 - Camada de polímero bioabsorvível utilizada como “adesivo” inicial; 3 - Partículas de biovidro amolecidas pelo tratamento térmico e aderidas diretamente ao substrato sólido de alto ponto de fusão (metal, cerâmica, ou compósito); 4 - Camada de tecido neoformado diretamente em contato com o substrato sólido.
[022] A Figura 3 mostra imagens obtidas por Microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrando o alcance da precipitação da hidroxiapatita a partir das partículas do biovidro F18 após teste de bioatividade.
[023] A Figura 4 representa graficamente a distribuição da fração de área ocupada pelas partículas na superfície (%) como função de x e y do traço (mm) após 5 demãos.
[024] A Figura 5 mostra a fração de área recoberta como função do número de demãos no recobrimento via aerografia.
[025] A Figura 6 mostra a variação do ângulo de contato água-titânio de acordo com a condição da superfície do titânio.
[026] A Figura 7 mostra partículas aderidas à superfície do titânio após teste de adesão via microendentação.
[027] A Figura 7a mostra a presença de trincas geradas por uma microendentação vickers de 200gf.
[028] A Figura 7b mostra a mesma partícula vista em (a), evidenciando que as trincas geradas não alteraram a adesão das partículas mesmo após 24 horas em ensaio de bioatividade.
[029] A Figura 8 mostra as células de linhagem osteoblástica aderidas às superfícies lisas do titânio após três dias de cultivo. A fluorescência cinza escuro e cinza claro indicam, respectivamente, citoesqueleto de actina, marcado com faloidina conjugada com Alexa Fluor, e núcleo celular, marcado com DAPI (4,6-diamidino-2-fenilindole).
[030] A Figura 8a mostra titânio sem recobrimento.
[031] A Figura 8b mostra titânio recoberto com biovidro 45S5.
[032] A Figura 8c mostra titânio recoberto com biovidro F18.
[033] A Figura 9 representa graficamente a viabilidade de células osteoblásticas ao longo do tempo sobre as superfícies de titânio com e sem recobrimentos.
[034] A Figura 10a mostra o aspecto do implante liso de titânio antes do tratamento térmico.
[035] A Figura 10b mostra o aspecto do implante liso de titânio após o tratamento térmico com fração de recobrimento médio de 8%.
[036] A Figura 10c mostra o aspecto do implante rugoso de titânio após o tratamento térmico com fração de recobrimento médio de 8%.
[037] A Figura 11 mostra a superfície de um implante dentário recoberto com fração de recobrimento médio de 25%.
[038] A Figura 12 mostra o topo do filete da rosca de um implante recoberto após o ensaio de inserção e remoção.
[039] A invenção se refere a um recobrimento descontínuo composto por um biomaterial (que pode ser uma biocerâmica, biopolímero ou compósito bioativo) bioabsorvível e bioativo aplicado sobre um substrato sólido. Trata-se, portanto de camada descontínua que será absorvida pelo organismo durante processo de cicatrização tecidual o que garante ausência de interfaces (potenciais causadoras de falhas), e contato direto do substrato sólido (implante) com o tecido neoformado, como mostra esquematicamente a Figura 2.
[040] Material utilizado: biomaterial na forma particulada, preferencialmente biovidro.
[041] Método de fixação: elevação da temperatura para as situações em que os substratos possuam ponto de fusão superior ao do biomaterial a ser depositado e a utilização de gel polimérico bioabsorvível como substância adesiva para as situações em que os substratos possuam ponto de fusão menor que a do biomaterial a ser depositado.
[042] A definição da quantidade de pó a ser fixada à superfície baseou-se na resposta à seguinte questão: qual a fração mínima de partículas que produz, após teste de bioatividade, uma camada de hidroxiapatita recobrindo 100% da superfície.
[043] Os resultados desses testes mostraram que o alcance da precipitação da hidroxiapatita a partir da borda das partículas depende da distribuição granulométrica do pó do biovidro e de sua composição. Para o biovidro utilizado, o biovidro F18, com distribuição de partículas entre 10 e 100μm essa distância foi aproximadamente igual ao diâmetro da partícula, como vemos na Figura 3. Esse resultado indicou que se 25% da superfície estiver homogeneamente ocupada por partículas, ela estará 100% coberta por hidroxiapatita após ensaio de bioatividade. Os testes de bioatividade foram realizados baseados na norma ISO 23.317 (2007) “Implants for surgery — In vitro evaluation for apatite-forming ability of implant materials”.
