BRPI0806662A2 - material de sìlica-sol para produção de materiais de sìlica-gel biodegradável e/ou absorvìvel, sua produção e seu uso - Google Patents

Abstract

MATERIAL DE SìLICA-SOL PARA PRODUçãO DE MATERIAIS DE SìLICA-GEL BIODEGRADáVEL E/OU ABSORVìVEL, SUA PRODUçãO E SEU USO. A presente invenção refere-se a um novo material de sílica-sol e seu uso para produção de materiais de sílica-gel biodegradável e/ou absorvíveis tendo propriedades aperfeiçoadas. Os materiais, tais como, por exemplo, fibras, malhas de não-tecido fibrosas, pós, monólitos e/ou revestimentos, são usados, por exemplo, em tecnologia médica e/ou medicina humana, em particular, para tratamento de ferimentos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAL DE SÍLICA-SOL PARA PRODUÇÃO DE MATERIAIS DE SÍLICA-GEL BI- ODEGRADÁVEL E/OU ABSORVÍVEL, SUA PRODUÇÃO E SEU USO".

A presente invenção refere-se a um novo material de sílica-sol para produção de materiais de sílica-gel biodegradável e/ou absorvíveis ten- do propriedades aperfeiçoadas e também a um processo para sua produção e seu uso. A invenção também refere-se a materiais de fibras de sílica-gel biodegradáveis e/ou bioabsorvíveis.

Diversos esforços estão em curso para o desenvolvimento de materiais biodegradáveis e/ou biobasorvíveis para várias aplicações em me- dicina humana e em tecnologia médica. Esses setores, além disso, têm exi- gências cada vez mais elevadas, particularmente com respeito à biocompa- tibilidade, atividade biológica e às propriedades toxicológicas dos materiais.

Géis de sílica absorvíveis são conhecidos na técnica anterior. O documento de número DE 196 09 551 C1 descreve estruturas fibrosas bio- degradáveis, bioabsorvíveis. Essas fibras são obteníveis em um processo sol-gel por estiramento de fios a partir de um líquido viscoso de fiação (spin- ning dope) e secando-os quando apropriado. O líquido viscoso de fiação compreende um ou mais compostos de silício parcialmente ou completa- mente condensados de maneira hidrolítica, que sejam derivados por con- densação hidrolítica a partir de monômeros da fórmula geral S1X4. Essas fi- bras têm a desvantagem de que, em uma degradação diretamente depois da operação de fiação, elas não produzem bons resultados em testes de citoto- xicidade e, em alguns casos, têm que ser classificadas como citotóxicas. Tal toxicidade, em geral, não é benvinda para aplicação em medicina humana ou em tecnologia médica, por exemplo, no setor de cicatrização de ferimen- tos. O processo para a produção das fibras de acordo com o documento de número DE 196 09 551 C1, além disso, tem a desvantagem de que a mistu- ra resultante, depois da remoção do solvente na etapa de condensação por hidrólise, já é uma mistura multifásica e tem que ser submetida a uma filtra- ção para remover os sólidos formados. Em adição, a formulação da fase só- lida e a etapa de filtração obrigatória significam que uma grande proporção do sol fiável é perdida. Nem o processo do documento de número DE 196 09 551 C1 suprime de maneira segura a formação de uma proporção não- considerável de uma fase sólida, em particular, uma formação de gel, duran- te a maturação. Isso adicionalmente reduz a proporção de líquido viscoso de sol de fiação.

Independentemente disso, tem sido possível mostrar que as fi- bras da invenção e malhas de não-tecido fibrosas têm propriedades de cica- trização de ferimentos aperfeiçoadas. Além disso, as fibras da invenção e as malhas de não-tecido fibrosas são particularmente adequadas para uso co- mo estruturas de suporte de células.

A presente invenção tem, por seu objeto, o fornecimento de um novo material de sílica-sol para a produção de materiais de sílica-gel biode- gradáveis e/ou bioabsorvíveis. A presente invenção, além disso, tem, por seu objeto, o fornecimento de materiais de sílica-gel biodegradáveis e/ou bioabsorvíveis tendo citotoxicidade e/ou propriedades de cicatrização de fe- rimentos aperfeiçoadas. Um objeto adicional pode ser considerado aquele do fornecimento de estruturas de suporte de células aperfeiçoadas, por e- xemplo, para a produção in vitro de implantes de pele, cartilagem e osso.

Esse objeto é conseguido por um material de sílica-sol de acor- do com a reivindicação 1. Aqui, um material de sílica-sol pode ser obtenível por:

a) condução de uma reação de condensação por hidrólise de um ou mais compostos de silício da fórmula I:

SiX4 (I)

na qual os radicais X são iguais ou diferentes e denotam hidroxila, hidrogê- nio, halogênio, amino, alcóxi, acilóxi, alquil-carbonila e/ou alcóxi-carbonila, e são derivados a partir de radicais alquila, que constituem radicais opcional- mente substituídos, lineares, ramificados ou cíclicos, tendo 1 a 20 átomos de carbono, de preferência, tendo 1 a 10 átomos de carbono, e que podem es- tar interrompidos por átomos de oxigênio ou de enxofre ou por grupos ami- no, sob catálise ácida, em um pH inicial de 0 a < 7, na presença ou na au- sência de um solvente solúvel em água, em uma temperatura de 0°C a 80°C, durante pelo menos 16 horas,

b) então, evaporação, para formar uma solução de fase única tendo uma viscosidade variando desde 0,5 a 2 Pa.s, em uma taxa de cisa- Ihamento de 10 s-1, à 4°C,

c) então, resfriamento desta solução, e

d) sujeição da solução fria a uma maturação controlada cineti- camente para formar um sol de fase única homogêneo.

