BRPI0613509B1

BRPI0613509B1 - METHOD FOR PREPARING A BIOMIMATE HAT SUBSTITUTE AND ITS USES

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Publication number: BRPI0613509B1
Authority: BR
Publication date: 2017-07-25

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM SUBSTITUTO DE OSSO BIOMIMÉTICO E SEUS USOS”. O objeto da presente invenção consiste em um processo para obter um substituto ósseo com determinadas características químicas e físicas, completamente similar àqueles da porção mineral de um tecido ósseo natural. O componente inorgânico do osso humano é composto primordialmente de cálcio, íons fosfato (Ca , P04 λ que formam a fase de apatita), íons carbonato (C03 ") e pequenas porcentagens de outros íons, tais como Mg2+ e Na+, particularmente. O carbonato toma o tecido do tipo ósseo mais “dinâmico” (isto é, estequiometricamente instável) e, dessa forma, mais facilmente reabsorvido pelos osteoclastos. O conteúdo de magnésio favorece, por sua vez, a cínética da osteointegração, provavelmente por uma ação estimulatória no aumento dos osteoblastos, e conseqüentemente na secreção das proteínas capazes de gerar uma matriz óssea.Report of the Invention Patent for "PROCESS FOR PREPARING A BIOMIMETIC BONE SUBSTITUTE AND ITS USES". The object of the present invention is a process for obtaining a bone substitute with certain chemical and physical characteristics, completely similar to those of the mineral portion of a natural bone tissue. The inorganic component of human bone is primarily composed of calcium, phosphate ions (Ca, P04 λ forming the apatite phase), carbonate ions (C03 ") and small percentages of other ions such as Mg2 + and Na +, particularly. Carbonate It makes bone tissue more “dynamic” (ie stoichiometrically unstable) and thus more easily reabsorbed by osteoclasts.The magnesium content in turn favors the kinetics of osteointegration, probably by a stimulatory action in increasing osteoblasts, and consequently in the secretion of proteins capable of generating a bone matrix.

Um dos substitutos tipo osso mais amplamente usados nas cirurgias de hoje em dia é representado pela hidroxiapatita sintética (HA) como tal, cuja fórmula será indicada no contexto dessa invenção como Caio(P04)6(OH)2.One of the most widely used bone substitutes in surgery today is synthetic hydroxyapatite (HA) as such, the formula of which will be referred to in the context of this invention as Caio (P04) 6 (OH) 2.

Entretanto, essa hidroxiapatita sintética não é um substituto biomimético perfeito do tecido ósseo natural.However, this synthetic hydroxyapatite is not a perfect biomimetic substitute for natural bone tissue.

Ela, de fato, não possui as mesmas características estruturais e conformacionais da hidroxiapatita produzida in situ pelo organismo para a mineralização nas fibrilas de colágeno com uma carbonação parcial preferencial, simultânea, da mesma hidroxiapatita na posição B.It does not, in fact, have the same structural and conformational characteristics as the hydroxyapatite produced in situ by the organism for mineralization in collagen fibrils with a simultaneous preferential partial carbonation of the same hydroxyapatite in position B.

Como é conhecida, a posição B na estrutura de hidroxiapatita corresponde àquela ocupada pelos grupos fosfato: t Posição B Posição A A carbonação na posição B conseqüentemente envolve a substituição de parte dos grupos fosfato por grupos carbonato, favorecendo dessa forma a formação de um material mais biomimético em relação à hidroxiapatita não-carbonada. Entretanto, até mesmo a hidroxiapatita carbonada (por simplicidade, referida aqui a seguir como carbonato- x hidroxiapatita ou CHA) não possui todas as características necçssárias para ser um substituto biomimético perfeito da porção mineral do tecido ósseo natural uma vez que sua estrutura não tem, ou eventualmente contém somente em quantidades negligíveis, e em qualquer razão quantidades necessárias inadequadas de íons Mg2+. São conhecidos métodos para preparar compostos capazes de gerar substitutos ósseos de vários graus biomiméticos. A patente americana US 4.481.175, por exemplo, descreve como obter uma composição de hidroxiapatita em pó, útil para a geração de um substituto ósseo por processos químicos sol gel, úmidos e/ou secos.As known, position B in the hydroxyapatite structure corresponds to that occupied by phosphate groups: t Position B Position AA carbonation in position B therefore involves the replacement of part of the phosphate groups by carbonate groups, thereby favoring the formation of a more biomimetic material. compared to non-carbonated hydroxyapatite. However, even carbonated hydroxyapatite (for simplicity, hereinafter referred to as carbonate-hydroxyapatite or CHA) does not have all the characteristics necessary to be a perfect biomimetic substitute for the mineral portion of natural bone tissue since its structure does not, or possibly contain only negligible quantities, and for whatever reason inadequate required quantities of Mg2 + ions. Methods are known for preparing compounds capable of generating bone substitutes of varying biomimetic grades. U.S. Patent 4,481,175, for example, describes how to obtain a powdered hydroxyapatite composition useful for the generation of a bone substitute by wet and / or dry sol gel chemical processes.

Hidroxiapatitas e carbonato-hidroxiapatitas também podem ser obtidas de corais marinhos ou de celenterados com um esqueleto baseado em CaC03, pelo tratamento deles com soluções salinas e/ou ácidas apropriadas numa temperatura bem acima do ponto de ebulição da água, e numa pressão bem acima do nível atmosférico.Hydroxyapatites and carbonate-hydroxyapatites may also be obtained from marine corals or from coelenterates with a CaC03 based skeleton by treating them with appropriate saline and / or acid solutions at a temperature well above the boiling point of water, and at a pressure well above the atmospheric level.

