BR102018011354B1 - Processo de obtenção de suportes biocerâmicos porosos tridimensionais (scaffolds) para preenchimento ósseo utilizando aglomerados esféricos de lactose como agente espaçador e respectivos suportes - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE OBTENÇÃO DE SUPORTES BIOCERÂMICOS POROSOS TRIDIMENSIONAIS (SCAFFOLDS) PARA PREENCHIMENTO ÓSSEO UTILIZANDO AGLOMERADOS ESFÉRICOS DE LACTOSE COMO AGENTE ESPAÇADOR E RESPECTIVOS SUPORTES A presente invenção descreve o processo para a obtenção de suportes cerâmicos porosos tridimensionais (scaffolds) pelas técnicas da metalurgia do pó, utilizando como agente espaçador, aglomerados esféricos de lactose, obtidos pelo processo de spray-dried (seco por pulverização), com o objetivo de se obter um material com porosidade interconectada e adequada para atuar como substituto ósseo. A metodologia proposta é bastante simples, de baixo custo, utiliza apenas materiais na forma de pó e permite obter uma porosidade adequada para o uso desses suportes porosos para implantes. O material produzido apresenta boa estabilidade, porosidade e interconectividade entre os poros e, quando testados in vivo, foram eficientes e permitiram a migração de células e o crescimento de vasos sanguíneos para seu interior.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção refere-se à produção e a obtenção de suportes cerâmicos porosos tridimensionais (scaffolds) pelas técnicas da metalurgia do pó, utilizando como agente espaçador aglomerados esféricos de lactose obtidos pelo processo de spray-dried (seco por pulverização), com o objetivo de se obter um material com porosidade interconectada e adequada para atuar como substituto ósseo. O presente invento pode ser utilizado tanto na área médica como na área odontológica, quando, por algum motivo, parte do tecido ósseo tenha sido danificada e necessite ser substituída. Diversos segmentos do campo de biomateriais podem utilizar esse produto e essa metodologia para desenvolver inovações mercadológicas dentro desse campo de aplicação. Com a metodologia proposta é possível a produção de enxertos ósseos em larga escala, sob medida e formato desejado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] O aumento da expectativa de vida da população associado às doenças ósseas que atingem principalmente pessoas da terceira idade tem aumentado, nas últimas décadas, a demanda por materiais de uso ortopédico. Quando uma parte do tecido ósseo é substituída por um material de enxerto, este deve cumprir determinados critérios para que a regeneração óssea ocorra, ou seja, ser capaz de promover a ligação direta, estrutural e funcional entre o osso ordenado e vivo e a superfície do implante (osteointegração). É importante que o material que substituirá o tecido ósseo danificado promova a regeneração óssea de maneira rápida, minimizando o tempo de recuperação do paciente. A produção de suportes ósseos porosos (scaffolds) visa melhorar a qualidade dos materiais disponíveis no mercado como substitutos ósseos. Esses materiais possuem uma arquitetura característica que permite a migração de células e o crescimento de vasos para seu interior. Tais processos são essenciais para a formação de um novo tecido ósseo. Assim, um scaffold deve incluir, além da biocompatibilidade, arquitetura e porosidade adequadas, desenvolver respostas adequadas ao sistema anfitrião. Diversos métodos são usados para promover uma porosidade adequada nos materiais para que possam ser utilizados como scaffolds [1,2,3].

[03] Um método bastante comum é o de réplica de substrato polimérico, o qual consiste em imergir uma pasta biocerâmica em um substrato polimérico (geralmente uma espuma de poliuretano) por determinado intervalo de tempo, eliminar o substrato por aquecimento e então sinterizar o arcabouço biocerâmico. Outras duas metodologias que vêm se destacando nos últimos anos são: a impressão tridimensional e a sinterização seletiva a laser (SLS). Com essas metodologias é possível a produção de suportes porosos cuja construção é efetuada camada a camada, o que permite a obtenção de formas de alta complexidade [2].

