BR102019006252A2 - BIOFUNCTIONALIZATION PROCESS OF TITANIUM IMPLANT SURFACES OR TITANIUM ALLOYS. - Google Patents
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Abstract
trata-se de um processo de incorporação de vesículas extracelulares em superfície de implante de titânio ou ligas de titânio para utilização na área médica ou odontológica, que confere ao implante de titânio ou liga de titânio uma superfície osteoindutora com potencial para acelerar a diferenciação da população de células-tronco mesenquimais em células osteogênicas e melhorar a qualidade do tecido ósseo reparado; podendo ser associada ou não a um polímero bioreabsorvível; este processo pode ser realizado em todo o implante, ou parcialmente em áreas específicas de sua superfície, sem alterar a macrogeometria e a microrugosidade do implante utilizado, e disponibiliza fatores de indução e moléculas bioativas, tornando a superfície altamente osteoindutora; para isso, o processo se dispõe das seguintes etapas: realização do processo de deposição de vesículas extracelulares na superfície do implante de titânio na sua totalidade ou pelo menos em uma parcela da superfície; e, imersão do implante em uma solução rica em vesículas extracelulares, obtendo assim um recobrimento fino e uniforme de vesículas extracelulares sobre toda a superfície do implante de titânio e sem alteração de sua macrogeometria e microrugosidade.it is a process of incorporating extracellular vesicles into a titanium implant surface or titanium alloys for use in the medical or dental field, which gives the titanium or titanium alloy implant an osteoinductive surface with the potential to accelerate population differentiation from mesenchymal stem cells to osteogenic cells and improve the quality of repaired bone tissue; it may or may not be associated with a bioresorbable polymer; this process can be carried out in the entire implant, or partially in specific areas of its surface, without altering the macrogeometry and micro-roughness of the implant used, and provides induction factors and bioactive molecules, making the surface highly osteoinductive; for this, the process has the following steps: carrying out the process of depositing extracellular vesicles on the surface of the titanium implant in its entirety or at least in a portion of the surface; and, immersion of the implant in a solution rich in extracellular vesicles, thus obtaining a thin and uniform coating of extracellular vesicles over the entire surface of the titanium implant and without altering its macrogeometry and micro-roughness.
Description
[001] Refere-se a presente patente de invenção a um processo de biofuncionalização de superfícies de implantes de titânio ou ligas de titânio, mais específicamente a um processo de incorporação de vesículas extracelulares em superfície de implante de titânio ou ligas de titânio para utilização na área médica ou odontológica, que confere ao implante de titânio ou liga de titânio uma superfície osteoindutora com potencial para acelerar a diferenciação da população de células-tronco mesenquimais em células osteogênicas e melhorar a qualidade do tecido ósseo reparado.[001] This invention patent refers to a process of biofunctionalization of surfaces of titanium implants or titanium alloys, more specifically a process of incorporating extracellular vesicles into the surface of titanium implant or titanium alloys for use in medical or dental field, which gives the titanium or titanium alloy implant an osteoinductive surface with the potential to accelerate the differentiation of the population of mesenchymal stem cells into osteogenic cells and improve the quality of repaired bone tissue.
[002] Apesar do titânio ser o material de escolha para a utilização como implante dentário, este material é bioinerte, não se ligando quimicamente ao tecido ósseo. Por isso, diversos tratamentos de superfícies têm sido propostos, na literatura científica e em patentes, para aumentar a área superficial, melhorar a resposta celular e obter a bioatividade inorgânica do titânio e suas ligas (US7648726B2; CN105327400A; CN104645413B).[002] Although titanium is the material of choice for use as a dental implant, this material is bioinert, not chemically bonding to bone tissue. Therefore, several surface treatments have been proposed, in the scientific literature and in patents, to increase the surface area, improve the cellular response and obtain the inorganic bioactivity of titanium and its alloys (US7648726B2; CN105327400A; CN104645413B).
