BR112017012508B1 - Implante médico - Google Patents

Abstract

IMPLANTES MÉDICOS DE BIOCOMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRA CONTÍNUA. Um implante médio que compreende uma pluralidade de camadas, cada camada compreendendo um polímero e uma pluralidade de fibras de reforço contínuas alinhadas de forma unidireciona

Description

FUNDAMENTOS Materiais de Implantes Ortopédicos Permanentes

[0001] Os implantes médicos podem ser fabricados a partir de metais, ligas, cerâmicas ou compósitos degradáveis e estáveis. Em aplicações de suporte de carga ortopédicas que requerem alta resistência, geralmente utilizam-se aço inoxidável ou ligas de titânio. Os implantes de metal têm um longo histórico de uso bem sucedido em cirurgias ortopédicas, mas também trazem muitos riscos de complicações. Embora esses materiais sejam inertes, eles também são usados em situações em que a necessidade do implante é apenas temporária, como na fixação de fraturas. No caso de hastes metálicas e placas para fixação de fraturas, uma segunda cirurgia para remoção do dispositivo pode ser recomendada cerca de um ano após a confirmação da união óssea. A remoção do implante causa risco adicional e maior morbidade para o paciente, ocupa a disponibilidade de clínicas e aumenta os custos gerais do procedimento. Se o dispositivo não for removido, pode causar a remodelação do osso. Tal remodelação pode por sua vez enfraquecer o osso devido ao estresse ou inflamação do tecido do hospedeiro. A blindagem de estresse pode ocorrer devido à alta rigidez (módulo) e resistência dos metais em comparação com a rigidez e a resistência do osso cortical, de modo que o metal estressa o osso, o que pode resultar em fraturas periprostéticas ou na perda da resistência óssea.

[0002] Exemplos de implantes médicos portadores de carga que têm sido tradicionalmente construídos a partir de ligas metálicas incluem placas ósseas, hastes, parafusos, tachas, pregos, grampos e pinos para a fixação de fraturas ósseas e/ou osteotomias para imobilizar os fragmentos ósseos para cicatrização. Outros exemplos incluem cunhas cervicais, caixas lombares e placas e parafusos para fusão vertebral e outras operações de cirurgia da coluna vertebral.

[0003] Polímeros bioestáveis e seus compósitos, por exemplo, baseados em polimetacrilato (PMMA), polietileno de peso molecular ultra elevado (UHMWPE), politetrafluoroetileno (PTFE), poliéteretetcetona (PEEK), polissiloxano e polímeros acrílicos também foram utilizados para fabricar implantes médicos. Esses materiais não são biodegradáveis ou biorreabsorvíveis e, portanto, enfrentam muitas das mesmas limitações que os metais quando utilizados para aplicações de implantes médicos, por exemplo, podem requerer uma segunda cirurgia para substituição ou remoção do implante em algum momento da vida do implante. Além disso, esses materiais são mais fracos (menos fortes e rígidos) do que o metal, de tal modo que são mais suscetíveis a falhas mecânicas, particularmente após uma carga dinâmica repetida (isto é, através da fadiga do material ou fluência).

Implantes médicos poliméricos degradáveis existentes

[0004] Polímeros reabsorvíveis foram utilizados para desenvolver implantes reabsorvíveis, que também podem ser referidos como implantes absorvíveis, bioabsorvíveis ou biodegradáveis. A vantagem do uso de polímeros reabsorvíveis biocompatíveis é que os polímeros, e, por conseguinte o implante, reabsorvem-se no corpo e liberam produtos de degradação não tóxicos que são metabolizados pelo sistema metabólico. Os polímeros, incluindo os ácidos polilácticos e poliglicólicos e a polidioxanona, são materiais biocompatíveis reabsorvíveis que são utilizados atualmente como placas ortopédicas, hastes, âncoras, pinos ou parafusos para aplicações de implantes médicos sem suporte de carga, tais como aplicações craniofaciais. Esses materiais de implantes médicos oferecem a vantagem de uma eventual reabsorção, eliminando a necessidade de remoção posterior, permitindo a transferência de estresse para a fratura de remodelação. Contudo, os materiais e os implantes bioabsorvíveis atuais não têm propriedades mecânicas para corresponder aos implantes metálicos. A resistência mecânica e o módulo (aproximadamente 3-5 GPa) dos polímeros reabsorvíveis não reforçados são insuficientes para suportar o osso cortical fraturado, que tem um módulo elástico no intervalo de aproximadamente 1520 GPa (Snyder SM, et al. measured the bending modulus of human tibial bone to be about 17,5 GPa Snyder SM Schneider E, Journal of Orthopedic Research, Vol. 9, 1991, pp. 422-431). Portanto, as indicações de implantes médicos existentes construídos a partir de polímeros reabsorvíveis são limitadas e sua fixação geralmente requer proteção contra movimento ou carga significativa. Estes dispositivos são apenas uma consideração quando a fixação de áreas de baixa tensão é necessária (isto é, aplicações sem carga), como em pacientes pediátricos ou em fraturas maleolares mediais, fixação sindesmótica, fraturas maxilo-facial ou osteocondrais em adultos.

Materiais poliméricos degradáveis reforçados

[0005] Recentemente, Foram Introduzidos Materiais Poliméricos Reforçados Com Mais Resistência E Rigidez (Módulo). Esses Compósitos Biodegradáveis Compreendem Polímeros Reforçados Por Enchimentos, Geralmente Na Forma De Fibras. Em Materiais Compósitos, Geralmente Uma Matriz Relativamente Flexível (Isto É, Um Polímero) É Combinado Com Um Material De Reforço Rígido E Forte Para Melhorar As Propriedades Mecânicas Da Matriz Do Compósito. Por Exemplo, Um Vidro Biodegradável Ou Um Material Mineral Podem Ser Usados Para Aumentar A Rigidez E A Resistência De Uma Matriz Polimérica Biodegradável. Na Técnica Anterior, Foram Relatadas Várias Tentativas Para Produzir Tal Compósito, Onde Foram Utilizadas Partículas De Vidro Bioativo, Pó De Hidroxiapatita Ou Fibras De Vidro Curtas Para Aumentar As Propriedades De Um Polímero Biodegradável. Na Maioria Dos Casos, A Resistência E A Rigidez Desses Compósitos É Inferior Ao Do Osso Cortical Ou Torna-se Inferior À Do Osso Cortical Após Rápida Degradação Em Um Ambiente Fisiológico. Por Conseguinte, A Maioria Desses Materiais Compósitos Não São Apropriados Para Utilização Em Aplicações De Implantes Médicos De Suporte De Carga. No Entanto, Compósitos Biodegradáveis Com Resistência E Rigidez Equivalentes Ou Superiores Ao Osso Cortical Foram Relatados Recentemente, Por Exemplo, Um Compósito Biodegradável Compreendendo Um Polímero Biodegradável E 20-70% Em Volume De Fibras De Vidro (Wo2010128039 A1). Outros Implantes De Material Compósito, Por Exemplo, Formados De Polímero Reforçado Com Fibras, São Descritos Nas Patentes Us 4.750.905, 5.181.930, 5.397.358, 5.009.664, 5.064.439, 4.978.360, 7.419.714, Cujas Descrições São Incorporadas Aqui Por Referência.

Mecanismo de Degradação de Materiais Poliméricos Degradáveis Reforçados

[0006] Quando os compósitos biodegradáveis são utilizados para aplicações de implantes médicos portadores de carga, como para fixar fraturas ósseas, as propriedades mecânicas do implante médico devem ser mantidas por um período prolongado. A degradação do compósito resultará na perda prematura da resistência do implante ou rigidez e pode levar à insuficiência da função do implante, como a fixação insuficiente dos segmentos ósseos, resultando em cura óssea inadequada.

[0007] Infelizmente, os compósitos biodegradáveis começam a degradar-se hidroliticamente quando entram em contato com o fluido corporal. Essa degradação pode ser um resultado da degradação do polímero biodegradável, de um enchimento de reforço ou ambos. Essa degradação em um ambiente aquoso, como o ambiente fisiológico, pode particularmente resultar em uma queda acentuada da resistência mecânica e da rigidez em certos materiais poliméricos reforçados que são reforçados por compostos inorgânicos. Quando a matriz polimérica absorvível é de material orgânico e as cargas são compostos inorgânicos, a adesão entre a matriz polimérica absorvível e o enchimento pode ser reduzida pela degradação do polímero ou enchimento no ambiente aquoso e tornar-se rapidamente reduzida de tal modo que as propriedades mecânicas iniciais do polímero reforçado caiam rapidamente e tornem-se menos do que desejáveis para um desempenho de suporte de carga adequado. Além da degradação do polímero e do enchimento separadamente, uma interação precária entre o polímero e a interface de reforço e a aderência podem resultar em uma falha precoce na interface em um ambiente aquoso, resultando assim em uma diminuição drástica da propriedade mecânica à medida em que o reforço se separa do polímero e o efeito de reforço do enchimento se perde.

[0008] Tormala et al. (WO 2006/114483) descreveu um material compósito contendo duas fibras de reforço, um polimérico e um cerâmico, em uma matriz polimérica e relatou bons resultados mecânicos iniciais (resistência à flexão de 420 +/- 39 MPa e módulo de flexão de 21,5 GPa) equivalentes às propriedades do osso cortical. Contudo, a técnica anterior ensina que os compósitos bioabsorvíveis reforçados com fibras de vidro absorvíveis têm um módulo de flexão inicial elevado, mas que perdem rapidamente a sua resistência e o módulo in vitro.

[0009] Embora a ligação interfacial melhorada (por exemplo, uma ligação covalente) entre o polímero e o reforço possa prolongar significativamente a retenção da propriedade mecânica do polímero bioabsorvível reforçado em um ambiente aquoso (WO2010128039 A1), a hidrólise contínua do polímero, o reforço ou a interface entre os dois resultará em perda das propriedades mecânicas ao longo do tempo. Uma vez que a união óssea pode demorar vários meses ou mais, mesmo o perfil de degradação da propriedade mecânica prolongado em polímeros bioabsorvíveis reforçados covalentemente pode ser insuficiente para o funcionamento ideal dos implantes médicos utilizados para aplicações ortopédicas portadoras de carga.

[0010] Um exemplo de perda de resistência em um implante de polímero degradável reforçado é descrito no que se refere ao ácido poli-L- láctico auto-reforçado (Majola A et al., Journal of Materials Science Materials in Medicine, Vol. 3, 1992, pp. 43-47). Lá, a resistência e a retenção de resistência de hastes de compósito de ácido poli-L-lático (SR-PLLA) foram avaliadas após implantação intramedular e subcutânea em coelhos. A resistência à flexão inicial das hastes de SR-PLLA era de 250-271 MPa. Após a implantação intramedular e subcutânea de 12 semanas, a resistência à flexão dos implantes SR-PLLA foi de 100 MPa.

[0011] Co- e terpoliésteres de PLA, PGA e PCL são de interesse na adaptação do polímero ideal para material compósito reabsorvível para dispositivos médicos. A escolha da proporção do monômero e do peso molecular afeta significativamente a elasticidade de resistência, módulo, propriedades térmicas, taxa de degradação e viscosidade em fusão de materiais compósitos reabsorvíveis e todos esses polímeros são conhecidos por serem degradáveis em condições aquosas, tanto in vitro quanto in vivo. Foram identificados dois estágios no processo de degradação: primeiro, a degradação prossegue por cisão de cadeia hidrolítica aleatória das ligações de éster que diminui o peso molecular dos polímeros. No segundo estágio, observa-se a perda de peso mensurável em adição à cisão de cadeia. As propriedades mecânicas são em sua maior parte perdidas ou pelo menos é vista nelas uma notável queda no ponto onde a perda de peso começa. A taxa de degradação desses polímeros é diferente, dependendo da estrutura do polímero: cristalinidade, peso molecular, temperatura de transição vítrea, comprimento do bloco, racemização e arquitetura da cadeia. (Middleton JC, Tipton AJ, Biomaterials 21, 2000, 2335-2346)

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0012] Existe uma grande necessidade de um material polimérico bioabsorvível reforçado que apresente propriedades mecânicas melhoradas para utilização em aplicações de implantes médicos portadores de carga, tais como a fixação estrutural para fins de suporte de carga, onde a elevada resistência e rigidez do implante são mantidas a um nível equivalente ou superior ao osso cortical durante um período no mínimo tão longo como o tempo máximo de cicatrização do osso.

[0013] A construção de materiais biocompósitos reforçados com fibras com a elevada resistência e rigidez requeridas é conhecida na técnica por ser um problema difícil, que até o momento não foi devidamente solucionado.

[0014] Especificamente dentro de compósitos reforçados com fibras, atingindo as elevadas resistências e rigidez necessárias para muitas aplicações de implantes médicos podem requerer a utilização de reforço de fibra contínua em vez de reforço de fibra curta ou longa. Isso cria uma diferença significativa a partir das técnicas de estruturas, arquiteturas, desenhos e produção de implantes que tenham sido previamente utilizadas com implantes médicos produzidos a partir de polímeros ou compósitos que compreendem polímeros reforçados de fibra curta ou longa. Esses implantes são mais vulgarmente produzidos utilizando moldagem por injeção, ou, ocasionalmente, impressão 3-D, técnicas de produção. A produção desses implantes geralmente envolve a homogeneidade do material em todo o implante e o implante acabado é então composto de material predominantemente isotrópico. No entanto, com a fibra de reforço contínuo, as fibras têm de ser cuidadosamente alinhadas de tal modo que cada fibra ou maço de fibras é executado ao longo de um percurso no interior do material compósito de modo que eles vão fornecer um reforço ao longo de eixos específicos dentro do implante para fornecer resistência ao estresse, onde é mais necessário.

