BR102015011732A2 - carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea - Google Patents

Abstract

carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea a presente invenção trata-se de um processo de produção de hidroxiapatitas carbonatadas (hac) nanométricas com dimensões entre 1-10 nm obtidas para uma faixa de composições de co32- entre 0 e 14%, similar em cristalinidade e composição ao tecido ósseo humano, visando à aplicação na medicina e na odontologia. o material obtido apresenta variabilidade composicional de co32-, apresentando características químicas e físicas do osso que será implantado, promovendo assim processos de osteointegração e regeneração óssea natural. o mesmo, mantém as características nanoestruturais e de degradação in vivo, visando utilização seletiva e aprimorada do material em implantes, enxertos e preenchimentos ossos de diferentes partes do corpo.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção Carboapatita Nanométrica Com Especificidade Para Regeneração Óssea Campo da Invenção [01] A presente invenção trata-se do desenvolvimento de hidroxiapatita carbonatada (carboapatita) sintética com cristais de tamanhos nanométricos para diferentes composições de carbonato, utilizando o método de precipitação em meio aquoso de sais precursores mantendo controlados a agitação, a temperatura e o pH. Esta amostra apresenta similaridade química e microestrutural ao osso humano visando à aplicação na medicina e na odontologia, sendo destinada ao enxerto ósseo.

Antecedentes da Invenção [02] À medida que os seres vivos envelhecem eles começam a se desgastar. Embora muitos fatores responsáveis pelo envelhecimento não sejam compreendidos completamente as consequências nos tecidos ósseos estão bastante claras. Os dentes se deterioram, as articulações tomam-se artríticas e os ossos ficam frágeis e quebram. Estes fatores, somados à crescente expectativa de vida atual, tem como consequência o crescente número de partes artificiais ou protéticas implantadas em indivíduos a cada ano1.

[03] O desafio fundamental no campo dos biomateriais consiste em obter materiais ou dispositivos para serem utilizados em implantes que substituam os tecidos vivos e que apresentem a capacidade de crescimento, regeneração e reparo1. O sucesso ou fracasso relativo de um biomaterial reflete na interação da interface biomaterial-tecido, a qual vem sendo o grande problema nesta área de estudo12. Neste sentido, é preciso desenvolver materiais com características químicas e microestruturais semelhantes àquelas presentes no osso humano de modo a induzir e a favorecer a regeneração do tecido a ser recuperado.

[04] Os fosfatos de cálcio são os materiais mais utilizados mundialmente em aplicações médicas e odontológicas envolvendo a substituição ou regeneração óssea e dentária. Isto se deve às elevadas propriedades que estes apresentam, entre as quais temos a biocompatibilidade, a estabilidade química em meio biológico, a osteocondução e a osteoindução1 34.

[05] Dentre os fosfatos de cálcio, a hidroxiapatita carbonatada {Ca70-x[(PO4)6.x (C03)x] (OH)2-x} tem sido estudada e aplicada como enxerto ósseo, sendo considerado um dos materiais mais promissores para a reintegração óssea. Isso pode ser compreendido devido a sua elevada similaridade química com a subunidade inorgânica de ossos e dentes (que apresentam até 8% de carbonato) além de não ser um material tóxico nem carcinogênico56. É conhecido que suas superfícies bioativas propiciam ligações químicas fortes com os ossos em contato17 8. Esta propriedade tem sido explorada para a rápida recuperação óssea após traumas ou cirurgias permitindo o acompanhamento periódico por meio de exames.

[06] Apesar das hidroxiapatitas estequiométricas poderem ser constituídas por partículas pequenas, os biomateriais comerciais à base delas, após o processo de fabricação, são tratados a elevadas temperaturas e apresentam como formato final, para uso clínico, partículas maiores que 100 nm, na maioria das vezes, formada por duas fases cristalinas. Este processo de sinterização pode melhorar as propriedades mecânicas do material, mas inviabiliza suas características nanoestruturadas diminuindo a atividade química do material e suas propriedades de reabsorção no meio biológico9.

[07] Utilizando diversos processos de fabricação, precursores químicos e mecanismos de substituição iônica, as características finais do material podem ser modificadas de acordo com a aplicação específica que será dada ao material. É conhecido que quando se pretende obter um material para enxertos ósseos suas características devem ser semelhantes às do material hospedeiro (osso humano) para elevar a eficácia do processo de regeneração óssea. Para isto, no caso de um material sintético, é fundamental o conhecimento e controle dos fatores na produção para obter o material ideal para cada tipo de aplicação especifica10.