[003] Inorganicamente, o termo bioatividade indica a capacidade da superfície do biomaterial para induzir a precipitação de carbonato apatita (composto similar à porção mineral do osso). Por outro lado, organicamente, a bioatividade significa a capacidade da superfície para estimular a resposta biológica (adesão celular, proliferação e diferenciação), a fim de acelerar o crescimento ósseo.[003] Inorganically, the term bioactivity indicates the ability of the surface of the biomaterial to induce the precipitation of apatite carbonate (a compound similar to the mineral portion of the bone). On the other hand, organically, bioactivity means the ability of the surface to stimulate the biological response (cell adhesion, proliferation and differentiation), in order to accelerate bone growth.
[004] Uma superfície de implante capaz de estimular sinergicamente ambas as atividades, é um material biofuncional adequado para uma rápida osseointegração e regeneração com qualidade óssea maior.[004] An implant surface capable of synergistically stimulating both activities, is a biofunctional material suitable for rapid osseointegration and regeneration with greater bone quality.
[005] A integração de implantes pode ocorrer através de dois mecanismos principais, seja indiretamente, através de uma camada de tecido fibroso na interface osso-implante (integração fibro-óssea), ou pelo crescimento do osso diretamente na superfície do implante (osseointegração) (PARITHIMARKALAIGNAN et al., 2018). O primeiro é indesejável, especialmente em implantes que dão suporte a cargas devido ao afrouxamento dos implantes e subsequente falha funcional do dispositivo, enquanto que a osseointegração representa a fixação mais rígida de um corpo estranho dentro do tecido ósseo, fixação essa que se mantém estável durante o carregamento funcional. Uma interface implante-osso adequada ocorre quando células osteogênicas e células-tronco são recrutadas para o local da lesão, se aderem, proliferam e se diferenciam. Evidências recentes mostram que este recrutamento é coordenado por uma liberação ativa de quimioatrativos, vesículas extracelulares, por células residentes no local da lesão. Além disso, as vesículas extracelulares têm o potencial de promover a diferenciação celular (BJORGE et al., 2018).[005] The integration of implants can occur through two main mechanisms, either indirectly, through a layer of fibrous tissue at the bone-implant interface (fibro-bone integration), or by the growth of bone directly on the implant surface (osseointegration) (PARITHIMARKALAIGNAN et al., 2018). The first is undesirable, especially in implants that support loads due to loosening of the implants and subsequent functional failure of the device, while osseointegration represents the more rigid fixation of a foreign body within the bone tissue, a fixation that remains stable during functional loading. An appropriate implant-bone interface occurs when osteogenic cells and stem cells are recruited to the lesion site, adhere, proliferate and differentiate. Recent evidence shows that this recruitment is coordinated by an active release of chemo attractants, extracellular vesicles, by cells residing at the injury site. In addition, extracellular vesicles have the potential to promote cell differentiation (BJORGE et al., 2018).
[006] A comunicação intercelular é uma característica essencial à organismos multicelulares e pode acontecer através do contato direto entre as células ou por transferência de moléculas secretadas. Recentemente, surgiu um terceiro mecanismo para comunicação intercelular que envolve a transferência de vesículas extracelulares (RAPOSO et al., 2013).[006] Intercellular communication is an essential feature of multicellular organisms and can happen through direct contact between cells or by transferring secreted molecules. Recently, a third mechanism for intercellular communication has emerged that involves the transfer of extracellular vesicles (RAPOSO et al., 2013).
[007] Vesículas extracelulares estão presentes e podem ser coletadas em sobrenadantes de culturas celulares ou em todos os fluidos corpóreos. Podem ser classificadas de acordo com seu tamanho ou sua origem subcelular, como os exossomas (diâmetro entre 70 e 150 nanômetros) os quais são liberados quando corpos multivesiculares se fundem com a membrana plasmática (PAN et al., 1985), ou como as microvesículas (diâmetro entre 100 e 1000 nanômetros) que são secretadas via brotamento direto da membrana plasmática (HOLME et al., 1994; GYORGY et al., 2011).[007] Extracellular vesicles are present and can be collected in cell culture supernatants or in all body fluids. They can be classified according to their size or subcellular origin, as exosomes (diameter between 70 and 150 nanometers) which are released when multivesicular bodies fuse with the plasma membrane (PAN et al., 1985), or as microvesicles (diameter between 100 and 1000 nanometers) that are secreted via direct budding of the plasma membrane (HOLME et al., 1994; GYORGY et al., 2011).