[0015] Ao contrário dos materiais a granel, as propriedades das partes feitas de materiais compósitos são altamente dependentes da estrutura interna da parte. Esse é um princípio bem estabelecido na concepção de partes a partir de materiais compósitos em que as propriedades mecânicas de materiais compósitos reforçados com fibras são conhecidas por serem dependentes dos ângulos e das orientações das fibras nas partes do compósito.

[0016] A grande maioria das concepções de materiais compósitos anteriores focava exclusivamente nas propriedades mecânicas das partes. No entanto, essas partes eram partes permanentes e não degradáveis ou absorvíveis. Portanto, não foi dada atenção aos mecanismos de degradação ou absorção dos materiais compósitos na parte. Mesmo os implantes ortopédicos anteriores constituídos por materiais compósitos aderiram amplamente a esses mesmos princípios clássicos de concepção de materiais compósitos.

[0017] No entanto, a presente invenção refere-se a implantes médicos compreendidos por uma nova classe de materiais compósitos que são biocompatíveis e em muitos casos são bioabsorvíveis. Os desafios de concepção na criação de implantes médicos com esses materiais envolvem uma consideração de muitos mais aspectos e parâmetros do que apenas as propriedades mecânicas que foram previamente consideradas com partes de material compósito.

[0018] Além disso, no que diz respeito aos implantes compósitos reforçados com fibras contínuas bioabsorvíveis, o perfil de degradação do material compósito dentro do implante também deve ser levado em consideração para assegurar que as fibras contínuas proporcionarão reforço de resistência e rigidez inicialmente no momento inicial da implantação do dispositivo, e também ao longo do seu período funcional dentro do corpo.

[0019] As propriedades mecânicas fundamentais para o desempenho dos implantes médicos da presente invenção incluem: resistência e rigidez de flexibilidade, tensional, cisalhamento, de compressão e torsal (módulo). Nesses implantes médicos bioabsorvíveis, essas propriedades são essenciais tanto no momento zero (isto é, no implante após a produção) como após um período de implantação ao corpo. Tal como com as partes anteriormente descritas feitas a partir de material compósito reforçado com fibras, as propriedades mecânicas no momento zero dependem do alinhamento e da orientação das fibras dentro da parte. Contudo, reter uma grande percentagem das propriedades mecânicas após a implantação no corpo (ou implantação simulada) requer considerações adicionais e diferentes.

[0020] Como será descrito em mais pormenor abaixo, tais considerações para a concepção de implantes médicos podem incluir os seguintes parâmetros: composições, razões de componentes, diâmetros das fibras, distribuição das fibras, comprimento das fibras, alinhamentos e orientações das fibras, etc.

[0021] Esses parâmetros podem afetar vários aspectos e propriedades adicionais do desempenho do implante médico aqui descrito: 1. A taxa de degradação do material (produtos de degradação, pH local e níveis de íons durante a degradação) 2. As propriedades superficiais que afetam a interface do implante com o tecido circundante local 3. Efeitos biológicos, tais como propriedades antimicrobianas ou osteocondutoras 4. A resposta a processos de esterilização (tais como gás de óxido de etileno, radiação gama ou de feixe E)

[0022] A presente invenção prevê uma solução para esses problemas, oferecendo, pelo menos em algumas modalidades, as composições de implante de materiais compósitos biocompatíveis reforçados de fibra contínua que são um avanço significativo a partir de implantes anteriores biocompatíveis em que eles podem atingir resistências de suporte de carga e rigidez de forma altamente sustentável. Adicionalmente, muitas modalidades da presente invenção facilitam adicionalmente esses níveis de elevada resistência com implantes eficientes de baixo volume. Além disso, os materiais biocompósitos aqui descritos também são, opcionalmente e preferencialmente, bioabsorvíveis.

[0023] A presente invenção, portanto, supera as limitações das abordagens anteriores e proporciona implantes médicos compreendendo composições de biocompósito (opcionalmente biodegradáveis) que apresentam reforço de fibras contínuo que retêm a sua resistência mecânica e rigidez durante um período prolongado.

[0024] De acordo com pelo menos algumas modalidades, é fornecido um implante médico que compreende uma pluralidade de camadas de biocompósito, as ditas camadas compreendendo um polímero, opcionalmente biodegradável, e uma pluralidade de fibras contínuas de reforço uni-direcionalmente alinhadas. Opcionalmente e preferencialmente, o polímero biodegradável é incorporado em um compósito biodegradável. Além disso, opcionalmente, e preferencialmente, as fibras são incorporadas numa matriz de polímero que compreende um ou mais polímeros bioabsorviveis.

[0025] De acordo com pelo menos algumas modalidades, as camadas de compósito são compostas cada uma de uma ou mais fitas compósitas, a referida fita compreendendo um polímero, que opcionalmente é biodegradável, e uma pluralidade de fibras de reforço contínuas uni- direcionalmente alinhadas. Opcionalmente e preferencialmente, o polímero biodegradável é incorporado em um compósito biodegradável. Além disso, opcionalmente, e preferencialmente, as fibras são incorporadas numa matriz de polímero que compreende um ou mais polímeros bioabsorviveis.

[0026] Opcionalmente e preferencialmente, o compósito reforçado com fibra biodegradável dentro do implante tem um módulo de flexão superior a 10 GPa e resistência à flexão superior a 100 MPa.

[0027] De preferência, o compósito biodegradável reforçado com fibras dentro do implante tem resistência à flexão na gama de 400 a 800 MPa, mais preferencialmente de 650 a 800 MPa. Módulo elástico na faixa de 1027 GPa. Mais preferencialmente de 16-27 GPa.

[0028] De preferência, o compósito reforçado com fibras dentro do implante tem uma retenção de resistência do Módulo Elástico acima de 10 GPa após 8 semanas de implantação e resistência à flexão acima de 150 MPa após 8 semanas.

[0029] O termo "biodegradável", tal como aqui utilizado, também se refere a materiais que são reabsorvíveis, bioabsorvíveis ou absorvíveis no corpo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0030] Figura 1: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 2.500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço 102 incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível 104. O diâmetro da fibra é indicado na imagem 106.

[0031] Figura 2: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 2.500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. A distância entre as fibras adjacentes é indicada por 202.

[0032] Figura 3: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. Cada camada 306 308 310 é constituída por fibras de reforço 304 e tem uma certa espessura 302.

[0033] Figura 4: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 150 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível.

[0034] Figura 5: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. Cada camada é separada por uma área de matriz de polímero bioabsorvível 502.

[0035] Figura 6: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 70% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. A distância entre as fibras adjacentes é indicada.

[0036] Figura 7: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 70% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação desta imagem é de 500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível.

[0037] Figura 8: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 2.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. O diâmetro da fibra é indicado na imagem.

[0038] Figura 9: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 2.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. A distância entre as fibras adjacentes é indicada.

[0039] Figura 10: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 1.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível.

[0040] Figura 11: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 5.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço 1102 incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível 1104.

[0041] Figura 12: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 1.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. Cada camada é separada por uma área de matriz de polímero bioabsorvível.

[0042] Figura 13: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino canulado de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 1.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. O diâmetro da fibra é indicado na imagem.

[0043] Figura 14: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 1.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. A distância entre as fibras adjacentes é indicada.

[0044] Figura 15: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino canulado de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 1.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível.

[0045] Figura 16: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino canulado de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. Ampliação desta imagem é de 1.000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. Cada camada é separada por uma área de matriz de polímero bioabsorvível.

[0046] Figura 17: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de uma placa de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 3. Ampliação desta imagem é de 1250 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. O diâmetro da fibra é indicado na imagem.

[0047] Figura 18: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de uma placa de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 3. Ampliação desta imagem é de 1250 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. A distância entre as fibras adjacentes é indicada.

[0048] Figura 19: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de uma placa de 2 mm com um teor em fibra de 70% em peso, tal como os descritos no Exemplo 3. Ampliação desta imagem é de 250 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. Cada camada 1902, 1904 é constituída por fibras. A distância entre as fibras adjacentes é indicada.

[0049] Figura 20: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de uma placa de 2 mm com um teor em fibra de 70% em peso, tal como os descritos no Exemplo 3. Ampliação desta imagem é de 250 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível.

[0050] Figura 21: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de uma placa de 2 mm com um teor em fibra de 70% em peso, tal como os descritos no Exemplo 3. Ampliação desta imagem é de 500 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço incorporadas dentro da matriz polimérica bioabsorvível. Cada camada é separada por uma área de matriz de polímero bioabsorvível.

[0051] Figura 22: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. A ampliação desta imagem é de 300x. Esta imagem mostra uma ampliação do eixo longitudinal das fibras minerais de reforço 2202.

[0052] Figura 23: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino canulado de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. A ampliação desta imagem é de 250 x. Esta imagem mostra uma ampliação da porção canulada e das fibras minerais contínuas de reforço. O ângulo tangencial 2302 é definido como o desvio da direção da curva em um ponto de partida fixo, em que o ponto de partida fixo é o ponto em que a fibra toca ou está mais próxima de entrar em contato com o centro da área circular transversal.

[0053] Figura 24: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. A ampliação desta imagem é de 500x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal de fibras minerais de reforço, empacotadas firmemente em grupos 2402 incorporados na matriz polimérica bioabsorvível.

[0054] Figura 25: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino canulado de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. A ampliação desta imagem é de 500x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal de fibras minerais de reforço que rodeiam a canulação interna do pino 2502.

[0055] Figura 26: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino canulado de 2 mm com um teor em fibra de 50% em peso, tal como os descritos no Exemplo 2. A ampliação desta imagem é de 1000 x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal de fibras minerais de reforço, incorporadas em camadas de matriz poliméricas bioabsorvíveis em alternância de 0° e 45° de orientação.

[0056] Figura 27: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 85% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação de 160x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço, incorporada às camadas 2702 em uma orientação alternada de 0° e 45°, com pouca ou nenhuma matriz polimérica bioabsorvível separando as camadas.

[0057] Figura 28: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de uma seção transversal esferulada Au de um pino de 6 mm com um teor em fibra de 85% em peso, tal como os descritos no Exemplo 1. Ampliação de 1000x. Esta imagem mostra uma ampliação da seção transversal das fibras minerais de reforço, com pouca ou nenhuma matriz polimérica bioabsorvível em torno das referidas fibras.

[0058] Figura 29: Imagem de Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM) utilizando um detector de elétrons de retrodifusão (BSE) de uma seção transversal de um pino de 2 mm com um teor de fibra de 50% em peso, como os descritos no Exemplo 2. Ampliação de 60x. Esta imagem mostra uma ampliação da borda do pino, indicando que o polímero bioabsorvível está presente na superfície externa do implante 2902.

[0059] A Figura 30 ilustra um exemplo de uma fita contínua reforçada com fibras do tipo que pode ser utilizada para formar uma camada em um implante médico constituído por camadas reforçadas com fibras contínuas.

[0060] A Figura 31 mostra um exemplo de uma vista em corte tridimensional de uma fita contínua reforçada com fibra (200).

[0061] A Figura 32a ilustra um exemplo de uma vista de topo de uma lâmina compósita bioabsorvível reforçada (300) constituída por três camadas de fibras unidirecionais em ângulos diferentes.

[0062] A Figura 32b ilustra um exemplo de uma vista em corte de uma estrutura compósita bioabsorvível reforçada (310) constituída por três camadas de fibras unidirecionais em ângulos diferentes.

[0063] A Figura 33 mostra um exemplo da parede de um implante médico compósito reforçado com fibras contínuas.

[0064] A Figura 34 mostra um exemplo de uma caixa de enchimento ósseo que consiste em paredes do implante médico compósito reforçado com fibras contínuas (500) que contém adicionalmente perfurações (502) para permitir o crescimento de tecidos e células dentro do material de enchimento ósseo (504) contido dentro da caixa da carga óssea.

[0065] A Figura 35 mostra um exemplo de um parafuso canulado bioabsorvível (600) que é um implante médico.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0066] Um implante médico de acordo com pelo menos algumas modalidadees da presente invenção é adequado para aplicações de implantes ortopédicos portadores de carga e compreende um ou mais materiais biocompósitos, opcionalmente bioabsorvíveis, onde a resistência mecânica e a rigidez sustentadas são essenciais para o funcionamento apropriado do implante e em que o implante é adicionalmente compreendido por um revestimento de barreira à umidade que restringe ou elimina a troca de fluidos no implante.

[0067] A presente invenção, de acordo com pelo menos algumas modalidades, proporciona assim implantes médicos que são úteis como fixação estrutural para fins de suporte de carga, apresentando propriedades mecânicas sustentadas como resultado da degradação impedida dos materiais bioabsorvíveis que compreendem o implante.

[0068] Implantes relevantes podem incluir placas de fixação óssea, hastes intramedulares, implantes de juntas (quadril, joelho, cotovelo), implantes de coluna e outros dispositivos para tais aplicações como para a fixação da fratura, reinserção do tendão, fixação da coluna vertebral e caixas da coluna vertebral.

[0069] De acordo com pelo menos algumas modalidades, a presente invenção refere-se a implantes médicos constituídos por uma composição de material biocompósito. De preferência, a composição de material biocompósito é constituída por um polímero (opcionalmente bioabsorvível) reforçado por uma composição mineral. De preferência, o reforço da composição mineral é proporcionado por uma fibra de reforço feita a partir da composição mineral.