No curso do referido tratamento, os corais e celenterados acima são colocados em contato com soluções de (NH4)2HP04 ou de (NH4)2HP04 em NH4F (20 ppm); o pH da solução é mantido numa faixa de 8,5 - 9,0 (ajustando com NH4OH, quando necessário). A mistura descrita acima é submetida a uma pressão, em média, em algum lugar entre 0,1 Kbar e, aproximadamente, 5 Kbar, e numa temperatura preferivelmente alta (até 600 °C); o tempo de tratamento nas condições acima varia na média de 24 a 48 horas, mas pode ser prolongado por até duas semanas, dependendo dos níveis de temperatura e pressão empregados. Depois do referido tratamento, a amostra obtida é seca em cerca de 80 °C por cerca de 30 horas.In the course of such treatment, the above corals and coelenterates are contacted with solutions of (NH4) 2HP04 or (NH4) 2HP04 in NH4F (20 ppm); The pH of the solution is maintained in a range of 8.5 - 9.0 (adjusting with NH 4 OH when necessary). The mixture described above is subjected to an average pressure somewhere between 0.1 Kbar and approximately 5 Kbar, and at a preferably high temperature (up to 600 ° C); Treatment time under the above conditions varies from 24 to 48 hours on average, but may be extended by up to two weeks, depending on the temperature and pressure levels employed. After said treatment, the obtained sample is dried at about 80 ° C for about 30 hours.

Outras estruturas baseadas em fosfato de cálcio podem ser concebidas pelo tratamento do esqueleto calcário de celenterados marinhos com soluções de íon fosfato (P04 ').Other calcium phosphate based structures may be designed by treating the limestone skeleton of marine coelenterates with phosphate ion solutions (P04 ').

Por exemplo, um processo de troca aniônica conduzido na temperatura de ebulição da solução de fosfato salina e na pressão atmosférica proporciona um composto poroso misturado de calcita e hidroxiapatita. O mesmo processo, conduzido sob condições de alta pressão e temperatura conforme descrito acima, simplesmente resulta na formação de uma hidroxiapatita porosa. Entretanto, nenhum dos processos mencionados acima permite a obtenção de um material biomimético com características análogas àquelas da estrutura óssea humana.For example, an anion exchange process conducted at the boiling temperature of the saline phosphate solution and at atmospheric pressure provides a mixed porous compound of calcite and hydroxyapatite. The same process, conducted under high pressure and temperature conditions as described above, simply results in the formation of a porous hydroxyapatite. However, none of the above mentioned processes allows obtaining a biomimetic material having characteristics analogous to those of the human bone structure.

Existe, conseqüentemente, uma necessidade para tomar disponível um substituto de osso biomimético com uma porosidade análoga àquela do osso humano e também contendo a quantidade necessária de íons Mg2+.There is therefore a need to make available a biomimetic bone substitute with a porosity analogous to that of human bone and also containing the required amount of Mg2 + ions.

Um propósito da presente invenção é proporcionar uma resposta adequada às necessidades realçadas acima.One purpose of the present invention is to provide an adequate response to the needs highlighted above.

Esses e outros propósitos, os quais se tomam evidentes da descrição detalhada a seguir, foram conseguidos pelo peticionário, o qual descobriu de forma inesperada que é possível preparar um substituto de osso humano biomimético por um processo para substituir adequadamente íons Ca com íons Mg numa matriz porosa baseada em hidroxiapatita (HA) ou carbonato-hidroxiapatita (CHA) pelo tratamento da referida matriz com uma solução aquosa salina contendo uma quantidade eficaz de íons Mg2+.These and other purposes, which are apparent from the following detailed description, have been achieved by the petitioner, who unexpectedly discovered that it is possible to prepare a biomimetic human bone substitute by a process for properly replacing Ca ions with Mg ions in a matrix. porous hydroxyapatite (HA) or carbonate hydroxyapatite (CHA) -based porous material by treating said matrix with an aqueous saline solution containing an effective amount of Mg2 + ions.

Numa modalidade preferida, a referida matriz porosa é uma estrutura porosa sólida, tridimensional e pré-formada.In a preferred embodiment, said porous matrix is a solid, three-dimensional, preformed porous structure.

Um objeto dessa invenção é um processo para substituir íons Ca2+ com íons Mg2+ na matriz porosa acima, conforme ressaltado na reivindicação independente em anexo.An object of this invention is a process for replacing Ca2 + ions with Mg2 + ions in the above porous matrix as outlined in the attached independent claim.

Outro objeto da presente invenção é a matriz porosa obtenível pelo processo acima, conforme ressaltado na reivindicação independente em anexo.Another object of the present invention is the porous matrix obtainable by the above process as outlined in the attached independent claim.

Um outro objeto da presente invenção é o uso da matriz porosa obtenível pelo processo acima para a preparação de um substituto de osso biomimético, conforme ressaltado na reivindicação independente em anexo.Another object of the present invention is the use of the porous matrix obtainable by the above process for the preparation of a biomimetic bone substitute as outlined in the attached independent claim.