[044] A utilização de outros tipos de biovidro e com variadas granulometrias de pós altera a fração recoberta que conduz à máxima formação de hidroxiapatita no ensaio de bioatividade devido a diferenças na velocidade de dissolução das partículas. Assim, foi possível definir que se regiões de biomaterial com diâmetro médio entre 1 e 1200μm recobrirem frações de superfície entre 2 e 80% a condição acima (superfície 100% recoberta por hidroxiapatita após ensaio de bioatividade) será atendida.
[045] Com base em critérios já definidos cinco formas de transferência do biomaterial para o substrato sólido podem ser utilizadas: 1. Pintura com pincel. 2. “Drip coating” ou recobrimento por gotejamento. 3. “Dip coating” ou recobrimento por imersão. 4. Aerografia ou atomização pneumática. 5. “Thermal spray” ou aspersão térmica.
[046] Foram utilizados nesse exemplo discos de titânio de 10mm de diâmetro e 3mm de espessura. A transferência do biomaterial para a superfície do substrato sólido, ou o recobrimento, utilizou-se de partículas de biovidro com distribuição granulométrica entre 5 e 500μm.
[047] Não há informações na literatura sobre a técnica da aerografia no campo de aplicação desta invenção. Por esse motivo foi necessário definir alguns parâmetros desse processo de modo à torna-lo reprodutível. Inicialmente definiu-se o termo “traço”. Na área gráfica e artística, onde o aerógrafo é extensivamente utilizado, “traço” refere-se ao padrão de deposição da tinta - mais ou menos denso, mais ou menos largo, deixado pelo aerógrafo na superfície sendo trabalhada. Na presente situação o traço será o padrão de deposição de partículas na superfície do titânio caracterizado pela distribuição e fração de partículas entregues à superfície pelo aerógrafo. Esse padrão de deposição será definido através dos seguintes parâmetros: 1. Densidade do traço - fração média da área superficial ocupada pelas partículas entregues à superfície durante a primeira demão. 2. Densidade Final do traço ou densidade de trabalho - fração média final da área superficial ocupada pelas partículas entregues à superfície. Podem ser utilizadas tantas demãos quantas forem necessárias para alcançar a densidade final. 3. Largura do traço - região onde a faixa de fração de área ocupada pelas partículas entregues à superfície possui os valores iguais aos da densidade final do traço.
[048] As características do traço utilizado neste exemplo estão apresentadas graficamente na Figura 4. Suas características principais foram: - Largura do traço: 1 a 40mm - Densidade do traço: 1 a 5% - Densidade de trabalho para 4 demãos: 25 a 30% - Densidade de trabalho para 5 demãos: 45 a 50% - Densidade de trabalho para 6 demãos: 50 a 60%
[049] Pela Figura 4 é possível notar que após 18 mm, aproximadamente, o traço já apresentou a densidade de trabalho, que para 5 demãos, fica entre 40 e 50%. A partir de 25 mm o traço já possui largura de aproximadamente 10 mm, que é o diâmetro dos discos de titânio a serem recobertos, e maior que os 3 mm de diâmetro médio dos implantes reais utilizados em exemplo de aplicação subsequente neste trabalho.
[050] A Figura 5 mostra que a quantidade de partículas entregue à superfície não é linear e varia desde os 3,5% de fração de área para uma demão até mais de 60% para seis demãos.
[051] Os demais parâmetros utilizados na aerografia foram: - Pressão de ar entre 0,5 e 3 pascal, preferencialmente 1 pascal, - Distância do bico à superfície entre 10 e 40 mm, preferencialmente 20mm, - Agulha do bico entre 60 e 120 μm, - Velocidade de aplicação entre 5 e 100 mm/s, - Para o caso de recobrimento de Implantes dentários estes deverão estar na posição entre 0 e 45° com a horizontal e sob rotação entre 0,5 e 4 rpm, - Umidade relativa do ar entre 44 e 49%, - Temperatura entre 19 e 28°C.