[0070] De preferência, o implante médico ou uma parte deste são constituídos por um número de camadas de biocompósito, sendo cada camada constituída por um polímero bioabsorvível reforçado por fibras de reforço unidirecionais. As propriedades do implante são opcionalmente e de preferência determinadas de acordo com a composição e a estrutura da camada, e a colocação das camadas em relação ao dispositivo, por exemplo: no que diz respeito à direção da camada. As fibras podem opcionalmente permanecer discretas, mas opcionalmente pode ocorrer alguma fusão do polímero para ligar as camadas em conjunto.

[0071] Uma camada biocompósita pode ser definida como um estrato contínuo ou semicontínuo que atravessa parte ou todo um implante médico, em que a camada é composta por fibras de reforço que se alinham unidirecionalmente. As camadas podem ser vistas em várias figuras mostrando a estrutura interna de implantes médicos biocompósitos reforçados, incluindo nas figuras 7, 10 e 20.

[0072] De preferência, existem entre 1-100 fibras de reforço formando a espessura de cada camada biocompósita. De preferência, existem entre 240 fibras de reforço em cada espessura da camada e mais preferencialmente existem entre 4-20 fibras de reforço.

[0073] Opcionalmente, a orientação da fibra direcional entre camadas adjacentes dentro do implante alterna entre camadas de tal modo que cada camada adjacente fique desfasada (de um ângulo diferente) da camada que está adjacente a ela. Preferencialmente, a diferença de ângulo média ou mediana entre as camadas está entre 15 a 75 graus, mais preferencialmente entre 30 a 60 graus e mais preferencialmente entre 40 a 50 graus. As imagens microscópicas de tais camadas de biocompósito adjacentes fora de fase podem ser vistas nas figuras 26 e 27.

[0074] De preferência, as camadas de biocompósito dentro do implante médico são bem aproximadas uma da outra. Mais preferencialmente, a distância entre as camadas, medida pela distância entre a última fibra em uma camadas e a primeira fibra na camada subsequente, está entre 0-200 μm, mais preferencialmente entre 0-60 μm, 1-40 μm e mais preferencialmente entre 2-30 μm. Uma boa aproximação das fibras dentro de uma camada às fibras dentro da camada adjacente permite que cada camada suporte mecanicamente a camada adjacente. No entanto, certa distância entre as camadas pode ser desejável para permitir que parte do polímero permaneça entre as fibras de camadas adjacentes e assim juntar as camadas, impedir a deiscência de camada sob carga mecânica elevada.

[0075] As fibras de reforço são, de preferência, fibras contínuas. As referidas fibras contínuas são preferencialmente mais longas do que 4 mm, mais preferencialmente mais longas do que 8 mm, 12 mm, 16 mm e mais preferencialmente mais longas do que 20 mm. Uma imagem microscópica dessas fibras contínuas pode ser vista na figura 22.

[0076] Alternativamente, ou adicionalmente, o comprimento da fibra de reforço pode ser definido como uma função do comprimento do implante em que pelo menos uma porção das fibras de reforço e, de preferência, a maioria das fibras de reforço têm um comprimento contínuo de pelo menos 50% do comprimento longitudinal do implante médico ou componente de implante médico que é constituído por essas fibras. De preferência, a porção ou a maioria das fibras de reforço são de comprimento contínuo de pelo menos 60% do comprimento do implante médico e mais preferencialmente de pelo menos 75% do comprimento do implante médico. Essas fibras contínuas de reforço podem proporcionar reforço estrutural a uma grande parte do implante.

[0077] O diâmetro da fibra de reforço para utilização com o implante médico biocompósito reforçado do presente documento pode estar na gama de 0,1-100 μm. De preferência, o diâmetro da fibra está na gama de 1-20 μm. Mais preferencialmente, o diâmetro das fibras está na gama de 4-16 μm.

[0078] O desvio padrão do diâmetro da fibra entre as fibras no interior do implante médico é preferencialmente inferior a 5 μm, mais preferencialmente inferior a 3 μm e mais preferencialmente inferior a 1,5 μm. A uniformidade do diâmetro da fibra é benéfica para as propriedades consistentes em todo o implante.

[0079] Opcionalmente, a distância entre as fibras de reforço adjacentes dentro de uma camada biocompósita está na gama de 0,5-50 μm, de preferência a distância entre as fibras adjacentes está na gama de 1-30 μm, mais preferencialmente na gama de 1-20 μm e mais preferencialmente na gama de 1-10 μm.

[0080] De preferência, a porcentagem em peso de fibras de reforço dentro do implante médico biocompósito está na gama de 20-90%, mais preferencialmente a porcentagem em peso está na gama de 40% -70%

[0081] De preferência, a porcentagem em volume de fibras de reforço dentro do implante médico biocompósito está na gama de 30-90%, mais preferencialmente a percentagem em peso está na gama de 40% -70%.

[0082] Embora a composição biocompósita no implante seja importante na determinação das propriedades mecânicas e de massa do implante, a composição e a estrutura específicas que entram em contato com a borda da superfície do implante têm um significado único pelo fato de esta composição e estrutura poderem afetar amplamente a forma como as células e os tecidos interagem com o implante após a implantação no corpo. Por exemplo, a parte de polímero absorvível do biocompósito pode ser de natureza hidrofóbica, de tal modo que repelirá os tecidos circundantes até certo grau enquanto a parte de fibra de reforço mineral do biocompósito pode ser de natureza hidrofílica e por isso encorajar tecidos circundantes a se fixar ao implante ou gerar crescimento de tecido.

[0083] Em uma modalidade opcional da presente invenção, a presença da superfície de um dos componentes da composição por porcentagem de área de superfície é maior do que a presença do referido componente na composição em massa do implante por porcentagem de volume. Por exemplo, a quantidade de mineral sobre a superfície pode ser maior do que a quantidade de polímero, ou vice-versa. Sem pretender ser limitado por uma única hipótese, para uma maior integração com o osso, uma maior quantidade de mineral estaria opcionalmente e preferencialmente presente na superfície. Para uma integração reduzida com o osso, uma maior quantidade de polímero estaria opcionalmente e preferencialmente presente na superfície. De preferência, a porcentagem da composição de área superficial de um componente é mais de 10% superior à porcentagem do volume percentual desse componente em um implante de biocompósito como um todo. Mais preferencialmente, a porcentagem é mais do que 30% superior e mais preferencialmente mais do que 50% superior. A Fig. 25 mostra uma imagem microscópica de um implante médico de biocompósito com uma predominância de uma fibra de reforço mineral ao longo da borda da área da superfície interna do implante. A Fig. 29 mostra uma imagem microscópica de um implante médico de biocompósito com predominância de polímero bioabsorvível ao longo da área de superfície externa do implante.

[0084] Opcionalmente, uma superfície do implante médico pode ter uma predominância local de um dos componentes biocompósitos, enquanto que uma superfície diferente, ou parte diferente da mesma superfície, pode ter uma predominância local de um componente biocompósito diferente.

[0085] Opcionalmente, o implante médico é um parafuso roscado ou outro implante roscado. De preferência, a camada externa do implante ficará direcionalmente alinhada, de modo que a direção das fibras se aproxime do ângulo de hélice da rosca. De preferência, o ângulo de alinhamento da direção das fibras é de 45 graus do ângulo da hélice. Mais preferencialmente, o ângulo de alinhamento é de 30 graus e mais preferencialmente o ângulo de alinhamento é de 15 graus do ângulo da hélice. A aproximação do ângulo de alinhamento da fibra ao ângulo da hélice pode assim aumentar a robustez do rosqueamento e impedir a deiscência das fibras de reforço no interior do rosqueamento.

[0086] No que diz respeito aos implantes circulares, as fibras de reforço podem opcionalmente tomar a forma circular completa do implante e a curva em torno da forma de círculo do implante sem desvio a partir da sua circunferência. De preferência, uma porção ou a maior parte das fibras de reforço desviam-se da forma de círculo do implante, de tal modo que é formado um ângulo tangencial. O ângulo tangencial é definido como o desvio da direção da curva em um ponto de partida fixo, em que o ponto de partida fixo é o ponto em que a fibra toca ou está mais próxima de entrar em contato com o centro da área circular transversal. A Figura 23 representa o ângulo tangencial de fibras de reforço para um pino circular canulado.

[0087] De preferência, o ângulo tangencial entre as fibras de reforço no interior do implante médico circular e a curvatura do implante é inferior a 90 graus, mais preferencialmente inferior a 45 graus.

[0088] De preferência, a densidade da composição biocompósita para utilização na presente invenção é entre 1 e 2 g/mL. Mais preferencialmente, a densidade está compreendida entre 1,2 e 1,9 g/mL. Mais preferencialmente entre 1,4 e 1,8 g/mL.

Polímeros Bioabsorvíveis

[0089] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o compósito biodegradável compreende um polímero bioabsorvível.

[0090] O implante médico descrito neste documento pode ser feito a partir de qualquer polímero biodegradável. O polímero biodegradável pode ser um homopolímero ou um copolímero, incluindo um copolímero aleatório, um copolímero de bloco ou copolímero de enxerto. O polímero biodegradável pode ser um polímero linear, um polímero ramificado ou um dendrímero. Os polímeros biodegradáveis podem ser de origem natural ou sintética. Exemplos de polímeros biodegradáveis adequados incluem, mas não se limitam a polímeros, como aqueles feitos a partir de lactido, glicolido, caprolactona, valerolactona, carbonatos (por exemplo, carbonato de trimetileno, carbonato de tetrametileno e semelhantes), dioxanones (por exemplo, 1,4-dioxanona), δ-valerolactona, 1,dioxepanonas (por exemplo, 1, 4-dioxepan-2-ona e 1, 5-dioxepan-2-ona), etilenoglicol, óxido de etileno, esteramidas, Y-hidroxivalerato, β-hidroxipropionato, alfa-hidroxiácido, hidroxibuterato, poli (orto ésteres), alcanoatos de hidroxilo de tirosina, carbonatos, carbonatos de poli-imida, poliimino carbonatos, tais como poli (bisfenol A-iminocarbonato) e poli (iminocarbonato-hidroquinona, poliuretanos, poli anidridos, drogas poliméricas (por exemplo, polidiflunisol, poliaspirina e proteínas terapêuticas) e copolímeros e suas combinações). Polímeros biodegradáveis naturais adequados incluem aqueles feitos a partir de colágeno, quitina, quitosana, celulose, poli (aminoácidos), polissacarídeos, ácido hialurônico, copolímeros e seus derivados e suas combinações.

[0091] De acordo com a presente invenção, o polímero biodegradável pode ser um copolímero ou um terpolímero, por exemplo: polilactidas (PLA), poli-L-lactida (PLLA), poli-DL-lactida (PDLLA); poliglicolida (PGA); copolímeros da glicolida, copolímeros de glicolida/carbonato trimetileno (PGA/TMC); outros copolímeros de PLA, como copolímeros de lactida/tetrametilglicolida, copolímeros de carbonato de lactida/trimetileno, copolímeros de lactida/d-valerolactona, copolímeros de lactida/ε- caprolactona, copolímeros de L-lactida/DL-lactida, copolímeros de glicolídeo/L-lactida (PGA/PLLA), polilactida-co-glicolídeo; terpolímeros de PLA, como terpolímeros de lactida/glicolídeo/carbonato de trimetileno, terpolímeros de lactida/glicolfdeo/ε -caprolactona, copolímeros de PLA/óxido de polietileno; polidepsipeptídeos; poli-1,4-dioxano-2,5-dionas - 3,6- substituídas de forma assimétrica; poli-hidroxialcanoatos; como poli- hidroxibutiratos ) PHB); copolímeros PHB/b-hidroxivalerato (PHB/PHV); poli- b-hidroxipropionato (PHPA); copolímeros de poli-p-dioxanona (PDS); poli-d- valerolactona - poli-ε-capralactona, poli(ε-caprolactona-DL-lactida); copolímeros de metilmetacrilato-N-vinil pirrolidona; poliesteramidas; poliésteres de ácido oxálico; polidi-hidropiranos; polialquil-2-cianoacrilatos; poliuretanos (PU); álcool polivinílico (PVA); polipeptídeos; ácido poli-b-málico (PMLA): ácidos poli-b-alcâmbicos; policarbonatos; poliortoésteres; polifosfatos; poli(éster anidridos); e misturas suas; e polímeros naturais, como açúcares ;amido, celulose e derivados da celulose, polissacarídeos, colágeno, quitosano, fibrina, ácido hialirônico, polipeptídeos e proteínas. Misturas de qualquer um dos polímeros mencionado acima e suas várias formas podem ser usadas.

Polímeros Bioabsorvíveis Reforçados

[0092] De acordo com pelo menos, algumas modalidades da presente invenção, o implante médico compreende um polímero bioabsorvível reforçado (ou seja, um compósito bioabsorvível que inclui o polímero descrito anteriormente e também incorpora uma carga de reforço, geralmente na forma de fibras, para aumentar a resistência mecânica do polímero).

[0093] Em uma modalidade mais preferida da presente invenção, o polímero bioabsorvível reforçado é uma composição de polímero reforçado constituído por qualquer dos polímeros bioabsorvíveis acima mencionados e um enchimento de reforço, de preferência na forma de fibras. A carga de reforço pode ser constituída de material orgânico ou inorgânico (isto é, natural ou sintético). A carga de reforço pode ser um vidro biodegradável, um material celulósico, um nano-diamante ou qualquer outro enchimento conhecido na técnica para aumentar as propriedades mecânicas de um polímero bioabsorvível. O material de enchimento é de preferência feito de um material ou classe de material diferente do próprio polímero bioabsorvível. No entanto, também podem ser, opcionalmente, uma fibra de um polímero bioabsorvivel propriamente dito.