Formas preferidas da modalidade da presente invenção são ressaltadas nas reivindicações dependentes em anexo.Preferred forms of the embodiment of the present invention are outlined in the attached dependent claims.

As figuras em anexo mostram as características morfológicas de alguns dos produtos preferidos concebidos pelo processo da presente invenção. A Figura 1 mostra a morfologia, conforme revelado através de um microscópio de varredura eletrônica (SEM), da microestrutura de uma amostra da estrutura principalmente de CHA, antes de ser tratada com uma solução aquosa salina de íons Mg2+ de acordo com o processo da presente invenção. A Figura 2 mostra a morfologia, conforme revelado através de um microscópio de varredura eletrônica (SEM), da microestrutura de uma amostra principalmente da Λ I estrutura de CHA tratada com uma solução salina de Mg aquosa de acordo com o processo da presente invenção. A Figura 3 mostra a morfologia, conforme revelado por um microscópio de varredura eletrônica (SEM), da microestrutura de uma amostra de estrutura principalmente de HAj antes de ser tratada com uma solução salina de Mg2+ aquosa de acordo com o processo da presente invenção. A Figura 4 mostra a morfologia, conforme revelado por um microscópio de varredura eletrônica (SEM), da microestrutura de uma amostra de estrutura principalmente de HA tratada com uma solução salina de Mg2+ 0,2 M de acordo com o processo da presente invenção. O processo de acordo com a presente invenção é um processo para substituir íons Ca2+ com íons Mg2+ numa matriz porosa principalmente de hidroxiapatita (HA) ou carbonato-hidroxiapatita (CHA), compreendendo pelo menos uma fase de submeter a referida matriz em contato com uma solução salina aquosa contendo uma quantidade eficaz de íons Mg2+ numa pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica (variável com a altitude de um local), ou numa pressão > 1 bar e numa temperatura de < ou > a 100 °C.The attached figures show the morphological characteristics of some of the preferred products designed by the process of the present invention. Figure 1 shows the morphology, as revealed by a scanning electron microscope (SEM), of the microstructure of a sample of the structure primarily of CHA, before being treated with an aqueous saline solution of Mg2 + ions according to the process of the present invention. invention. Figure 2 shows the morphology, as revealed by a scanning electron microscope (SEM), of the microstructure of a sample mainly of the CHA structure treated with an aqueous Mg saline according to the process of the present invention. Figure 3 shows the morphology, as revealed by a scanning electron microscope (SEM), of the microstructure of a mainly HA1 framework sample prior to being treated with an aqueous Mg2 + saline according to the process of the present invention. Figure 4 shows the morphology, as revealed by a scanning electron microscope (SEM), of the microstructure of a mainly HA structure sample treated with a 0.2 M Mg2 + saline according to the process of the present invention. The process according to the present invention is a process for replacing Ca2 + ions with Mg2 + ions in a porous matrix mainly of hydroxyapatite (HA) or carbonate hydroxyapatite (CHA), comprising at least one step of subjecting said matrix in contact with a solution. aqueous saline containing an effective amount of Mg2 + ions at a pressure approximately equal to atmospheric pressure (varying with the altitude of a location), or at a pressure> 1 bar and at a temperature of <or> at 100 ° C.

Numa modalidade preferida, a referida matriz porosa é uma estrutura sólida tridimensional.In a preferred embodiment, said porous matrix is a three dimensional solid structure.

Numa modalidade particularmente preferida, a referida estrutura porosa é uma estrutura sintética pré-formada principalmente de hidroxiapatita (HA) ou carbonato-hidroxiapatita (CHA) estequiométrica de uma porosidade e estrutura definida. A porosidade total da referida matriz ou da referida estrutura está, na média, na faixa de 50% a 90% (em volume, em relação ao volume de matriz total), e preferivelmente de 75% a 85%. A faixa de porosidade da referida matriz ou estrutura é, na média, de 0 a 500 mícrons (> 95% em volume), para apatitas de porosidade fina; de 100 a 500 mícrons (> 80% em volume) para apatitas de porosidade média; e de 200 a 500 mícrons (> 80% em volume) para apatitas de grande porosidade.In a particularly preferred embodiment, said porous structure is a synthetic preform formed primarily of hydroxyapatite (HA) or stoichiometric carbonate hydroxyapatite (CHA) of a defined porosity and structure. The total porosity of said matrix or structure is on average in the range of 50% to 90% (by volume relative to the total matrix volume), and preferably from 75% to 85%. The porosity range of said matrix or structure is, on average, from 0 to 500 microns (> 95 vol%), for thin porosity apatites; from 100 to 500 microns (> 80% by volume) for medium porosity apatites; and from 200 to 500 microns (> 80% by volume) for large porosity apatites.

Numa modalidade particularmente preferida, a porosidade é similar àquela do osso humano, significando na média entre 200 e 500 mícrons (porosidade total de um osso esponjoso, de 60% a 90% em volume). A quantidade de carbonato presente na referida matriz ou estrutura sólida é preferivelmente tal como aproximada, o tanto quanto possível, daquela naturalmente presente no osso humano. Por exemplo, a quantidade de carbonato está, em média, na faixa de 0,1% até 12% em peso, em relação ao peso da estrutura total, e preferivelmente de cerca de 2% até cerca de 8% em peso.In a particularly preferred embodiment, the porosity is similar to that of human bone, averaging between 200 and 500 microns (total porosity of a cancellous bone, 60% to 90% by volume). The amount of carbonate present in said solid matrix or structure is preferably as approximate as possible to that naturally present in human bone. For example, the amount of carbonate is in the range of from 0.1% to 12% by weight, on average by weight of the total structure, and preferably from about 2% to about 8% by weight.