[052] O estudo deste exemplo nos mostra que é possível ajustar uma técnica de produção de camada contínua, como a aerografia, de modo que esta gere uma camada descontínua. Além disso, mostra também que é possível projetar camadas descontínuas com qualquer fração de biomaterial. No caso deste exemplo, se a necessidade é gerar camadas descontinuas com 25% da superfície recoberta por biovidro, deve-se aplicar 4 demãos.
[053] A capacidade de implantes dentários osseointegrados suportar carga depende da qualidade e quantidade do tecido ósseo ligado ao implante que, por sua vez são fortemente influenciadas pelas características da superfície do implante. Superfícies hidrofílicas melhoram a aposição óssea e promovem um contato osso-implante mais rápido.
[054] Inúmeros resultados in vitro, in vivo e clínicos tem mostrado a importância deste ensaio de molhabilidade ou ângulo de contato para a área de implantodontia.
[055] A Tabela 1 mostra os resultados das medições do ângulo de contato para diversas condições da superfície do titânio.
[056] Das amostras recobertas com o biovidro F18 a que conduziu ao menor ângulo de contato foi a superfície rugosa obtida por duplo ataque ácido. O valor do ângulo obtido foi de 5±2°. A Figura 6 mostra a variação do ângulo de contato em função da variação de alguns parâmetros. Foi possível evidenciar que o recobrimento das superfícies com os biovidros reduziu significativamente o ângulo de contato das superfícies do titânio.
[057] A grande maioria das superfícies de implantes disponíveis no mercado atualmente possui ângulo de contato superior a 10°. Alguns poucos implantes, incluindo um nacional possui ângulo de contato em torno de 5°. Mas é possível encontrar no mercado um implante com ângulo de contato igual a zero, ou seja, com total molhabilidade e que conduz a melhores resultados de osseointegração que superfícies com maior ângulo de molhamento. Esses implantes são fabricados por empresa considerada referência mundial na fabricação de implantes dentários. Tabela 1 - Resultado da avaliação do ângulo de contato entre água destilada e as diversas condições da superfície do titânio.
[058] Micro endentações com cargas de 200gf foram geradas nas superfícies das ilhas de bioavidro fixadas aos substratos sólidos. O objetivo foi avaliar qualitativamente a adesão da interface, parâmetro importante na colocação de implantes dentários. Na Figura 7, não foram notadas trincas na interface do titânio com o biovidro que permitissem o destacamento parcial ou total das partículas. Todas as trincas observadas estavam perpendiculares à superfície. Esse comportamento é um indicativo da boa aderência entre o titânio e o biovidro.
[059] O objetivo dos testes in vitro é avaliar a biocompatibilidade do biomaterial no ambiente biológico. A biocompatibilidade tem relação com a aceitação de um biomaterial pelo tecido adjacente e pelo corpo como um todo, ou seja, define se o desempenho do biomaterial é compatível com o esperado e não traz danos ao paciente/usuário.
[060] Discos lisos de titânio foram recobertos por aerografia como descrito na seção “Exemplo de Processo de recobrimento de discos de titânio por aerografia” para serem ensaiados in vitro. Discos lisos de titânio sem recobrimento foram ensaiados como controle.
[061] Foi utilizada para os ensaios in vitro uma linhagem de células tumorais estabelecida de osteossarcoma humano, denominada SaOS-2 (procedência: Banco de Células do Rio de Janeiro - BCBRJ).
[062] A avaliação da citotoxicidade foi realizada pelo método MTT, ou de oxidação metabólica do 3-(4,5- dimetiltiazol-2-il)-2,5 difenil brometo de tetrazólio (MTT, da empresa Sigma - Saint Louis- MO - USA) nos tempos de 1, 3 e 5 dias. O experimento foi realizado em triplicata.
[063] O teste de adesão celular avaliou a viabilidade das células aderidas à superfície após 4 horas de incubação. Decorrido esse tempo amostras foram retiradas da incubadora e as células foram enzimaticamente destacadas das superfícies do titânio.
[064] A Figura 8 mostra imagens obtidas por microscopia confocal de varredura a laser. Trata-se de células aderidas às superfícies do titânio após três dias de cultivo. Note que as células exibem prolongamentos citoplasmáticos que buscam ancoragem em várias direções, principalmente na direção dos riscos superficiais. Em (c) nota-se mais claramente o alinhamento das células às feições paralelas de sulcos superficiais e ressalta também o conjunto de várias células aderidas à superfície enfatizando a união de várias projeções citoplasmáticas e, consequentemente, de várias células. Isso sugere um bom espalhamento e adesão celular e demonstra a biocompatibilidade da superfície. Note que praticamente não há diferenças morfológicas ou de distribuição e quantidade de células entre as três superfícies.