[0094] Numerosos exemplos de composições desses polímeros reforçados foram previamente documentados. Por exemplo: Uma composição de vidro derivada de uma fusão reabsorvível e biocompatível pode ser incorporada a uma matriz polimérica (EP 2 243 749 A1), um compósito biodegradável compreendendo um polímero biodegradável e um volume percentual de 20-70 de fibras de vidro (WO2010128039 A1), um vidro de fibra biocompatível e reabsorvível que pode ser incorporado em uma matriz polimérica (US 2012/0040002 A1), um compósito biocompatível e seu uso (US 2012/0040015 A1) e um polímero absorvível contendo poli[sucinimida] colo enchimento (EP0 671 177 B1).

[0095] Em uma modalidade mais preferida da presente invenção, a carga de reforço é ligada ao polímero bioabsorvível tal modo que o efeito de reforço é mantido por um período prolongado. Essa abordagem foi descrita em US 2012/0040002 A1 e EP 2243500B1, que descreve um material compósito que compreende vidro biocompativel, um polímero de matriz biocompatível e um agente de acoplamento capaz de formar ligações covalentes.

[0096] Como observado acima, o compósito biodegradável e as fibras são de preferência dispostas na forma de camadas compósitas biodegradáveis, em que cada camada compreende fibras de reforço contínuas alinhadas de forma unidirecional em uma matriz polimérica compreendida por um ou mais polímeros bioabsorviveis.

[0097] As camadas compósitas biodegradáveis são, de preferência, constituídas por uma ou mais fitas de compósito biodegradáveis, onde cada fita compreende fibras de reforço contínuas alinhadas de forma unidirecional incorporadas em uma matriz polimérica compreendendo um ou mais polímeros bioabsorviveis.

[0098] O compósito biodegradável é preferencialmente incorporado em uma matriz polimérica, que pode compreender, opcionalmente, qualquer um dos polímeros acima. Opcionalmente e de um modo preferido, o mesmo pode compreender um polímero selecionado a partir do grupo que consiste em PLLA (poli-L-lactido), PDLLA (poli-DL-lactido), PLDLA, PGA (ácido poli glólico), PLGA (ácido poli-lactíde-glicólico), PCL (policaprolactona), PLLA- PCL e uma combinação destes. Se PLLA é usado, a matriz compreende, de preferência, pelo menos, 30% de PLLA, mais preferivelmente 50% e mais preferencialmente pelo menos 70% de PLLA. Se PDLA é usado, a matriz compreende, de preferência, pelo menos 5% de PDLA, mais preferencialmente pelo menos 10%, mais preferencialmente pelo menos 20% PDLA.

[0099] Preferencialmente, a viscosidade inerente (IV) da matriz polimérica (independente da fibra de reforço) está na gama de 1,2 a 2,4 dl/g, mais preferencialmente na gama de 1,5 a 2,1 dl/g e mais preferencialmente na gama de 1,7 a 1,9 dl/g.

[0100] A viscosidade inerente (IV) é um método viscosimétrico para medição do tamanho molecular. A IV baseia-se no tempo de fluxo de uma solução de polímero através de um capilar estreito em relação ao tempo de fluxo do solvente puro através do capilar.

Fibra de reforço

[0101] De preferência, a fibra de reforço é constituída de composto mineral à base de sílica de modo a que a fibra de reforço compreende uma fibra de vidro biorreabsorvivel, que também pode ser denominado um compósito de fibra de biovidro.

[0102] A fibra de vidro biorreabsorvível pode ter, opcionalmente, composições de óxido nos seguintes intervalos de % molar: Na2O: 11,0 - 19,0% em mol CaO: 9,0-14,0% em mol MgO: 1,5 - 8,0% em mol B2O3: 0,5 - 3,0% em mol Al2O3: 0 - 0,8% em mol P2O3: 0,1 - 0,8% em mol SiO2: 67 - 73% em mol

[0103] E mais preferencialmente nos seguintes intervalos de % molar: Na2O: 12,0 - 13,0% em mol CaO: 9,0-10,0% em mol MgO: 7,0-8,0% em mol B2O3: 1,4 - 2,0% em mol P2O3: 0,5 - 0,8% em mol SiO2: 68 - 70% em mol

[0104] As composições opcionais de fibra de vidro adicionais foram descritas anteriormente por Lehtonen TJ et al. (Acta Biomaterialia 9 (2013) 4868-4877), que é incluído aqui por referência na sua totalidade; tais composições de fibra de vidro podem opcionalmente ser utilizadas em vez ou em adição às composições acima.

[0105] Composições de vidro bioreabsorvíveis opcionais adicionais são descritas nos seguintes pedidos de patentes, que são aqui incorporados por referência como se fossem completamente apresentados aqui: Compósito biocompatível e a sua utilização (WO2010122098); e Composições de fibra de vidro reabsorvíveis e biocompatíveis e suas utilizações (WO2010122019).

Recursos adicionais opcionais

[0106] As características e modalidades abaixo podem opcionalmente ser combinadas com qualquer uma das características e modalidades acima.

[0107] A resistência à tração da fibra de reforço está de preferência na gama de 1200-2800 Mpa, mais de preferência na gama de 1600-2400 Mpa, e mais preferivelmente na gama de 1800-2200 Mpa.

[0108] O módulo de elasticidade das fibras de reforço está de preferência na gama de 30-100 GPa, mais preferencialmente na gama de 50-80 GPa, e mais de preferência na gama de 60-70 GPa.

[0109] O diâmetro da fibra está preferencialmente na gama de 6-20 μm, mais preferencialmente na gama de 10-18 μm e mais preferencialmente na gama de 14-16 μm.

[0110] Opcionalmente, a maioria das fibras de reforço alinhadas com o eixo longitudinal do implante médico é de um comprimento de pelo menos 50% do comprimento total do implante, de preferência pelo menos 60%, mais preferencialmente pelo menos 75% e mais preferencialmente pelo menos 85%.

[0111] Opcionalmente, as fibras podem ser alinhadas segundo um ângulo em relação ao eixo longitudinal (isto é, numa diagonal) de tal modo que o comprimento da fibra pode ser superior a 100% do comprimento do implante. Opcionalmente e preferencialmente, uma maioria das fibras de reforço são alinhadas com um ângulo que é inferior a 90°, em alternativa inferior a 60° ou, opcionalmente, inferior a 45° a partir do eixo longitudinal.

[0112] De preferência, o implante compreende, de preferência entre 220 camadas de fita compósitas, mais preferencialmente entre 2-10 camadas, e mais preferencialmente entre 2-6 camadas; em que cada uma das camadas pode ser alinhada numa direção diferente ou algumas das camadas podem estar alinhadas na mesma direção que as outras camadas.

[0113] De preferência, o ângulo máximo entre fibras em pelo menos algumas das camadas é superior ao ângulo entre as fibras em cada camada e o eixo longitudinal. Por exemplo, uma camada de fibras de reforço pode ser alinhada em uma diagonal direita ao eixo longitudinal enquanto a outra camada pode ser alinhada na diagonal esquerda ao eixo longitudinal.

Compatibilizador

[0114] Opcionalmente e preferencialmente, o compósito inclui, adicionalmente, um composto de compatibilização, o qual, por exemplo, pode ser um agente tal como descrito em WO2010122098, aqui incorporado por referência como se fossem completamente apresentados aqui.

Formas alternativas de compósitos biodegradáveis

[0115] Alternativamente, o compósito biodegradável pode compreender fios de compósitos que compreendem fibras de reforço contínuas ou feixes de fibras impregnados com polímero bioabsorvível. De preferência, os fios são de menos de 1 cm de diâmetro. Mais preferencialmente, os fios têm menos de 8 mm, menos de 5 mm, menos de 3 mm ou menos de 2 mm de diâmetro.

[0116] Em alternativa, o compósito biodegradável pode compreender uma malha de tecido de fibras de reforço contínuas em que a malha de tecido é pré-impregnada com polímero bioabsorvível ou a malha de tecido compreende fibras de reforço e é impregnada subsequentemente com polímero bioabsorvível.

[0117] De preferência, a camada de malha de compósito biodegradável tem menos de 1 cm de espessura. Mais preferencialmente, a malha impregnada tem menos de 8 mm, menos de 5 mm, menos de 3 mm ou menos de 2 mm de espessura.

Estrutura do Compósito de Implante Médico

[0118] O implante pode ser selecionado a partir de um grupo que inclui pinos ortopédicos, parafusos, placas, hastes intramedulares, substituição do quadril, substituição do joelho, malhas, etc.

[0119] A espessura média da parede do implante está preferencialmente na gama de 0,2 a 10 mm, mais preferencialmente na gama de 0,4 a 5 mm, mais preferencialmente na gama de 0,5 a 2 mm e mais preferencialmente na gama de 0,5 a 1,5 mm.

[0120] O implante compreende, de preferência, entre 2-20 camadas de fita de compósito, mais preferencialmente entre 2-10 camadas e mais preferencialmente entre 2-6 camadas.

[0121] Opcionalmente, o implante pode compreender nervuras de reforço, bolsas de reforço ou suportes.

[0122] A espessura da base da nervura tem, de preferência, menos de 100% da espessura da parede adjacente. Mais preferencialmente, a espessura é inferior a 85% e mais preferencialmente inferior a 75%. A espessura da base da nervura é de preferência mais do que 20% da espessura de parede adjacente, mais preferencialmente mais do que 30% e mais preferencialmente mais do que 50% da espessura da parede adjacente.

[0123] De preferência, a altura das nervuras é pelo menos 2,0 vezes a espessura da parede adjacente, mais preferencialmente pelo menos 3,0 vezes a espessura da parede.

[0124] O ângulo de inclinação das nervuras de reforço fica de preferência entre 0,2-0,8°, mais preferencialmente entre 0,4-0,6°.

[0125] De preferência, a distância entre as nervuras é pelo menos 2 vezes a espessura de parede adjacente. Mais preferencialmente, pelo menos 3 vezes a espessura de parede adjacente.

[0126] Preferencialmente, a nervura de reforço ou outro elemento aumenta a rigidez à flexão do implante em pelo menos 20% sem aumentar a rigidez à compressão ou à tensão em mais de 10%.

[0127] Opcionalmente, as nervuras ao longo de um eixo, por exemplo: o eixo longitudinal do implante, são mais altas do que as nervuras ao longo do eixo perpendicular, por exemplo: o eixo latitudinal do implante, de modo a facilitar a inserção do implante.

[0128] Opcionalmente, o implante pode compreender um ou mais rebordos para acomodar a inserção do parafuso. De preferência, a saliência é entre 2-3 vezes o diâmetro do parafuso para aplicações de parafusos auto- roscantes. O rebordo pode incluir, adicionalmente, nervuras ou bolsas de suporte.

[0129] Opcionalmente, um ou mais lados do implante podem ser texturizados.

[0130] Opcionalmente, o implante pode conter fibras contínuas alinhadas em uma disposição circular em torno de orifícios, tais como furos de parafuso ou pino, no implante.

Paredes perfuradas da parte do implante

[0131] Em alguns implantes médicos, é desejável que haja crescimento celular ou de tecido através do implante de modo a reforçar a incorporação do implante no tecido e aumentar a conformidade do implante à função fisiológica. A fim de promover ainda mais esse crescimento, é benéfico que haja espaços ou furos nas paredes no implante médico descrito aqui.

[0132] De preferência, se estiverem presentes, essas perfurações nas paredes do implante compreendem pelo menos 10% da área superficial do implante, mais preferencialmente pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40% ou pelo menos 50% da área da superfície do implante.

[0133] Em uma modalidade opcional da presente invenção, o implante é um parafuso e as fenestras da rosca contêm perfurações.

[0134] Em uma modalidade da presente invenção, o implante contém perfurações entre as fitas de compósito ou entre as fibras de reforço nas fitas que formam o implante.

[0135] Em uma modalidade preferida, a maioria das perfurações está entre as fibras de reforço e não penetram nas fibras de reforço.

Caixas preenchidas com enchimento ósseo

[0136] Em outra modalidade da presente invenção, o implante compreende um implante ortopédico e o implante forma um compartimento parcial ou completo e um material osteocondutor ou osteoindutor está contido no compartimento do implante.

[0137] Em uma modalidade preferida, o compartimento do implante é adicionalmente perfurado de modo a permitir um melhor crescimento ósseo no material osteocondutor ou osteoindutor contido na caixa do implante.

[0138] Em uma modalidade opcional, o implante compreende uma abertura ou porta de enchimento através da qual o osso pode ser introduzido e/ou o crescimento ósseo pode ocorrer.

[0139] Em uma modalidade opcional, o implante compreende duas ou mais partes discretas ou partes separadas unidas por uma junta, de modo que a caixa do implante possa ser preenchida com o material de enchimento ósseo e subsequentemente montada ou fechada para prender o enchimento ósseo.

Armação da estrutura de fibras contínuas com material circundante não reforçado

[0140] Enquanto que as estruturas do compósito bioabsorvível reforçadas com fibras contínuas proporcionam a resistência mecânica e a rigidez ótimas a um implante médico, também pode ser benéfico, em certos casos, ter características ou camadas adicionais no implante médico que não podem ser feitas a partir de fitas compósitas reforçadas com fibras contínuas. Em tais casos, a resistência mecânica das estruturas do compósito bioabsorvível reforçadas com fibras contínuas pode ser incorporada ao implante, mas seções adicionais ou camadas do polímero não reforçado podem ser adicionadas para melhorar ou adaptar o implante. Essas seções ou camadas são adicionadas ao implante de preferência por sobremoldagem sobre a estrutura ou por impressão 3-D sobre a estrutura.