Para propósitos de exemplificação e não de limitação, uma forma particularmente preferida da modalidade para os propósitos da presente invenção são as estruturas porosas descritas no documento EP 1411035, particularmente aquelas obtidas enquanto seguindo os processos de preparação descritos nas formas de exemplos de 1 a 5.For purposes of exemplification and not limitation, a particularly preferred form of embodiment for the purposes of the present invention is the porous structures described in EP 1411035, particularly those obtained while following the preparation processes described in example forms 1 to 5.

Preferivelmente, a estrutura porosa é tratada com uma solução salina aquosa contendo MgCl2 como uma fonte de íons Mg2+.Preferably, the porous structure is treated with an aqueous salt solution containing MgCl2 as a source of Mg2 + ions.

Numa modalidade particularmente preferida, a referida solução salina é uma solução de MgCl2 aquosa. A concentração de íons Mg2+ na referida solução está na faixa de 0,1 M até 4 M; preferivelmente de 0,2 M até 3 M; e mais preferivelmente de 0,5 M até 2,5 M.In a particularly preferred embodiment said saline is an aqueous MgCl 2 solution. The concentration of Mg2 + ions in said solution is in the range of 0.1 M to 4 M; preferably from 0.2 M to 3 M; and most preferably from 0.5 M to 2.5 M.

Numa modalidade particularmente preferida, a referida concentração é de 2 M A matriz porosa ou estrutura tridimensional e a referida solução de íon Mg2+ aquosa salina estão presentes numa proporção em peso mútua na faixa de 1/3000 até 1/50; preferivelmente, a referida proporção é de cerca de 1/1000, e mais preferivelmente de cerca de 1/500.In a particularly preferred embodiment said concentration is 2 M. The porous matrix or three-dimensional structure and said aqueous saline Mg2 + ion solution are present in a mutual weight ratio in the range of 1/3000 to 1/50; preferably, said ratio is about 1/1000, and more preferably about 1/500.

Numa modalidade particularmente preferida, a referida proporção é de cerca de 1/200. A reação de substituição dos íons Ca2+ com os íons Mg2+ é executada numa pressão na faixa de > 1 bar até 5 bar; preferivelmente, de 1,5 bar até 3,5 bar; e mais preferivelmente de 2 bar. A temperatura está na faixa de > 100 °C até 150 °C; preferivelmente de 120 °C até 140 °C; e mais preferivelmente, de 130 °C até 138 °C.In a particularly preferred embodiment, said ratio is about 1/200. The reaction of substitution of Ca2 + ions with Mg2 + ions is performed at a pressure in the range of> 1 bar to 5 bar; preferably from 1.5 bar to 3.5 bar; and more preferably 2 bar. The temperature is in the range of> 100 ° C to 150 ° C; preferably from 120 ° C to 140 ° C; and most preferably from 130 ° C to 138 ° C.

Numa modalidade particularmente preferida, a temperatura é de cerca de 134 °C.In a particularly preferred embodiment, the temperature is about 134 ° C.

Preferivelmente a referida pelo menos uma fase de tratamento da referida matriz porosa ou estrutura com a Λ I referida solução de íons Mg aquosa é executada numa autoclave pelo tempo necessário para obter o grau desejado de substituição de íon Mg2+/íon Ca2+. A duração do tratamento depende do tipo de estrutura e das condições operacionais usadas; na média, um tempo na faixa de 10 minutos até 80 minutos é suficiente; preferivelmente, de 15 minutos até 60 minutos; e mais preferivelmente, de 20 minutos até 40 minutos.Preferably said at least one phase of treating said porous matrix or structure with said aqueous Mg ion solution is performed in an autoclave for the time required to obtain the desired degree of Mg2 + ion / Ca2 + ion substitution. The duration of treatment depends on the type of structure and operating conditions used; on average, a time in the range of 10 minutes to 80 minutes is sufficient; preferably from 15 minutes to 60 minutes; and most preferably from 20 minutes to 40 minutes.

Numa modalidade preferida, o tempo é de cerca de 20 minutos.In a preferred embodiment, the time is about 20 minutes.

As condições da reação de substituição acima são para serem moduladas de forma que a quantidade de íons Mg2+ para substituir os íons Ca2+ é, o tanto quanto possível, semelhante ou superior àquela presente no osso natural (0,47% em peso, em relação ao peso ósseo total). O produto final obtido pelo processo da invenção é uma matriz porosa principalmente de magnésio-hidroxiapatita ou magnésio-carbonato-hidroxiapatita com uma quantidade de íons Mg2+ na faixa de 0,2% até 1,5% em peso em relação ao peso da matriz; preferivelmente, de 0,3% até 1,0% em peso; e mais preferivelmente, de 0,4% até 0,7% em peso.The conditions of the substitution reaction above are to be modulated so that the amount of Mg2 + ions to replace Ca2 + ions is as similar as or greater than that present in natural bone (0.47% by weight relative to total bone weight). The end product obtained by the process of the invention is a porous matrix mainly of magnesium hydroxyapatite or magnesium carbonate hydroxyapatite with an amount of Mg2 + ions in the range 0.2% to 1.5% by weight relative to the weight of the matrix; preferably from 0.3% to 1.0% by weight; and most preferably from 0.4% to 0.7% by weight.