Na etapa a), um radical X de um ou mais compostos de silício da fórmula (I) diferentes são usados:

SiX4 (I)

na quai os radicais são iguais ou diferentes e são, cada um, hidroxila, hidro- gênio, halogênio, amino, alcóxi, acilóxi, alquil-carbonila e/ou alcóxi-carbonila, e são derivados a partir de radicais alquila, que constituem radicais opcio- nalmente substituídos, lineares, ramificados ou cíclicos, tendo 1 a 20 átomos de carbono, de preferência, tendo 1 a 10 átomos de carbono, e que podem estar interrompidos por átomos de oxigênio ou de enxofre ou por grupos a- mino.

Em uma concretização preferida da invenção, X, na fórmula (I), é um radical alcóxi opcionalmente substituído, linear, ramificado e/ou cíclico, tendo 1 a 20 átomos de carbono, de preferência, tendo 1 a 10 átomos de carbono. Mais preferivelmente, X, na fórmula (I), é um radical CrCs-alcóxi opcionalmente substituído, linear ou ramificado. Particular preferência é adi- cionalmente dada a radicais C2-C3-alcóxi substituídos, mas, de preferência, não-substituídos, lineares e/ou ramificados, por exemplo, etóxi, N-propóxi e/ou isopropóxi.

De acordo com a presente invenção, é muito particularmente preferível usar tetraetóxi-silano (TEOS), como composto de silício, na reação de condensação por hidrólise da presente invenção. Etanol ou uma mistura água/etanol pode ser usada de preferência como solvente solúvel em água. A razão de composto de silício/etanol pode ser ≥ 1.

O ph inicial de 0 a ≤ 7, de preferência, de 2 a 5, é estabelecido, em uma concretização preferida da invenção, com água acidificada com áci- do nítrico. Outras misturas e/ou soluções ácidas, que possam formar No ou NO2 de uma maneira localizada, são, entretanto, adequadas para o desem- penho da presente invenção. Essas podem, por exemplo, ser misturas e/ou soluções ácidas, que, em um ambiente fisiológico, com oxigênio molecular, por um método enzimático (por meio de uma nitróxido-sintase, NOS), for- mam monóxido de nitrogênio (NO), que é, por sua vez, convertido rapida- mente em NO2 pelo corpo, ou elas também podem ser nitratos orgânicos ou ésteres de nitrato (os assim chamados doadores de NO), por exemplo, nitra- to de etila, que formam NO com o auxílio de um nitrato orgânico redutase. Para essa liberação enzimática de NO, são necessários grupos tiol (cisteí- na).

Em adição ao ácido nítrico diluído, portanto, de acordo com a presente invenção, uma solução aquosa ou alcoólica (mais preferivelmente: uma solução etanólica aquosa diluída) de um ácido fisiologicamente compa- tível (por exemplo, ácido cítrico, ácido succínico, ácido tartárico, ácido acéti- co ou ácido ascórbico) e pelo menos um aminoácido essencial (por exemplo, L-arginina, mais preferivelmente: L-valina, L-leucina, L-isoleucina, L- fenilalanina, L-tiroxina, L-metionina, L-Iisina ou L-triptofano) ou aminoácido não-essencial (por exemplo, L-glutamina, ácido L-glutâmico, L-asparagina, ácido L-aspártico, L-cisteína, L-glicine, L-alanina, L-prolina, L-histidina, L- tirosina) é também adequada como um substrato da NOS para ajuste do pH para o valor desejado, na faixa fracamente a moderadamente fortemente ácida.

Em uma concretização preferida, a reação de condensação por hidrólise é conduzida com um composto de silício e água acidificada com ácido nítrico em uma razão molar entre 1:1,7 e 1:1,9, mais preferivelmente, em uma razão entre 1:1,7 e 1:1,8. A água acidificada com ácido nítrico pode ser usada na forma de HNO3 a 0,01 N.

A condensação por hidrólise é conduzida durante um período de pelo menos 16 horas, de preferência, de pelo menos 18 horas, em uma tem- peratura de 0°C a 80°C, de preferência, de 0°C a 78°C, mais preferivelmen- te, em 20 - 60°C, ainda mais preferivelmente, em cerca de 20°C a cerca de 50°C, e, por exemplo, - quando os materiais da invenção forem usados para tratamento de ferimentos - em temperatura ambiente (cerca de 20 a cerca de 25°C) ou em cerca de 37°C.

Em uma concretização preferida da presente invenção, a hidróli- se pode ser conduzida em temperatura ambiente durante um período vari- ando desde pelo menos 16 horas, de preferência, pelo menos 18 horas a 4 semanas. O tempo de hidrólise, de preferência, varia desde 24 horas a 18 dias, e, mais preferivelmente, desde 3 a 8 dias. Determinou-se, de maneira surpreendente, que um tempo de condensação por hidrólise estendido, comparado com os tempos habituais de até então de umas poucas horas, à temperatura ambiente, torna possível obter, depois da remoção do solvente em b), uma solução de fase única homogênea, que não mais necessita de filtração antes da maturação na etapa d).

A primeira reação de condensação por hidrólise é conduzida, de preferência, em batelada, em um vaso agitado ou em um frasco de fundo redondo de uma boca com uma barra de agitador. O composto de silício da fórmula (I) (por exemplo, TEOS) e o solvente (por exemplo, etanol) são, de preferência, carregados inicialmente. Subseqüentemente, o ácido é adicio- nado rapidamente, de preferência, na forma de HNO3 a 0,01 N (por exemplo, 0,01 mol de HNO3 por mol de TEOS). Devido à força do ácido na mistura de reação, a primeira reação de condensação por hidrólise se processa rapi- damente, e o conteúdo do vaso é aquecido para cerca de 40°C antes que a temperatura comece a cair durante o tempo de reação (isto é, na etapa a)) (como uma conseqüência de resfriamento natural para a temperatura ambi- ente ou para a temperatura do meio de aquecimento).