[08] Para o presente pedido de patente foram utilizadas as seguintes referências bibliográficas: 1. Oréfice, R. L.; Pereira, Μ. M.; Mansur, H.S. Biomateriais: fundamentos e aplicações. Rio de Janeiro: Cult. Med., 2006. 2. Aoki, H. Science and Medicai Applications of Hydroxyapatite, 1 st ed. Tokyo: Jap. Assoe Apat. Sei., 1991. 3. Pielichowska, K.; Blazewicz, S. Bioactive Polymer/Hydroxyapatite (Nano)composites for Bone Tissue Regeneration, in Biopolymers, 232, Abe, A.; Dusek, K.; Kobayashi, S.; Springer Berlin Heidelbeg, 97-207, 2010. 4. Sadjadi, M. S.; Meskinfam, M.; Sadeghi, B.; Jazdarreh, H.; Zare, K. In situ biomimetic synthesis, characterization and in vitro investigation of bone-like nanohydroxyapatite in starch matrix. Mater. Chem. Phys. 124, 217-222, 2010. 5. Zhang, J.; Jiang, D.; Lin, Q.; Huang, Z. Synthesis of dental enamel-like hydroxyapatite through solution mediated solid-state conversion.

Langmuir, 26 (5) 2989-2994, 2010. 6. Azevedo, V. V. C.; Chaves, S. A.; Bezerra, D. C.; Costa, A. C. F. M. Materiais cerâmicos utilizados para implantes. Biomateriais, 3, 35-42, 2007. 7. Deligianni, D. D.; Katsala, N. D.; Koutsoukos, P. G.; Missirlís, Y. F. Effect of surfasse roughness of hydroxyapatite on human bone marrowcell adhesion, proliferation, differentiation and detachment strength. Biomateriais, 22, 87-96, 2001. 8. Ning, C. Q.; Zhou, Y. In vitro bioactivity of biocomposite fabricated from HA and Ti powders by powders metallurgy method. Biomateriais, 33, 2909-2915,2002. 9. Dantas, F. M. L. Processo para a Produção de Nanopartículas de Hidroxiapatita e Hidroxiapatita Obtida. Brasil patente BR n. PI 10 2012027345-4, 2012 Out 10; 2014. 10. Guastaldi, A. C.; Aparecida, A. H. Fosfatos de Cálcio de Interesse Biológico: importância como biomateriais, propriedades e métodos de obtenção de recobrimentos. Quim. Nova, 33, 1352-1358, 2010 [09] Na busca pelo estado da técnica em literaturas patentárias foram localizadas as seguintes patentes, as quais tratam sobre temas similares: W02007/141324-A1, BR0311971-A, BR9608409-A, W02005/115418. US8367043-B2, USRE41584-E, US8105086-B2, EP0664133-B1, W01999032400-A1, W02000003747-A2, W02005082780-A1, RU2391317-C2, CN101585523-A, KR2006104095-A, EP0984799-B1, US5952010-A1, US6582672-B1 e BR1020120273454-A2. A partir das patentes citadas observa-se que de acordo com as técnicas empregadas para a síntese, serão obtidos materiais com microestrutura, morfologia e composição diferentes em C032'.

[10] O documento WO2007/141324-A1, trata-se de um processo de produção de suspensões de hidroxiapatita estequiométrica, com partículas de 80-100 nm, por adição de precursor em meio aquoso e solventes glicosídicos, tais como monopropileno glicol e dietileno glicol. O processo permite o controle de pH próximo a neutralidade, com adição de solução básica. A temperatura do processo pode variar de 50-120 °C. O produto final pode passar por secagem e por pulverização, com potencial para uso como revestimentos.

[11] No documento EP0664133-B1 apresenta-se um processo de preparação que simula o processo de osteogênese reparativa, com aglomerados de hidroxiapatita estequiométrica de concentração entre 18-36%. As partículas tem tamanho entre 0.015-0.060 pm e tem atividade biológica e farmacológica.

[12] A patente BR1020120273454-A2, relata um processo para produção de nanoparticulas de hidroxiapatita estequiométrica a partir de um sistema reacional onde uma fase é dividida (dispersa ou interna) em uma outra fase (contínua ou externa, na presença de um ou mais tensoativos - agente emulsificante) PVA, polisorbato 80 e polaxamer 188. O processo é desenvolvido com injeção e agitação controladas, operando na faixa de temperatura de 5-40 °C. O produto final é centrifugado, lavado e liofilizado, obtendo-se partículas com tamanho entre 10-100 nm e baixa cristalinidade.