Numa modalidade particularmente preferida, a referida matriz porosa final é uma estrutura sólida tridimensional porosa, principalmente de magnésio-hidroxiapatita ou magnésio- Λ I carbonato-hidroxiapatita com uma quantidade de Mg conforme descrito acima.In a particularly preferred embodiment, said final porous matrix is a porous three-dimensional solid structure, primarily of magnesium hydroxyapatite or magnesium carbonate hydroxyapatite with an amount of Mg as described above.

Inesperadamente, o produto final principalmente de magnésio-hidroxiapatita ou magnésio-carbonato-hidroxiapatita demonstrou possuir as mesmas características de porosidade que aquelas do material de origem correspondente, tanto em termos de porosidade total quanto em termos de distribuição de porosidade.Unexpectedly, the final product mainly of magnesium hydroxyapatite or magnesium carbonate hydroxyapatite has been shown to have the same porosity characteristics as those of the corresponding source material, both in terms of total porosity and porosity distribution.

Até mesmo a micro e macromorfologia da porosidade da estrutura sintética original são conservadas, conforme é evidenciado nas figuras em anexo. O processo, objeto da presente invenção, dessa forma, vantajosamente permite obter um substituto ósseo biomimético, de uma natureza totalmente sintética, principalmente de magnésio-hidroxiapatita (Mg-HA) ou de magnésio-carbonato-hidroxiapatita (Mg-CHA) em que as micro-e macromorfologias da porosidade da estrutura sintética original são conservadas.Even the micro and macromorphology of the porosity of the original synthetic structure are conserved, as shown in the attached figures. The process object of the present invention thus advantageously provides a biomimetic bone substitute of a fully synthetic nature, principally magnesium hydroxyapatite (Mg-HA) or magnesium carbonate hydroxyapatite (Mg-CHA) wherein micro- and macromorphologies of the porosity of the original synthetic structure are conserved.

Um outro objeto da presente invenção é, conseqüentemente, também a estrutura tridimensional porosa sólida principalmente de Mg-HA ou Mg-CHA, com o mesmo Λ I conteúdo de íons Mg e a mesma porosidade da estrutura original conforme obtida pelo processo da presente invenção. A referida estrutura provou ser particularmente útil para preparar um substituto ósseo biomimético.Another object of the present invention is therefore also the solid porous three-dimensional structure mainly of Mg-HA or Mg-CHA, with the same Mg ion content and the same porosity of the original structure as obtained by the process of the present invention. Said structure has proven to be particularly useful for preparing a biomimetic bone substitute.

Numa modalidade partícularmente preferida, a referida estrutura óssea é caracterizada por uma composição química altamente comparável com aquela da composição inorgânica do osso humano, tanto em termos de grau de carbonação tipo B quanto em termos de uma substituição parcial dos íons Ca2+ com quantidades apropriadas de íons Mg2+ e também da porosidade do material produzido. O referido substituto ósseo é, dessa forma, distinguido por um grau particularmente alto de biomimetização.In a particularly preferred embodiment, said bone structure is characterized by a chemical composition highly comparable to that of the inorganic composition of the human bone, both in terms of type B carbonation degree and in terms of a partial substitution of Ca2 + ions with appropriate amounts of ions. Mg2 + and also the porosity of the material produced. Said bone substitute is thus distinguished by a particularly high degree of biomimetization.

Numa modalidade preferida, a fórmula química do substituto ósseo obtenível pelo processo da presente invenção pode ser representada como se segue: em que: X = 0 - 0,6; preferivelmente 0,1 - 0,5; mais preferivelmente, 0,3; Y = 0 - 2; preferivelmente, 0,8 - 1,5; mais preferivelmente, 1; Z = 0 - 1,5; preferivelmente, 0,1 - 1; mais preferivelmente, 0,5; e em que a quantidade de Mg2+ (expressa como Mg2+% em peso, em relação ao peso da estrutura) está na faixa de 0,2% até 1,5%; preferivelmente, de 0,3% até 1,0%; mais preferivelmente, de 0,4% até 0,7%.In a preferred embodiment, the chemical formula of the bone substitute obtainable by the process of the present invention may be represented as follows: wherein: X = 0 - 0.6; preferably 0.1 - 0.5; more preferably 0.3; Y = 0 - 2; preferably 0.8-1.5; more preferably 1; Z = 0 - 1.5; preferably 0.1-1; more preferably 0.5; and wherein the amount of Mg2 + (expressed as Mg2 +% by weight, relative to the weight of the structure) is in the range of 0.2% to 1.5%; preferably from 0.3% to 1.0%; more preferably from 0.4% to 0.7%.

Em outra modalidade preferida, a fórmula química do substituto ósseo obtenível pelo processo da presente invenção pode ser representada como se segue: em que: Z = 0 - 1,5; preferivelmente, 0,1 - 1; mais preferivelmente, 0,5; e em que a quantidade de Mg2+ (expressa como Mg2+% em peso, em relação ao peso da estrutura) está na faixa de 0,2% até 1,5%; preferivelmente, de 0,3% até 1,0%; mais preferivelmente, de 0,4% até 0,7%. O processo, objeto da presente invenção, mostrou ter uma quantidade considerável de vantagens.In another preferred embodiment, the bone substitute chemical formula obtainable by the process of the present invention may be represented as follows: wherein: Z = 0 - 1.5; preferably 0.1-1; more preferably 0.5; and wherein the amount of Mg2 + (expressed as Mg2 +% by weight, relative to the weight of the structure) is in the range of 0.2% to 1.5%; preferably from 0.3% to 1.0%; more preferably from 0.4% to 0.7%. The process object of the present invention has been shown to have a considerable amount of advantages.

