BR102015017018A2

BR102015017018A2 - processo de modificação da interface de biocerâmica com poli(?- caprolactona) de topologia estrelada para obtenção de nanocompósito biocompatível, biodegradável e bioreabsorvível

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Publication number: BR102015017018A2
Application number: BR102015017018A
Authority: BR
Inventors: Álvaro Antonio Alencar De Queiroz; Daniela Sachs; José Carlos Bressiani; Ana Helena De Almeida Bressiani; Eleni Cristina Kairalla; Amanda De Carvalho Pereira Moraes
Original assignee: Universidade Federal De Itajubá; Comissão Nacional De Energia Nuclear
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2018-07-17

Abstract

a presente invenção descreve o compósito obtido por acoplamento químico do poli(£-caprolactona) de topologia estrelada (pcs) com nanocristais elou microcristais de hidroxiapatita (hap). o processo de funcionalização química da superfície de hap com pcs para obtenção de um compósito com propriedades biodegradáveis, biocompatíveis e bioreabsorvível é obtido utilizando diferentes núcleos iniciadores.

Description

(54) Título: PROCESSO DE MODIFICAÇÃO DA INTERFACE DE BIOCERÂMICA COM POLI(?CAPROLACTONA) DE TOPOLOGIA ESTRELADA PARA OBTENÇÃO DE NANOCOMPÓSITO BIOCOMPATÍVEL, BIODEGRADÁVEL E BIOREABSORVÍVEL (51) Int. Cl.: C08L 67/04; A61L 31/14 (73) Titular(es): UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ, COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR (72) Inventor(es): ÁLVARO ANTONIO ALENCAR DE QUEIROZ; DANIELA SACHS; JOSÉ CARLOS BRESSIANI; ANA HELENA DE ALMEIDA BRESSIANI; ELENI CRISTINA KAIRALLA; AMANDA DE CARVALHO PEREIRA MORAES (57) Resumo: A presente invenção descreve o compósito obtido por acoplamento químico do poli(£-caprolactona) de topologia estrelada (PCS) com nanocristais elou microcristais de hidroxiapatita (HAP). O processo de funcionalização química da superfície de HAP com PCS para obtenção de um compósito com propriedades biodegradáveis, biocompatíveis e bioreabsorvível é obtido utilizando diferentes núcleos iniciadores.

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PROCESSO DE MODIFICAÇÃO DA INTERFACE DE BIOCERÂMICA COM POLI(S-CAPROLACTONA) DE TOPOLOGIA ESTRELADA PARA OBTENÇÃO DE NANOCOMPÓSITO BIOCOMPATÍVEL, BIODEGRADÁVEL

E BIOREABSORVÍVEL

Campo de aplicação

A presente invenção descreve o desenvolvimento do processo para a obtenção de nanocompósitos com interfaces entre matriz e fase dispersa aperfeiçoadas por formação de ligação covalente entre uma matriz orgânica composta por poli(S-caprolactona) de topologia estrelada (PCS) e nanocristais e/ou microcristais de hidroxiapatita (HAP). O produto apresentado neste pedido demostra excelentes resultados quanto às suas propriedades biocompatíveis e hemocompatíveis quando comparadas ao poli(8-caprolactona, PCL) de topologia não estrelada para aplicação na Engenharia dos Tecidos Ósseos (ETO). O processo relatado neste pedido de patente pode representar a oportunidade para a obtenção de materiais compósitos de elevada estabilidade mecânica, biocompatíveis, biodegradáveis e bioreabsorvíveis, destinados à utilização na ortopedia e odontologia. O compósito PCS/HAP desenvolvido apresenta vantagens comparativas ao PCL/HAP que justificam acreditar no potencial comercial do mesmo.Portanto, não apresenta toxicidade para a membrana de células de mamíferos, ademais há a adesão e proliferação das células osteoblásticas ao compósito, o que demostra que o mesmo propicia o crescimento de tecido osseo.