[0141] Em uma modalidade da presente invenção, o implante médico compreende um suporte estrutural que compreende um material compósito bioabsorvível reforçado com fibras contínuas e compreende adicionalmente uma seção ou camada que compreende um material polimérico não reforçado.

[0142] Opcionalmente, a segunda camada funciona como uma camada de interface óssea composta por um material polimérico absorvível não reforçado. Também opcionalmente, o suporte estrutural e a seção do polímero não reforçado são fabricados utilizando uma técnica de produção diferente. Também opcionalmente, o suporte estrutural é fabricado por maquinagem, moldagem por compressão ou moldagem do fluxo do compósito e a camada da interface é fabricada por moldagem por injeção ou impressão 3D; opcionalmente, a camada de interface é fabricada no topo do suporte da estrutura pré-fabricada.

[0143] Opcionalmente, a seção do polímero não reforçado é uma camada da interface óssea e dimensões da camada da interface são total ou parcialmente determinadas pela geometria óssea de um paciente específico ou de uma população de pacientes.

[0144] Opcionalmente, a geometria do osso do paciente ou população de pacientes é determinada por medição através de técnicas de imagiologia, tais como raios-X CT e MRI.

[0145] Opcionalmente, o módulo de elasticidade e/ou resistência à flexão do suporte estrutural é pelo menos 20% maior do que a da secção do polímero não reforçado.

[0146] Opcionalmente, o material compósito reforçado com fibras contínuas no implante é revestido com uma resina polimérica em que a resina de polímero sobre a fibra no material compósito tem uma temperatura de fusão mais alta ou mais baixa do que a resina de matriz fluida; ou a resina de polímero tem uma taxa de degradação mais lenta ou mais rápida do que uma resina de matriz fluida; ou a resina de polímero sobre a fibra é mais hidrofóbica ou mais hidrofílica do que a resina de matriz fluida.

[0147] Em uma modalidade opcional, uma seção ou camada adicional é compreendida de um polímero reforçado, mas onde o polímero é reforçado por fibras não contínuas, fibras preferencialmente inferiores a 10 mm de comprimento e mais preferencialmente inferiores a 5 mm de comprimento.

[0148] Em uma modalidade opcional, uma seção ou uma camada adicionais de um polímero reforçado com fibras não contínuas ou não reforçado compreende um aditivo.

[0149] Opcionalmente, o aditivo compreende um material osteocondutor ou uma combinação de materiais osteoconductores, tais como beta fosfato tricálcico, fosfato de cálcio, hidroxiapatita, osso descelularizado.

[0150] Opcionalmente, o aditivo compreende um agente antimicrobiano ou um agente indutor ósseo.

Método de Produção

[0151] Os implantes bioabsorvíveis reforçados com fibras contínuas podem ser opcionalmente produzidos pelo uso de qualquer método conhecido na técnica. De um modo preferido, o implante é produzido principalmente pelo método que não o de moldagem por injeção. Mais preferencialmente, o implante é produzido principalmente utilizando um método de produção que sujeita o implante à pressão de compressão, tal como a moldagem por compressão. De um modo preferido, antes da moldagem por compressão, uma estrutura multicamadas é construída a partir do material compósito por invólucro ou outro método para adicionar camadas, de maneira que as fibras de reforço fiquem em tensão após essa adição de camadas.

[0152] Preferencialmente, o teor de umidade do implante após a moldagem por compressão é inferior a 30%, mais preferencialmente inferior a 20%, ainda mais preferencialmente inferior a 10%, 8%, 6% ou 5%.

Contato do implante com o tecido circundante

[0153] Em uma modalidade opcional da presente invenção, menos de 100% da área de superfície do implante está em contato com o tecido circundante. Isso pode ser clinicamente desejável por várias razões: 5. Redução do atrito com o tecido circundante após a inserção, facilitando a inserção 6. A redução do contato ósseo pode reduzir a interferência no fluxo sanguíneo da superfície óssea

[0154] Em uma modalidade preferida, o implante contém elementos salientes na superfície de pelo menos 0,1 mm em altura e menos de 2 mm de altura que entram em contato com o tecido que envolve o tecido.

[0155] De preferência, a porcentagem total da área da superfície do implante que fica em contato com o tecido circundante é inferior a 80%, mais preferencialmente inferior a 60%, 50%, 40%, 30%.

Balões

[0156] Em uma modalidade opcional da invenção deste documento, o implante compreende adicionalmente um balão. As paredes do balão compreendem preferencialmente entre 1 e 3 camadas de compósito reforçado.

Fabricação do implante

[0157] Qualquer dos polímeros bioabsorvíveis acima descritos ou de polímeros bioabsorvíveis reforçados podem ser fabricados em qualquer forma física desejada para utilização com a presente invenção. O substrato polimérico pode ser fabricado, por exemplo, por moldagem por compressão, moldagem, moldagem por injeção, pultrusão, extrusão, enrolamento de filamentos, ligas de fluxo compósito (CFM), usinagem, ou qualquer outra técnica de fabricação conhecidos dos versados na técnica. O polímero pode ser feito em qualquer forma, tal como, por exemplo, uma placa, parafuso, prego, fibras, folhas, haste, grampo, clipe, agulha, tubo, espuma, ou qualquer outra configuração adequada para um dispositivo médico.

Resistência mecânica à carga

[0158] A presente invenção refere-se particularmente a materiais compósitos bioabsorvíveis que podem ser utilizados em aplicações médicas que requerem alta resistência e uma rigidez em comparação com a rigidez do osso. Estas aplicações médicas requerem que o implante médico suporte a totalidade ou parte da carga aplicada pelo ou para o corpo e pode, portanto, ser referida genericamente como "aplicações de suporte de carga". Estes incluem fixação de fratura, a fixação da fratura, reinserção do tendão, a substituição da articulação, a fixação da coluna vertebral, e gaiolas da coluna vertebral.

[0159] A resistência à flexão preferida do implante médico de suporte de carga aqui descrito é igual a pelo menos 200 MPa, de preferência superior a 400 MPa, mais preferencialmente superior a 600 MPa e ainda mais de preferência acima de 800 MPa. O Módulo de Elasticidade (ou módulo de Young) do compósito bioabsorvível para utilização com a presente invenção é de preferência pelo menos 10 GPa, mais preferencialmente acima de 15 GPa, e ainda mais preferencialmente acima de 20 GPa, mas não superior a 100 GPa e de preferência não superior a 60 GPa.

Resistência mecânica sustentada

[0160] Existe uma necessidade para os implantes médicos de suporte de carga bioabsorvíveis da presente invenção de manter as suas propriedades mecânicas (resistência elevada e rigidez) durante um período prolongado para permitir cura do osso suficiente. A rigidez e a força continuam a ser de um modo preferido acima da força e rigidez do osso cortical, a cerca de 150-250 MPa e 15-25 GPa, respectivamente, por um período de pelo menos 3 meses, preferencialmente pelo menos 6 meses, e ainda mais preferencialmente durante pelo menos nove meses in vivo (isto é, em um ambiente fisiológico).

[0161] Mais preferivelmente, a resistência à flexão de 400 MPa permanece acima e ainda mais preferivelmente permanece acima de 600 MPa.

[0162] Em outra modalidade da presente invenção, a taxa de degradação da resistência mecânica do implanta médico revestido se aproxima da taxa de degradação material do implante, conforme medida pela perda de peso do compósito biodegradável.

[0163] Em uma modalidade preferida, o implante retém mais de 50% da sua resistência mecânica após 3 meses de implantação, enquanto que mais de 50% da degradação material e, por conseguinte, de perda de peso ocorre em 12 meses após a implantação.

[0164] Em uma modalidade preferida, o implante retém mais de 70% da sua resistência mecânica após 3 meses de implantação, enquanto que mais de 70% da degradação material e, por conseguinte, de perda de peso ocorre em 12 meses após a implantação.

[0165] Em uma modalidade preferida, o implante retém mais de 50% da sua resistência mecânica após 6 meses de implantação, enquanto que mais de 50% da degradação material e, por conseguinte, de perda de peso ocorre em 9 meses após a implantação.

[0166] Em uma modalidade preferida, o implante retém mais de 70% da sua resistência mecânica após 6 meses de implantação, enquanto que mais de 70% da degradação material e, por conseguinte, de perda de peso ocorre em 9 meses após a implantação.

[0167] As taxas de degradação da resistência mecânica e da degradação material (perda de peso) do implante médico podem ser depois da implantação in vivo ou depois da implantação simulada in vitro. No caso da implantação simulada in vitro, a simulação pode ser feita em tempo real ou de acordo com padrões de degradação acelerada.

[0168] "Biodegradável", tal como aqui utilizado, é um termo geral que inclui materiais, por exemplo, polímeros, que quebram devido à degradação in vivo com dispersão. A diminuição na massa do material biodegradável dentro do corpo pode ser o resultado de um processo passivo, que é catalisado pelas condições físico-químicas (por exemplo, umidade, valor de pH) dentro do tecido do hospedeiro. Em uma modalidade preferida de biodegradável, a diminuição na massa do material biodegradável dentro do corpo podem também ser eliminada através de vias naturais ou por causa da simples filtração de degradação subprodutos ou depois do metabolismo do material de ("Bioreabsorção" ou "Bioabsorção"). Em ambos os casos, a diminuição da massa pode resultar numa eliminação parcial ou total do material exterior inicial. Em uma modalidade preferida, o referido compósito biodegradável compreende um polímero biodegradável que é submetido a uma clivagem da cadeia devido à degradação macromolecular em um ambiente aquoso.

[0169] Um polímero é "absorvível", no significado desta invenção, se for capaz de se quebrar em pequenos segmentos não tóxicos que podem ser metabolizados ou eliminados do corpo sem danos. Geralmente, os polímeros absorvíveis incham, hidrolizam, e degradam-se por exposição a tecidos corporais, o que resulta em uma perda de peso significativa. A reação de hidrólise pode ser catalisada enzimaticamente, em alguns casos. A bioabsorção completa, isto é: perda de peso, pode levar algum tempo, embora preferencialmente a bioabsorção se dê em 24 meses, mais preferencialmente em 12 meses.

[0170] O termo "degradação do polímero" significa uma redução no peso molecular do respectivo polímero. No que diz respeito aos polímeros, que são de preferência utilizados no âmbito da presente invenção, a referida degradação é induzida por água livre, devido à clivagem das ligações éster. A degradação dos polímeros como, por exemplo, utilizados no biomaterial tal como descrito nos exemplos seguem o princípio da erosão da parte volumosa. Assim, uma diminuição contínua no peso molecular precede uma perda de massa altamente pronunciada. A referida perda de massa é atribuída à solubilidade dos produtos de degradação. Os métodos para a determinação da degradação do polímero induzida por água são bem conhecidos na técnica, tais como titulação dos produtos de degradação, viscosidade, calorimetria de varrimento diferencial (DSC).

[0171] O termo “biocompósito", conforme usado aqui, denota um material compósito formado por uma matriz e um reforço de fibras, em que a matriz e as fibras são biocompatíveis e opcionalmente bioabsorvíveis. Na maioria dos casos, a matriz é uma resina polimérica, e mais especificamente um polímero sintético bioabsorvível. As fibras são, opcionalmente e preferencialmente, de uma classe diferente de material (ou seja, não são um polímero sintético bioabsorvível) e podem, opcionalmente, compreender um mineral, cerâmica, celulose ou outro tipo de material.

Aplicações Clínicas

[0172] Os implantes médicos aqui discutidos são geralmente utilizados para a redução da fratura de osso e fixação para restaurar as relações anatômicas. Tal fixação inclui opcionalmente e, de preferência uma ou mais, e mais preferivelmente todas, dentre fixação estável, a preservação do fornecimento de sangue para o osso e tecido mole circundante, e no início, a mobilização ativa da parte e paciente.

[0173] Existem vários exemplificativos, ilustrativos, não limitativos, tipos de implantes de fixação óssea para que os materiais e conceitos descritos de acordo com pelo menos algumas modalidades da presente invenção possam ser relevantes, como se segue:

Placas Ósseas

[0174] Uma placa óssea é usada geralmente para manter partes diferentes de um osso fraturado ou de um osso cortado de alguma outra forma de forma substancialmente estacionária uma em relação à outra durante e/ou depois do processo de cura em que o osso se une. Os ossos dos membros incluem um eixo com uma cabeça em cada extremidade do mesmo. A haste do osso geralmente é alongada e de uma forma relativamente cilíndrica.

[0175] Sabe-se que proporciona ao osso uma placa que se fixa à haste ou cabeça e a haste de um osso fraturado para manter duas ou mais partes do osso em uma posição substancialmente estacionária entre si. Tal placa óssea geralmente compreende uma forma com lados opostos substancialmente paralelos e uma pluralidade de furos que se estendem entre os lados opostos, em que os furos são apropriados para receber os pinos ou parafusos para fixar a placa aos fragmentos ósseos.