[13] O processo descrito no documento BR0311971-A refere-se a um sistema para produção de obturação dentária ou material para implante altemativamente, utilizado para ligação entre um dente ou um osso e um material de obturação dentária/implante. O sistema compreende um líquido de hidratação (H3PO4 com Ca3(P04)2) e um material em pó (Ca3(P04)2 + Caio(P04)6(OH,F)2), cuja fase aglutinante do material em pó consiste de um sistema de cimento à base de cálcio (3CaO.Al2C>3 e/ou 3Cao.Si02 e/ou 2CaO.SiC>2), formando até 60% em volume de hidroxiapatita estequiométrica no sistema.

[14] Os documentos BR9608409-A, KR2006104095-A, US8367043-B2 e US5952010-A1, tratam do desenvolvimento de hidroxiapatitas carbonatadas na forma pastosa, com teor de CO32' máximo de 20%. Em todos os casos, a precipitação é feita por meio de soluções aquosas dos sais precursores. O pH é controlado entre 6-11 para favorecer a precipitação das partículas e a agitação é empregada. Em cada caso, podem ser adicionadas proteínas regenerativas de osso, antibióticos, metais antibacterianos (Zn, Cu, Ag), lubrificantes de fosfatos, carbonatos ou hidróxidos de sódio. Nesta morfologia o produto apresenta possibilidade de utilização como creme dental ou massa de moldagem em recobrimentos ósseos. Na BR9608409-A é obtido um material amorfo de fosfato de cálcio amorfo, com razão Ca/P = 1,1-1,9. De acordo com o documento KR2006104095A o material obtido apresenta diâmetro médio de 1-900 nm.

[15] De acordo com o documento USRE41584-E, observa-se um processo para a produção de hidroxiapatitas carbonatadas nanocristalinas via precipitação em meio aquoso. O processo consiste em misturar soluções de (NH4)2HP04 e Ca(N03>2 nas concentrações pré-estabelecidas. O pH é controlado por adição de NH4OH e posteriormente é borbulhado gás contendo 5% de CO2 e 95% de N2, a mistura é agitada magneticamente por até 24h.

Realiza-se tratamentos térmicos a 550, 700 e 900 °C com tempo de permanência de 2h. O produto final é um pó com partículas de até 100 nm. O tamanho de cristal é da ordem de 30-100 nm, citando exemplos de 25 e 65 nm. Se informa que o tamanho de partícula é menor que 1 micrômetro e não faz menção à % de CO32' presente.

[16] A patente W02005/115418 se refere a um processo de fabricação de hidroxiapatita carbonatada com até 10% de CO32'. A síntese decorre da mistura de solução de fosfato de cálcio e carbonato de metal alcalino terroso (CaC03 ou MgCC>3) em solução com pH > 6 e temperatura entre 50-90 °C. Uma centrífuga é utilizada para separação do sólido precipitado, que é seco em temperatura de 80-120 °C para confecção de comprimidos de uso oral.

[17] O processo proposto pela patente US8105086B2 é constituído de uma pluralidade de compostos de cálcio (sais, óxidos, silicatos e fosfatos) com composições variáveis. O procedimento consiste na mistura dos reagentes em meio aquoso, com as composições adequadas, durante 24h a temperaturas acima de 100 °C. O produto é seco e moído para a produção de um pó com 98% em peso de silicato e aluminato de cálcio.

[18] Os trabalhos W01999032400-A1 e W02005082780-A1 são exemplos de produção em meio aquoso de hidroxiapatitas carbonatadas com substituições parciais de Mg2" em sua estrutura. Nestes processos o teor de CO32' varia de 1-10 % e 0.5-15 % de Mg2". Para sintetizar os produtos, os precursores são misturados em solução aquosa, com pH e temperatura controlados. Após a precipitação são coletados e secos. Para o documento W02005082780-A1 os tempos de adição podem chegar de 2-8 horas e o produto final tem 40-60% de grau de cristalinidade. Não informam detalhes do tamanho de cristal ou partículas no produto final.