Descrição do estado da Arte Poli(£-caprolactona) (PCL)

A utilização do polímero poli(8-caprolactona) na medicina ortopédica já está amplamente difundida quanto à sua utilização como matriz para o crescimento celular, funcionando basicamente como arcabouço em enxertos aloplásticos. Enxertos aloplásticos são aqueles em que a área receptora do organismo humano recebe um material sintético, seja um polímero, cerâmica, metal, ou seus compósitos. Os enxertos aloplásticos, dependendo de suas características, podem permanecer no local, serem reabsorvidos, ou servirem de matriz para a deposição do tecido ósseo. O polímero PCL é um poliéster

2/11 linear com características hidrofóbicas, objeto atualmente de intensa pesquisa e desenvolvimento de materiais implantáveis para a Engenharia de Tecidos Biológicos, particularmente ETO. No campo de ETO, o PCL tem sido utilizado em projeto de pinos, parafusos ou placas que são bioreabsorvíveis pelo organismo à medida que o osso é regenerado e a fratura consolidada. Os poliésteres do tipo PCL foram patenteados em 1965 pela Union Carbide (US 3,169,945 EUA) sendo, utilizados inicialmente utilizados como intermediários na síntese de elastômeros e espumas devido às suas propriedades plastificantes.

Devido às suas propriedades biocompatíveis e biodegradáveis, e manutenção de suas propriedades mecânicas após implantação no organismo humano, várias patentes tem sido dedicadas principalmente ao desenvolvimento de processos de síntese do PCL e seus derivados, sendo considerado como exemplo mais recente, o fumarato de poli(caprolactona), já disponível comercíalmente para utilização na medicina ortopédica. No caso supracitado, destacam-se as patentes: WO2012138732 A1/2012 e EP 1 809 678 B1/2013, cuja proprietária é a Mayo Foundation for Medicai EducationandResearch (EUA). A utilização do PCL na ETO apresenta como principais vantagens, comparada aos materiais convencionais (metais, cerâmicas e polímeros não biodegradáveis), o descarte de uma cirurgia subsequente para remoção do implante, o que reduz custos bem como os riscos de morbidade por infecção; inércia química, não havendo corrosão do material e a consequente liberação de íons metálicos; módulo de elasticidade compatível ao do osso, o que proporciona uma redução significativa na redução de tensões durante a remodelação óssea.

Hidroxiapatita (HAP)

Durante as últimas duas décadas uma nova tendência na medicina quanto à utilização do PCL atinge um grande nível de desenvolvimento combinando as propriedades do polímero biodegradável com a dos materiais biocerâmicos como a HAP para produzir substitutos ósseos com maior estabilidade mecânica e melhor interação com o tecido ósseo. O desenvolvimento dessa nova tecnologia baseia-se no fato de que a HAP é um

3/11 fosfato de cálcio que tem ocorrência natural como constituinte mineral do osso, representando cerca de 70% de sua massa. Ao mesmo tempo, a HAP possui boas propriedades de biocompatibiiidade e osteointegração e lenta velocidade de degradação, o que garante ao paciente a manutenção da forma geométrica do dispositivo implantável durante a regeneração do tecido ósseo em aplicações de longo prazo. Nessa direção, estudos de materiais formados pela combinação dos materiais PCL e HAP têm sido o foco no desenvolvimento de novos dispositivos para a medicina, medicina ortopédica e odontologia, cabendo destacar as patentes mais recentes US7968026 B1/2011, WO 2010044758 A1/ US20110307073/2010.

Vantagens Físico-Químicas do PCL de topologia estrelada e nanocristais e/ou microcristais de HAP em relação ao compósito PCL/HAP

A grande desvantagem no processo de fabricação de compósitos

PCL/HAP está na falta de adesão da HAP com a matriz polimérica hidrofóbica PCL, pois as partículas da biocerâmica são hidrofílicas, enquanto que o PCL é hidrofóbico. Esse inconveniente produz na interface a nucleação de trincas que levam à falha prematura do dispositivo em condições fisiológicas. A falta de adesão na interface PCL/HAP dos compósitos tradicionais intensificam processos degradativos induzidos pela água comprometendo seriamente a estabilidade mecânica dos dispositivos fabricados (Marra et aí, 1999; Chrissafise/ aí, 2007). O desenvolvimento do polímero poli(S-caprolactona) com topologia estrelada (PCS) tem atraído a atenção dos cientistas de biomateriais com relação à sua aplicação na obtenção de revestimentos altamente estáveis de sfenfs(US20080299164 A1, 2007; CA 2187625 A1, 1995).0 PCS apresenta assim propriedades muito promissoras para o desenvolvimento de compósitos onde o material orgânico está ligado covalentemente à superfície da biocerâmica. O acoplamento químico do PCS na superfície de HAP proporciona a obtenção de um material compósito monofásico com propriedades mecânicas superiores relativamente ao compósito PCL/HAP. Até o presente momento, não foram observadas patentes reivindicando a ligação química do PCS diretamente na superfície do HAP para