[04] Outro método utilizado para desenvolver scaffolds é a mistura de um porogênio, ou seja, um agente espaçador (space holder) ao material que será utilizado como matriz. A mistura resultante pode ser moldada num formato manuseável, mediante uma matriz rígida e, na sequência, eliminar o porogênio para que no seu lugar estabeleçam-se poros e canais interconectados. Para esse tipo de metodologia algumas invenções, que já patenteadas, foram selecionadas e merecem ser aqui mencionadas [3].

[05] No documento de patente CN104107454 o scaffold é obtido a partir de uma mistura de fosfato de cálcio/magnésio na forma de pó com agente formador de poros e líquido de cura. O método de preparação compreende os seguintes passos: (1) misturar uniformemente as matérias-primas, colocar a mistura dentro de um molde e realizar a extrusão para se obter amostras na forma de tiras; (2) curar as amostras na forma de tiras no intervalo de 24 a 72 horas em temperatura entre 35 a 38 °C e umidade entre 50 e 100%, mergulhar o material em água (48 a 72 horas) e, finalmente, secar as amostras em temperatura entre 60 e 120 °C de forma a se obter o scaffold. A metodologia proposta na presente invenção difere deste documento principalmente na etapa pós-extrusão, uma vez que, na invenção proposta, o porogênio é eliminado via tratamento térmico. Dessa maneira, o procedimento proposto não necessita das etapas de cura, imersão em água e secagem, o que faz com que seja preparado de dois a seis dias mais rápido do que o modelo existente.

[06] No documento de patente WO 01/02033 utiliza-se uma solução de solvente com polímero bioabsorvível. Molda-se um sólido em um contato frio e sublima-se o solvente para fora do sólido. A metodologia proposta difere deste documento pelo fato de operar com todos os materiais (biocerâmica e lactose) na forma de pó, não sendo necessário solidificar a mistura em uma temperatura específica antes da eliminação do porogênio. Além disso, a pré- moldagem do scaffold é realizada por uma prensagem simples e a eliminação do porogênio é realizada durante o tratamento térmico (sinterização), ao contrário do documento existente, no qual a eliminação é realizada por sublimação em uma temperatura específica.

[07] O scaffold publicado no documento de patente US8945538 consiste em uma mistura de componentes na forma de pó (fosfato de cálcio, sal ácido de cálcio, sal básico de cálcio, hidrogenofosfato de sódio e porogênio) e componentes na forma líquida (mistura coloidal de fosfatos e sais de cálcio) para formar substitutos ósseos na forma de um cimento moldável. A metodologia da presente invenção difere da deste documento pelo fato de utilizar somente materiais na forma de pó e obter uma morfologia de poros em função da distribuição granulométrica dos aglomerados esféricos de lactose. Na documentação existente não é possível obter um controle preciso da morfologia dos poros, pois o processo de mistura (componentes sólido+líquido) pode alterar a morfologia e dissolução do porogênio. Além disso, é necessário que haja um rigoroso controle do tempo de presa e da relação entre os componentes do material para que a estrutura e a resistência do mesmo não fiquem comprometidas.

[08] No documento de patente PI0902229-5, uma pasta é preparada misturando-se sílica coloidal, ácido, biocerâmica na forma de pó e microesferas de parafina. A mistura é conformada, endurecida e aquecida para a formação do scaffold. Nessa metodologia, é necessário ajustar o pH da sílica coloidal e trabalhar com a mistura (sílica coloidal, ácido, biocerâmicas e parafina) na forma de uma pasta úmida e aguardar o processo de secagem por 24 horas, antes do processo de sinterização. A metodologia proposta difere da existente pelo fato do material poder ser sinterizado imediatamente após a mistura e prensagem dos pós. Assim, o processo é mais rápido dispensando a etapa de endurecimento.

