BR102018005543A2

BR102018005543A2 - Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica

Info

Publication number: BR102018005543A2
Application number: BR102018005543-7A
Authority: BR
Inventors: Hugo Miguel Lisboa Oliveira; Rossemberg Cardoso Barbosa; Marcus Vinicius Lia Fook; Anna Sylvia Ramos De Rangel Cavalcanti; Thiago Bizerra Fideles
Original assignee: Universidade Federal De Campina Grande - Pb
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2019-10-08

Abstract

a presente invenção consiste a obtenção de um arcabouço através de um processo que visa diminuir o número de etapas produtivas através da produção direta de pós de fosfato de cálcio na superfície de uma espuma polimérica com consequente queima e densificação da estrutura cerâmica. mais especificamente, este processo traduz-se pela formação do fosfato de cálcio em superfície da espuma polimérica, com aplicação na área de engenharia de tecido ósseo, visando sua utilização em enxertia óssea como veículo para cultura celular e matriz para guiar a regeneração ou formação do tecido. o arcabouço obtido desta forma apresenta uma porosidade entre 70%-90%, diâmetro de poros que variam de 50 a 500 micrômetros e resistência à compressão de 50 mpa-500 mpa, compatível com aplicação óssea.

Description

PROCESSO E OBTENÇÃO DE ARCABOUÇO DE FOSFATO DE CÁLCIO OBTIDO A PARTIR DO MÉTODO SOL-GEL COMBINADO COM O MÉTODO DE RÉPLICA

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se à obtenção de arcabouços que visam a regeneração óssea a partir da produção sol-gel de nano-pós de fosfato de cálcio na superfície porosa de uma espuma de poliuretano, com consequente queima da espuma de poliuretano e densificação da estrutura cerâmica. Mais especificamente, este processo traduz-se pela formação do fosfato de cálcio na superfície da espuma polimérica, com aplicação na área de engenharia de tecido ósseo, visando sua utilização em enxertia óssea como veículo para cultura celular e matriz para guiar a regeneração ou formação do tecido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Com relação ao conhecimento específico compreendido no estado da arte e no estado da técnica, sabe-se que em engenharia de tecido ósseo, o arcabouço poroso é um dos componentes essenciais para regeneração óssea, este deve ser tridimensional e altamente poroso com uma rede de poros interconectados para crescimento celular/tecidual e transporte de nutrientes e resíduos metabólicos, fornecendo um suporte estrutural para o tecido recém-formado. A sua composição e a arquitetura desempenham papéis cruciais na capacidade de colonização das células. Assim diversos autores visam à produção de arcabouços de fosfato de cálcio.

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2/8 [003] Atualmente, apresentam-se vários métodos para obtenção de arcabouços utilizando materiais como fosfato de cálcio, aluminato de cálcio e outros materiais que contenham cálcio em sua composição.

[004] Na literatura de patentes, pode-se citar o documento de patente WO993854 desenvolvem um novo biomaterial à base de fosfato de cálcio, mas, com alteração de um dos elementos, produzindo uma pasta que depois é utilizada para recobrir uma espuma de poliuretano.

[005] Na patente WO200144141, fez-se o recobrimento com pasta de fosfato de cálcio de uma estrutura polimérica produzida por prototipagem.

[006] No artigo, “Macroporous hydroxyapatite scaffolds fabricated by foam impregnation”, é produzido um fosfato de cálcio sub-micron pelo método SolGel que depois de sinterizado é adicionado a um não solvente, formando uma pasta que é utilizada para recobrir uma espuma de poliuretano, obtendo-se arcabouços cerâmicos.

[007] No artigo Fabrication of bioactive glass-ceramic foam mimicking human bone portions for regenerative medicine, produz-se fosfato de cálcio via sol-gel, e após sinterização do fosfato de cálcio adicionam a uma solução percursora de poliuretano, fabricando assim a espuma de poliuretano no interior de uma pasta de fosfato de cálcio.

[008] A patente DE102008044951 trata do recobrimento de diversos tipos de implantes com uma camada bioativa para regeneração óssea. A camada bioativa seria um fosfato de cálcio, e o recobrimento poderia ser feito através de diversas metodologias, inclusive por sol-gel. Esta patente não trata da produção de arcabouços.

[009] No texto de patente WO2009053835, é realizado o recobrimento da espuma de poliuretano a partir de uma pasta aquosa de Hidroxiapatite e

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3/8 fosfato de cálcio, com consequente queima da espuma de poliuretano e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio.

[010] No artigo “Dissolution behavior and bioactivity study of glass ceramic scaffolds in the system of CaO-P2O5-Na2O-ZnO prepared by sol-gel technique”, produz-se uma mistura de percursores de fosfatos de cálcio através do método de sol-gel, seguida de sinterização e moagem, obtendo um fosfato de cálcio com tamanho de partícula de 75 micrômetros, com o qual produzem uma pasta com água a fim de recobrir a espuma de poliuretano.