4/11 a obtenção de compósitos de elevado desempenho.Na pesquisa atual, o polímero PCS foi ativado para acoplamento na superfície da biocerâmica HAP. O produto apresentado neste pedido trata, portanto, de um produto inovador com excelentes resultados quanto às suas propriedades biocompatíveis e hemocompatíveis quando comparadas as do PCL para aplicação na ETO. O processo desenvolvido na presente invenção pode ser a oportunidade para a obtenção de materiais compósitos de elevada estabilidade mecânica, biodegradáveis e bioreabsorvíveis, destinados à utilização na medicina, medicina ortopédica e odontologia. O compósito PCS/HAP desenvolvido na presente invenção apresenta vantagens quando comparadas ao PCL/HAP que justificam acreditar no potencial comercial do mesmo.

A principal vantagem do processo de acoplamento químico do PCS na interface de microcristais e/ou nanocristais de HAP está na adesão da HAP com a matriz polimérica PCS. O acoplamento químico do PCS na interface da HAP permite um controle e/ou minimização dos processos degradativoshidrolíticos em meio fisiológico e o incremento da estabilidade dimensional do compósito pós-implantação.

No presente estudo foram desenvolvidas formulações de PCS e HAP sendo analisadas metodologias de ativação química da fase mineral HAP e da matriz orgânica PCS com o fim específico de se obter compostos híbridos orgânico/inorgânico com interface de elevado desempenho em meio biológico.A investigação das propriedades físico-químicas através de técnicas espectroscópicas (ressonância magnética nuclear e infravermelho) permitiu a seleção da melhor rota a para síntese do PCS e ativação da HAP. A análise por microscopia eletrônica de transmissão permitiu a identificação do PCS na superfície da HAP, confirmando o sucesso da síntese do compósito PCS/HAP com modificação da interface da fase mineral HAP.

A investigação das propriedades biocompatíveis e hemocompatíveisdo compósito PCS/HAP confirmou as características atóxicas do produto PCS/HAP. Portanto, o compósito PCS/HAP é um materialque propicia o que há de mais moderno com relação às propriedades de biocompatibilidade, bioadesão e bioreabsorção para a medicina, medicina ortopédica e

5/11 odontologia, não apresentado citotoxicidadepara as células, e fomentado a adesão e proliferação das células osteoblásticas ao compósito.

O produto PCS/HAP não apresenta similar no Brasil ou no exterior, unindo sinergicamente as propriedades de biocompatibilidade e ao mesmo tempo propiciando o crescimento de células ósseas, de interesse imediato da medicina, medicina ortopédica e odontologia.

Lista de Figuras

A Figura 1 ilustra as etapas envolvidas na rota de síntese do PCS e PCS-SH de três braços: (1) núcleo iniciador de glicerol e monômero 8caprolactona sintetizando o poli(8-caprolactona) estrela de três braços; (2) PCLE tosilato; (3) PCLE tosilato intermediário; (4) PCLE mercapto.

A Figura 2 apresenta os espectros de RMN: ¹H (a) e ¹³C (b) do PCS produzido. Os espectros foram obtidos em CDCI₃ a 25 °C.

A Figura 3 mostra a micrografia da biocerâmica HAP sintetizada em nossos laboratórios e utilizada para a obtenção do nanocompósito PCS/HAP.

A Figura 4 ilustra as etapas de ligação covalente do PCS à superfície de cristais do HAP: {5} cristais de HAP; (6) HAP epoxidada, (7) compósito PCS/HAP.

A Figura 5 refere-se aos difratogramas de raios X comprovando a ligação covalente da biocerâmica HAP ao polímero PCL: HAP (A) e do compósito PCS/HAP (B). Os asteriscos (*) referem-se às fases cristalinas do Ca₅(PO4)3(OH) relativo ao padrão ICDD 74-0566. Em (B) são observados os picos em 2 θ - 20° e 2 Θ = 23° característicos do PCS, indicando a presença do polímero na superfície do compósito.

Figura 6 apresenta as micrografias geradas em MEV, por mapeamento dos elementos químicos obtidos por espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX) demonstrando uma boa homogeneidade quanto à distribuição dos elementos Ca, P, C e O no compósito PCS/HAP. A distribuição homogênea de C indica o acoplamento químico do PCS na superfície cerâmica (HAP). A primeira micrografia indica a região onde foi efetuado o mapeamento dos elementos.