[09] O artigo 3 -D High-strength glass-ceramic scaffolds containing fluoroapatite for load-bearing bone portions replacement, de autoria de F. Baino e colaboradores (Materials Science and Engineering C 29 (2009) 2055-2062) apresenta um método para a fabricação de scaffolds pela mistura de uma vitrocerâmica com um porogênio (pó de polietileno). A mistura é prensada e então aquecida para a eliminação do porogênio. A presente invenção difere dessa publicação por utilizar somente biocerâmicas como matriz ao invés de vitrocerâmicas, e também por utilizar aglomerados esféricos de lactose como agente espaçador (porogênio) ao invés de pó de polietileno que possui uma morfologia irregular. Assim, os poros produzidos pela utilização de aglomerados esféricos de lactose como agente espaçador possuem morfologia predominantemente esferoidal (arredondadas) e mais uniforme do que os reportados na publicação. Isso pode vir a favorecer o processo de angiogênese quando o scaffold for implantado in vivo.

[010] Não foram encontrados documentos de referência que remetessem ao uso da metodologia proposta na presente invenção, de forma que esta pode ser considerada como uma novidade frente ao estado da arte.

[011] O uso de aglomerados esféricos de lactose secos por pulverização como porogênio (agente espaçador) em biocerâmicas proposto nessa invenção, combina técnicas simples, eficientes, de baixo custo e que garantem os critérios morfológicos necessários para o desenvolvimento de scaffolds. Além disso, a invenção proposta busca proteger a saúde dos consumidores (pacientes), pois utiliza somente materiais não tóxicos e de qualidade. A lactose é um produto de baixo custo, facilmente obtida na forma de aglomerados esféricos, cujo tamanho pode ser controlado e que pode ser removida durante o processo de sinterização. Assim, consideramos que o uso de aglomerados de lactose seja vantajoso para a geração de macro poros em scaffolds biocerâmicos para uso na área de ortopedia médica e odontológica [4,5].

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[012] A metodologia proposta possibilita gerar poros com tamanhos entre 50 e 400 μm, sendo a maior ocorrência no intervalo entre 100 e 250 μm, intervalo este desejável para o crescimento de tecido ósseo. Para um biomaterial ser considerado macroporoso ele deve apresentar poros com diâmetros entre 70 e 300 μm [3,4]. Este intervalo permite a migração, o transporte celular e o desenvolvimento de uma rede de vasos capilares essenciais para a neoformação óssea [4].

[013] Por possuir uma larga aplicação na indústria biomédica, essa invenção também se apresenta como uma potencial estratégia para uso em políticas de saúde pública relacionadas à promoção da saúde e da qualidade de vida. Em relação à grande parte das invenções existentes, estamos convencidos que a utilização de técnicas da metalurgia do pó é uma grande vantagem. A metalurgia do pó permite que os scaffolds possam ser produzidos em larga escala de maneira simples, rápida e no formato final desejado [3]. A escolha desse método para a produção de scaffold visou selecionar processamento simples e eficiente para produção de macroporosidade interconectada em biocerâmicas [4].

[014] Ademais, os testes preliminares realizados em ratos Wistar [4, 5] demonstraram que os materiais produzidos possuem uma interconectividade de poros, que permite a angiogênese e são capazes de promover a regeneração óssea, mesmo na ausência de um agente indutor de crescimento ósseo, como no caso das proteínas ósseas morfogênicas (bone morphogenetic proteins- BMPs).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] Estas e outras vantagens da presente descrição são entendidas melhor com referência aos desenhos em que:

[016] A Figura 1 mostra um fluxograma representativo das diferentes fases executadas no processo de obtenção dos suportes biocerâmicos porosos tridimensionais (scaffolds) utilizando como agente espaçador aglomerados esféricos de lactose.

[017] A Figura 2 mostra uma microfotografia obtida por microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos aglomerados esféricos de lactose monohidratada utilizados como agente espaçador nesta invenção. Observa-se que os aglomerados possuem forma arredondada com tamanhos que variam entre 50 e 300 μm.

[018] Na Figura 3 é apresentado um histograma da distribuição de tamanho (diâmetro) desses aglomerados, classificados via peneiras com aberturas no intervalo entre 75 e 300 μm, observando-se uma maior concentração da ordem de 60%, no intervalo entre 200 e 250 μm.