Por exemplo, é possível obter substitutos ósseos com uma composição química biomimética em relação ao osso humano original iniciando-se a partir das estruturas de uma porosidade conhecida e de uma composição química de uma origem totalmente sintética.For example, bone substitutes with a biomimetic chemical composition relative to the original human bone can be obtained starting from the structures of a known porosity and a chemical composition of a fully synthetic origin.

Além disso, ela ajuda a conservar o ambiente natural (não é mais necessário usar estruturas de coral).In addition, it helps to conserve the natural environment (no longer need to use coral structures).

Um substituto ósseo biomimético é obtido com um baixo gasto de energia, uma vez que o processo é executado em baixa temperatura e por uma quantidade limitada de tempo. O grau de substituição de Mg2+/Ca2+ na estrutura pré-formada mostrou ser mais homogêneo em relação àquela a qual podería ser obtida pelo preparo de substitutos ósseos iniciando-se de pós de Mg-HA ou Mg-CHA.A biomimetic bone substitute is obtained with a low energy expenditure since the process is performed at low temperature and for a limited amount of time. The degree of Mg2 + / Ca2 + substitution in the preformed structure proved to be more homogeneous than that which could be obtained by preparing bone substitutes starting from Mg-HA or Mg-CHA powders.

Nesse caso, os processos térmicos que os referidos pós devem ser submetidos para induzir a sua consolidação numa estrutura porosa (com o uso de temperaturas na faixa de 500 °C até 800 °C) causam a migração dos íons Mg2+ do interior da estrutura para a superfície, obtendo dessa forma modelos com um conteúdo de magnésio não-homogêneo.In this case, the thermal processes that these powders must undergo to induce their consolidation in a porous structure (using temperatures in the range of 500 ° C to 800 ° C) cause the migration of Mg2 + ions from the interior of the structure to thus obtaining models with an inhomogeneous magnesium content.

Esse efeito negativo é mais marcante especialmente ao operar em estruturas porosas baseadas em CHA.This negative effect is most striking especially when operating on porous structures based on CHA.

Ao contrário, conforme mostrado anteriormente, o processo, objeto da presente invenção, não modifica as características morfológicas do suporte poroso, significando que as micro- e macroporosidades da estrutura original não sofrem variações. O substituto ósseo obtenível pelo processo, objeto da presente invenção, pode ser usado para preparar dispositivos capazes de regenerar e reparar tecidos ósseos em todos os campos da cirurgia reconstrutiva e regenerativa (ortopedia, odontologia, neurocirurgia, etc).In contrast, as shown above, the process object of the present invention does not modify the morphological characteristics of the porous support, meaning that the micro- and macroporosities of the original structure do not change. The process-obtainable bone substitute object of the present invention may be used to prepare devices capable of regenerating and repairing bone tissue in all fields of reconstructive and regenerative surgery (orthopedics, dentistry, neurosurgery, etc.).

Além disso, o referido produto pode ser usado como tal ou em associação com materiais de origem natural e/ou sintética tais como, por exemplo, células estaminais, concentrado de plaquetas, concentrado de medula, fatores de crescimento e outros ingredientes ativos capazes de implementar suas capacidades osteocondutivas. O produto também pode ser usado sob várias formas, tais como em blocos pré-formados pequenos, formas feitas de costura e lascas, dependendo dos vários requerimentos de aplicação. A seguinte seção experimental ilustra, para mera exemplificação de uma forma não-limitativa, algumas das modalidades preferidas da invenção.Furthermore, said product may be used as such or in combination with materials of natural and / or synthetic origin such as, for example, stem cells, platelet concentrate, marrow concentrate, growth factors and other active ingredients capable of implementing. their osteoconductive capacities. The product can also be used in various forms, such as small preformed blocks, seam shapes and splinters, depending on various application requirements. The following experimental section illustrates, by way of non-limiting example, some of the preferred embodiments of the invention.

Exemplo 1 Λ I Λ IExample 1 Λ I Λ I

Substituição parcial do íon Ca com o íon Mg numa estrutura tridimensional porosa principalmente de hidroxiapatita carbonada. 3 amostras de um substituto ósseo sintético principalmente de carbonato-hidroxiapatita na posição B foram preparadas seguindo o procedimento experimental do Exemplo 5 do pedido de patente EP 1 411 035 A2.Partial substitution of Ca ion with Mg ion in a porous three-dimensional structure mainly of carbonated hydroxyapatite. 3 samples of a synthetic bone substitute mainly of carbonate hydroxyapatite at position B were prepared following the experimental procedure of Example 5 of EP 1 411 035 A2.