A Figura 7 mostra a micrografia obtida através da microscopia eletrônica de transmissão (MET) do compósito PCS/HAP onde se pode observar o PCS na

6/11 superfície das partículas de HAP. O diâmetro das partículas da biocerâmica HAP é de aproximadamente 20 nm, A interface orgânica/inorgânica está indicada pelas setas.

A Figura 8 apresenta as curvas de viabilidade celular das amostras do compósito PCS/HAP obtidas em ensaio de citotoxicidade pelo método de MTS. Observa-se que o compósito PCS/HAP apresenta características biocompatíveis adequadas para a medicina ortopédica, ou seja, a viabilidade celular apresentase adequada para os processos de reparação e regeneração celular.

A Figura 9 apresenta as isotermas de adsorção de fibrinogênio (HFb) sobre HAP (A) e PCS/HAP (B). Γ, Γ í e Γ2 representam a massa total de fibrinogênio adsorvido, massa de proteína que pode ser liberada da superfície (reversível) e massa de proteína ligada irreversivelmente à superfície, respectivamente.

A Figura 10 mostra a microscopia de fluorescência de células MG63 cultivadas em condições in-vitrosobre a superfície do compósito PCS/HAP. Aumento: 100X.

A Figura 11 mostra 0 efeito biológico do revestimento do PCS nas superfícies da HAP quanto ao comportamento de diferenciação celular. O estudo foi efetuado através de medidas de fosfatase alcalina a partir de cultura invitrode células MG-63 sobre 0 compósito PCS/HAP.

Na Figura 12 demostra a lâmina histoíógica corada através do método de coloração Tricrômico de Masson e é possível observar a capacidade do material em promover a reparação e regeneração óssea, em animais de experimentação. Onde 1, 2 e 3 representam tecido tipo endocondral, pastilha de PCL com topologia estrelada e osteócitos, respectivamente.

Descrição da Invenção

Na presente invenção 0 PCS foi sintetizado em reação de policondensação utilizando-se de partida um núcleo de poliglicerol e 0 monômero caprolactona em atmosfera de nitrogênio e temperatura de 150 °C. O polímero obtido foi purificado em diclorometano e precipitado em n-hexano. O rendimento do processo de obtenção do PCS foi de 85% e as massas

7/11 moleculares ponderai e numérica (determinadas por GPC) foram de Mw=8.280 e Mn=5.430, respectivamente.

O PCS obtido foi caracterizado pelas espectroscopias de ressonância magnética nuclear (RMN) de prótons (¹H), carbono (¹³C) e infravermelho (FTIR). A seguir são apresentados os sinais vibracionais (FTIR) ou de ressonância (RMN) que caracterizam o PCS obtido. ’H NMR (300 MHz, CDCI3) dados selecionados: δ 4,01 ppm (2H, t,-CH2CH2OC (O)-), 3,70 ppm (2H, t,CH2CH2OH), 2,24 (2H, t,-CH2CH2COO), 1,58 (4H, m,-CH2CH2COO), 1,33 (2H, m,-CH2CH2CH2CH2CH2-); ¹³C-RMN (75 MHz, CDCI3): δ 173,1 (-C (Ο) O-), 63,7 (-CH2CH₂OC (O)-), 33,6 (-CH₂CH₂COO-), 27,9 (-CH₂CH₂OC (O)-), 25,1 (CH₂CH₂COO-), 24,1 (-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-). Dados de FTIR selecionados (cm' ¹): 2943 (_uasCH₂), 2862 (_USCH₂), 1721 (_UC=O), 1291 (CO e CC) 1240 (_uasCOC), 1190 (uOC-O), 1170 (_USCOC), 1157 (CO e CC).

O PCS foi ativado por tosilação com p-toluenossulfonilo. Como exemplo de reação, p-toluenossulfonilo (0,05 mol) foi adicionado em 100mL de cloreto de metileno contendo 0,05 mol de PCLE, Figura 1 (1) e 0,05 mol de trietilamina em sistema reacional mantido a 0°C, por 24 h. Após destilação à pressão reduzida para a remoção do solvente, o PCS tosilado foi purificado por cromatografia flash sobre sílica usando diclorometano e acetonitrilo (3:1, 1:1, e 0:01 v/v). Os solventes foram evaporados para dar um rendimento de 65% para o composto apontado na Figura 1 (2).