[019] Na Figura 4, a título de exemplo, é apresentada a morfologia de fratura da secção transversal de uma amostra de uma biocerâmica (50%HAp + 50%Nb2O5), sinterizada a 1080 oC e produzida sem a adição de aglomerados esféricos de lactose.Observa-se, um baixo grau de porosidade, característica de materiais cerâmicos sinterizados [4].

[020] Na Figura 5 é mostrada uma microfotografia (MEV) de scaffolds produzido pelo método proposto nessa invenção. A figura mostra a morfologia da seção transversal fraturada do scaffold. O quadro inserido no canto superior direito da figura ilustra a região do scaffold analisada. São observados poros com morfologia arredondada, conectados entre si e com diâmetro entre 100 e 250 μm, intervalo este, que permite a migração, o transporte celular e o desenvolvimento de uma rede vasos capilares essenciais para a neoformação óssea.

[021] Nas Figuras 6 e 7 são apresentadas as micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) da superfície de fratura dos scaffolds produzidos pelo método proposto em função da quantidade (vol.%) de aglomerados esféricos de lactose, a saber: 10, 20, 30, 40, 50 e 60%. Na parte direita das figuras são mostrados os respectivos histogramas de tamanhos de poros. O mapeamento da porosidade nos scaffolds foi realizado com o uso do software ImageJ Plugin [6]. A quantidade (vol. %) de aglomerados esféricos lactose a ser adicionada para a produção dos scaffolds biocerâmicos deve estar, preferencialmente, no intervalo entre 30 e 60%. Para valores abaixo de 30 % ocorrem poucos poros na matriz biocerâmica. A partir de 30% de lactose é possível observar conexões entre os poros, fato que facilitaria a chegada de células ósseas para o interior do material. Concentrações superiores a 60% (vol.%) de aglomerados esféricos de lactose podem comprometer a estabilidade mecânica dos scaffolds. Na Tabela 1 são apresentados os resultados relativos à densidade, porosidade aberta e resistência à compressão para os scaffolds produzidos com a cerâmica bifásica (HAp + β-TCP + Lactose) com percentuais de 30, 40, 50 e 60% de aglomerados esféricos de lactose. A densidade e a porosidade aberta dos scaffolds foram determinadas pelo método de imersão baseado no princípio de Arquimedes [4]. Tabela 1. Densidade, porosidade aberta e resistência à compressão dos scaffolds produzidos com a cerâmica bifásica BCP+ LAC [( HAp + β-TCP) + LAC].

[022] Na Figura 8 é mostrado o corpo de prova após o ensaio de resistência a compressão, relativa ao compósito (HAp/β-TCP) com 50% (em vol.%) de aglomerados esféricos de lactose.

[023] Na Figura 9 são apresentados os valores de resistência à compressão desses scaffolds em função de suas respectivas porosidades (aberta). Observa-se que a resistência à compressão guarda uma relação inversa com a porosidade, variando de 1,44 MPa na amostra com porosidade de 66,11%, para 14,61 MPa na amostra com porosidade de 14,61%.

[024] Na Figura 10 é mostrada uma sequência de fotografias representativas do teste de capilaridade para avaliar a interconectividade da rede de poros no scaffold com 50% (vol. %) de aglomerados esféricos de lactose (50% HAp +50% lactose). Observa-se que o fluido (soro bovino + corante) subiu pela rede de poros em aproximadamente 8 segundos, conforme marcação temporal registrada na parte baixa das fotografias, demonstrando um bom grau de interconectividade na estrutura porosa [7].

[025] Na Figura 11 é apresentada uma fotografia obtida durante o procedimento cirúrgico e imediatamente após a colocação do scaffold no defeito ósseo (8 mm de diâmetro) produzido na calvária de um rato Wistar[5]. Observa-se a presença de fluído (sangue) nos poros da superfície do scaffold devido ação de forças capilares. Essa ocorrência mostra a interconectividade dos poros de acordo com os resultados obtidos nos testes de capilaridade acima informados.