[19] O trabalho W02000003747-A2 reporta o uso de materiais nanométricos baseados em estrutura apatitica, de acordo com a equação química [Caio-xMx(P04)6-yByAz(0H)2-z], onde M é um cátion H", Na", Mg2+, K+, Sr2", Ba2" ou Fe2", B é um ânion CO32', HP042\ HCO3’ ou P2O74 e A pode ser O2', CO32', F' e Cl'; 0<x<9;0£y<5;0sz<2. O material apatitico é tratado com soluções contendo ácido tartárico e/ou seus sais e também solução de acetato em sequência, também são empregados tratamentos com soluções protetoras de quitosana acética e/ou málica e/ou hialurônica em concentrações de 5-20% em peso. O produto final tem cristais nanoestruturados de 1-50 nm.

[20] O trabalho RU239117-C2 relata o processo de produção de materiais para implantes. O processo é baseado em reações em meio aquoso de acetato de potássio e hidrofosfato de potássio, o controle de pH é feito com solução de KOH. O pó sintetizado é seco e a mistura final contém 65-92% de hidroxiapatita carbonatada e 8-35% de acetato de potássio.

[21] O produto desenvolvido na patente CN101585523-A também segue a linha de precipitação em meio aquoso de sais de cálcio e fosfato, ou de sais de cálcio e ácido fosfórico em concentrações definidas e meio alcalino. É empregado poli vinil pirrolidona como agente dispersante no sistema.

[22] A patente de número EP0984799-B1 diz a respeito de um revestimento implantável composto por um substrato biocompatível e bioativo. O revestimento bioativo é composto de hidroxiapatita carbonatada. O processo consiste em misturar soluções de precursores de cálcio, magnésio, fosfato e carbonato com pH na faixa de 5-10 e temperatura até 100 °C. Posteriormente o substrato é imerso na solução resultante e seco, para formação do revestimento.

[23] No caso da patente US6582672-B1, a precipitação em meio aquoso de hidroxiapatita carbonatada, seguida pela calcinação do precipitado produz um fosfato de cálcio com razão Ca/P = 1.67-1.76, contendo até 5% de CO32'. Para esta metodologia o 50-85% do sitio B da estrutura da hidroxiapatita são preenchidos com CO32·. No documento US6582672-B1 não se menciona a ordem do tamanho de cristal ou da amostra obtida.

[24] Como descrito acima, vários tipos de morfologia podem ser atribuídos a hidroxiapatita seja ela estequiométrica ou carbonatada. De acordo com o método de síntese utilizado pode-se gerar cristais nanométricos ou maiores. O principal método de síntese utilizado pelos trabalhos consiste na precipitação em meio aquoso, de sais, bases ou ácidos dos precursores iônicos de Ca2+, PO43· e CO32' e OH', com pH básico controlado.

[25] Os processos descritos no âmbito do estado da técnica para produção de nanopartículas de carboapatitas, não dispõem de: a) regularidade e controle do tamanho da partícula; b) uma faixa continua na sua possível composição, de forma controlada (quantidade de carbonato na estrutura entre 0 e 14%), para aumentar sua semelhança com os diferentes tipos específicos do osso humano. Estas características são de elevada exigência para aplicações médicas e odontológicas às que se destinam. Além disso, em nenhuma desses documentos de patentes são obtidas amostras da mesma ordem que as do osso humano (3 à 9 nm). As patentes encontradas até o momento no estado da técnica mostram como obter uma apatita com uma única composição específica ou com um tamanho médio do cristalito maior que o do tamanho do osso humano. Ademais, em nenhuma delas detalha-se como obter um material com uma composição e um tamanho de cristalito especifico e semelhante ao osso humano.

[26] Na presente invenção detalhamos o processo para produzir: a) um material de forma controlada, onde os cristalitos apresentam tamanho médio aparente entre 1 e 10 nm, descrevendo-se as condições para obter o tamanho específico requerido; b) descreve a forma de obter um material com uma composição específica de carbonato (entre 0 e 14%) para atender aos diversos tipos de casos possíveis. Citamos como exemplo, para o caso de um preenchimento ósseo na parte externa da mandibula lateral de um paciente adulto, 0 material a ser obtido teria como características cristalitos de tamanho médio aparente de 5 nm e uma composição média de 6% de carbonato, para se assemelhar com osso hospedeiro.