O PCS tosilado (10.45g), Figura 1 (2), dissolvido em acetonitrila foi adicionado gota a gota a 0,036mol de tioacetato de sódio, a temperatura ambiente (25°C). Ao resíduo obtido, Figura 1 (3), foi adicionado 25 ml_ de uma solução 1M de ácido clorídrico e aquecido sob refluxo durante 6h. O solvente foi evaporado e 0 resíduo purificado por cromatografia flash em sílica, usando diclorometano/acetonitrilo com trietilamina a 0,1% (3:1, 2:1 e 1:1 v/v). Os solventes foram evaporados para fornecer 5,44g de um sólido amarelo pálido denominado de PCS-SH, Figura 1 (4), obtendo-se rendimento de 86%. O PCSSH foi caracterizado espectroscopicamente por RMN: ¹H-NMR (CDCI3) δ ¹HRMN (CDCb): ¹H-NMR (300 MHz, CDCI3) dados selecionados: δ 4,01 ppm (2H, t,-CH2CH2OC (O) -), 3,70 ppm (2H, t,-CH2CH2OH, grupo terminal), 2,24 (2H, t,8/11

CH2CH2COO), 1,58 (4Η, m,-CH₂CH₂COO), 1,33 (2Η, m,-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂-), 2,73-2,68 (m, 2H,-CH₂S), 1,62 (t, 1H, SH). A Figura 1 ilustra as etapas envolvidas de (1) a (4) para a obtenção do PCS-SH. A Figura 2 apresenta espectro RMN obtido, com os sinais anteriormente apontados.

A microestrutura das partículas da biocerâmica HAP sintetizadas para o revestimento com PCS e sua distribuição de tamanho está ilustrado na Figura 3. A HAP foi obtida pelo processo de precipitação pelo método de neutralização, que consistiu na adição de ácido fosfórico na velocidade de 8,0 mL/min em uma suspensão de hidróxido de cálcio, formando água como subproduto reacional, conforme a Equação (1);

10Ca(OH)₂ +6H3PO4 -^Ca₁₀ (PO₄)₆{OH)₂ +18H₂O (1)

O pó obtido foi seco por 24 h a 60 °C, seguido de calcinação em atmosfera e pressão normais a 800 °C por 3 h seguido de processo de desaglomeração em ultrassom à temperatura ambiente (25 °C). A Figura 3{A) ilustra que as dimensões das partículas de HAP apresentam dimensões manométricas.

O revestimento dos cristais de HAP com PCS-SH foi realizado após epoxidação da HAP com (3-glycidyloxypropyl) trimetoxissilano (Nielsen et al., 2010). Nesse caso, 0 grupo silano foi epoxidado e ligado covalentemente a um ou mais grupos hidroxila da superfície de ligações do éter HAP, permitindo que o grupo epoxi reagisse com 0 grupo SH do PCLE (SH). Como exemplo: 1g de cristais de HAP foi misturado com dimetilformamida (DMF) em um reator de vidro com fluxo de nitrogênio equipado com sistema de refiuxo tipo Dean Stark. A solução foi mantida a 175°C durante destilação azeotrópica do DMF. Cerca de 1,0 mL de (3-glycidyloxypropyl) trimetoxisilano foi adicionado mantendo-se 0 sistema reacional a 95°C. Adicionou-se em seguida, lentamente, uma solução de PCLE (SH) em DMF (1g:50mL) sendo a reação conduzida a 95 °C, por cerca de 100 h. Após filtração sob vácuo, 0 compósito PCS/HAP foi lavado por metodologia de extração sólido-líquido utilizando extrator Soxhletcom DCM à temperatura de refiuxo durante 2 dias, e seco sob vácuo à temperatura ambiente (25°C). A Figura 4 ilustra as etapas químicas envolvidas na síntese do nanocompósito PCS/HAP.

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O difratograma de RX (Figura 5) do nanocompósito PCS/HAP exibe dois picos a 2Θ = 20° e a 2Θ = 23°, estes são característicos do polímero PCS, o que confirma sua presença na superfície da biocerâmica.

A análise Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raio-X (EDS) em MEV (Figura 6) demonstra uma boa homogeneidade quanto à distribuição dos elementos Ca, O, P e C, presentes no compósito PCS/HAP, ficando evidente a homogeneidade de enxerto do polímero PCS na superfície da biocerâmica (HAP) confirmando o sucesso da síntese do compósito.

A enxertia do PCS na superfície de HAP foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão (MET). As amostras foram depositadas em fiime fino e recobertas com carbono. A micrografia apresentada na Figura 7, obtida em MET- campo claro demonstra a modificação da interface dos cristais de HAP pela enxertia do PCS, evidenciando assim o acoplamento do PCS na superfície da biocerâmica HAP.