[026] A Figura 12 mostra a morfologia de fratura da seção transversal do scaffold de 8 mm de diâmetro, após a realização dos testes in vivo, em defeitos críticosde calvária em ratos Wistar. As peças ficaram implantadas na calvária pelo período de 45 dias, sendo que a biocerâmica utilizada para manufatura do scaffold foi um compósito de hidroxiapatita/pentóxido de nióbio. Os quadros inseridos no canto superior direito ilustram a região do scaffold analisada [4,5]. Na Figura 12 é possível observar que os poros do scaffold estão preenchidos por matéria orgânica proveniente do animal, o que indica a interconectividade dos poros.

[027] Na Figura 13 é possível observar a presença de vasos sanguíneos na região fraturada (meio da peça). Esse fato demonstra que o scaffold produzido permite que haja angiogênese, fator essencial para a formação do tecido ósseo [4,5,8].

[028] Na Figura 14 é apresentada uma fotomicrografia do corte histológico do defeito ósseo produzido na calvária de ratos após 45 dias de implante. A biocerâmica utilizada nesse caso foi uma cerâmica bifásica de hidroxiapatita/β- fosfato tricálcico. A coloração utilizada para a observação foi hematoxilina e eosina (H&E). Na imagem é possível observar formações ósseas no interior dos poros (indicados por *) e a presença de vasos sanguíneos (indicados por seta) [5]. Dessa maneira, o scaffold produzido pela metodologia da presente invenção permite a formação de osso em seu interior mesmo na ausência de um indutor de crescimento ósseo como no caso de BMPs.

[029] Na Figura 15 (a) observa-se que o material se manteve estável após o período do implante. Além disso, é possível observar que todos os poros estão preenchidos com tecido, o que demonstra a interconectividade dos poros e a funcionalidade do scaffold produzido. Observa-se ainda que parte dos poros está preenchida com tecido ósseo maduro. Na Figura 15 (b) observar-se a interconectividade entre os poros, com destaque para a presença de vasos sanguíneos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVEÇÃO

[030] A presente invenção refere-se a peças biocerâmicas tridimensionais com potencial uso para reparos (enxertos) ósseos macroporosos (scaffolds) e o respectivo método de obtenção. A invenção é adequada para o uso em aplicações clínicas para reparar ou substituir um tecido ósseo danificado nas áreas de ortopedia, odontologia e craniofacial. Os scaffolds da presente invenção podem ser obtidos por um ou mais componentes na forma de pó, ou seja, materiais biocerâmicos e material porogênio, pré-moldados em qualquer formato, mediante prensagem e obtidos na forma final após o processo de sinterização.

[031] Na Figura 1 é apresentado um fluxograma, o qual sintetiza as principais etapas da obtenção dos scaffolds pelas técnicas da metalurgia do pó utilizando como agente formador de poros (space holder) aglomerados esféricos de lactose.

[032] Os materiais biocerâmicos não estão limitados a fosfatos de cálcio como a hidroxiapatita, o β-fosfato tricálcico e a compósitos contendo fosfatos de cálcio. Outros materiais na forma de pó, cristalinos ou não, e de compósitos que apresentem características de biocompatibilidade e/ou bioatividade podem ser utilizados para a produção de scaffolds pela metodologia proposta nesta invenção, inclusive materiais metálicos. As biocerâmicas utilizadas para a obtenção dos scaffolds foram: (1) cerâmica bifásica composta de hidroxiapatita e β-fosfato tricálcico e (2) compósito de hidroxiapatita com pentóxido de nióbio.