[0176] Para o funcionamento correto da placa do osso na manutenção de diferentes partes de um osso fraturado estacionárias entre si, a placa deve ter uma resistência mecânica e uma rigidez para manter a posição dos fragmentos ou partes do osso. Contudo, deve obter essas propriedades mecânicas em um perfil de espessura de baixo perfil a fim de garantir que haverá espaço o bastante para que a placa óssea se encaixe entre o osso e o tecido mole circundante. A espessura da placa óssea está geralmente na gama de 2,0 mm a 8,0 mm e mais comumente na gama de 2,0 mm a 4,0 mm. As larguras das placas são variáveis, mas

Parafusos

[0177] Os parafusos são utilizados para a fixação interna do osso e existem diferentes modelos com base no tipo de fratura e a forma como o parafuso vai ser utilizado. Os parafusos vêm em tamanhos diferentes para utilização com ossos de diferentes tamanhos. Os parafusos podem ser utilizados sozinhos para manter uma fratura, bem como com chapas, barras, ou unhas. Após o osso cicatrizar, parafusos podem ser ou deixados no local ou removidos.

[0178] Os parafusos são roscados, embora rosqueamento possa ser completo ou parcial. Os parafusos podem incluir parafusos de compressão, parafusos de aperto e/ou parafusos canulados. Diâmetro externo de parafuso pode ser tão pequeno como 0,5 ou 1,0 mm, mas é geralmente menor do que 3,0 milímetros para menor fixação do osso. Os parafusos corticais de ossos maiores podem ser de até 5,0 milímetros e os parafusos esponjosos podem até mesmo chegar a 7-8 mm. Alguns parafusos são auto-roscantes e outros requerem perfuração antes da inserção do parafuso. Para parafusos canulados, uma secção oca no meio é geralmente maior do que 1 mm de diâmetro, a fim de acomodar os fios guia.

Fios/Pinos

[0179] Muitas vezes utilizados fios para unir os ossos novamente. Eles são frequentemente utilizados para unir pedaços de ossos que são demasiado pequenos para ser fixados com parafusos. Eles podem ser utilizados em conjunção com outras formas de fixação internas, mas pode ser utilizado isoladamente para tratar fraturas dos ossos pequenos, tais como aqueles encontrados na mão ou pé. Fios ou pinos podem ter pontas afiadas em cada um dos lados ou em ambos os lados para inserção ou perfuração no osso.

[0180] "K-wire" é um tipo particular de arame geralmente feito de aço inoxidável, titânio, ou de nitinol e de dimensões na gama de 0,5-2,0 mm de diâmetro e 2-25 cm de comprimento. Os "pinos Steinman" ficam em geral na gama de 2,0-5,0 mm de diâmetro e 2-25 cm de comprimento. No entanto, os termos pino e fio para fixação óssea são aqui utilizados indiferentemente.

Âncoras

[0181] Âncoras e particularmente âncoras de sutura são dispositivos de fixação para fixação de tendões e ligamentos ao osso. Eles são constituídos por um mecanismo de ancoragem, que é inserido no osso, e um ou mais ilhós, furos ou loops na âncora através do qual passa o fio de sutura. Isto liga a âncora para a sutura. A âncora que é inserida no osso pode ser um mecanismo de parafuso ou de um mecanismo de interferência. As âncoras estão geralmente na gama de 1,0-6,5 mm de diâmetro

Cabo, laços, laços de arame

[0182] Podem ser utilizados cabos, laços ou laços de arame para realizar a fixação por cerclagem ou ligação dos ossos. Tais implantes podem, opcionalmente, manter juntos ossos que não podem ser fixados com parafusos de penetração ou fios/pinos, devido a danos ósseos ou presença de eixo do implante dentro do osso. Geralmente, o diâmetro de cabo deste tipo ou implantes de laço está opcionalmente na gama de 1,0 mm - 2,0 mm e de preferência na gama de 1,25 - 1,75 milímetro. A largura do laço de arame pode estar opcionalmente na gama de 1 - 10 mm.

Pregos ou Hastes

[0183] Em algumas fraturas dos ossos longos, a melhor prática médica para segurar as peças ósseas juntas é através da inserção de uma haste ou prego através do centro oco do osso que normalmente contém alguma medula. Parafusos em cada extremidade da haste são utilizados para impedir a fratura de encurtar ou rodar, e também manter a haste no lugar até que a fratura tenha cicatrizada. Hastes e parafusos podem ser deixados no osso após a cura estar completa. Pregos ou hastes de fixação óssea são geralmente de 20-50 cm de comprimento e 5-20 mm de diâmetro (de preferência 9- 16 mm). Uma seção oca no meio do parafuso ou haste é geralmente maior do que 1 mm de diâmetro, a fim de acomodar os fios guia.

[0184] Qualquer um dos implantes de fixação óssea acima descritos pode, opcionalmente, ser utilizado para fixar vários tipos de fratura incluindo mas não limitado a fraturas cominutivas, fraturas segmentares, fraturas de não união, fraturas com perda óssea, fraturas proximais e distais, fraturas da diáfise, sítios de osteotomia, etc.

Exemplo #1 - Pinos de diâmetro amplo

[0185] O exemplo abaixo descreve a produção de pinos ortopédicos de diâmetro amplo com materiais biocompósitos reforçados. Este exemplo demonstra como diferentes pinos de implantes médicos compreendidos de materiais biocompósitos reforçados podem ter propriedades de desempenho diferentes em relação ao módulo de flexão e resistência, tanto no momento zero (após a produção) como na sequência da degradação simulada, relativamente à estrutura da composição, geometria e composição de cada tipo de pino.

Materiais e Métodos

[0186] Três tipos de implantes de pinos, cada um diâmetro externo de 6 mm e 5 cm de comprimento, foram produzidos utilizando o material compósito reforçado. Material composto era composto de PLDLA 70/30 de polímero reforçado com 50%, 70% ou 85% em peso/peso de fibras minerais contínuas. A composição das fibras minerais foi aproximadamente de Na2O a 14%, MgO a 5,4%, CaO a 9%, B2O3 a 2,3%, P2O5 a 1,5% e SiO2 a 67,8% em p/p. As amostras de teste foram fabricadas por moldagem por compressão de múltiplas camadas de material compósito em um molde tubular, com ou sem uma inserção de pino de 3 mm no centro. Cada camada era constituída pelo polímero PLDLA com fibras contínuas alinhadas unidirecionalmente incorporadas. A orientação das camadas, relativamente ao eixo longitudinal do implante, foi de 0° (paralelo ao eixo longitudinal do implante), 45°, 0°, -45°, 0°, de uma forma repetitiva, de acordo com o número de camadas no implante. Cada camada tinha aproximadamente 0,18 mm de espessura. Foram produzidas três (3) amostras de pinos para cada grupo de pinos.

[0187] As amostras de implantes foram testadas em um sistema de ensaio de tração (220Q1125-95, TestResources, MN, EUA) quanto à resistência à flexão, ao módulo de flexão e à carga máxima de flexão de acordo com o método de teste padrão modificado, ASTM D790 (Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, http://www.astm.org/Standards/D790.htm, ASTM International, PA, EUA). Os testes foram conduzidos inicialmente e depois de uma degradação in vitro simulada de acordo com a norma ASTM F1635 modificada (Standard Test Method for in vitro Degradation Testing of Hydrolytically Degradable Polymer Resins and Fabricated Forms for Surgical Implants, http://www.astm.org/Standards/F1635.htm ASTM International, PA, EUA), em que as amostras foram incubadas em fluido corporal simulado (SBF), 142 Na+, 5 K+, 1,5 Mg 2+,2,5 Ca2+, 147,8 Cl-, 4,2 HCO3-, 1 HPO43-, 0,5 SO42- mol/m3, durante 5 dias, a uma temperatura de 50 °C, enquanto se agitava a 30 rpm. Os testes mecânicos foram realizados utilizando uma célula de carga de 5kN e um acessório apropriado para testes de flexão em três pontos. A abrangência da amostra foi de 40 mm no início do teste e a velocidade da cruzeta foi ajustada a 2 mm/min. As dimensões, o peso e a densidade das amostras foram registrados.

[0188] As imagens do microscópio eletrônico de varrimento (SEM) (FEI Quanta FEG 250, Holland) foram capturadas para seções transversais das amostras de implantes em várias ampliações, com e sem pulverização de Au, e utilizando detectores de SE ou BSE. ImageJ™ ( NIH Image Processing Software, http://www.imagej.nih.gov/ij/, National Institute of Health, Maryland, EUA) foi usado para contar ou medir os seguintes parâmetros: 1. Distância entre as fibras 2. Distância entre as camadas 3. Número de fibras por camada 4. Diâmetro da fibra 5. Ângulo tangente à curvatura

[0189] MATLAB (http://www.mathworks.com/products/matlab/, Mathworks, MA, EUA) foi utilizado para contar ou medir os seguintes parâmetros:

1. Distribuição de volume de fibras na seção transversal do implante Resultados

[0190] A Tabela 1a mostra os resultados de desempenho mecânico de pinos de implantes feitos a partir de três tipos diferentes de compósitos reforçados como descrito acima. As propriedades estruturais desses implantes são descritas pelos métodos de produção discutidos acima e as suas composições internas são vistas nas imagens associadas. A quantificação de vários parâmetros relacionados com a estrutura de composição interna dos implantes pode ser vista na tabela 1b.

[0191] Tabela 1a: Valores médios e desvios padrão das propriedades mecânicas e das propriedades dos implantes em grupo (n = 3).

[0192] As amostras de pino completo com OD 6mm, fibra de 85% em peso/peso, tinham uma notável carência de resistência de coesão, provavelmente em função de uma quantidade insuficiente da ligação de polímeros entre as camadas de fibras. Essas amostras falharam durante o carregamento no sistema de teste de tração e, portanto, os resultados de propriedade mecânica não foram registrados. As imagens desses pinos podem ser vistas nas Figuras 27 e 28, que mostram uma quantidade elevada de fibras e ausência de polímero.

[0193] Como pode ser visto na Tabela 1A, a incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a taxa de degradação, resultou em uma diminuição no módulo de 26%, 53% e 41% nos pinos completos de 50% e 70% em peso/peso e de 6 mm ocos, respectivamente. A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da resistência à flexão de 51%, 62% e 45% nos pinos de 50% e 70% em p/p completos e de 6 mm ocos, respectivamente. A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da carga de flexão máxima de 51%, 53% e 42% nos pinos completos de 50% e 70% em peso/peso e ocos de 6 mm, respectivamente.

[0194] Tabela 1b: Parâmetros estruturais medidos relacionando as fibras de reforço e as camadas de biocompósitos em dois tipos de pinos de biocompósitos.

[0195] Sem pretender ser limitado por uma hipótese única, acredita-se que o reforço do teor, do diâmetro, da distribuição e da disposição das fibras em camadas observadas neste exemplo (Exemplo 1) foram a causa ou pelo menos um fator contribuinte significativo.

[0196] Especificamente no que diz respeito ao reforço das fibras, o aumento do teor das fibras de reforço pode contribuir de forma positiva às propriedades mecânicas de um implante médico, conforme visto pelas amostras mais fortes e rígidas produzidas com 70% de fibras em comparação àquelas produzidas com 50% de fibras. No entanto, os implantes de fibras de 70% pareceu perder propriedades mecânicas a uma taxa mais rápida. Assim, há benefícios potenciais para cada uma dessas quantidades de fibras. Acima de um certo ponto, o teor excessivamente elevado de fibras pode resultar em falha do implante, tal como observado com os pinos de fibra de 85%.

Exemplo #2 - Pinos de diâmetro pequeno

[0197] O exemplo abaixo descreve a produção de pinos ortopédicos de diâmetro pequeno com materiais biocompósitos reforçados. Este exemplo demonstra como diferentes pinos de implantes médicos compreendidos de materiais biocompósitos reforçados podem ter propriedades de desempenho diferentes em relação ao módulo de flexão e resistência, tanto no momento zero (após a produção) como na sequência da degradação simulada (por exemplo, a partir da inserção no corpo), relativamente à estrutura da composição, geometria e composição de cada tipo de pino.

Materiais e Métodos

[0198] Três tipos de implantes de pinos, cada um diâmetro externo de 2 mm e 5 cm de comprimento, foram produzidos utilizando o material compósito reforçado. Material composto era composto de PLDLA 70/30 de polímero reforçado com 50% ou 70% em peso/peso de fibras minerais contínuas. A composição das fibras minerais foi aproximadamente de Na2O a 14%, MgO a 5,4%, CaO a 9%, B2O3 a 2,3%, P2O5 a 1,5% e SiO2 a 67,8% em p/p. As amostras de teste foram fabricadas por moldagem por compressão de múltiplas camadas de material compósito em um molde tubular, com ou sem uma inserção de pino de 1 mm no centro. Cada camada era constituída pelo polímero PLDLA com fibras contínuas alinhadas unidirecionalmente incorporadas. A orientação das camadas, relativamente ao eixo longitudinal do implante, foi de 0° (paralelo ao eixo longitudinal do implante), 45°, 0°, -45°, 0°, de uma forma repetitiva, de acordo com o número de camadas no implante. Cada camada tinha aproximadamente 0,18 mm de espessura. Foram produzidas três (3) amostras de pinos para cada grupo de pinos.