Na sequência são apresentadas algumas caracterizações do compósito PCS/HAP para demonstrar suas boas propriedades bioquímicas quanto à biocompatibilidade, biodegradabilidade e bioreabsorção.

As propriedades não tóxicas observadas em cultura de células (Figura 8)dos materiais foram realizados de acordo com a norma ISO 10993, parte 5. Dessa forma, aeitotoxicidade por contato indireto foi avaliada pelo método colorimétrico que utiliza um composto tetrazólio (MTS - 3 - (4,5 - dimetiltiazol 2 - íl) — 5 - (3 - carboximetoxifenil) - 2 - (4-sulfofenil) - 2H - tetrazólio) para determinação da viabilidade celular (Coryeí a/., 1991). O material sintético é considerado biocompatível com células de mamíferos se a curva de viabilidade celular das amostras testadas ficarem acima da linha correspondente a 50% (Cl5o%) para todas as concentrações, no gráfico obtido no ensaio. Os compósitos PCS/HAP e PCS/HAPM apresentam curva de viabilidade celular acima da linha correspondente a 50% de viabilidade celular para todas as concentrações de extrato indicando que não houve liberação de produtos dos compósitos que causassem efeito citotóxico nas células. Dessa maneira, o revestimento de HAP com PCS não induz cítotoxicidade nas escalas nano ou micrométricas.

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A inserção do PCS na superfície de HAP leva a uma redução significativa na adsorção de fibrinogênio proteína reconhecidamente trombogênica. Portanto, os resultados de adsorção proteica (Figura 9), indicam que o revestimento da superfície de HAP com PCS produz um compósito hemocompatível.

Na análise da morfologia das células não foram detectadas alterações apoptóticas sendo observado bom nível de aderência entre as células e o compósito PCS/HAP. Estes dados forma obtidos por microscopia defluorescência referente ao estudo do crescimento de células de osteoblastos (MG63) em condições in vitro sobre as superfícies do compósito PCS/HAP (Figura 10). Esses resultados confirmam a biocompatibilidade do compósito obtido.

O revestimento do PCS nas superfícies da HAP resulta em comportamento de diferenciação celular(Figura 11). A diferenciação celular foi evidenciada através de medidas de fosfatase alcalina (ALP) a partir de cultura invitrode células MG-63 sobre o compósito PCS/HAP utilizando como reativo colorimétrico o p-nitrofenilfosfato. A ALP hidrolisa o p-nitrofenilfosfato (p-NFF), que é incolor, produzindo fosfato e p-nitrofenol, em pH 9,0. A velocidade de aparição do ânion p-nitrofenoiato (amarelo) a 405 nm é proporcional à atividade enzimática (ALP) da amostra. Os resultados demostraram um aumento na proliferação celular em função do tempo de cultura com comportamento muito parecido ao grupo controle.

A atividade osteoclástica e a presença de processos inflamatórios foram avaliadas em estudos in vivo do nanocompósito PCS/HAP em animais de experimentação (coelhos) (Figura 12). A analise das lâminas histológicas 6 meses após a cirurgia revela crescimento ósseo sem a presença significativa de processos inflamatório.

Os resultados obtidos através de estudos representados pela Figura 12 indicaram que o nanocompósito PCS/HAP se promoveu neoformação óssea e apresentaram neoformação mais lenta, possivelmente associada à biodegradação do revestimento com PCS na superfície da HAP. Os resultados

11/11 comprovam, portanto, que o nanocompósito PCS/HAP apresenta características potenciais de um biomaterialpara enxerto ósseo.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1- PROCESSO DE MODIFICAÇÃO DA INTERFACE DE BIOCERÂMICA COM P0LI(8- CAPROLACTONA) DE TOPOLOGIA ESTRELADA PARA OBTENÇÃO DE NANOCOMPÓSITO BIOCOMPATÍVEL, BIODEGRADÁVEL E BIOREABSORVÍVEI, caracterizado porenxertia do PCS diretamente na superfície da biocerâmica HAP com PCS obtido por _rolimerização do PCL de topologia estrelada com três, quatro e cinco braços, arquitetura tipo escova e, tendo como núcleo iniciador o glicerol, diglicerol, triglicerol, tetraglicerol, pentaglicerol, hexaglicerol e poliglecrol; funcionalização química da superfície de Hidroxiapatita (HAP) com PCS para obtenção de compósito com propriedades biodegradáveis, biocompatíveis e bioreabsorvívelde acordo com as seguintes etapas:

(a) - a obtenção do polímero PCS com três braços;

(b) - a obtenção do polímero PCS com quatro braços;

(c) a obtenção do polímero PCS com cinco braços;

(d) a obtenção do polímero PCS com arquitetura tipo “escova”;

(e) um processo de enxertia do PCS diretamente na superfície da biocerâmicahidroxiapatita (HAP).
2- PROCESSO DE MODIFICAÇÃO de acordo com a reivindicação 1 caracterizado peloProcesso de polimerização para obtenção do polímero PCS:

a) -De acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é o glicerol;

b) -De acordo com as reivindicações 1-2a, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é o diglicerol;

c) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2b, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é o triglicerol;

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d) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2c, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é o tetraglicerol;

e) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2d, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é o pentaglicerol;

f) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2e, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é o hexaglicerol;

g) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2f, caracterizada pelo fato de que o núcleo iniciador é um poliglicerol de estrutura:

sendo n = 1,2,3,4,5,6,7
3- Processo de modificação interfacial para obtenção do compósito PCS/HAP,

a) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2f, caracterizada pelo fato de que as partículas de HAP são micrométricas;

b) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2f-3a, caracterizada pelo fato de que as partículas de HAP são manométricas;

c) -De acordo com as reivindicações 1-2a-2f-3a-3b, caracterizada pelo fato de que a HAP é policristalina;

d) -de acordo com as reivindicações 1-2a-2f-3a-3c, caracterizada pelo fato de que HAP é monofásica;

d) -de acordo com as reivindicações 1-2a-2f-3a-3d, caracterizada pelo fato de que o compósito possui agentes bacteriostáticos incorporados física ou quimicamente;

e) -de acordo com as reivindicações 1-2a-2f-3a-3e, caracterizada pelo fato de que o compósito possui agentes antimicrobianos incorporados física ou quimicamente;

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4- Processo de modificação interfacial para obtenção do compósito PCS/HAP, de acordo com as reivindicações 1-2a-2f-3a-3f, caracterizada peto fato de que o compósito compreende:

a) -aproximadamente 5% de HAP e 95% do polímero PCS. Os percentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

b) -aproximadamente 10% de HAP e 90% do polímero PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

c) -aproximadamente 15% de HAP e 85% do polímero PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

d) -aproximadamente 20% de HAP e 80% do polímero PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

e) -aproximadamente 25% de HAP e 75% do polímero PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

f) -aproximadamente 30% de HAP e 70% do polímero PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

g)-aproximadamente 30 mg de vancomicina aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS;

h)-aproximadamente 30 mg de vancomicina aproximadamente 20% de HAP e 80% de PCS;

no sistema com no sistema com

i)-aproximadamente 30 mg de vancomicina no sistema com aproximadamente 30% de HAP e 70% de PCS;

4/%

j)-compósito PCS/HAP, de acordo com a reivindicação 1, na forma de pinos, parafusos, membranas, fibras, microesferas ou nanoesferas contendo os princípios bioativos vancomicina ou iodo.
5- Compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordocom as reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende:

a) -Aproximadamente 5% de Tetraciclina no sistema com aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume

b) -Aproximadamente 10% de Tetraciclina no sistema com aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume

c) -Aproximada mente 20% de Tetraciclina no sistema com aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

d) -Aproximadamente 30% de Tetraciclina no sistema com aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

e) -Aproximadamente 40% de Tetraciclina no sistema com aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume;

f) -Aproximadamente 50% de Tetraciclina no sistema com aproximadamente 15% de HAP e 85% PCS. Os porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume.
6- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvívele Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende a obtenção de dispositivos na forma de filmes,

5/8 membranas, fibras, pós, grânulos ou pellets para injeção, extrusão, sopro ou moldagem.
7- Formulações do compósito PCS/HAP biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 6, na forma de masterbatches para injeção, extrusão, sopro ou moldagem.
8- Formulações do compósito PCS/HAP biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 7, compreendendo PCS reciclado na forma de filmes, membranas, fibras, pós, grânulos ou pellets para injeção, extrusão, sopro ou moldagem.
9- Formulações do compósito PCS/HAP biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 8, reticuláveis por métodos químicos.
10- Formulações de compósito PCS/HAP biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 9 reticuláveis por métodos físicos: Ultravioleta, radiação gama ou elétrons acelerados.
11- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que compreende: o processamento na forma de pinos, parafusos, membranas, fibras, microesferas ou nanoesferas contendo os princípios bioativos Tetraciclina e/ou Vancomicina e/ou iodo.
12- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que compreende Tetraciclina e seus derivados.
13- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que compreende Vancomicina e seus derivados.
14- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que compreende as associações de Vancomicina e Tetraciclina.
15- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que compreende os seguintes Bacteriostáticos e suas associações:

6/8

Diaminopirimidinas (trimetoprim), Sulfamidas, Sulfonas, Macrolidios (erítromicina, espiramicina, tilosina), Sinergistinas (virginamicina), Uncosamidas (lincomicina), Pleuromutilinas e Tetraciclinas.
16- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que compreende os seguintes Bactericidas e suas associações: Beta lactâmicos (penicilina, amoxicilina, ampicilina), · Polipeptidicos (colistina), Aminoglucosidios (dihidroestreptomicina, neomicina, kanamicina, gentamicina), Aminociclitol, Quinolonas.
17- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que a massa molecular média para cada braço de PCS se situa no intervalo de 200 a 4.000 g/mol.
18- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 17, caracterizada pelo fato de que PCS pode ser um copolímero de bloco com composição de 30% de poli(e-caprolactona).
19- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 18, caracterizada pelo fato de que PCS pode ser um copolímero de bloco com composição de 50% de poli(c-caprolactona).
20- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo fato de que PCS pode ser um copolímero de bloco com composição de 60% de poli(c-caprolactona).
21- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 20, caracterizada pelo fato de que PCS pode ser um copolímero de bloco com composição de 70% de poli(s-caprolactona).
22- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 21, caracterizada pelo fato

7/8 de que PCS pode ser um copolímero de bloco com composição de 80% de poli(c-caprolactona).
23- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 22, caracterizada pelo fato de que PCS pode ser um copolímero de bloco com composição de 90% de poli(s-caprolactona).
24- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 23, caracterizada pelo fato de que o compósito pode ter temperatura de transição vítrea modulável.
25- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 24, caracterizada pelo fato de que o compósito pode ser preparado na forma de formulações injetáveis.
26- Formulações do compósito PCS/HAP Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reivindicações 1 a 25, caracterizada pelo fato de que o compósito pode ser preparado na forma de sistemas latenciados.
27- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 26, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface da biocerâmicahidroxiapatita com cristais na dimensão manométrica.
28- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 27, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface da biocerâmicahidroxiapatita com cristais na dimensão micro métrica.
29- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 28, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface da biocerâmica fosfato tricálcio com cristais na dimensão micrométrica.

8/8
30- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 29, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface da biocerâmica fosfato tricálcio com cristais na dimensão ma no métrica.
31- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 30, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface de biocerâmica polifásica, constituída de hidroxiapatita e fosfato tricálcio na proporção 80%:20%.0s porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume.
32- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 31, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface de biocerâmica polifásica, constituída de hidroxiapatita e fosfato tricálcio na proporção 50%:50%.0s porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume.
33- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 32, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface de biocerâmica polifásica, constituída de hidroxiapatita e fosfato tricálcio na proporção 20%:80%.0s porcentuais correspondem a frações volumétricas, porcentagens em peso ou volume.
34- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 33, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface da sílica.
35- Formulações de compósitos que apresenta como matriz PCS Biodegradável, Bioreabsorvível e Bioativo, de acordo com as reinvindicações 1 a 34, caracterizada pelo fato de que a modificação ocorre na interface de óxidos de ferro e suas ferritas.

(i)

1/8

OH

Hok^ck^OH

H

Givcerol

TsCt. Ei₃N ^H4°

Sn(Oct)j

O)

SPCL (4)

FIG 1

2/8

160 140 120 100 80 60 40 20 ppm

FIG 2

D t-j g

5?

t1 Dtâmtstros J! mu 'ÚOJ »0 0 (B) (A)

FIG 3

3/8

FIG 4

FIG 5

FIG 6

4/8

FIG 7

Concentração de extrato (°o)

FIG 8

5/8

HFbadsoivido üigcm

9 S

Ί-’-3-¹-!->-!-'-1-'-1-'-Γ

0 53 tO3 150 200 250 30

HFb em solução <ug j

HFb em solução (ug mf)

FIG 9

6/8

FIG 10

7/8

Tempo (dia) fig π

8/8

FIG 12

1/1