Os referidos exemplos, caracterizados por uma porosidade média-larga de 83% em volume, são colocados num cálice de aço dentro de uma autoclave, em cuja câmara uma solução de MgCl2 2 M é vertida. A solução é preparada na concentração desejada pelo uso do composto MgCl2.6H20 (203,30 g/mol). A proporção em peso de amostra porosa em relação à solução dentro da autoclave é de cerca de 0,5/100.Said examples, characterized by a medium-wide porosity of 83% by volume, are placed in a steel chalice within an autoclave, into which chamber a 2 M MgCl 2 solution is poured. The solution is prepared to the desired concentration by the use of MgCl2.6H20 (203.30 g / mol). The weight ratio of porous sample to solution within the autoclave is about 0.5 / 100.

Uma vez que a autoclave contendo tanto a solução quanto as amostras porosas está pronta, os parâmetros do processo são estabelecidos como se segue: Pressão de 2 bar e numa temperatura de 134 °C por um tempo de tratamento de 20 minutos. O mesmo experimento é repetido, sob as mesmas condições experimentais, em três outras amostras preparadas conforme descrito acima, pelo uso de uma solução de MgCl2 0,2 M. A quantidade de cálcio substituído por magnésio foi verificada de uma forma comparativa, pela análise das amostras não-tratadas e tratadas pelo processo da presente invenção. Os dados obtidos foram relacionados com as características químicas de um osso de origem humana. A Tabela 1 a seguir reporta os dados da caracterização química das amostras tratadas versus as amostras não-tratadas obtidas por uma análise química das amostras por ICP (espectroscopia de plasma indutivamente acoplado).Once the autoclave containing both solution and porous samples is ready, the process parameters are set as follows: 2 bar pressure and at a temperature of 134 ° C for a treatment time of 20 minutes. The same experiment is repeated under the same experimental conditions on three other samples prepared as described above by the use of a 0.2 M MgCl2 solution. The amount of magnesium-substituted calcium was verified comparatively by analysis of the untreated samples treated by the process of the present invention. The data obtained were related to the chemical characteristics of a bone of human origin. Table 1 below reports the chemical characterization data of the treated versus untreated samples obtained by chemical analysis of the samples by ICP (inductively coupled plasma spectroscopy).

Tabela 1 As mesmas amostras foram analisadas de um ponto de vista morfológico com um microscópio de varredura eletrônica (ESM), tanto antes quanto depois do tratamento com MgCl2 (Figura 1 e 2), enquanto outras informações na composição química das porções analisadas pelo ESM foram identificadas por uma investigação por EDS (espectroscopia de dispersão de energia). A investigação por EDS confirma que as amostras tratadas têm um conteúdo de Mg, em % em peso, superior àquele das amostras não-tratadas (de 0,05 até 0,2% em peso em amostras não-tratadas; de 0,78 até 0,98% em peso para as amostras tratadas com uma solução de MgCl2 0,2 M; e de 1,53 até 1,66% em peso para as amostras tratadas com uma solução de MgCl2 2 M.Table 1 The same samples were analyzed from a morphological point of view with a scanning electron microscope (ESM) both before and after MgCl2 treatment (Figures 1 and 2), while other information on the chemical composition of the portions analyzed by the ESM was obtained. identified by an EDS investigation (energy dispersion spectroscopy). Research by EDS confirms that treated samples have a wt% Mg content higher than that of untreated samples (from 0.05 to 0.2 wt% in untreated samples; from 0.78 to 0.98 wt% for samples treated with a 0.2 M MgCl2 solution, and 1.53 to 1.66 wt% for samples treated with a 2 M MgCl2 solution.

Particularmente, pode ser visto a partir da investigação por EDS que o conteúdo de Mg é levemente mais elevado na superfície versus a fratura (0,98% e, respectivamente, 1,66%), ou no centro do material (0,78% e, respectivamente, 1,53%). Essa leve diferença na concentração é devido ao fato de que o íon Mg tem um tamanho menor do que o íon de Ca e, dessa forma, favorece a migração para a superfície dos materiais e, por essa razão, uma pessoa descobre uma concentração mais alta na superfície do que na fratura. À parte dessa mínima disparidade, a investigação confirma, entretanto, como um todo, que a introdução de íons Mg2+ na estrutura de hidroxiapatita se mostra como sendo substancialmente homogênea através da amostra analisada.In particular, it can be seen from the EDS investigation that the Mg content is slightly higher at the surface versus fracture (0.98% and 1.66% respectively), or at the center of the material (0.78% and respectively 1.53%). This slight difference in concentration is due to the fact that the Mg ion has a smaller size than the Ca ion and thus favors the migration to the surface of the materials and for this reason a person discovers a higher concentration. on the surface than in the fracture. Apart from this minimal disparity, the research confirms, however, as a whole that the introduction of Mg2 + ions into the hydroxyapatite structure is shown to be substantially homogeneous across the sample analyzed.

Exemplo 2 fy IExample 2 fy I

Introdução do íon Mg na estrutura cristalina de uma estrutura porosa baseada na hidroxiapatita sintética. 3 amostras de um substituto ósseo sintético .principalmente de hidroxiapatita foram preparadas seguindo o procedimento experimental do Exemplo 4 do pedido de patente EP 1 411 035 A2.Introduction of Mg ion in the crystalline structure of a porous structure based on synthetic hydroxyapatite. 3 samples of a synthetic bone substitute, mainly hydroxyapatite, were prepared following the experimental procedure of Example 4 of EP 1 411 035 A2.