[011] No artigo, “Synthesis and Characterization of Nanocrystalline Hydroxyapatite Gel and its Application as Scaffold Aggregation, produz-se uma mistura de percursores de fosfatos de cálcio através do método de solgel, e produz uma pasta aquosa de hidroxiapatite. A espuma de poliuretano é mergulhada em ambas as soluções e sinterizada afim de queimar a espuma e densificar o fosfato de cálcio.

[012] A patente BR1020150318871 relata invenção de telas sintéticas obtidas a partir da carragenana; o produto da patente serve como arcabouço a uma fina membrana de carragenana com capacidade para adição e posterior liberação de antimicrobianos, anti-inflamatórios, analgésicos e cicatrizantes e pode ser aplicado diretamente ao ferimento, queimadura ou processo operatório.

[013] No texto de patente BR1120160297660 refere-se a um método de formação de arcabouços compreendidos por poliuretano, poliureia ou um copolímero dos mesmos, que é realizado por (A) provisão de um portador e um membro oticamente transparente tendo uma superfície de construção definida entre o portador e a superfície; (B) preenchimento da região de construção com um líquido polimerizável; (C) irradiação da região de

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4/8 construção com luz através do membro oticamente transparente para a formação de um arcabouço de polímero, e avanço do portador para longe da superfície de construção, para a formação de um intermediário tridimensional tendo o mesmo formato que ou um formato impresso ao objeto tridimensional, com o intermediário contendo o extensor de cadeia; e, então, (D) aquecimento ou irradiação com micro-ondas do intermediário tridimensional suficientemente para a formação a partir do intermediário tridimensional do objeto tridimensional compreendido por poliuretano, poliureia ou um copolímero dos mesmos.

[014] No documento de patente BR1120140299293 trata-se de um método de impressão de arcabouços tridimensionais com aplicação no crescimento, tratamento e regeneração óssea. Os arcabouços são impressos com tinta ΗΑ/β-TCP, queimado a 1100°C e escaneados para avaliar o tamanho dos mesoporos do arcabouço.

[015] A patente WO2014158666 descreve a estrutura e método para formação de arcabouço tridimensional implantável composto por uma combinação de componentes absorvíveis e não-absorvíveis. O método é realizado (A) formando dois diferentes tipos de fios, onde os primeiros são absorvíveis e os seguintes não-absorvíveis, (B) submetendo-os ao primeiro tratamento térmico suficiente para causar encolhimento dos filamentos absorvíveis formando uma estrutura inicial, (C) submetendo-os ao segundo tratamento térmico a uma segunda temperatura onde funde-se total ou parcialmente os filamentos absorvíveis formando uma segunda estrutura, (D) resfriando a segunda estrutura aquecida para formação do arcabouço implantável.

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5/8 [016] A patente BR1120140133379 refere-se a uma compressa que compreende um material de arcabouço bioabsorvível; um pó liofilizado de trombina, um pó liofilizado de fibrinogênio e um pó aglutinante passível de fundição, com todos os pós dispostos no material de arcabouço bioabsorvível. [017] Na literatura de patentes, pode-se citar a patente PI11023163 que consiste em um produto polimérico do tipo biocompatível e bioabsorvível na forma de arcabouço flexível e poroso que promove a estabilização da articulação onde o material é implantado, permitindo assim a regeneração tecidual e posterior degradação do arcabouço polimérico.

[018] A patente PI11008784 refere-se à obtenção de arcabouços biocompatíveis de aluminato de cálcio como alternativa ao fosfato de cálcio, bem como o seu processo de obtenção.

[019] O texto de patente PI10023879 refere-se à dispositivos métodos para preparação e implantes de arcabouços, onde são fornecidas várias modalidades de ferramentas de riscamento que são configuradas para marcar formatos predeterminados ao local de interesse.

[020] Na maioria dos trabalhos pesquisados nos estados da arte e da técnica verifica-se que o processo de recobrimento da espuma de poliuretano é feito com uma pastada mistura do pó de fosfato de cálcio com água. Por sua vez, são aplicações distintas do revelado na presente invenção por simplificar o procedimento de produção deste tipo de arcabouços, mantendo ou melhorando características chave para regeneração óssea, como a porosidade e o diâmetro de poro. Assim, realiza-se a produção dos arcabouços de fosfato de cálcio através da aplicação direta da solução sol

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6/8 gel na espuma de poliuretano, simplificando métodos onde a produção e aplicação de fosfato de cálcio é feita a parte.