[065] De acordo com os resultados encontrados no ensaio do MTT (Figura 9), observou-se que as superfícies recobertas sustentaram a viabilidade da linhagem de células osteoblásticas, SaOS-2, ao longo dos tempos de cultivo.
[066] Não foram observadas diferenças estatísticas significativas entre as amostras ensaiadas - recobertas e não recobertas. Por esse motivo as superfícies recobertas analisadas não tem efeito citotóxico, pois de acordo com a norma ISO 10993-5 “Biological evaluation of medical devices - Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity”, o efeito citotóxico é verificado quando há redução de pelo menos 30% na viabilidade celular em relação ao padrão conhecido - que neste caso é o titânio puro.
[067] A opção por testar o recobrimento por aerografia em implantes dentários foi devido à sua maior complexidade geométrica e tamanhos reduzidos em relação aos implantes ortopédicos, por exemplo.
[068] A Figura 10 mostra duas superfícies recobertas com biovidro F18 com fração de recobrimento médio de 8% e a Figura 11 a superfície de um implante com fração de recobrimento médio de 25%.
[069] Os recobrimentos dos implantes utilizaram os mesmos parâmetros utilizados nos recobrimentos dos discos titânio descritos anteriormente.
[070] É importante ressaltar que além de implantes com superfícies lisas foram recobertos implantes com superfície com duplo ataque ácido - ou rugosos. Essa superfície é a melhor superfície comercialmente disponível atualmente. Superfícies rugosas recobertas com biovidro, como já apresentado, possuem uma excelente molhabilidade (baixo ângulo de contato), o que é bastante desejável para um implante osseointegrável.
[071] A análise de homogeneidade foi baseada em aproximadamente 200 imagens. Os implantes dentários recobertos apresentaram fração de área recoberta média de 25%. Avaliação da Adesão das ilhas de biovidro ao implante dentário
[072] Como o implante dentário é um “parafuso ósseo” foi utilizada a norma ASTM F-543:2007 - Anexo A2 (“Test Method for Driving Torque of Medical Bone Screws”) como uma referência de teste. Com base nessa norma simulou- se a inserção do implante, mas em condições de teste mais severas que as reais. Essas condições seriam: (1) teste realizado nos dois sentidos, ou seja, na inserção e na remoção; (2) o processo foi feito a seco e (3) em um material que simula o osso cortical - mais denso, e em geral que está presente em apenas parte da profundidade inserida do implante. Assim, espera-se que se o recobrimento suportar essas condições de teste, ele certamente suportará o processo de inserção real.
[073] Os parâmetros desse teste, baseados na norma ASTM F-543:2007 - Anexo A2, dizem respeito basicamente à padronização do bloco de teste. Assim os parâmetros do ensaio foram: •Material do bloco de teste: poliuretano grau 40 com densidade e propriedades equivalentes ao de um osso cortical. • Dimensões do bloco: 100mm de altura por 40mm de diâmetro. A norma sugere que a menor dimensão deve ser maior que 10x o diâmetro nominal do parafuso a ser ensaiado e altura mínima 4,8mm. • Orifício de inserção do parafuso: condições como indicado pelo fabricante - no caso deste teste, 2mm até a profundidade de 9mm e 2,8mm até a profundidade de 7mm, para um implante de 3,5mm de diâmetro.
[074] Como podemos ver na Figura 12 não foram observados destacamentos ou trincamentos das feições do recobrimento. E com base nesses resultados pode-se afirmar que a adesão do recobrimento sobre os implantes não será afetada pelas condições reais de uso, pois as condições deste ensaio são muito mais severas que as condições reais.
[075] O processo de recobrimento por aerografia é viável para a obtenção de recobrimentos não contínuos com quaisquer frações finais desejadas, pois foi possível projetar e produzir recobrimentos de forma precisa e reprodutível.