[008] A liberação de vesículas extracelulares é regulada por diversos fatores, por exemplo:
- - Através do estímulo de ativação dos receptores purinérgicos (WILSON et al., 2004);
- - Plaquetas são estimuladas a liberar microvesículas da membrana plasmática e exossomas em resposta à ativação do receptor de trombina (HEIJNEN et al., 1998);
- - Células dendríticas aumentam a liberação de vesículas extracelulares e mudam a composição proteica das mesmas em resposta à ativação por lipopolissacarídeos (OBREGON et al., 2006; NOLTE'T-HOEN et al., 2012);
- - Células dendríticas imaturas carregadas com peptídeos foram estimuladas para liberar exossomas em resposta à sua interação com células T (BUSCHOW et al., 2009).
- - A despolarização da membrana plasmática aumenta a secreção de exossomas pelas células neuronais (FAURE et al., 2006; LACHENAL et al., 2011);
- - A interligação de CD3 nas células T estimula a liberação de exossomas (BLANCHARD et al., 2002).
- - A liberação de vesículas extracelulares parece envolver o aumento das concentrações de Ca2+ intracelular, como demonstrado, por exemplo, para uma linhagem celular de eritroleucemia humana (SAVINA et al., 2005) e mastócitos (RAPOSO et al., 1997).
- - By stimulating the activation of purinergic receptors (WILSON et al., 2004);
- - Platelets are stimulated to release microvesicles from the plasma membrane and exosomes in response to activation of the thrombin receptor (HEIJNEN et al., 1998);
- - Dendritic cells increase the release of extracellular vesicles and change their protein composition in response to activation by lipopolysaccharides (OBREGON et al., 2006; NOLTE'T-HOEN et al., 2012);
- - Immature dendritic cells loaded with peptides were stimulated to release exosomes in response to their interaction with T cells (BUSCHOW et al., 2009).
- - Depolarization of the plasma membrane increases the secretion of exosomes by neuronal cells (FAURE et al., 2006; LACHENAL et al., 2011);
- - The interconnection of CD3 in T cells stimulates the release of exosomes (BLANCHARD et al., 2002).
- - The release of extracellular vesicles seems to involve increasing concentrations of intracellular Ca2 +, as demonstrated, for example, for a human erythroleukemia cell line (SAVINA et al., 2005) and mast cells (RAPOSO et al., 1997).
[009] No entanto, as vesículas extracelulares são heterogêneas por natureza e podem carregar diferentes cargas moleculares, o que pode resultar em uma "programação" celular não específica. Avanços recentes nesta área demonstram que a heterogeneidade das vesículas extracelulares pode ser avaliada e populações específicas de vesículas extracelulares podem ser identificadas e classificadas para alcançar a modulação celular desejada. Em resumo, a diferenciação celular é orquestrada pelos fatores ambientais, incluindo topografia e química de superfície, bem como sinais biológicos empacotados em vesículas extracelulares 'fabricadas' ativamente por células (KIM et al., 2018). Consequentemente, através desses estímulos, as células depositam matriz óssea diretamente na superficie do implante, que é rapidamente mineralizada, formando uma ligação íntima, direta e estável entre o implante e o tecido ósseo adjacente (DIVAKARLA et al., 2018)[009] However, extracellular vesicles are heterogeneous in nature and can carry different molecular charges, which can result in non-specific cellular "programming". Recent advances in this area demonstrate that the heterogeneity of extracellular vesicles can be assessed and specific populations of extracellular vesicles can be identified and classified to achieve the desired cell modulation. In summary, cell differentiation is orchestrated by environmental factors, including topography and surface chemistry, as well as biological signals packaged in extracellular vesicles' actively manufactured by cells (KIM et al., 2018). Consequently, through these stimuli, cells deposit bone matrix directly on the surface of the implant, which is rapidly mineralized, forming an intimate, direct and stable connection between the implant and the adjacent bone tissue (DIVAKARLA et al., 2018)
[010] Até a data do depósito desta patente não foi encontrado nenhum artigo científico ou patente depositada que trate sobre a incorporação de vesículas extracelulares em superfícies de implantes de titânio ou ligas de titânio.[010] Until the date of filing this patent, no scientific article or patent has been found that deals with the incorporation of extracellular vesicles on surfaces of titanium implants or titanium alloys.