A remoção do solvente solúvel em água (por exemplo, etanol, água) na etapa (b) é, em uma concretização preferida da invenção, conduzi- da em uma aparelhagem fechada, na qual a mistura seja possível (de prefe- rência, evaporador rotativo e/ou tanque agitado) com remoção simultânea do solvente (água, etanol) por evaporação em uma pressão de 0,1 a 101,3 kPa (1 a 1,013 mbar), de preferência, em uma pressão de <60 kPa (< 600 mbar), opcionalmente, com fornecimento contínuo de um gás de aprisionamento quimicamente inerte para baixar a pressão parcial dos componentes que se evaporam de 1 - 8 m3/h (de preferência, 2,5 a 4,5 m3/h), uma temperatura de reação de 30°C a 90°C, de preferência, 60 - 75°C, mais preferivelmente, 60- 70°C, e, de preferência, com uma mistura cuidadosa do sistema de reação de até 80 rpm (de preferência, em 20 rpm a 60 rpm) para baixar a viscosida- de da mistura de 0,5 a 30 Pa.s, em uma taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C, de preferência, de 0,5 a 2 Pa.s, em uma taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C, mais preferivelmente, aproximadamente, 1 Pa.s (medição à 4°C, taxa de cisalahamento de 10 s"1).

De acordo com a presente invenção, "corrente de gás de aprisi- onamento" se refere a uma corrente de gás, que seja fornecida ao volume de gás via a fase líquida do sistema de reação. Para manter as condições isobáricas no vaso de reação, essa tem um escoamento de volume gasoso que consista tanto no "gás de aprisionamento" e no(s) componente(s) a se- rem evaporados. A diminuição resultante da pressão parcial, isto é, a redu- ção no teor do componente ou da mistura do componente a ser evaporado no espaço de gás, aumenta a força motriz para a evaporação do solvente na superfície líquida.

Em uma concretização particularmente preferida, a "corrente de gás de aprisionamento" é distribuída por meio de um distribuidor de gás dis- posto de maneira adequada no espaço de gás da aparelhagem, tal que troca de gás de aprisionamento suficiente seja assegurada logo acima da superfí- cie do líquido, mas, sem escoar em direção à superfície do líquido de uma maneira convectiva direta. Em um caso extremo, o último pode conduzir à gelificação localizada, o que é indesejado. Os distribuidores de gás, por meio dos quais essa concretização pode ser implementada, são conhecidos dos técnicos especializados no assunto.

Como um resultado do avanço da reação/polimerização (reco- nhecível pela elevação de viscosidade), o equilíbrio de fases se desloca, tal que a pressão de equilíbrio correspondente do solvente na fase de vapor se torne sempre mais baixa. Quando a pressão de equilíbrio cair para a pres- são total na fase de gás, a evaporação cessa. A fim de evaporar solvente adicional, a pressão, portanto, tem que ser diminuída de maneira ótima, a corrente de gás de aprisionamento adaptada de maneira variável e/ou a temperatura aumentada.

Em uma concretização preferida da presente invenção, pelo me- nos um dos parâmetros de processo de pressão, corrente de gás de aprisio- namento e/ou temperatura tem que ser ajustado de maneira variável no tempo.

Em uma concretização preferida da invenção, a evaporação na etapa b) é efetuada em uma temperatura constante e em pressão variável com o tempo.

Em uma concretização preferida da invenção, a corrente de gás de aprisionamento quimicamente inerte usada para diminuirá pressão parci- al é nitrogênio e/ou ar.

Em uma concretização preferida da invenção, o solvente solúvel em água é removido por meio de uma combinação de vácuo e corrente de gás de aprisionamento. Nessa concretização da invenção, a pressão total e a corrente de gás de aprisionamento podem ser ajustadas de maneira inde- pendente uma da outra, de uma maneira constante ou variável com o tempo. Nessa concretização da invenção, idealmente, pelo menos um dos parâme- tros de processo de pressão, corrente de gás de aprisionamento e/ou tempe- ratura é ajustado de maneira variável com o tempo. Isso torna possível, por exemplo, de uma maneira integral, conseguir um tempo de reação particular em um grau desejado de evaporação e/ou ajustar a taxa de evaporação à cinética de reação.

Em uma concretização preferida da invenção, a evaporação, na etapa b), será efetuada em uma temperatura constante e em uma pressão variável com o tempo, a pressão sendo diminuída até o final da segunda re- ação de condensação por hidrólise, procedendo-se a partir de pressão pa- drão ou de pressão levemente reduzida, para <60 kPa (< 600 mbar), de pre- ferência, <50 kPa (< 500 mbar), mais preferivelmente, <10 kPa (< 100 mbar).

No método de combinação (vácuo com corrente de gás de apri- sionamento), uma pressão reduzida constante ou variável de <60 kPa (< 600 1 mbar) é preferida).

Temperaturas acima de 60°C são particularmente preferidas, a fim de favorecer uma conversão redutiva do HNO3 a NO1 na concentração de HNO3 que, de outra maneira, se eleva de maneira significativa no solven- te residual. Esse gás muito volátil (ponto de ebulição padrão de cerca de - 150°C), depois de escapar da fase líquida em contato com o ar, é oxidado para formar o NO2 de baixo ponto de ebulição (PE de cerca de 21 °C), que é removido a partir do sistema com o ar residual ou corrente de gás. Desse modo, a concentração de ácido no material inerte é restringida ou reduzida. Alternativamente, a força do ácido pode, contudo, ser também reduzida em uma das etapas subsequentes, por exemplo, através da exaustão do corpo sólido, por exemplo, como uma malha de não-tecido fibrosa.

Entretanto, quando o sistema ácido orgânico/arginina for usado ao invés de ácido nítrico, o pH é aumentado ou a força de ácido é reduzida, se desejado, por exemplo, por meio de soluções de Tris (quando o ácido, por exemplo, ácido acético, não puder ser impelido para fora) logo antes da aplicação, por enxágue em uma solução de Tris aquosa.