[076] Por esse exemplo de adequação de um método de obtenção de camada contínua - a aerografia, pode se afirmar que é possível a obtenção de camada descontínua por meio de qualquer técnica de deposição de camadas contínuas, bastando para isso o correto ajuste dos respectivos parâmetros de processo.
[077] A adição da camada do biovidro F18 gerou uma superfície com ângulo de contato igual ao dos melhores implantes existentes no mercado mundial, ou seja, θ<5°.
[078] Os resultados obtidos nos testes in vitro mostram que a camada descontínua obtida pode trazer melhoras significativas para o desempenho dos implantes de forma geral (em especial os ortopédicos e dentários).
[079] A camada do biovidro aplicada sobre a superfície do implante dentário de titânio se mostrou bastante homogênea. A adesão das partículas ao substrato metálico foi adequada, pois o implante dentário, mesmo sendo testado em condição mais severa que a real - do ponto de vista das forças cisalhantes, não apresentou nenhuma falha na camada.
Claims (13)
1. Processo de recobrimento descontínuo utilizando um biomaterial bioabsorvível e bioativo sobre substratos sólidos, CARACTERIZADO PORcompreender as etapas de: - Seleção do biomaterial; - Transferência do biomaterial para a superfície do implante; - Fixação das partículas do biomaterial à superfície do implante; em que o biomaterial é um biovidro; em que a etapa de transferência é por meio da aerografia e em que os parâmetros utilizados na aerografia são - Largura do traço: 1 a 40mm, - Densidade do traço: 1 a 5%, - Densidade de trabalho para 4 demãos: 25 a 30%, - Densidade de trabalho para 5 demãos: 45 a 50%, - Densidade de trabalho para 6 demãos: 50 a 60%, - Pressão de ar entre 0,5 e 3 pascais - Distância do bico à superfície entre 10 e 40 mm, preferencialmente 20mm, - Agulha do bico entre 60 e 120μm, - Velocidade de aplicação entre 5 e 100 mm/s, - No caso de Implantes ou substratos simétricos o recobrimento é feito sob rotação entre 0,5 e 4 rpm, e em ângulo entre 0 e 45° na posição horizontal, - Umidade relativa entre 44 e 49%, - Temperatura entre 19 e 28 °C.
2. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicações 1, CARACTERIZADO pelo biovidro ser o biovidro F18.
3. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo biomaterial estar aderido à superfície do substrato sólido como na forma de ilhas com distribuição de tamanhos 1 e 1200 μm.
4. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADOpela quantidade de pó do biomaterial a ser utilizada ser tal que preencha entre 2 e 80% da superfície do substrato sólido.
5. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpela pressão de ar ser 1 pascal, e pelo no caso de implantes ou substratos simétricos o recobrimento ser feito sob rotação de 1 rpm.
6. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO PORna etapa de fixação quando o substrato sólido possuir ponto de fusão superior ao do biomaterial depositado, o biomaterial estar fixado diretamente ao substrato.
7. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo biomaterial ser fixado ao substrato sólido por meio da elevação da temperatura até patamar acima de sua temperatura de transição vítrea.
8. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO PORna etapa de fixação quando o substrato apresentar ponto de fusão menor que o do biomaterial, o biomaterial ser fixado à superfície por meio de uma camada adesiva de gel à base de polímero bioabsorvível.
9. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADOpelo gel à base de polímero bioabsorvível ser HPMC (hidroxipropilmetil celulose) ou colágeno na concentração de 0,05 a 1,2g para cada litro de uma mistura contendo 30 a 50% de água e 50 a 70% de álcool etílico.
10. Processo de recobrimento descontínuo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, CARACTERIZADOpelo biomaterial ser disperso no gel à base de polímero bioabsorvível na concentração de 0,001 a 0,6g/ml.
11. Substrato sólido implantável com recobrimento descontínuo de um biomaterial bioabsorvível e bioativo CARACTERIZADOpelo recobrimento ser obtido por meio do processo definido nas reivindicações 1 a 10.
12. Uso de um recobrimento descontínuo obtido pelo processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO PORser em implantes dentários, de quadril, de joelho, placas de reconstrução óssea, espaçadores intervertebrais, parafusos pediculares de sistemas de implantes para coluna, reparo de cavidades anoftálmica, e qualquer substrato sólido implantável.
13. Uso de um recobrimento descontínuo, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO PORser para implantes ortopédicos e dentários.
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