[27] Para obter um material com uma composição X de carbonato requerido, apresentamos uma fórmula para o cálculo da quantidade específica em gramas de cada reagente, levando em conta sua molaridade. E para obter um material da ordem nanométrica desejada, mostramos as condições experimentais requeridas como pH, temperatura, velocidade de gotejamento, velocidade de agitação, assim como o tempo e forma de maturação para a obtenção do material requerido.

Sumário da Invenção [28] A presente invenção se refere a um processo para síntese de carboapatitas nanométricas. No processo se utiliza o método de precipitação em meio aquoso de sais de cálcio, fosfato e carbonato. As carboapatitas nanométricas produzidas apresentam diferentes composições entre 0-14% de CO32' compreendendo cristalitos de tamanho médio aparente da ordem de 1-10 nm. A composição da amostra específica a ser obtida vai depender do tipo do osso que vai ser regenerado ou enxertado (ossos que realizam muito ou pouco esforço físico, partes internas ou externas do osso), assim como das características do paciente que vai requerer o implante, enxerto ou preenchimento ósseo, o qual pode ser criança, adulto ou paciente com deficiência óssea.

[29] O presente processo permite obter materiais com baixa cristalinidade e elevadas taxas de degradação in vivo. As características morfológicas e constitucionais bem como as propriedades físicas e químicas tornam o produto útil para aplicações nas áreas médicas e odontológicas em processos de osteointegração e/ou regeneração óssea.

[30] A presente invenção tem como primeiro objeto produzir um material para regeneração óssea com bioatividade e bioreabsorção superiores às hidroxiapatitas mais utilizadas em aplicações clínicas para preenchimento ou enxerto ósseo.

[31] O segundo objeto desta invenção é prover um material com variabilidade composicional de CO32' e que mantenha suas características nanoestruturais e de degradação in vivo, visando utilização seletiva e aprimorada do material.

[32] O terceiro objeto é prover um material que apresente as características químicas e físicas do osso que será substituído, promovendo processos de osteointegração e regeneração óssea natural.

[33] O quarto objeto é indicar como deve ser a interação entre o osso, o material utilizado e o tecido conjuntivo do paciente para obter uma adequada osteointegração e regeneração óssea.

[34] O processo desenvolvido para produção de nanoparticulas de carboapatitas envolve uma regularidade e um controle do tamanho da partícula, bem como variabilidade composicional controlada da quantidade de carbonato para aumentar sua semelhança com os diferentes tipos de ossos humanos. As características deste material são compatíveis com a exigência para aplicações médicas e odontológicas às que se destinam.

[35] O produto final desta invenção apresenta similaridade em composição e microestrutura com o tecido ósseo humano. Estas características permitem que o material seja empregado em enxertos, implantes e preenchimentos nas áreas da medicina e odontologia, onde precise de reparo ósseo. Descreve, ainda, como deve ser utilizado em casos cirúrgicos nos quais apresentem situações de defeito ósseo crítico (perda de mais de 20% do osso), obtendo uma eficiente regeneração e crescimento ósseo.

[36] A presente invenção apresenta similaridade composicional e microestrutural com o osso humano, proporcionando tempo de regeneração óssea inferior a 90 dias e elevando a capacidade de regeneração em defeitos ósseos críticos.

Breve Descrição das Figuras [37] A Figura 1 ilustra um esquema representativo do osso da pata de um rato, no qual se observa os ossos da fíbula e da tíbia. Este esquema representa a forma em que foi realizado o enxerto no osso do rato, utilizando os diversos materiais testados na pesquisa, tais como: hidroxiapatita estequiométrica sintética, material comercial atualmente comercializado para enxertos ósseos (HAP+PTC); hidroxiapatita estequiométrica nanométrica (HAP); carboapatita nanométrica contendo 6% de carbonato (HAC). (A) destaca os ossos da tíbia (*) e da fíbula (**) dos ratos. (B) mostra um esquema indicando a região onde foi criado o defeito ósseo (com destaque em chave) em uma dimensão de aproximadamente 5 mm. (C) ilustra o esquema cirúrgico utilizado para fixar os materiais para enxerto no osso do rato.