De maneira surpreendente, em comparação ao documento de número DE 196 09 551 C1, constatou-se que a mistura cuidadosa do siste- ma de reação em 20 rpm a 80 rpm, permite que seja evitada a formação de um gradiente de concentração saber a altura da mistura no vaso de reação, durante a evaporação reativa (etapa b)). Em conjunto com o tempo de rea- ção de condensação por hidrólise prolongado de pelo menos 16 horas, isso contribui para que pelo menos 70%, de preferência, pelo menos 80%, e mui- tíssimo de preferência, pelo menos 90%, da mistura de reação global seja extrudável no processo de acordo com a invenção.

A etapa (b) é realizada, de preferência, até que seja formada uma solução de fase única com uma viscosidade na faixa de 0,5 a 2 Pa.s, em uma taxa de cisalhamento de 10 s-1 à 4°C, de preferência, aproximada- mente, 1 Pa.a (medição à 4°C, taxa de cisalhamanto de 10 s-1).

Em uma concretização preferida da invenção, o progresso da reação é monitorado, na etapa b), via a viscosidade. A solução homogênea e de fase única, resultante da reação de condensação por hidrólise, na etapa b), pode ser resfriada subseqüentemen- te e, de maneira vantajosa, ser submetida quantitativamente, e, opcional- mente, sem filtração, a uma maturação controlada cineticamente.

A maturação (etapa c)), na presente invenção, pode ser realiza- da em uma temperatura de -20°C a 10°C e, de preferência, em 2°C a 4°C (por exemplo, em um refrigerador). É particularmente preferível realizar a maturação à 4°C. A baixa temperatura significa que uma condensação adi- cional pode ocorrer sob condições controladas cineticamente, durante o tem- po de maturação, procedendo-se a partir dos compostos de silício de fórmu- la (I) descritos acima. Siloxanos e/ou silanóis oligoméricos e/ou poliméricos podem ser formados nessa mistura. Os oligômeros e/ou polímeros também podem se agregar via ligações de hidrogênio. De acordo com a presente invenção, um líquido viscoso de sol de fase única homogêneo pseudoplásti- co é alcançável depois da maturação. De maneira vantajosa, de acordo com a presente invenção, a formação competitiva de uma rede polimérica tridi- mensional pode, portanto, ser suprimida muito substancialmente. Portanto, é possível recuperar um líquido viscoso de sol homogêneo, que não tem se- gunda fase sólida, em particular, muito substancialmente, nenhuma fase de gel.

O tempo de maturação, na etapa d), na presente invenção, pode estar na faixa desde 3 dias a 4 semanas, de preferência, pelo menos 10 di- as, mais preferivelmente, entre 14-40 dias, por exemplo, entre 14 e 28 dias, mais preferivelmente, pelo menos 25 dias e - especialmente, quando os ma- teriais da invenção forem usados para tratamento de ferimento - entre 25 e 40 dias. De preferência, de acordo com a presente invenção, o sol obtido na etapa d) tem uma viscosidade entre 30 e 100 Pa.s (taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C) com um fator de perda (à 4°C, 10 L/s, 1% de deformação) de 2 a 5, de preferência, de 2,5 a 3,5 (o fator de perda é o quociente da propor- ção viscosa para elástica da viscosidade dinâmica). Essas condições para a maturação são especialmente preferidas quando a sílica-sol deve ser extru- dada para formar uma fibra depois da etapa d). Se as fibras/malhas de não-tecido fibrosas devem ser usadas para tratamento de ferimentos, o sol obtido na etapa d), de preferência, tem uma viscosidade de 35 a 75 Pa.s (taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C) e, mais preferivelmente, de 35 a 45 Pa.s (taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C), de preferência, em um fator de perda (à 4°C, 10 L/s, 1% de deforma- ção) de 2,5 a 3,5.

Um fator de perda elevado significa uma elasticidade elevada do material, o que contraria, por exemplo, a formação de um fio estável no cur- so da extrusão (gelificação, rasgamento do fio). Em um fator de perda baixo demais, o material é de tal modo de escoamento livre qua a formação de fio estável não é possível (gotejamento).

As condições no tempo de maturação pode variar quando a síli- ca-sol da invenção dever ser processada subseqüentemente para formar um pó ao invés de uma fibra extrudável. A viscosidade dinâmica no final da eta- pa (d), nesse caso, é, de preferência, de cerca de 60 Pa.s (taxa de cisalha- mento de 10 S1 à 4°C).

No caso do processamento da sílica-sol para formar um monóli- to, a viscosidade dinâmica no final de (d) é, de preferência, maior do que ou igual a 70 Pa.s (taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C). Quando a sílica-sol deve ser usada para revestir corpos ou superfícies, a viscosidade dinâmica, de acordo com a espessura de camada desejada, é menor do que ou igual a 10 Pa.s (taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C).

De preferência, o líquido viscoso de sol obtido pode ser usado, pelo menos aproximadamente de maneira quantitativa, nas etapas e/ou ope- rações de produção adicionais para materiais de sílica-gel biodegradáveis e/ou absorvíveis. De preferência, o sol obtido na etapa d) é fiável. Em uma etapa e) adicional, uma operação de fiação pode ser vislumbrada de acordo com a presente invenção.

Uma tal etapa de processo de fiação pode ser realizada sob condições costumeiras, por exemplo, conforme descrito nos documentos de números DE 196 09 551 C1 e DE 10 2004 063 599 A1.

Nessa etapa, o sol é, por exemplo, via um vaso de pressão, em- purrado para fora através de uma placa de molde com moldes individuais (pressão no vaso de 0,1-10 mPa (1-100 bar), de preferência, 2 a 3 mPa (20 a 30 bar)).