[011] Alguns trabalhos anteriores estudaram e definiram as vesículas extracelulares, além de incorporá-las à arcabouços porosos para utilização como substitutos ósseos. O trabalho publicado por Xie e colaboradores (2017), apresenta a utilização de vesículas extracelulares incorporadas à um substituto ósseo de matriz descalcificada, os testes foram realizados em ratos, os resultados apontam à uma indução na angiogênese, melhorando a vascularização do defeito e favorecendo a regeneração. Utilizando exossomas, o trabalho de Qi e colaboradores (2016), descreve um estudo realizado com ratos para reparar defeitos ósseos com tamanho crítico aumentando a angiogênese e a osteogênese. Os resultados indicaram uma melhor regeneração óssea com o aumento da concentração de exossomas, demonstrando a influência dos exossomas na regeneração óssea.[011] Some previous studies have studied and defined extracellular vesicles, in addition to incorporating them into porous frameworks for use as bone substitutes. The work published by Xie et al. (2017), presents the use of extracellular vesicles incorporated into a bone substitute of decalcified matrix, the tests were performed in rats, the results point to an induction in angiogenesis, improving the vascularization of the defect and favoring the regeneration. Using exosomes, the work of Qi et al. (2016), describes a study carried out with rats to repair bone defects with critical size by increasing angiogenesis and osteogenesis. The results indicated a better bone regeneration with the increase of the exosomes concentration, demonstrating the influence of the exosomes in the bone regeneration.
[012] Dadas as informações acima referentes ao que é de conhecimento público, bem como propor uma nova alternativa com objetivo de otimizar a superfície de implantes de titânio ou ligas de titânio, fornecendo a incorporação controlada com fatores de indução simplesmente pela variação na concentração da vesícula extracelular na superfície do implante, foi desenvolvido o processo de biofuncionalização da superfície de implantes de titânio ou ligas de titânio. Tal invenção permite resolver os problemas, como: a superfície bioinerte dos implantes, a ausência da bioatividade orgânica e a resposta tecidual não adequada em paciente debilitados sistemicamente, como em casos de osteoporose, diabetes, entre outros; através do uso de moléculas bioativas solúveis presentes nas vesículas extracelulares que ativam diretamente as células-alvo, inibindo a apoptose e a fibrose, além de estimular a diferenciação das células osteoprogenitoras. Tornando esta invenção um método efetivo para a biofuncionalização de implantes de titânio ou ligas de titânio pela incorporação de vesículas extracelulares para favorecer na qualidade da regeneração óssea, quando comparado às outras técnicas terapêuticas.[012] Given the information above regarding what is public knowledge, as well as proposing a new alternative in order to optimize the surface of titanium implants or titanium alloys, providing controlled incorporation with induction factors simply by varying the concentration of extracellular vesicle on the implant surface, the biofunctionalization process of the surface of titanium implants or titanium alloys was developed. This invention allows to solve the problems, such as: the bioinert surface of the implants, the absence of organic bioactivity and the inadequate tissue response in systemically debilitated patients, as in cases of osteoporosis, diabetes, among others; through the use of soluble bioactive molecules present in extracellular vesicles that directly activate the target cells, inhibiting apoptosis and fibrosis, in addition to stimulating the differentiation of osteoprogenitor cells. Making this invention an effective method for the biofunctionalization of titanium implants or titanium alloys by incorporating extracellular vesicles to favor the quality of bone regeneration, when compared to other therapeutic techniques.