OBJETIVO DA INVENÇÃO [021] O objetivo da invenção é propiciar a obtenção de arcabouços de fosfato de cálcio através de um processo simplificado, onde o objeto do processo é utilizado na regeneração e formação de tecidos ósseos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [022] O presente trabalho visa simplificar o procedimento de produção deste tipo de arcabouços, mantendo ou melhorando características chave para regeneração óssea, como a porosidade e o diâmetro de poro. Assim, ao invés da produção e aplicação do fosfato de cálcio isoladamente, a presente invenção simplifica o procedimento, realizando a produção do fosfato de cálcio diretamente na superfície da espuma de poliuretano, através do recobrimento da espuma de poliuretano com a solução sol-gel.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [023] Na Figura 1, apresenta-se um fluxograma do processo produtivo encontrado no estado da técnica. Desta forma, todos os trabalhos apresentados requerem as seguintes etapas:

a. Produção do pó de fosfato de cálcio por Sol-Gel;

b. Sinterização do pó de fosfato de cálcio;

c. Produção da pasta de fosfato de cálcio para recobrimento;

d. Recobrimento da espuma de poliuretano.

e. Queima da espuma de poliuretano;

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f. Densificação e obtenção do arcabouço.

[024] Na FIGURA 2, apresenta-se a simplificação do procedimento descrito em [023], onde algumas etapas são suprimidas, tornando-se:

a. Produção da solução Sol-Gel;

b. Recobrimento da espuma de poliuretano com a solução Sol-Gel;

c. Queima da espuma de poliuretano;

d. Densificação e obtenção do arcabouço.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [025] A presente invenção refere-se ao processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica com utilização dos seguintes componentes:

a. Fosfáto de sódio

b. Nitrato de cálcio

c. Pentóxido de fósforo

d. Etanol

e. Espuma de poliuretano [026] Assim, a presente Patente “PROCESSO E OBTENÇÃO DE ARCABOUÇO DE FOSFATO DE CÁLCIO OBTIDO A PARTIR DO MÉTODO SOL-GEL COMBINADO COM O MÉTODO DE RÉPLICA”, traz, como elemento, quanto ao pré-requisito formal da novidade, aqui dita relativa, as seguintes etapas produtivas, em consonância à FIGURA 2:

[027] A solução percursora A é preparada pela dissolução de Nitrato de Cálcio em uma quantidade de 25mL a 100mL de etanol absoluto, em quantidades de 10g a 20g;

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8/8 [028] A solução percursora B é preparada pela dissolução de Pentóxido de Fósforo em uma quantidade de 25mL a 100mL de etanol absoluto, em quantidade de 2g a 10g;

[029] As duas soluções são misturadas entre 1min e 10min à temperatura de 10 a 30 °C, formando a solução SOL;

[030] Uma espuma de poliuretano ou outro material polimérico, com densidade de 18 a 21 kg/m3 é submergida entre 1 a 5 vezes na solução SOL durante 1min e 10min;

[031] A espuma submergida na solução SOL é colocada em forno e aquecida até temperaturas entre os 300°C e 1200°C;

[032] O arcabouço obtido é arrefecido até temperatura ambiente. Ao final do processo o arcabouço é totalmente cerâmico, apresenta uma composição em 85 a 95% de hidroxiapatite, porosidade entre 70-97%, diâmetros de poros que variam de 50 a 500 micrômetros e resistência à compressão de 50MPa 500 MPa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, caracterizado por:

(1) utilizar o método de sol-gel para produzir um fosfato de cálcio (2) utilizar uma espuma de poliuretano como molde (3) obter um arcabouço cerâmico com elevada porosidade e tamanho de poros (4) suprimir diversas etapas produtivas por utilizar a solução obtida no método sol-gel para recobrir a espuma de poliuretano;
2. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um método sol-gel de produção de fosfato de cálcio ser uma mistura de duas soluções;
3. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma das soluções do método sol-gel ser de Nitrato de Cálcio Tetrahidratado dissolvido em etanol absoluto;
4. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma das soluções do método sol-gel ser Pentóxido de Fósforo dissolvido em etanol absoluto;
5. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender da mistura das duas soluções ser numa razão de Cálcio/Fósforo que varia entre 1 a 2, e mais especificamente de 1,67;

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6. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender da mistura das duas soluções do método sol-gel durante 1 a 10min;
7. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por espuma de poliuretano de densidade entre 18 a 21kg/m³ que é mergulhada na solução do método sol-gel;
8. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por espuma de poliuretano ser mergulhada entre 1 a 5 vezes, durante 1 a 10min;
9. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por queima da espuma de poliuretano recoberta com a solução do método sol-gel;
10. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a queima da espuma de poliuretano recoberta com a solução do método sol-gel ser a realizada com uma isotérmica de 1h a uma temperatura entre os 300°C e os 600°C;
11. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender da densificação da estrutura cerâmica ser feita logo após a queima da espuma de poliuretano;

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12. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender da densificação da estrutura cerâmica ser feita com isotérmica de 1h entre 1100 e 1200°C;
13. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por no final da densificação da estrutura cerâmica ser obtido um arcabouço cerâmico;
14. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender do arcabouço cerâmico ter uma composição totalmente de fosfato de cálcio com porosidade entre 70 a 90% e diâmetro de poros de 50 a 500 micrómetros;
15. Processo e obtenção de arcabouço de fosfato de cálcio obtido a partir do método sol-gel combinado com o método de réplica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender do arcabouço cerâmico ter uma composição de hidroxiapatita.