[0199] As amostras de implantes foram testadas em um sistema de ensaio de tração (220Q1125-95, TestResources, MN, EUA) quanto à resistência à flexão, ao módulo de flexão e à carga máxima de flexão de acordo com o método de teste padrão modificado, ASTM D790 (Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, http://www.astm.org/Standards/D790.htm, ASTM International, PA, EUA). Os testes foram conduzidos inicialmente e depois de uma degradação in vitro simulada de acordo com a norma ASTM F1635 modificada (Standard Test Method for in vitro Degradation Testing of Hydrolytically Degradable Polymer Resins and Fabricated Forms for Surgical Implants, http://www.astm.org/Standards/F1635.htm ASTM International, PA, EUA), em que as amostras foram incubadas em fluido corporal simulado (SBF), 142 Na+, 5 K+, 1,5 Mg 2+, 2,5 Ca2+, 147,8 Cl-, 4,2 HCO3- , 1 HPO43-, 0,5 SO42- mol/m3 por 5 dias, a uma temperatura de 50 °C, enquanto se agitava a 30 rpm. Os testes mecânicos foram realizados utilizando uma célula de carga de 500 N e um acessório apropriado para testes de flexão em três pontos. A abrangência da amostra foi de 40 mm no início do teste e a velocidade da cruzeta foi ajustada a 2 mm/min. As dimensões, o peso e a densidade das amostras foram registrados.

[0200] As imagens do microscópio eletrônico de varrimento (SEM) (FEI Quanta FEG 250, Holland) foram capturadas para seções transversais das amostras de implantes em várias ampliações, com e sem pulverização de Au, e utilizando detectores de SE ou BSE. ImageJ™ (NIH Image Processing Software, http://www.imagej.nih.gov/ij/, National Institute of Health, Maryland, EUA) foi usado para contar ou medir os seguintes parâmetros: 1. Distância entre as fibras 2. Distância entre as camadas 3. Número de fibras por camada 4. Diâmetro da fibra 5. Ângulo tangente à curvatura

[0201] MATLAB (http://www.mathworks.com/products/matlab/, Mathworks, MA, EUA) foi utilizado para contar ou medir os seguintes parâmetros: 1. Distribuição de volume de fibras na seção transversal do implante: A porcentagem de fibra por polímero foi calculada somando-se toda a área da fibra na imagem dividida pela área de toda a seção transversal do implante na imagem.

[0202] Porcentagem de fibra por polímero = Soma da área de fiba de toda a seção transversal*100

Resultados

[0203] A Tabela 2a mostra os resultados de desempenho mecânico de três tipos diferentes de pinos compósitos de implante de compósitos reforçado conforme descrito acima. As propriedades estruturais desses implantes são descritas pelos métodos de produção discutidos acima e as suas composições internas são vistas nas imagens associadas. A quantificação de vários parâmetros relacionados com a estrutura de composição interna dos implantes pode ser vista nas tabelas 2b, c e d.

[0204] Tabela 2a: Valores médios e desvios padrão das propriedades mecânicas e das propriedades dos implantes em grupo (n = 3).

[0205] A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da resistência à flexão de 54%, 27%, 73%, 50% e 70% em p/p nos pinos completos e de 2mm nos pinos ocos, respectivamente. A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da carga de flexão máxima de 52%, 27%, 71%, 50% e 70% em p/p nos pinos completos e de 2 mm nos pinos ocos, respectivamente. A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição do módulo de flexão de 32%, 29% e 70% em peso/peso nos pinos completos e 50% de peso/peso nos pinos ocos de 2 mm, respectivamente.

[0206] Tabela 2b: Parâmetros estruturais medidos relacionando as fibras de reforço e as camadas de biocompósitos em um pino biocompósito

[0207] Tabela 2c: Porcentagem em volume medida das fibras, medida a partir da seção transversal do implante de pino biocompósito completo de OD 2 mm, fibra a 50% em p/p (ver Fig. 11)

[0208] Tabela 2d: Porcentagem em volume medida das fibras, medida a partir da seção transversal do implante de placa de biocompósito completo de OD 2mm, ID 1 mm, fibra a 50% em p/p (ver Fig. 15)

[0209] Sem pretender ser limitado por uma hipótese única, acredita-se que o reforço do teor, do diâmetro, da distribuição e da disposição das fibras em camadas observadas neste exemplo (Exemplo 2) foram a causa ou pelo menos um fator contribuinte significativo.

[0210] Este exemplo também sugere uma diferença estrutural potencial entre diferentes geometrias das partes do implante (entre um pino completo e um pino canulado), onde é opcionalmente possível para camadas de reforço de fibra no implante de biocompósito organizar-se e alinhar-se em modos diferenciais, dependendo da forma do implante e das forças a que o implante está exposto durante a sua produção.

Exemplo #3 - Placas

[0211] O exemplo abaixo descreve a produção de placas ortopédicas finas com materiais biocompósitos reforçados. Este exemplo demonstra como diferentes placas de implantes médicos compreendidos de materiais biocompósitos reforçados podem ter propriedades de desempenho diferentes em relação ao módulo de flexão e resistência, tanto no momento zero (após a produção) como na sequência da degradação simulada, relativamente à estrutura da composição, geometria e composição de cada tipo de placa.

Materiais e Métodos

[0212] Quatro tipos de implantes de placas, cada uma com uma espessura de 2 mm, largura de 12,8 mm e 6 cm de comprimento foram produzidos utilizando o material compósito reforçado. Material composto era composto de PLDLA 70/30 de polímero reforçado com 50% ou 70% em peso/peso de fibras minerais contínuas. A composição das fibras minerais foi aproximadamente de Na2O a 14%, MgO a 5,4%, CaO a 9%, B2O3 a 2,3%, P2O5 a 1,5% e SiO2 a 67,8% em p/p. As amostras de teste foram fabricadas por moldagem por compressão de múltiplas camadas de material compósito em um molde retangular. Cada camada era constituída pelo polímero PLDLA com fibras contínuas alinhadas unidirecionalmente incorporadas. A orientação das camadas, relativamente ao eixo longitudinal do implante, foi de 0° (paralelo ao eixo longitudinal do implante), 45°, 0°, -45°, 0°, de uma forma repetitiva, de acordo com o número de camadas no implante. Cada camada tinha aproximadamente 0,18 mm de espessura. Para as placas amorfas, as fibras contínuas foram cortadas em pedaços pequenos, misturadas e moldadas. Três (3) amostras da placa foram produzidas para cada grupo de placas.

[0213] As amostras de implantes foram testadas em um sistema de ensaio de tração (220Q1125-95, TestResources, MN, EUA) quanto à resistência à flexão, ao módulo de flexão e à carga máxima de flexão de acordo com o método de teste padrão modificado, ASTM D790 (Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, http://www.astm.org/Standards/D790.htm, ASTM International, PA, EUA). Os testes foram conduzidos inicialmente e depois de uma degradação in vitro simulada de acordo com a norma ASTM F1635 modificada (Standard Test Method for in vitro Degradation Testing of Hydrolytically Degradable Polymer Resins and Fabricated Forms for Surgical Implants, http://www.astm.org/Standards/F1635.htm ASTM International, PA, EUA), em que as amostras foram incubadas em fluido corporal simulado (SBF), 142 Na+, 5 K+, 1,5 Mg 2+, 2,5 Ca2+, 147,8 Cl-, 4,2 HCO3- , 1 HPO43-, 0,5 SO42- mol/m3 por 5 dias, a uma temperatura de 50 °C, enquanto se agitava a 30 rpm. Os testes mecânicos foram realizados utilizando uma célula de carga de 5 KN e um acessório apropriado para testes de flexão em três pontos. A abrangência da amostra foi de 40 mm no início do teste e a velocidade da cruzeta foi ajustada a 2 mm/min. As dimensões, o peso e a densidade das amostras foram registrados.

[0214] As imagens do microscópio eletrônico de varrimento (SEM) (FEI Quanta FEG 250, Holland) foram capturadas para seções transversais das amostras de implantes em várias ampliações, com e sem pulverização de Au, e utilizando detectores de SE ou BSE. ImageJ™ (NIH Image Processing Software, http://www.imagej.nih.gov/ij/, National Institute of Health, Maryland, EUA) foi usado para contar ou medir os seguintes parâmetros: 1. Distância entre as fibras 2. Distância entre as camadas 3. Número de fibras por camada 4. Diâmetro da fibra 5. Ângulo tangente à curvatura

[0215] MATLAB (http://www.mathworks.com/products/matlab/, Mathworks, MA, EUA) foi utilizado para contar ou medir os seguintes parâmetros:

1. Distribuição de volume de fibras na seção transversal do implante Resultados

[0216] A Tabela 3a mostra os resultados de desempenho mecânico de três tipos diferentes de pinos compósitos de implante de compósitos reforçado conforme descrito acima. As propriedades estruturais desses implantes são descritas pelos métodos de produção discutidos acima e as suas composições internas são vistas nas imagens associadas. A quantificação de vários parâmetros relacionados com a estrutura de composição interna dos implantes pode ser vista na tabela 3b.

[0217] Tabela 3a: Valores médios e desvios padrão das propriedades mecânicas e das propriedades dos implantes em grupo (n = 3).

[0218] A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da resistência à flexão de 27%, 53%, 50% e 70% em p/p nas placas completas, respectivamente. A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da resistência à flexão de 58%, 76%, 50% e 70% em p/p, respectivamente, nas placas completas.

[0219] A incubação durante 5 dias em SBF a 50 °C, que acelera a velocidade de degradação, resultou em uma diminuição da carga de flexão máxima de 50% e 62% nas placas completas de 50% e 70% em peso/peso, respectivamente.

[0220] Para esta geometria e método de produção parece que o aumento no teor de fibra de 50% a 70 em p/p aumenta a resistência mecânica inicial mas acelera o processo de degradação.

[0221] Ter fibras curtas não orientadas como há na placa amorfa em comparação com as fibras orientadas de forma contínua resultou em uma redução de 46%, 65% e 66% no módulo, na resistência de flexão e na carga máxima para condições de densidade e produção semelhantes.

[0222] Tabela 3b: Parâmetros estruturais medidos relacionando as fibras de reforço e as camadas de biocompósitos em uma placa de biocompósito

Exemplo #4 - Diferenças de degradação

[0223] O exemplo abaixo descreve a degradação de implantes ortopédicos produzidos com materiais biocompósitos reforçados. Este exemplo demonstra como diferentes implantes médicos constituídos por materiais biocompósitos reforçados podem diferir quanto às propriedades de desempenho em relação à perda material e taxa de dilatação após uma degradação simulada. Um implante ortopédico absorvível, utilizado para fixação do osso, como pretendido para tal, idealmente precisa manter a sua força durante o período necessário para que o osso cure, e então gradualmente degradar e perder sua força na medida em que é substituído pelo osso. A perda de peso material é um indicativo da taxa de degradação. A taxa de dilatação é um indicativo das alterações de conformação, de hidrofilicidade, bem como um indicativo de porosidade. O controle de ambos os parâmetros é importante para a concepção do implante.

Materiais e Métodos

[0224] Os implantes de pinos e placas foram produzidos utilizando material compósito reforçado como descrito nos exemplos 1-3. Material composto era composto de PLDLA 70/30 de polímero reforçado com 50% ou 70% em peso/peso de fibras minerais contínuas. A composição das fibras minerais foi aproximadamente de Na2O a 14%, MgO a 5,4%, CaO a 9%, B2O3 a 2,3%, P2O5 a 1,5% e SiO2 a 67,8% em p/p. As amostras de teste foram fabricadas por moldagem por compressão de múltiplas camadas de material compósito em um molde apropriado. Cada camada era constituída pelo polímero PLDLA com fibras contínuas alinhadas unidirecionalmente incorporadas. A orientação das camadas, relativamente ao eixo longitudinal do implante, foi de 0° (paralelo ao eixo longitudinal do implante), 45°, 0°, - 45°, 0°, de uma forma repetitiva, de acordo com o número de camadas no implante. Cada camada tinha aproximadamente 0,18 mm de espessura. Foram produzidas três (3) amostras de implante para cada grupo.

[0225] As amostras de implante foram pesadas inicialmente e após uma degradação in vitro simulada de acordo com um ASTM F1635 modificado, em que as amostras foram incubadas em fluido corporal simulado (SBF), 142 Na+, 5 K+, 1,5 Mg2+ , 2,5 Ca2+, 147,8 Cl-, 4,2 HCO3-, 1 HPO43-, 0,5 SO42- mol/m3, durante 5 dias a uma temperatura de 50 °C, enquanto se agitava a 30 rpm. As amostras foram então secas em um exsicador a vácuo por uma noite e pesados outra vez. A perda percentual material foi calculada como (peso inicial - peso seco/peso inicial*100. A taxa de dilatação foi calculada como (peso ao fim da incubação - peso seco)/peso seco*100.

Resultados

[0226] A Tabela 4 mostra os resultados das medições de peso de diferentes tipos de implantes de compósito reforçados produzidos como descrito acima.

[0227] Tabela 4: Valores médios e desvios padrão das medições do peso do implante e da perda material calculada e a taxa de dilatação (n=3). As medições são do peso no início da experiência (T0), após uma degradação de 5 dias em SBF a 50 °C, 30 rpm (5 dias) e após a desidratação no exsicador durante uma noite (seco).

[0228] A concentração de fibras minerais aumentam de 50% para 70%, nos pinos e placas de 2 mm, aumentam a perda material e a taxa de dilatação ao longo do tempo em ~110% e mais do que 40%, respectivamente. A degradação relativa, medida pela perda material relativa, pareceu mais rápida em implantes canulados em comparação com as concepções não canuladas.

[0229] Nos pinos de 6 mm, o aumento da concentração de fibras minerais de 50% para 70% também causou um aumento na degradação, medido pelo % de perda material. Nos pinos canulados de 6 mm, o aumento relativo da degradação pode também ser observado pelo aumento da taxa de dilatação de 74% em relação aos pinos completos.