[38] A Figura 2 mostra a cirurgia realizada na pata de um rato para gerar um defeito ósseo crítico e preencher com os diversos materiais e o resultado obtido da microscopia depois de 22 dias da cirurgia. (A) mostra o defeito ósseo e a substituição por um cilindro, contento as amostras objeto de estudo, na fíbula do rato. (B) mostra o resultado obtido com o enxerto de HAC, podendo observar uma matriz óssea com presença de osteócitos (cabeça de seta, >) e osteoclastos reabsorvendo a matriz (seta, -►). (C) ilustra o resultado obtido com a HAP nanométrica, possibilitando visualizar os osteoclastos (cabeça de seta, >) digerindo cristais de hidroxiapatita representados com (*). A matriz óssea observada aparece representada por uma seta (->). (D) possibilita visualizar o resultado obtido com a amostra comercial HAP+PTC, na qual a matriz óssea (*) com osteócitos (seta, -+), em aumento de 10x.

[39] A Figura 3 mostra fotos das micrografias obtidas da matriz óssea dos animais sacrificados após 76 dias de tratamento com HAC, HAP ou HAP+PTC, com um aumento de 10x. (A) mostra o resultado obtido com a amostra de HAC, mostra também a matriz óssea com a presença de osteócitos (cabeça de seta, >) e regiões onde ainda não havia ocorrido produção de matriz óssea, destacado com uma seta (-►). (B) destaca o resultado obtido com HAP, onde resulta visível uma matriz óssea com osteócitos (cabeça de seta, >) e regiões onde se iniciou o processo de regeneração da matriz óssea representado com seta (—►). (C), mostra-se o resultado obtido com HAP+PTC, onde se visualiza pouca matriz óssea, representado com seta (->), envolvendo regiões onde estavam os cristais de hidroxiapatita, representados por(*).

[40] A Figura 4 apresenta os difratogramas de raios x obtidos por pó para as carboapatitas nanométricas utilizadas, com diferentes composições de CO32·, entre 2 e 14% de CO32' contidas na amostra. Uma quantidade significativa de material amorfo é visível nestas amostras por meio da linha de base dos difratogramas (fundo). Esta quantidade aumenta significativamente com o conteúdo de CO32' introduzido na amostra, mostrando a presença de material pouco cristalino. Os refinamentos dos difratogramas mostraram que o tamanho médio aparente do cristalito nas amostras resultou aproximadamente entre 3 e 8 nm.

[41] A Figura 5 ilustra os difratogramas obtidos para os ossos humanos como Tíbia, Fíbula, Mandíbula e Ulna, de homens entre 40 e 50 anos. Pode-se notar bastante similaridade entre os difratogramas obtidos dos ossos, quando comparados aos obtidos das amostras de carboapatitas na Figura 4. Esta semelhança mostra a semelhança microestrutural entre estes materiais. Nos refinamentos dos difratogramas dos ossos foram obtidos tamanhos médios aparentes de cristalitos da ordem nanométrica entre aproximadamente 4 e 8 nm.

[42] Na Figura 6 aparecem representados os espectros na região do Infravermelho (IV) obtidos para as carboapatitas. Nesta Figura aparecem identificados os picos característicos correspondentes aos principais modos vibracionais para CO32', PO43' e OH'. Destaca-se o notável aumento gradual na absorção dos modos vibracionais do carbonato, com o incremento do conteúdo deste ion (CO32').

[43] Na Figura 7 mostram-se as curvas de Análise Térmica Diferencial (DTA) obtidas para estas amostras. Nesta Figura visualizam-se pequenos picos presentes entre 500-600 °C para as amostras com X > 0.92, sugerindo a substituição do CO32' no sítio do OH.

Descrição Detalhada da Invenção [44] A presente invenção apresenta um processo para produção de hidroxiapatitas carbonatadas nanométricas apresentando um tamanho médio aparente dos cristaiitos entre 1-10 nm.

[45] A composição química das carboapatitas obtidas pode ser descrita de forma geral pela fórmula química: onde o valor de x está entre 0 e 2, resultando em uma amostra que apresenta faixa de composição de CO32' entre 0 e 14%.

[46] O processo da presente invenção compreende as etapas principais de: A) Preparo de solução de hidróxido de metal alcalino, como hidróxido de sódio ou potássio em quantidade suficiente para manter o pH básico entre 8-14 na solução da amostra a ser obtida. Para preparo da solução utiliza-se 0,5 mol de hidróxido por cada 100 ml_ da solução. B) Preparo de soluções de sal de cálcio, fósforo e carbonato que atendam a relação estequiométrica da amostra especifica requerida, dada pela forma geral da Equação Química 1.

[47] (Equação Química 1).

[48] Considerando que os valores de u e b são eleitos de forma tal que a razão entre eles esteja dentro da faixa de 1,67 a 2 (1,67<(u/b)^2) e, que wé calculado de formal tal, que respeitando os valores de u e b resulte em um valor entre 0 a 14% de CO32' em massa.