[033] O material porogênio (elemento espaçador - space holder) utilizado para a obtenção dos suportes macroporosos nesta invenção, foram aglomerados esféricos de lactose monohidratada SuperTab® SD, obtidos pela técnica spray-dried (seca por pulverização) e produzidos por DFE pharma (Goch-Alemanha). A morfologia dos aglomerados esféricos de lactose monohidratada utilizados na presente invenção é mostrada na Figura 2. São observados aglomerados na forma esférica e arredondados, com diâmetro variando entre 60 e 300 μm. Os aglomerados esféricos de lactose foram selecionados quanto ao tamanho (diâmetro) mediante levantamento granulométrico utilizando peneiras com abertura compreendida no intervalo de 75 e 300 μm. O histograma da distribuição granulométrica em função do tamanho (diâmetro) de aglomerados é apresentado na Figura 3. Observa-se no histograma que cerca de 60% dos aglomerados situam-se no intervalo entre 212 e 250 μm.

[034] As biocerâmicas geralmente são higroscópicas e a lactose é solúvel em água, assim, é recomendável que esses materiais sejam secos em estufa a 40°C durante 24 horas antes da mistura. A lactose pode ser misturada às biocerâmicas em quantidades variadas. A quantidade de lactose não deve ser tão alta a ponto da resistência do material ficar comprometida nem tão baixa a ponto gerar poros isolados, comprometendo a conectividade necessária para o crescimento dos vasos sanguíneos (angiogênese) em seu interior. Após o levantamento granulométrico, os pós devem ser misturados nas quantidades selecionadas, preferencialmente (em vol. %) entre 30 e 60%, e então serem homogeneizados. A homogeneização pode ser realizada transferindo-se a mistura para um recipiente de polietileno e colocado em um agitador de rolo, vibracional, ou ainda por agitação manual, pelo período de 1 hora. A homogeneização deve ser executada lentamente para se obter uma distribuição uniforme dos componentes. Após a homogeneização, a mistura obtida deve ser transferida para uma matriz rígida (molde) e conformado uniaxialmente e/ou isostaticamente mediante a aplicação de pressão no intervalo de 10 a 40 MPa por um período de 60 segundos.

[035] A matriz utilizada pode possuir diferentes formas e tamanhos, dependendo da necessidade, ou seja, o método utilizado possui a vantagem de produzir o scaffold na sua forma final e com adequada geometria para reparar/enxertar o tecido ósseo danificado. Terminado o processo de consolidação do material em verde, as amostras devem ser sinterizadas em temperaturas superiores a 1000 °C, por um período entre 1 e 2 horas e, no caso de material cerâmico, preferencialmente em atmosfera livre.

[036] Durante o processo de sinterização, o material porogênio é completamente eliminado até a temperatura de 550 °C (temperatura de evaporação da lactose). As peças sinterizadas só devem ser retiradas após o forno retornar a temperatura ambiente. Terminado o processo de sinterização, os scaffolds devem estar mecanicamente estáveis e com macroporos interconectados. O acabamento das peças sinterizadas deve ser realizado pelo processo de lixamento com lixas de grão entre 400 e 1200 #, limpas em processo de ultrassom por 10 minutos em acetona, álcool e água, sucessivamente, para eliminar os resíduos resultantes da sinterização e do lixamento e, então, secas em estufa (mufla) entre 40 e 80°C por 24 horas.

[037] No método acima descrito os scaffolds biocerâmicos podem ser produzidos com geometria e porosidade adequada, a depender do local onde será implantado. Os aglomerados esféricos de lactose monohidratada obtidos por spray-dried são materiais não tóxicos, de morfologia arredondada e de baixo custo, sendo totalmente eliminados durante o processo de sinterização, constituindo-se, assim, em um forte candidato para uso como elemento espaçador para a produção de scaffolds macroporosos. Além disso, a metodologia apresentada envolve procedimentos simples, eficientes e de baixo custo, sendo uma alternativa interessante aos atuais materiais utilizados para uso enxertos/implantes ósseos.

EXEMPLOS

[038] A título ilustrativo, alguns exemplos da utilização da metodologia proposta são apresentados a seguir.