Figuras adicionais que apresentam várias modalidades

[0230] A Figura 30 ilustra uma fita contínua reforçada com fibras do tipo que pode ser utilizada para formar uma camada em um implante médico constituído por camadas reforçadas com fibras contínuas. A vista de topo (3000) mostra uma fita única de fita de compósito que compreende fibras de reforço alinhadas em uma única direção na matriz polimérica bioabsorvível. As fibras de reforço intercaladas (3006) no interior da matriz polimérica bioabsorvível (3008) podem ser vistas mais claramente na vista de topo aproximada (3002) da fita de compósito reforçada com fibras contínuas. As fibras de reforço podem estar presentes como fibras separadas ou em feixes de várias fibras de reforço por feixe. A vista em corte transversal da fita de reforço com fibras (3004) mostra os feixes de fibras de reforço alinhadas (3010) incorporados no interior da matriz polimérica bioabsorvível (3012). Fibras de preferência não rompem a superfície da matriz polimérica bioabsorvível.

[0231] A Figura 31 mostra uma vista em corte tridimensional de uma fita contínua reforçada com fibra (200). A vista em corte mostra as fibras de reforço alinhadas (202) incorporadas à matriz polimérica bioabsorvível (204).

[0232] A Figura 32a ilustra uma vista de topo de uma lâmina compósita bioabsorvível reforçada (300) constituída por três camadas de fibras unidirecionais em ângulos diferentes. Cada camada pode opcionalmente ser composta de fitas reforçadas com fibras contínuas do tipo representado na Figura 30. A vista expandida (302) mostra camadas de fibras unidirecionais em diferentes ângulos dentro de um implante. Uma camada (304) alinhada no eixo longitudinal, uma camada (306) alinhada com um ângulo para a direita do eixo longitudinal, e uma camada (308) alinhada com um ângulo à esquerda do eixo longitudinal.

[0233] A Figura 32b ilustra uma vista em corte de uma estrutura compósita bioabsorvível reforçada (310) constituída por três camadas de fibras unidirecionais em ângulos diferentes. Uma camada (312) alinhada no eixo longitudinal, uma camada (314) alinhada com um ângulo à direita do eixo longitudinal, e uma camada (316) alinhada com um ângulo à esquerda do eixo longitudinal. Cada camada é constituída por fibras contínuas reforçadas (318) incorporadas à matriz polimérica bioabsorvível (320).

[0234] A Figura 33 mostra uma parede de um implante médico compósito reforçado com fibras contínuas. A parede do implante é constituída por duas camadas de camadas de fita de compósito reforçadas com fibras contínuas unidirecionais (402 e 404) alinhadas em ângulo perpendicular umas às outras. A parede do implante médico adicional compreende perfurações (406) para permitir a penetração do tecido para dentro ou através do implante.

[0235] A Figura 34 mostra uma caixa de enchimento ósseo que consiste em paredes do implante médico compósito reforçado com fibras contínuas (500) que contém adicionalmente perfurações (502) para permitir o crescimento de tecidos e células dentro do material de enchimento ósseo (504) contido dentro da caixa da carga óssea. A caixa de enchimento ósseo inclui, como opção, uma porta separada para fechar a caixa (506).

[0236] A Figura 35 mostra um parafuso canulado bioabsorvível (600) que é um implante médico constituído por duas partes: um núcleo cilíndrico compósito bioabsorvível reforçado com fibras contínuas (602) e um fio de polímero bioabsorvível (604) que foi subsequentemente moldado ou impresso em 3D por cima do núcleo de fibras contínuas. Esse é um exemplo de um implante médico bioabsorvível em que uma quantidade significativa ou a maior parte da resistência mecânica é fornecida por uma parte de fibra contínua reforçada que serve como suporte mecânico ou estrutura, mas onde as características de implantes adicionais são compostas de materiais que não são fibras contínuas reforçadas e ainda podem ser moldadas ou impressas diretamente sobre a fibra de material compósito reforçado.

[0237] Será reconhecido que várias características da invenção, que são, para clareza, descritas no contexto de modalidades separadas, também podem ser fornecidas em combinação em uma única modalidade. Por outro lado, várias características da invenção que são, por concisão, descritas no contexto de uma única modalidade, também podem ser fornecidas separadamente ou em qualquer subcombinação adequada. Será apreciado também pelos versados na técnica que a presente invenção não se limita ao que foi particularmente mostrado e descrito acima. Em vez disso o escopo da invenção é definido apenas pelas reivindicações que se seguem.

Claims (18)

1. Implante médico, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de camadas de biocompósito, o referido biocompósito compreendendo um polímero e uma pluralidade de fibras de reforço contínuas, de modo que cada camada compreenda o referido biocompósito, em que as referidas fibras são alinhadas unidirecionalmente com cada camada, em que um diâmetro das referidas fibras fica em uma faixa de 0,1100 μm, em que o referido implante é bioabsorvível e dito polímero é biodegradável, e em que a distância entre as camadas, conforme determinado por uma distância entre uma última fibra em uma camada e uma primeira fibra em uma camada adjacente, fica entre 0-60 μm.

2. Implante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido polímero biodegradável é incorporado em um compósito biodegradável, compreendendo entre 1-100 fibras de reforço em cada camada de biocompósito ou entre 2-40 fibras de reforço em cada camada de biocompósito ou entre 4-20 fibras de reforço em cada camada de biocompósito.

3. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as referidas fibras permanecem discretas ou em que o referido polímero integra pelo menos parcialmente as referidas fibras, e opcionalmente em que as referidas fibras são incorporadas em uma matriz polimérica que compreende o referido biocompósito.

4. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que cada camada tem uma orientação da fibra direcional, e de que a referida orientação das fibras se alterna entre as camadas adjacentes, de modo que cada camada seja de um ângulo diferente, e em que a referida diferença angular entre as camadas fica entre 15 e 75 graus, ou em que a referida diferença angular entre as camadas fica entre 30 e 60 graus, ou em que a referida diferença angular entre as camadas fica entre 40 e 50 graus.

5. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma distância entre as camadas, conforme determinado por uma distância entre uma última fibra em uma camada e uma primeira fibra em uma camada adjacente, fica entre 1-40 μm, ou entre 2-30 μm.

6. Implante, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as referidas fibras são fibras contínuas, e em que as referidas fibras contínuas tem mais do que 4 mm de comprimento, ou mais do que 8 mm de comprimento, ou mais do que 12 mm de comprimento, ou mais do que 16 mm de comprimento, ou mais do que 20 mm de comprimento.

7. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que um comprimento da fibra de reforço de pelo menos uma parte destas fibras tem pelo menos 50% de um comprimento longitudinal do implante, ou em que o referido comprimento da fibra de reforço de uma maioria das referidas fibras é de pelo menos 50% deste comprimento longitudinal do implante, ou em que o referido comprimento de fibra de reforço é de 60% do referido comprimento longitudinal do implante, ou em que o referido comprimento da fibra de reforço é de pelo menos 75% deste comprimento longitudinal do implante.

8. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a maioria das fibras de reforço em uma camada de compósito está alinhada ao eixo longitudinal do implante médico, ou em que a maioria das fibras de reforço em uma camada de compósito está alinhada a um ângulo em relação ao eixo longitudinal e em que o referido ângulo é inferior a 90°, ou em que o referido ângulo é inferior a 60°, ou em que o referido ângulo é inferior a 45° a partir do eixo longitudinal.

9. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o referido diâmetro das referidas fibras se encontra em uma faixa de 0,1-100 μm, ou em uma faixa de 1-20 μm, ou em uma faixa de 4-16 μm, ou em uma faixa de de 6-20 μm, ou em uma faixa de 10-18 μm, ou em uma faixa de 14-16 μm, e opcionalmente, em que um desvio padrão de um diâmetro de fibra entre as fibras é menor do que 5 μm, ou menor do que 3 μm, ou menor do que 1,5 μm.

10. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que uma distância entre as fibras de reforço adjacentes em cada camada fica na faixa de 0,5-50 μm, ou na faixa de 1-30 μm, ou na faixa de 1-20 μm, ou na faixa de 1-10 μm.

11. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que uma porcentagem de peso das fibras fica na faixa de 20-90%, ou na faixa de 40%-70%, e, opcionalmente, na faixa de 30-90%, ou na faixa de 40%-70%.

12. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que cada camada de compósito tem uma espessura de 0,05 mm a 0,5 mm, ou em que a referida espessura é de 0,150,35 mm, ou em que a referida espessura é de 0,1-0,25 mm; e opcionalmente, em que cada camada de compósito tem uma largura de 2-30 mm.

13. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que uma densidade do biocompósito fica entre 1 e 2 g/mL, ou entre 1,2 e 1,9 g/mL ou entre 1,4 e 1,8 g/mL.

14. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o implante médico compreende entre 2 e 20 camadas de compósito, ou entre 2 e 10 camadas, ou entre 2 e 6 camadas.

15. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que as fibras estão presentes como parte de feixes de fibras, em que as fibras são dispostas em feixes em cada camada, opcionalmente em uma única camada, sem sobreposição, em cada camada de compósito, ou opcionalmente, em que as camadas são dispostas em feixes circulares.

16. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o referido polímero biodegradável compreende um homopolímero ou um copolímero, em que o referido copolímero compreende um copolímero aleatório, um copolímero em bloco, ou um copolímero de enxerto; em que o referido polímero compreende um polímero linear, um polímero ramificado, ou um dendrímero, de origem natural ou sintética; e em que o referido polímero compreende lactídeo, glicolida, caprolactona, valerolactona, carbonatos (por exemplo, carbonato de trimetileno, carbonato de tetrametileno e afins), dioxanonase, carbonato de tetrametileno e afins), dioxanonas (1,4-dioxanona), δ-valerolactona, 1,dioxepanonas (por exemplo, 1,4-dioxepan-2-ona e 1,5-dioxepan-2-ona), etileno glicol, óxido de etileno, esteramidas, Y-hidroxivalerato, β- hidroxipropionato, ácido alfa-hidróxi, hidroxibuteratos, poli (orto ésteres), hidroxi alcanoatos, carbonatos de tirosina, carbonatos de poliimida, carbonatos de poliimino, como poli (bisfenol A-iminocarbonato) e poli (hidroquinona-iminocarbonato), poliuretanos, polianidridos, drogas de polímeros (por exemplo, polidiflunisol, poliaspirina e terapêuticos proteicos), açúcares; amido, celulose e derivados da celulose, polissacarídeos, colágeno, quitosano, fibrina, ácido hialurônico, polipeptídeos, proteínas, poli (aminoácidos), polilactidas (PLA), poli-L-lactida (PLLA), poli-DL-lactida (PDLLA); poliglicolida (PGA); copolímeros da glicolida, copolímeros de glicolida/carbonato de trimetileno (PGA/TMC); outros copolímeros de PLA, como copolímeros de lactida/tetrametilglicolida, copolímeros de lactida/ carbonato de trimetileno, copolímeros de lactida/d-valerolactona, copolímeros de lactida/ε-caprolactona, copolímeros de L-lactida/DL-lactida, copolímeros de glicolida/L-lactida (PGA/PLLA), polilactida-co-glicolida; terpolímeros de PLA, como terpolímeros de lactida/glicolida/carbonato de trimetileno, terpolímeros de lactida/glicolida/ε-caprolactona, copolímeros de PLA/óxido de polietileno; polidepsipeptídeos; poli-1,4-dioxano-2,5-dionas - 3,6-substituídas de forma assimétrica; poli-hidroxialcanoatos; como poli- hidroxibutiratos (PHB); copolímeros PHB/b-hidroxivalerato (PHB/PHV); poli- b-hidroxipropionato (PHPA); copolímeros de poli-p-dioxanona (PDS); poli-d- valerolactona - poli-ε-capralactona, poli(ε-caprolactona-DL-lactida); copolímeros de metilmetacrilato-N-vinil pirrolidona; poliesteramidas; poliésteres de ácido oxálico; polidi-hidropiranos; polialquil-2-cianoacrilatos; poliuretanos (PU); álcool polivinílico (PVA); polipeptídeos; ácido poli-b-málico (PMLA): ácidos poli-b-alcâmbicos; policarbonatos; poliortoésteres; polifosfatos; poli(éster anidridos); e misturas dos mesmos; e derivados, copolímeros e misturas dos mesmos.

17. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o referido polímero é selecionado dentre o grupo que consiste em PLLA, PDLA, PGA, PLGA, PCL, PLLA-PCL e uma combinação dos mesmos; opcionalmente em que o referido PLLA é usado na referida matriz polimérica e a referida matriz compreende pelo menos 30% de PLLA, ou pelo menos 50% de PLLA, ou pelo menos 70% de PLLA; ou opcionalmente, em que dito PDLA é usado na referida matriz polimérica e a referida matriz compreende pelo menos 5% de PDLA; ou pelo menos 10% de PDLA, ou pelo menos 20% de PDLA.

18. Implante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a referida fibra compreende um composto mineral à base de sílica, em que o referido composto mineral à base de sílica tem pelo menos uma composição de óxido em pelo menos um dos seguintes intervalos de % molar: Na2O: 11,0 - 19,0% em mol CaO: 9,0-14,0% em mol MgO: 1,5 - 8,0% em mol B2O3: 0,5 - 3,0% em mol Al2O3: 0 - 0,8% em mol P2O3: 0,1 - 0,8% em mol SiO2: 67 - 73% em mol ou em que o referido composto mineral à base de sílica tem pelo menos uma composição de óxido em pelo menos um dos seguintes intervalos de percentual molar: Na2O: 12,0 - 13,0% em mol CaO: 9,0-10,0% em mol MgO: 7,0-8,0% em mol B2O3: 1,4 - 2,0% em mol P2O3: 0,5 - 0,8% em mol SiO2: 68 - 70% em mol.

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