A chaminé de fiação, tipicamente, tem um comprimento de 1 - 5 m, vantajosamente, 2m. O clima na chaminé de fiação é ajustado de uma maneira controlada com respeito à temperatura e à umidade. É dada prefe- rência à temperatura entre 20°C e 30°C e a um ponto de orvalho de -5 a 10°C, e/ou umidade de 20 a 40% de umidade relativa, de preferência, 20- 25% de umidade relativa e, mais preferivelmente, cerca de 20% de umidade relativa.

Depois de caírem através da chaminé de fiação, as fibras são dimensionalmente estáveis e são colocadas em uma mesa oscilante. O ta- manho de malha da estrutura de fibras assim formada é estabelecido, entre outros, por meio das velocidades de oscilação. Essas são uns poucos cm/s. Em virtude do movimento ao longo de dois eixos, uma estrutura de fibras de malha estreita (rede) é formada, na qual, com base em TEOS como o com- posto de partida contendo Si, em geral, estão presentes ainda mais do que 25 a 33% dos grupos etóxi.

Especialmente, quando os materiais da invenção são usados para o tratamento de ferimentos, o peso de base do material de fibras é, de preferência, de pelo menos 90 g/m2 e, mais preferivelmente, de pelo menos 150 g/m2. A espessura da cobertura de ferimento (consistindo no não-tecido fiado) é, de preferência, de pelo menos 0,8 mm e, mais preferivelmente, de pelo menos 1,5 mm. O diâmetro de fibra é, de preferência, de pelo menos 45 um.

Os materiais de fibras de sílica-gel e os produtos resultantes do processo de acordo com a invenção, isto é, por exemplo, filamentos, fibras, malhas de não-tecido fibrosas e/ou tecidos, possuem excelente biodegrada- bilidade e bioabsorbibilidade.

Uma vantagem adicional da presente invenção é que materiais de fibras de sílica-gel produzidos de acordo com a presente invenção, quan- do comparados com fibras obtidas pelo processo de DE 196 09 551 C1, têm valores distintamente aperfeiçoados em testes de citotoxicidade em testes na presença de fibroplastos de camundongo L929 (vide o Exemplo 1 e E- xemplo Comparativo). Produtos produzidos a partir do material de sílica-sol da presente invenção são, portanto, notáveis para uma biocompatibilidade particularmente boa. Os filamentos, fibras ou malhas de não-tecidos fibrosas da presente invenção podem portanto, ser usados com vantagem como ma- teriais biodegradáveis e/ou bioabsorvíveis e produtos em medicina humana ou tecnologia médica.

Independentemente disso, mostrou-se experimentalmente que as fibras e malhas de não-tecidos fibrosas da invenção têm propriedades de cicatrização de ferimentos aperfeiçoadas. Mais particularmente, os materiais da presente invenção podem, portanto, ser usados com vantagem no setor de tratamento de ferimentos e de cicatrização de ferimentos. Filamentos po- dem ser usados, por exemplo, como sutura cirúrgica ou como fibras de re- forço. Malhas de fibras de acordo com a presente invenção podem ser usa- das com vantagem particular no gerenciamento de ferimentos superficiais.

As fibras e malhas de não-tecidos fibrosas, biodegradáveis e bioabsorvíveis, da presente invenção, são obteníveis por uma reação de condensação por hidrólise controlada dos compostos de silício mencionados acima e água acidificada com ácido nítrico pelas seguintes etapas:

a) condução de uma reação de condensação por hidrólise de um ou mais compostos de silício da fórmula I:

SiX4 (I)

na qual os radicais X são iguais ou diferentes e denotam hidroxila, hidrogê- nio, halogênio, amino, alcóxi, acilóxi, alquil-carbonila e/ou alcóxi-carbonila, e são derivados a partir de radicais alquila, que constituem radicais opcional- mente substituídos, lineares, ramificados ou cíclicos, tendo 1 a 20 átomos de carbono, de preferência, tendo 1 a 10 átomos de carbono, e que podem es- tar interrompidos por átomos de oxigênio ou de enxofre ou por grupos ami- no, sob catálise ácida, em um pH inicial de 0 a < 7, na presença ou na au- sência de um solvente solúvel em água, em uma temperatura de O0C a 80°C, de preferência, em 20-60°C, mais preferivelmente, em 20 a 50°C, por exemplo, à temperatura ambiente (cerca de 20°C a cerca de 25°C) ou cerca de 37°C, durante pelo menos 16 horas, de preferência, durante pelo menos 18 horas,

b) então, evaporação, para formar uma solução de fase única tendo uma viscosidade variando desde 0,5 a 2 Pa.s, em uma taxa de cisa- Ihamento de 10 s"1, à 4°C,

c) então, resfriamento desta solução, e

d) sujeição da solução fria a uma maturação controlada cineti- camente, para formar um sol homogêneo, e

e) extrusão do sol obtido em d) em uma operação de fiação.

Quando TEOS, por exemplo, for usado como composto de silício na reação de condensação por hidrólise da etapa a), uma solução homogê- nea é obtenível depois da evaporação na etapa b), dado tempo de hidrólise suficiente. Uma reação cineticamente controlada pode ocorrer na etapa c), durante o tempo de maturação, em baixa temperatura. A mistura pode, en- tão, estar presente, na etapa d), no estado dissolvido, como um líquido vis- coso de fase única homogêneo, e, portanto, ser recuperada como líquido viscoso de sol fiável.

As fibras ou malhas de não-tecidos fibrosas, produzidas de a- cordo com a presente invenção, podem, a esse respeito, ser usadas de ma- neira vantajosa como materiais bioabsorvíveis e/ou bioativos em medicina humana, tecnologia médica, tecnologia de filtros, biotecnologia ou na indús- tria de materiais de isolamento. Em particular, os materiais produzidos de acordo com a presente invenção podem ser usados de maneira vantajosa no campo de tratamento de ferimentos e da cicatrização de ferimentos. Fibras podem ser usadas, por exemplo, como sutura cirúrgica ou como fibras de reforço. Malhas fibrosas podem ser usadas de maneira particularmente van- tajosa no tratamento de ferimentos superficiais, na filtração de fluidos corpo- rais (por exemplo, sangue) ou no setor de biorreatores como auxiliar de cul- tivo.