[039] No primeiro exemplo, foi produzido um grama (1g) de um composto contendo uma biocerâmica (compósito nanoestruturado de hidroxiapatita+pentóxido de nióbio) e aglomerados esféricos de lactose na proporção volumétrica 1:1. Para a mistura e a homogeneização, os pós foram depositados em um cilindro de polietileno de 20 mm de diâmetro e 40 mm de altura e agitados pelo período de 1 hora em um agitador de rolos a 50 rpm. A mistura foi conformada em uma matriz rígida (aço VC-131), de forma cilíndrica, com dimensões de 8,9 mm de diâmetro e 1,2 mm de espessura. Na sequência, as peças foram sinterizadas por 2 horas em atmosfera de ar, a temperatura de 1080 °C, utilizando-se uma taxa de aquecimento de 5 °C/minuto.

[040] Durante o processo de sinterização, as peças sofreram contração e apresentaram diâmetro final de 8,0 mm. Na sequência, as peças foram: a) lixadas com lixas de grão entre 400 e 1200 #, até a espessura de 0,8 mm; b) limpas em ultrassom por 10 minutos em acetona, água e álcool, sucessivamente; c) secas em uma estufa a 50°C por 24 horas.

[041] Na Figura 4 é apresentada uma micrografia obtida por MEV da seção transversal de uma amostra, sem a adição de aglomerados esféricos de lactose, na qual se observa um baixo nível de porosidade. Já para a amostra com a adição de 50% (vol.) de aglomerados esféricos de lactose, observa-se na superfície de fratura (ver Figura 5) poros com diâmetro no intervalo de 70 a 300 μm, interconectados, e com uma porosidade aberta da ordem de 56%, (determinada pelo método de imersão baseado no princípio de Arquimedes).

[042] Algumas peças produzidas pela metodologia acima descrita foram esterilizadas em autoclave e implantadas em defeitos ósseos de 8 mm de diâmetro em calvárias de ratos Wistar. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de uma peça após 45 dias de implante podem ser observadas nas Figuras 12 e 13.

[043] No segundo exemplo, foram produzidos quinhentos miligramas (500 mg) de um composto contendo uma biocerâmica, ou seja, a cerâmica bifásica (HAp+β-TCP) e aglomerados esféricos de lactose na proporção volumétrica 1:1. Para a mistura e homogeneização, os pós foram depositados em um cilindro de polietileno de 20 mm de diâmetro e 40 mm de altura e colocados, pelo período de 1 hora, em um agitador de rolos a 50 rpm. A mistura foi conformada utilizando uma matriz rígida em uma prensa uniaxial na forma cilíndrica, em peças de 8,2 mm de diâmetro e 1,1 mm de altura. Na sequência, as peças foram sinterizadas a temperatura de 1080°C por 2 horas em atmosfera livre, utilizando-se uma taxa de aquecimento de 5 °C/minuto. Durante o processo de sinterização, as peças sofreram contração e apresentaram diâmetro final de 8,0 mm.

[044] Após o tratamento térmico, as peças foram lixadas com lixas de grão entre 400 e 1200 #, até a espessura de 0,8 mm, limpas em ultrassom por 10 minutos em acetona, água e álcool, sucessivamente, e secas em uma estufa a 50 °C por 24 horas. Em seguida as peças foram esterilizadas em autoclave e implantadas em defeitos ósseos de 8 mm de diâmetro em calvárias de ratos Wistar. Nas Figuras 14 e 15 podem ser observadas fotomicrografias desses scaffolds, após 45 e 90 dias de implante, respectivamente.