[49] Por sua vez, m, que corresponde a quantidade a ser obtida em massa, depende da massa ou quantidade dos reagentes utilizados, podendo variar de 0,1 a 103g.

[50] Com as soluções preparadas na estequiometria requerida para obter uma amostra com a quantidade específica de carbonato desejada, procede-se do seguinte modo: A) Adicionar as soluções de sais de fosfato e carbonato com um fluxo constante de 1-20 mL/min à solução de sal de cálcio B) Manter o pH entre 8-14 e constante para manter uma solução básica.

No caso da solução apresentar um pH menor deve-se acrescentar a solução de hidróxido do metal alcalino à solução de sal de cálcio até obter novamente o pH básico durante toda a reação, [51] Manter o sistema sob agitação na faixa de 50 a 2500 rpm, [52] Manter o sistema sob temperatura controlada na faixa de 0 a 70 °C.

[53] Manter o sistema por tempo de maturação na faixa de 1 à 12 horas em agitação.

[54] Com o precipitado pronto e maturado, pode-se prosseguir à obtenção do material final da seguinte forma: A) Filtrar a solução utilizando uma bomba de vácuo e lavando com água ultrapura, até separar todo o material precipitado, B) Secar a amostra obtida da filtragem em uma estufa até obter peso constante (produto final nanométrico), [55] O material obtido deve ficar com um tamanho médio aparente do cristalito entre 1-10 nm. No caso de precisar incrementar o tamanho do cristalito, pode se incrementar a temperatura de secagem entre 25 a 95 °C. Temperaturas maiores podem incrementar o tamanho do cristalito a valores maiores que 10 nm.

Exemplo 1: Preparação das soluções de sais [56] Neste exemplo será detalhada a forma de obter uma HAC nanométrica com a fórmula químics [57] Preparação das soluções de sais de cálcio fósforo e carbonato tomando como base a massa molar teórica dada pela fórmula da carboapatita de interesse e cálculo das molaridades específicas para estabelecera relação estequiométrica da Equação Química 1.

[58] Elegendo um valor para b=1 mol, calcula-se a quantidade em massa necessária de para obter a quantidade em mol que se quer de ΡΟΛ [59] Sabendo que o valor de u deve estar entre 1,67 e 2 mol. Como queremos introduzir uma quantidade de x=0.22 de CO32· no lugar do fosforo, pode-se calcular, de acordo com a Equação Química 1, o valor em massa necessária de Neste caso, 4 H2O para obter a quantidade em mol de Ca2+ necessária.

[60] Escolhemos 0 valor de w entre 0 e 2 mol. Neste caso, leva-se em conta a quantidade de mol necessária para obter a quantidade de CO32' que se quer introduzir no lugar do fósforo, assim calcula-se a massa que se precisa para utilização de [61] O material final obtido neste exemplo apresenta uma razão Ca/P = (u mol de Ca2+)/(b mol de PO43·) maior que 1,67.

Exemplo 2: Defeito ósseo induzido [62] Este exemplo ilustra um método de indução de defeito ósseo com dimensões criticas para verificar a regeneração óssea deste produto e comparar com outros materiais sintéticos utilizados atualmente. Para esta comparação foram utilizados grupos de ratos, nos quais foram enxertados carboapatita nanométrica contendo 6% de carbonato (HAC); hidroxiapatita estequiométrica nanométrica (HAP); hidroxiapatita estequiométrica sintética utilizando um material comercial atualmente comercializado para enxertos ósseos (HAP+PTC), alem do grupo controle no qual foi realizada só a fratura ou foi utilizado um tubo sem preenchimento. A experiência foi realizada com ratos machos jovens de aproximadamente 280 g.

[63] Para este teste foi realizada uma incisão de aproximadamente 3 cm de comprimento na face lateral da perna dos animais, como mostrado na Figura 2.