Um concretização adicional da invenção pode ser um sistema de entrega de fármacos e/ou uma formulação de medicamento, um micropó e/ou um nanopó.

Tais formas de pó podem ser obtidas, por exemplo por adição sob mistura da sílica-sol da invenção com um ingrediente ativo desejado, por exemplo, um ou mais medicamentos (como um resultado de uma reação de condensação por hidrólise adicional, o ingrediente ativo pode, opcionalmen- te, também estar ligado de maneira covalente), e uma mistura homogênea é obtida. Especialmente no caso de adição de ingredientes ativos termicamen- te sensíveis, a mistura de sol e ingrediente(s) ativo(s) é submetida a uma etapa de agitação cuidadosa, por exemplo, uma etapa de secagem por ato- mização ou de liofilização. Quando o ingrediente ativo não for termicamente sensível ou não for adicionado absolutamente, a secagem pode ser também provocada em temperaturas (significativamente) elevadas. De preferência, isso forma uma matriz de sílica-gel bioabsorvível e/ou bioativa em torno do ingrediente ativo. Essa matriz é especialmente também adequada para a encapsulação de ingredientes ativos líquidos. Líquidos podem ser encerra- dos na matriz com estabilidade a longo prazo e serem liberados novamente de uma maneira controlada. A encapsulação permite a estabilização mecâ- nica e química dos ingredientes ativos, o manejo aperfeiçoado de tais ingre- dientes ativos líquidos e medicamentos, e ajuda a prevenir volatilização des- controlada dos ingredientes ativos. Obviamente, também é possível que ou- tras substâncias e/ou auxiliares, apropriados para a aplicação particular, es- tejam presentes na formulação final (pó). As partículas de um micropó da invenção, de preferência, têm um tamanho (um diâmetro médio) de 0,01 μm a 100 pm, especialmente de 0,1 pm a 20 pm. As partículas de nanopó, em geral, têm um tamanho (um diâmetro médio) de ≤ 100 nm.

Em uma concretização adicional, uma mistura de pelo menos um ingrediente ativo pode ser vertida em um molde com a sílica-sol da in- venção. Depois da secagem, um monólito pode ser obtido dessa maneira. Tais monólitos podem ser usados, por exemplo, subcutaneamente como um sistema de entrega de fármacos, na forma de implantes massivos. Eles po- dem ser usados, por exemplo, como um depósito para contraceptivos e para liberar o ingrediente ativo durante um período prolongado. Tais implantes da invenção têm uma boa biocompatibilidade. Os monólitos podem ter, de pre- ferência, um diâmetro de > 0,5 mm. Alternativamente, os monólitos também podem ser cominuídos e moídos para formar pó.

Em uma outra concretização, a sílica-sol pode ser revestida por processos de revestimentos habituais, por exemplo, por imersão do corpo a ser revestido na sílica-sol, por vazamento ou por revestimento rotativo ou por atomização da sílica-sol. É dada preferência ao revestimento da sílica-sol por sobre comprimidos ou cápsulas revestidos. Para essa finalidade, mistu- ras de medicamento pulverulentas comprimidas são dotadas com um reves- timento bioabsorvível e/ou bioativo consistindo na sílica-sol da invenção. Is- so permite a liberação de ingredientes ativos (adicionais) (por exemplo, via a espessura de camada e/ou a seqüência de camadas) dentro da formulação a ser controlada. Um tal revestimento pode, entretanto, ser também aplicado a implantes de partes do corpo, o que aperfeiçoa a compatibilidade (biológi- ca) dos implantes, por exemplo, alivia ou previne reações de rejeição.

Em uma concretização adicional da invenção, sóis altamente viscosos, especialmente hidrogéis, podem ser suplementados ou substituí- dos pela sílica-gel da invenção. Os sóis altamente viscosos e os hidrogéis são usados na medicina e em cosméticos, como um ingrediente ativo ou veículo de medicamento. Em geral, hidrogéis são usados, em muitos casos, no tratamento de ferimentos de grande área (tratamento de ferimentos e ci- catrização de ferimentos). De maneira vantajosa, a adição da sílica-sol per- mite que a biocompatibilidade e, portanto, a cicatrização do ferimento, seja aperfeiçoada. A esse respeito, os hidrogéis da invenção podem ser usados como produtos bioabsorvíveis e/ou bioativos, na medicina, especialmente, medicina humana, ou tecnologia médica.

A presente invenção, além disso, se refere a um processo para a propagação de células in vitro, no qual uma matriz de fibras composta por uma fibra da invenção serve como uma substância de suporte de células e/ou estrutura de guia para a matriz extracelular formada pelas células, ou dá às células a possibilidade de acharem uma disposição tridimensional, que permita que as células se propaguem e/ou consigam sua diferenciação de- terminada geneticamente. As vantagens do processo de acordo com a in- venção surgem, por exemplo, a partir do Exemplo 3.

As células usadas podem, por exemplo, ser células tronco pluri- potentes não-diferenciadas ou células geneticamente modificadas ou nativas diferenciadas de diferentes tipos e graus de diferenciação.