[013] O processo de incorporação de vesículas extracelulares na superficie de implantes de titânio ou ligas de titânio, bem como seus resultados poderão ser melhor descritos e ilustrados através da descrição detalhada em consonância com as seguintes figuras em anexo, onde:
FIGURA 01-a Apresenta a atividade dos exossomas após o processo de incorporação na superfície demonstrando sua viabilidade do processo de biofuncionalização de superfícies de implantes de titânio ou ligas de titânio
FIGURA 01-b Apresenta um gráfico da intensidade relacionada à quantidade de exossomas disponíveis em faixa nanométrica de tamanho do a intensidade relacionada à quantidade de exossomas disponíveis em faixa nanométrica de tamanho.
FIGURA 01-c um gráfico da concentração em partículas por mililitro dos exossomas disponíveis em faixa nanométrica de tamanho do a concentração em partículas por mililitro dos exossomas disponíveis em faixa nanométrica de tamanho.
FIGURA 02 Apresenta uma imagem da resposta biológica das vesículas do ensaio de diferenciação osteogênica, parte do a concentração em partículas por mililitro dos exossomas disponíveis em faixa nanométrica de tamanho.
FIGURA 03 Apresenta um gráfico dos resultados de deposição de matriz extracelular óssea nas superfícies de implante, do processo de biofuncionalização de superfícies de implantes de titânio ou ligas de titânio.[013] The process of incorporating extracellular vesicles on the surface of titanium implants or titanium alloys, as well as their results can be better described and illustrated through the detailed description in line with the following figures in the annex, where:
FIGURE 01-a Shows the activity of exosomes after the incorporation process on the surface demonstrating its viability for the biofunctionalization process of titanium or titanium alloy implant surfaces
FIGURE 01-b Shows a graph of the intensity related to the amount of exosomes available in the nanometer range of size or the intensity related to the amount of exosomes available in the nanometer range of size.
FIGURE 01-c a graph of the particle concentration per milliliter of exosomes available in the nanometer size range of the particle concentration per milliliter of the exosomes available in the nanometer size range.
FIGURE 02 It presents an image of the biological response of the vesicles of the osteogenic differentiation assay, part of the concentration in particles per milliliter of the exosomes available in a nanometric size range.
FIGURE 03 Shows a graph of the results of deposition of extracellular bone matrix on the implant surfaces, of the biofunctionalization process of titanium or titanium alloy implant surfaces.
[014] De acordo com as figuras, observa-se que as vesículas extracelulares possuem uma faixa de tamanho nanométrica, abaixo de 200 nm (após os processos de centrifugação ou filtração) (Figura 01), garantindo a endocitose das moléculas bioativas e, consequentemente, a ativação/estimulação das células ósseas maduras e a diferenciação das células-tronco mesenquimais, compreendendo a maior resposta biológica das vesículas extracelulares após 14 dias de ensaio de diferenciação osteogênica (a, b, c), em comparação com o grupo controle positivo (d, e, f) (Figura 02). Contudo, a utilização de vesículas extracelulares com dimensões maiores do que 200 nm também pode ocorrer. O controle da espessura do recobrimento para a biofuncionalização da superfície dos implantes dar-se-á pelo controle da concentração das vesículas extracelulares. Já na Figura 03, pode-se observar os resultados de deposição de matriz extracelular óssea em superfícies de: titânio em meio basal (controle negativo) (a); titânio em meio osteogênico (controle positivo) (b); e em superfície biofuncionalizada de titânio em meio basal (c), verificando a maior deposição de matriz mineralizada após 14 dias.[014] According to the figures, it is observed that the extracellular vesicles have a nanometric size range, below 200 nm (after the centrifugation or filtration processes) (Figure 01), guaranteeing the endocytosis of the bioactive molecules and, consequently , activation / stimulation of mature bone cells and differentiation of mesenchymal stem cells, comprising the greater biological response of extracellular vesicles after 14 days of osteogenic differentiation assay (a, b, c), compared to the positive control group ( d, e, f) (Figure 02). However, the use of extracellular vesicles with dimensions greater than 200 nm can also occur. The control of the coating thickness for the biofunctionalization of the implant surface will be done by controlling the concentration of the extracellular vesicles. In Figure 03, it is possible to observe the results of deposition of extracellular bone matrix on surfaces of: titanium in basal medium (negative control) (a); titanium in osteogenic medium (positive control) (b); and on a biofunctionalized titanium surface in a basal medium (c), verifying the greatest deposition of mineralized matrix after 14 days.