[045] No terceiro exemplo, foi produzido um composto por uma biocerâmica (nanoestruturada de hidroxiapatita/pentóxido de nióbio) e por aglomerados esféricos de lactose nas quantidades de: 0, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 em vol. %. Utilizou-se 2 g de pó para cada estequiometria proposta. Para os processos de mistura e homogeneização, os pós foram depositados em um cilindro de polietileno de 20 mm de diâmetro e 40 mm de altura, e agitados pelo período de 1 hora em um moinho de rolos a 50 rpm. A mistura foi prensada na forma cilíndrica em peças de 10,0 mm de diâmetro e 2,0 mm de espessura. As peças foram submetidas a tratamento térmico a temperatura de 10800 °C por 2 horas, em atmosfera livre. Para o aquecimento foi utilizado uma taxa de 5°C/min. Após o tratamento térmico, as peças sinterizadas foram fraturadas e observadas por microscopia eletrônica e varredura. O aspecto da morfologia dos poros, para as quantidades (em vol.) de 10, 20, 30, 40, 50 e 60%, pode ser observado nas Figuras 6, 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] S.V. Dorozhkin, Medical Application of Calcium Orthophosphate Bioceramics, BIO 1, 1-51, 2011 [2] L. Galois, D. Mainard, Bone ingrowth into two porous ceramics with different pore sizes: An experimental study. Acta Orthop Belg, 70, 598-603, 2004. [3] B Arifvianto, J. Zhou. Fabrication of Metallic Biomedical Scaffolds with the Space Holder Method: A Review.Materials , 7, 3588-3622, 2014. [4] T. G. M. Bonadio, Biocompósitos de pentóxido de nióbio, hidroxiapatita e β-fosfato tricálcico: produção, caracterização e estudos in vivo como suportes ósseos denso e poroso. Tese de doutorado PFI/UEM, Maringá- Pr, 2014. [5] H. B. A. Pasquinelli, Compósito de hidroxiapatita-pentóxido de nióbio βHAp-PNb na forma de arcabouço induz regeneração óssea em defeito de tamanho crítico em calvário de ratos.Dissertação de mestrado POD/UEM, Maringá-Pr, 2015. [6] H. Morteza, M.Haeri. ImageJ Plugin for Analysis of Porous Scaffolds used in Tissue Engineering (Software Metapaper). Journal of Open Research Software, 3: e1, 2015. [7] D.S.Oh, Y.J Kim, M.HoHong, M.Han, K.Kim. Effect of capillary action on bone regeneration in micro-channeled ceramic scaffolds. Ceramic International, 40, 9583-9589, 2014. [8] K.B. Fleckenstein, M.F. Cuenin, M.E. Peacock, M.A. Billman, G.D. Swiec, T.B. Buxton, B.B. Singh, J.C Mcpherson, Effect of a Hydroxiapatite Tricalcium Phosphate Alloplast on Osseous Repair in the Rat Calvarium. J. Periodontol, 77, 39-45, 2006.

Claims (4)

1) PROCESSO DE OBTENÇÃO DE SUPORTES BIOCERÂMICOS POROSOS TRIDIMENSIONAIS (SCAFFOLDS) PARA PREENCHIMENTO ÓSSEO caracterizado por utilizar pós de materiais biocerâmicos e de aglomerados esféricos de lactose monohidratada como agente espaçador (porogênio, agente indutor de poros) e compreender as seguintes etapas: a) misturar e homogeneizar os pós biocerâmicos com os aglomerados esféricos de lactose monohidratada em agitador de rolo ou vibracional pelo período entre 30 minutos e 1 hora e 30 minutos, a uma velocidade entre 20 e 50 rpm; b) utilizar quantidades (em vol. %) entre 10 e 60 % de aglomerados esféricos de lactose monohidratada, para geração de poros entre 50 e 300 μm e porosidade interconectada nos suportes produzidos; c) utilizar a compactação uniaxial e/ou isostática para conformar o material misturado e homogeneizado,na sua forma final,com pressão entre 10 e 40 MPa; d) sinterizar as peças conformadas do material na faixa de temperatura entre 900 e 1300°C, por período entre 1 e 4 horas, utilizando atmosfera de ar.

2) PROCESSO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos pós de lactose monohidratada serem obtidos pela técnica spray-dried (secas por pulverização).

3) PROCESSO, de acordo com as Reivindicações 1 e 2, caracterizado por utilizar aglomerados esféricos de lactose monohidratada, com uma distribuição granulométrica entre 100 e 300 μm.

4) PROCESSO, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato da agitação também poder ser efetuada de forma manual pelo mesmo período de tempo.

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