As células a serem aplicadas à matriz de fibras aderem à matriz ou são propagadas principalmente de uma maneira bidimensional sobre esta matriz, a fim de formar, em conjunto, uma matriz extracelular ou substâncias mensageiras (hormônios). A matriz de fibras, de prefeência, forma um ele- mento de superfície, especialmente, na forma de um tecido não-tecido ou tecido de fibras da invenção. Essa matriz de fibras é, de preferência, porosa, tal que as células introduzidas/aplicadas nela penetram, assumem uma dis- tribuição tridimensional e, de acordo com sua diferenciação determinada ge- neticamente ou com uma diferenciação induzida por fatores de diferenciação adicionados, podem induzir tecido tridimensional e crescimento de órgãos ou liberação de substâncias mensageiras. Em uma concretização alternativa da invenção, a matriz, como uma malha de fibras impermeável impenetrável pelas células introduzidas/aplicadas, é formada com os meios de distribuição de células bidimensional e da possibilidade simultânea de tecido tridimensi- onal e crescimento de órgãos, no sentido de um enxerto compósito.

O processo de propagação in vitro da invenção, de preferência, serve para a produção de compósitos de células, tecidos e/ou órgãos in vi- tro.

A invenção se refere, preferencialmente, a um compósito de cé- lulas, tecido e/ou órgãos que podem ser produzidos pelo processo descrito acima. Um tal compósito de células, um tal tecido e/ou tais órgãos é/são a- dequados, por exemplo, como um modelo in vitro para interações medica- mento - tecido - órgão. Para produzir tecidos do lado de fora do corpo huma- no, vários processos são empregados, os quais são combinados sob o ter- mo genérico "engenharia de tecidos". Para essa finalidade, de acordo com o tipo de tecido, as células são isoladas a partir de seu compósito de tecido existente e propagadas. Depois disso, as células são ou aplicadas a materi- ais planos de diferentes consistências ou introduzidas em materiais porosos ou de gel, e a maturação de tecido é induzida por meio disso e, opcional- mente, estimulada por fatores de diferenciação. A maturação de tecido pode ser efetuada do lado de fora ou do lado de dentro do corpo. A matriz de fi- bras da invenção tem a vantagem de que ela é biodegradável e/ou bioabsor- vível, mas - como mostra o Exemplo 3 - apesar da propagação in vitro, retém sua forma bi- ou tridimensional durante um certo período. Consequentemen- te, a invenção se refere, de preferência, a um compósito de células, tecido e/ou órgãos compreendendo uma matriz de fibras de poli(ácido silícico), de preferência, produzido a partir das fibras da invenção, sendo que a matriz de fibras biodegradáveis e/ou bioabsorvíveis, depois de um período de tempo de 4 semanas depois da primeira colonização de células in vitro, é pelo me- nos 60%, de preferência, pelo menos 70%, e, mais preferivelmente, pelo menos 80%, idêntica à forma bi- ou tridimensional original da matriz de fi- bras. Por exemplo, a matriz de fibras da invenção degrada e/ou absorve em uma tal concretização, de preferência, somente depois de aplica- ção/introdução do compósito de células, tecido e/ou órgão por sobre/no cor- po de um ser humano ou animal.

De acordo com o tipo de célula, as células têm que ser ou libe- radas previamente a partir de seu compósito de matriz, por digestão enzimá- tica ou por separação mecânica, ou induzidas a crescer por aplicação ou introdução por sobre/em um meio nutriente sob condições fisiológicas. Nes- se caso, a matriz de fibra mencionada acima funciona como uma estrutura de guia para o crescimento celular ou como uma estrutura de guia para a acumulação de matriz extracelular e constituintes de tecido. De acordo com a invenção, o material de fibras pode ser empregado em várias disposições. Qual disposição deve ser selecionada é de conhecimento de um versado na técnica, dependendo do tecido (celular) a ser produzido. As possíveis dispo- sições são como se segue:

1) como um elemento de superfície, isto é, como uma malha de fibras impermeáveis, que permite a penetração sobre e acima da dimensão das células aplicadas, ainda que somente limitada (isto é, o tamanho médio dos orifícios/fibra ou interstícios de malha não é, de maneira alguma, maior, mas, de preferência, menor do que o tamanho médio das células a serem cultivadas; portanto, as células podem "crescer nas fibras", mas, somente de uma maneira tal que elas aderem bem no substrato das fibras), com essen- cialmente a possibilidade única, mas, pelo menos prossibilidade primária, de distribuição de células bidimensional e um crescimento de células planas, tecidos e órgãos;

2) como um elemento tridimensional, isto é, como uma malha de fibras porosa penetrável pelas células (isto é, o tamanho médio dos orifí- cios/interstícios de fibras ou de malha não é, de maneira alguma, menor, mas, de preferência, maior do que o tamanho médio das células a serem cultivadas), com a possibilidade de distribuição de células tridimensional e crescimento celular, de tecidos e de órgãos espacial; 3) como uma combina- ção de 1) e 2) no sentido de um "enxerto compósito" ou órgão por combina- ção de células, tecidos ou órgãos e tecido de recobrimento de superfície (por exemplo, cápsula de órgão).

3) essa variante é possível para estruturas de tecido que sejam compostas por vários tipos de células. Por exemplo, vasos consistem em endotélio e tecido conectivo, o endotélio com uma estrutura plana servido para revestir um vaso sangüíneo, enquanto que o tecido conectivo funciona como o suporte do vaso e forma a estrutura oca tridimensional. A combina- ção de 1) como o elemento de superfície para o crescimento de endotélio e 2) como um elemento tridimensional para o crescimento de tecido conectivo finalmente permite que um vaso seja reconstruído.

Alguns tipos de tecidos ou de células, que são particularmente adequados para propagação/produção por meio de uma das três variantes e são, consequentemente, preferidos de acordo com a invenção estão listados abaixo.