[015] A concentração de vesículas extracelulares em suspensão pode variar entre 109 e 1015 vesículas extracelulares por mililitro, para a obtenção do recobrimento submicrométrico, ou nanométrico, uniforme e homogêneo sobre a superfície do implante.[015] The concentration of extracellular vesicles in suspension can vary between 109 and 1015 extracellular vesicles per milliliter, to obtain the submicrometric or nanometric, uniform and homogeneous coating on the implant surface.
[016] Para obter uma boa adesão das vesículas extracelulares ao implante, a superfície deve ser limpa adequadamente, evitando contaminantes que possam influenciar negativamente na ligação vesícula extracelular-superfície do implante. Preferencialmente, a superfície deve apresentar microrugosidade controlada e hidrofilicidade adequada.[016] To obtain a good adhesion of the extracellular vesicles to the implant, the surface must be cleaned properly, avoiding contaminants that may negatively influence the extracellular vesicle-surface connection of the implant. Preferably, the surface should have controlled micro-roughness and adequate hydrophilicity.
[017] O recobrimento de vesículas extracelulares pode ser realizado sobre uma superfície de titânio previamente tratada por método subtrativo, que irá criar uma superfície com microrugosidade controlada, preferencialmente com Sa entre 1 e 2 μm, e auxiliará fisicamente na retenção das vesículas extracelulares, através de tratamentos como, por exemplo: duplo ataque ácido, jateamento de areia, plasmaspray, entre outros; bem como a superfície pode também ser previamente tratada por método aditivo, que irá criar uma superfície hidrofílica, bioativa e auxiliará na adesão química e eletrostática das vesículas extracelulares, através de tratamentos como, por exemplo: químicos, fotoquímicos, irradiação, recobrimento bioativo com cerâmicas ou biovidro, entre outros.[017] The coating of extracellular vesicles can be performed on a titanium surface previously treated by a subtractive method, which will create a surface with controlled micro-roughness, preferably with Sa between 1 and 2 μm, and will physically assist in the retention of extracellular vesicles, through treatments such as: double acid attack, sandblasting, plasmaspray, among others; as well as the surface can also be previously treated by an additive method, which will create a hydrophilic, bioactive surface and assist in the chemical and electrostatic adhesion of extracellular vesicles, through treatments such as: chemical, photochemical, irradiation, bioactive coating with ceramics or bioglass, among others.
[018] Após a imersão, os implantes recobertos com as vesículas extracelulares podem passar por uma etapa de congelamento, onde a solução presente na superfície do implante de titânio será congelada até uma temperatura final entre -50°C e -150°C a uma taxa de resfriamento entre -1°C/min e -50°C/min, e permanecerão na temperatura final por um intervalo de tempo entre 1 e 600 minutos;[018] After immersion, implants covered with extracellular vesicles may undergo a freezing step, where the solution present on the surface of the titanium implant will be frozen to a final temperature between -50 ° C and -150 ° C at a cooling rate between -1 ° C / min and -50 ° C / min, and will remain at the final temperature for a time between 1 and 600 minutes;
[019] Após a etapa de congelamento, os implantes serão levados para a etapa de liofilização que consiste em submeter os implantes à uma pressão que pode variar entre 5 e 0,005 milibar durante um intervalo de tempo entre 1 minuto e 150 horas, sendo o tempo estabelecido por proporção direta ao volume de solução presente na superfície do implante de titânio;[019] After the freezing stage, the implants will be taken to the lyophilization stage, which consists of submitting the implants to a pressure that can vary between 5 and 0.005 millibar for a period of time between 1 minute and 150 hours, the time being established by direct proportion to the volume of solution present on the surface of the titanium implant;
[020] Como resultado dessas etapas de congelamento e liofilização, a Figura 01 (a) apresenta a imagem das vesículas extracelulares ativas, indicando o sucesso no processo de secagem por liofilização das moléculas bioativas presentes na superfície do implante.[020] As a result of these freezing and freeze drying steps, Figure 01 (a) presents the image of the active extracellular vesicles, indicating the success in the freeze drying process of the bioactive molecules present on the implant surface.