Afastando-se os tecidos subcutâneos e descolando os músculos da fíbula, criou-se um defeito ósseo de aproximadamente 5 mm, o qual foi iniciado na transição dos terços proximal e médio da fíbula. Para o preenchimento dos defeitos ósseos foi utilizado um tubo de 1 cm de comprimento e preenchido com o material para enxerto devidamente esterilizado (Figura 1). Foi utilizado um grupo controle para verificar se existiría crescimento ósseo (ou regeneração óssea) sem a presença do material externo. Nos ratos do grupo controle foi utilizado o tubo vazio, ou simplesmente uma fratura de tamanho crítico similar àquelas realizadas nos demais ratos enxertados com apatita. Após a cirurgia os músculos e tecidos subcutâneos foram reposicionados e a pele suturada. Em nenhum rato do grupo controle foi observado crescimento ósseo após 60 dias da cirurgia.

[64] Todos os procedimentos cirúrgicos foram realizados sob irrigação com solução fisiológica estéril.

Exemplo 3: Análise Histolóqica (Microscopia) [65] As peças obtidas a partir do procedimento cirúrgico, citado no Exemplo 2 são fixadas em paraformaldeído a 4% em tampão de fosfato, PH 7,4, 0,1 M por 4 horas e descalcificadas. São processadas e incluídas em parafina, realizados cortes seriados no sentido longitudinal da peça com 6 pm de espessura, iniciados a partir do centro do defeito cirúrgico original. Cada corte é corado pelas técnicas do Azul de Toluidina e Fucsina Básica para análise com microscopia de luz.

[66] Os cortes histológicos corados são avaliados qualitativamente em microscopia óptica, observando a qualidade e intensidade da reação inflamatória desenvolvida e ainda o tipo e qualidade do tecido formado no interior do defeito cirúrgico. Exemplos das imagens obtidas para cada amostra podem ser visualizados nas Figuras 2 e 3.

[67] Toda a caracterização do material utilizado (HAC, HAP, HAP+PTC e Tíbia de Rato e Mandíbula Humana) foi feita por Difração de Raios X (Figura 4) e o resultado do crescimento ósseo no defeito critico foi analisado por microscopia (Figura 2 (B), (C), (D)e Figura 3).

[68] O material sintetizado na forma de pó apresenta dimensões nanométricas, permitindo aplicação em cavidades ou lesões ósseas, sendo, ainda, capaz de ser misturado a agentes percolantes e fluídos corporais internos. Os testes in vivo realizados indicam que a forma nanocristalina da carboapatita permite um contato mais próximo e favorável com as proteínas da superfície celular responsáveis pela regeneração óssea. Observou-se, ainda, que o material nanométrico, ao ser reabsorvido pelos osteoclastos, cria condições para que as células osteogênicas produzam mais rapidamente a matriz do tecido ósseo quando comparado com o material comercialmente disponível (Figura 2 (B) e (C)). Isto pode ser comprovado pelo menor tamanho das regiões sem matriz óssea, durante a ossificação nos animais tratados (Figura 3).

Reivindicações Carboapatita Nanométrica Com Especificidade Para Regeneração Óssea

Claims (13)

1. Carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea caracterizada por apresentar tamanho médio aparente dos cristalitos entre 1 e 10 nanômetros.

2. Carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por ser obtida com a seguinte fórmula química: em que X seja maior que 0 e menor ou igual a 2; a composição de carbonato (CO3'2) seja maior que zero e menor ou igual a 14%.

3. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela equação química de obtenção, Equação Química 1. (Equação Química 1) na qual: u e b estão na faixa de 1,67<(u/b) ^2 w deve estar compreendido em valores que resultem em 0 a 14% de CO32' em massa m valor obtido que pode variar de 0,1 e 103g

4. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por manter o fluxo constante de adição das soluções de fosfato e carbonato entre 1 e 20 ml_ por minuto.

5. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por manter o pH do sistema reacional entre 8 e 14.

6. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por manter o sistema sob agitação na faixa de 50 a 2500 rpm.

7. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por manter o sistema reacional sob a temperatura de 0 a 70 °C.

8. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por manter o sistema reacional em tempo de maturação de 1 a 12 horas.

9. Processo de produção de Carboapatita nanométrica de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por promover a manutenção da temperatura de secagem entre 25 e 95 °C.

10. Carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea caracterizada pelo seu uso em processos de osteointegração e regeneração óssea.

11. Carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea caracterizada pelo seu uso como enxerto ósseo, preenchimento ósseo, substituição óssea e recobrimento para enxertos ósseos.

12. Carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea caracterizada por conter variabilidade composicional de CO32' mantendo suas características nanoestruturais e de degradação in vivo.

13. Carboapatita nanométrica com especificidade para regeneração óssea caracterizada por apresentar as características químicas e físicas do osso que será substituído.