Os referidos exemplos, caracterizados por uma porosidade média de cerca de 80% em volume, são colocados num cálice de aço dentro de uma autoclave enchida com uma solução de MgCl2 2 M. A solução é preparada na concentração desejada pelo uso do composto MgCl2.6H20 (203,30 g/mol). A proporção em peso de amostra porosa em relação à solução dentro da autoclave é de cerca de 0,5/100.Said examples, characterized by an average porosity of about 80% by volume, are placed in a steel cup in an autoclave filled with a 2 M MgCl2 solution. The solution is prepared at the desired concentration using the MgCl2.6H20 compound. (203.30 g / mol). The weight ratio of porous sample to solution within the autoclave is about 0.5 / 100.

Uma vez que a autoclave contendo tanto a solução quanto as amostras porosas está pronta, os parâmetros do processo são estabelecidos como se segue: Pressão de 2 bar e uma temperatura de 134 °C para um tempo de tratamento de 20 minutos. A quantidade de magnésio substituído foi verificada de uma forma comparativa, pela análise das amostras não-tratadas e tratadas pelo processo da presente invenção.Once the autoclave containing both solution and porous samples is ready, the process parameters are set as follows: 2 bar pressure and a temperature of 134 ° C for a treatment time of 20 minutes. The amount of substituted magnesium was verified comparatively by analyzing the untreated samples and treated by the process of the present invention.

Os dados obtidos foram relacionados com as características químicas de um osso de origem humana. A Tabela 2 a seguir reporta os dados da caracterização química das amostras tratadas versus as amostras não-tratadas obtidas por uma análise química das amostras por ICP (espectroscopia de plasma indutivamente acoplado).The data obtained were related to the chemical characteristics of a bone of human origin. Table 2 below reports the chemical characterization data of the treated versus untreated samples obtained by chemical analysis of the samples by ICP (inductively coupled plasma spectroscopy).

Tabela 2 As mesmas amostras foram analisadas de um ponto de vista morfológico com um microscópio de varredura eletrônica (ESM), tanto antes quanto depois do tratamento com MgCl2 (Figura 3 e 4), enquanto outras informações na composição química das porções analisadas pelo ESM foram identificadas por uma investigação por EDS (espectroscopia de dispersão de energia). A investigação por EDS confirma que as amostras tratadas têm um conteúdo de Mg, em % em peso, superior àquele das amostras não-tratadas (de 0,35 até 0,6% em peso para as amostras não-tratadas; de 0,42 até 0,46% em peso para as amostras tratadas com uma solução de MgCl2 0,2 M; e de até 1,28% para aquelas tratadas com uma solução de MgCl2 2 M).Table 2 The same samples were analyzed from a morphological point of view with a scanning electron microscope (ESM) both before and after MgCl2 treatment (Figures 3 and 4), while other information on the chemical composition of the portions analyzed by the ESM was obtained. identified by an EDS investigation (energy dispersion spectroscopy). EDS investigation confirms that treated samples have a Mg content by weight higher than that of untreated samples (from 0.35 to 0.6% by weight for untreated samples; 0.42 0.46% by weight for samples treated with 0.2 M MgCl2 solution, and up to 1.28% for those treated with 2 M MgCl2 solution).

REIVINDICAÇÕES

Claims

A process for replacing Ca2 + ions with Mg2 + in a porous matrix primarily of hydroxyapatite or carbonate -hid roxia patita, characterized in that it comprises at least one phase of subjecting said matrix to contact with an aqueous saline solution containing an effective amount of ions. Mg 2+ at a pressure ≤ 1 bar and at a temperature <or ≤ 100 ° C, said aqueous alkaline solution comprising said Mg2 + ions in a concentration in the range 0.1 M to 4 M.

Process according to claim 1, characterized in that said porous matrix has a total porosity in the range of 50% to 90% by volume relative to the total volume of the matrix; specifically said porosity is in the range of 75% to 85% of the volume.

Process according to claims 1 and 2, characterized in that said porous matrix is a solid three-dimensional structure.

Process according to Claim 1, characterized in that said aqueous saline solution comprises said Mg2 * ions in a concentration of 0.2 M to 3 M; specifically from 0.5 M to 2.5 M.

Process according to Claim 4, characterized in that said Mg2 + ions are present as MgCl2.

Process according to claim 1, characterized in that said porous matrix and said aqueous saline solution are present in a mutual weight ratio in the range of 1/3000 to 1/50; said ratio is specifically 1/1000; more specifically 1/500.

Process according to Claim 1, characterized in that the pressure is in the range of 1 bar to 5 bar; The pressure is specifically in the range of 1.5 bar to 3.5 bar.

Process according to Claim 1, characterized in that the temperature is in the range of 100 ° C to 150 ° C; the temperature is specifically in the range of from 120 ° C to 140 ° C, more specifically from 130 ° C to 138 ° C.

Process according to Claims 1 to 8, characterized in that at least one phase is performed in an autodave for a period of time ranging from 10 minutes to 80 minutes; said time is specifically in the range of 15 minutes to 60 minutes; more specifically, from 20 minutes to 40 minutes.

Process according to Claims 1 to 9, characterized in that the final product is a porous matrix mainly of magnesium hydroxyapatite or magnesium carbonate hydroxyapatite, with an amount of Mg2 + ions in the range 0.2% to 1%. 0.5% by weight relative to that of the matrix; specifically in the range 0.3% to 1.0% by weight; more specifically, from 0.4% to 0.7% by weight.

Process according to Claim 10, characterized in that the final porous matrix is a solid three-dimensional structure.