[021] Como um segundo exemplo de método inventivo para a presente patente, a superfície biofuncionalizada pode ser confeccionada em conjunto com um material bioreabsorvível, pertencente à classe polimérica como, por exemplo: o colágeno, a gelatina, a quitosana, o alginato, entre outros, preferencialmente, com colágeno e/ou alginato.[021] As a second example of an inventive method for the present patent, the biofunctionalized surface can be made together with a bioresorbable material, belonging to the polymeric class, such as: collagen, gelatin, chitosan, alginate, among others, preferably, with collagen and / or alginate.
[022] O processo de recobrimento com polímeros pode ser realizado por dois métodos:
- - (1) imersão do implante em uma solução rica em vesículas extracelulares associadas ao polímero;
- - (2) imersão do implante, que foi previamente associado com as vesículas extracelulares, em solução polimérica.
- - (1) immersion of the implant in a solution rich in extracellular vesicles associated with the polymer;
- - (2) immersion of the implant, which was previously associated with extracellular vesicles, in polymeric solution.
[023] Em ambos os casos, a associação é realizada com uma solução polimérica que apresenta baixa concentração, podendo variar entre 0,1% a 2% (m/v), preferencialmente, utilizando valores abaixo de 1% para a formação de um filme fino.[023] In both cases, the association is carried out with a polymeric solution that has a low concentration, ranging from 0.1% to 2% (m / v), preferably using values below 1% for the formation of a thin film.
[024] Após a etapa de imersão, os implantes serão secos em temperatura ambiente, obtendo assim um recobrimento uniforme sobre toda a superfície do implante e sem alteração de sua microestrutura. Para isso, o implante passará por uma etapa de secagem em vácuo por até 15 min, podendo passar por uma segunda etapa de secagem em estufa a uma temperatura entre 30°C e 50°C por um tempo entre 1 e 600 minutos, preferencialmente, a 37oC por até 30 min. Essas duas etapas podem ocorrer simultaneamente.[024] After the immersion stage, the implants will be dried at room temperature, thus obtaining a uniform covering over the entire surface of the implant and without changing its microstructure. For this, the implant will go through a vacuum drying step for up to 15 min, and may go through a second oven drying step at a temperature between 30 ° C and 50 ° C for a time between 1 and 600 minutes, preferably at 37oC for up to 30 min. These two steps can occur simultaneously.
[025] No primeiro método de associação com polímero, a atuação das vesículas extracelulares irá promover uma osteogênese a distância, através da sua liberação controlada devido à taxa de bioreabsorção do polímero após o contato com o fluido corpóreo. Dessa forma, as vesículas extracelulares irão estimular a formação do tecido ósseo a partir de célulasosteogenicas presentes no tecido ósseoperi-implantar, resultando na formaçãoóssea em direção à superfície implante. Além disso, o perfil de liberação das vesículas extracelulares pode ser alterado pela alteração do polímero a ser utilizado.[025] In the first method of association with polymer, the action of extracellular vesicles will promote osteogenesis at a distance, through their controlled release due to the rate of bioreabsorption of the polymer after contact with the body fluid. In this way, the extracellular vesicles will stimulate the formation of bone tissue from osteogenic cells present in the osseoperi-implant tissue, resulting in bone formation towards the implant surface. In addition, the release profile of extracellular vesicles can be altered by changing the polymer to be used.
[026] No segundo método, as vesículas extracelulares já estarão aderidas na superfície do implante e o recobrimento polimérico será utilizado como uma barreira para proteção das vesículas extracelulares e preservação do implante em condições de transporte e armazenamento. Dessa forma, a atuação das vesículas extracelulares será local, promovendo uma osteogênese de contato, ao estimular as células ósseas e as células-tronco mesenquimaisà migrarem para superfície do implante, através da liberação das moléculas bioativas presentes em sua composição. Este processo de crescimento ósseo, conhecido como osteogênese de contato, ocorre a partir da superfície do implante em direção ao tecido ósseo peri-implantar.[026] In the second method, the extracellular vesicles will already be adhered to the implant surface and the polymeric covering will be used as a barrier to protect the extracellular vesicles and preserve the implant under transport and storage conditions. Thus, the performance of the extracellular vesicles will be local, promoting contact osteogenesis, by stimulating bone cells and mesenchymal stem cells to migrate to the implant surface, by releasing the bioactive molecules present in its composition. This bone growth process, known as contact osteogenesis, occurs from the implant surface towards the peri-implant bone tissue.
[027] A associação dos dois métodos descritos acima, com a adesão das vesículas extracelulares na superfície do implante, atuando na osteogênese de contato, junto com a sua associação ao polímero, atuando na osteogênese à distância, é preferível e poderá ser utilizado como método de biofuncionalização da superfície de implante.[027] The association of the two methods described above, with the adhesion of extracellular vesicles on the implant surface, acting on contact osteogenesis, together with their association with the polymer, acting on distant osteogenesis, is preferable and can be used as a method biofunctionalization of the implant surface.
[028] As vantagens primordiais da presente invenção é o controle do processo de deposição submicrométrica e nanométrica de vesículas extracelulares na superfície de implante de titânio, pela variação da concentração destas. A invenção demonstra um novo método de obter uma estrutura nanométrica de fatores de indução de crescimento ósseo, uniforme e homogênea em toda a superfície, ou em parte do implante por um processo simples e de baixo custo de produção.[028] The primary advantages of the present invention are the control of the process of submicrometric and nanometric deposition of extracellular vesicles on the titanium implant surface, by varying their concentration. The invention demonstrates a new method of obtaining a nanometric structure of bone growth induction factors, uniform and homogeneous over the entire surface, or in part of the implant by a simple and low cost production process.
[029] A presente invenção é capaz de recobrir outras superfícies, além das superfícies metálicas de titânio (amplamente utilizadas no mercado), como por exemplo: metais (ligas de titânio, nitinol, nióbio, tântalo, magnésio, aço inoxidável, entre outros), cerâmicos (zircônia, alumina, vidros bioativos, entre outros) e polímeros (poliuretano, polieteretercetona - PEEK, acrílicos, silicone, entre outros).[029] The present invention is able to cover other surfaces, in addition to the titanium metal surfaces (widely used in the market), such as: metals (titanium alloys, nitinol, niobium, tantalum, magnesium, stainless steel, among others) , ceramics (zirconia, alumina, bioactive glasses, among others) and polymers (polyurethane, polyetheretherketone - PEEK, acrylics, silicone, among others).
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102019006252-5A BR102019006252A2 (en) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | BIOFUNCTIONALIZATION PROCESS OF TITANIUM IMPLANT SURFACES OR TITANIUM ALLOYS. |
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| BR102019006252-5A BR102019006252A2 (en) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | BIOFUNCTIONALIZATION PROCESS OF TITANIUM IMPLANT SURFACES OR TITANIUM ALLOYS. |
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ID=73034319
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| BR102019006252-5A BR102019006252A2 (en) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | BIOFUNCTIONALIZATION PROCESS OF TITANIUM IMPLANT SURFACES OR TITANIUM ALLOYS. |
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| BR (1) | BR102019006252A2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113440653A (en) * | 2021-07-01 | 2021-09-28 | 山西医科大学口腔医院 | Titanium-based implant for promoting osseointegration and preparation method and application thereof |
-
2019
- 2019-03-28 BR BR102019006252-5A patent/BR102019006252A2/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113440653A (en) * | 2021-07-01 | 2021-09-28 | 山西医科大学口腔医院 | Titanium-based implant for promoting osseointegration and preparation method and application thereof |
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