Para aplicação 1), de preferência, os seguintes tecidos: epitélio, endotélio, urotélio, mucosa, dura, tecido conectivo; e, de preferência, as se- guintes células: células tronco pluripotentes, condrócitos (cartilagem; para propagação de condrócitos, um meio bidimensional é necessário; para dife- renciação de condrócitos e formação de matriz de cartilagem, em contraste, um meio tridimensional é necessário. Aqui, com respeito à cartilagem, o que se entende é somente as células quando elas se diferenciam e se propa- gam. A diferenciação segue na aplicação 2), osteócitos (osso; ou bi- ou tri- dimensional, o mesmo se aplica aqui como para os condrócitos), células nervosas (nervos), células capilares (órgão de audição de ouvido interno) ou suas células precursoras de qualquer estágio de diferenciação (por exemplo, células tronco pluripotentes).

Para aplicação 2), as seguintes células: as células descritas para aplicação 1) depois de sua propagação bidimensional, células específicas de órgãos (por exemplo, hepatócitos, nefrócitos, cardiomiócitos, pancreócitos), células dos SNC com/sem função endócrina, por exemplo, retina, neurócitos, glândula pineal, células dopaminérgicas, células formadoras de vasos (por exemplo, angiócitos), células com função endo- ou exócrina (por exemplo, células de ilhotas, células de glândula adrenal, células de glândulas saliva- res, corpos epiteliais, tirócitos), células do sistema imune (por exemplo, ma- crófagos, células B, células T ou suas células precursoras de qualquer está- gio de diferenciação, tais como células troco pluripotentes). As células do sistema imune são cultivadas em três dimensões porque, no tecido, depois de penetrar a barreira sangue - tecido, elas encontram uma estrutura tridi- mensional de acordo com o tipo de tecido e exibem a sua ação ali em três dimensões.

Para aplicação 3), as seguintes células/tecido/órgãos: traquéia, brônquios, vasos, tecido linfático, uretra, uréter, rins, bexiga, glândula adre- nal, fígado, baço, coração, vasos, glândula tiroide, amígdalas, glândulas sa- livares, cérebro, músculos (lisos, esqueléticos), discos intervertebrais, me- nisco, coração, pulmão, vesícula biliar, esôfago, intestino, olho.

Os Exemplos 1 a 3 do documento EP 1 262 542 descrevem, por meio de exemplo, possíveis aplicações com fibras que são conhecidas a partir do documento de número DE 196 09 551 C1. Uma possível aplicação adicional do material empregado na invenção é a colonização do material com células que tenham uma função endo- ou exócrina e liberem ingredien- tes ativos (por exemplo, hormônios, interleucinas, mediadores de inflama- ção, enzimas), que exibam um efeito no organismo ou fora dele. Isso signifi- ca que o material usado de acordo com a invenção, quando colonizado com células tendo função endo- ou exócrina, também pode servir para produzir os ingredientes ativos mencionados acima do lado de fora do corpo, que são, então, tornadas disponíveis para o corpo como medicamentos, por meio de métodos conhecidos. Uma ação exibida do lado de fora do corpo pode servir para influenciar tecido ou células com a substância liberada.

Uma aplicação adicional da matriz é como um bioimplante bio- absorvível como uma tala de guia para cicatrização de ferimentos endóge- nos sob ou no nível da pele, membrana mucosa ou dentro do corpo no curso de operações em órgãos e tecidos. Para essa finalidade, o material é, se possível, introduzido no ferimento ou órgãos/tecidos, por exemplo, durante uma operação, se possível, por um médico como um elemento regional ou elemento tridimensional, diretamente ou em conjunto com as substâncias ou medicamentos, que promovam a cicatrização de ferimentos. As proprieda- des do material inorgânico bioabsorvível usado de acordo com a invenção na forma de fibras causam somente uma ligeira mudança no meio de tecido para que as células sejam cultivadas; mais particularmente, nenhum meio ácido surge, com a conseqüência de que uma influência adversa sobre a diferenciação de tecidos e de órgãos é evitada. Em adição, independente- mente do pH do tecido, há degradação completa do material. Como um re- sultado da formação simultânea de tecidos e de órgãos, o tecido vital está constantemente disponível com a possibilidade de penetração por medica- mentos anti-infecciosos no caso de colonização indesejada com patógenos (infecção). Em adição, a matriz de fibras pode ser adicionada sob mistura com ingredientes ativos de grupos de substâncias diferentes, com a possibi- lidade de uma influência positiva sobre a diferenciação de tecidos e órgãos por desenvolvimento de uma ação ativa e passiva no sítio de aplicação, mas, também, por desenvolvimento de ação em um sítio de ação removido. Esses incluem especialmente, primeiramente, ingredientes ativos anti- infecciosos, mas, em segundo lugar, também ingredientes ativos que pro- movam e modulem a cicatrização de ferimentos, a reação de inflamação e a diferenciação de tecidos, por exemplo, primeiramente fatores de crescimento (IGF, TGF, FGF, etc.) e, em segundo lugar, glicocorticoides e interleucinas, mas, também, fármacos quimioterápicos e imunossupressores.

As fibras inorgânicas bioabsorvíveis usadas de acordo com a invenção permitem a aderência das células empregadas com a possibilidade de propagação das células ao longo das fibras, mas, também com a possibi- lidade de formação de uma matriz de órgão ou de tecido. Simultaneamente com a propagação das células ou a formação de uma matriz de órgão ou de tecido, a estrutura de fibras é degradada. Idealmente, a estrutura de tecido, a estrutura de órgão ou estrutura de célula é correlacionada com a velocida- de de degradação do material de fibras por variação da condensação das fibras. Quanto menor o progresso do processo de condensação (isto é, a eliminação de água e, portanto, a policondensação), tanto melhor o material pode ser degradado. O teor em OH mais elevado e, portanto, as fibras de- gradáveis mais rapidamente são obtidas no caso de fibras recém-fiadas, as quais são subseqüentemente colocadas em etanol. O processo de conden- sação é também influenciado pelos parâmetros de fiação, isto é, taxa de es- tiramento, atmosfera, temperatura de fiação, etc. Fibras assim produzidas são biodegradáveis e bioabsorvíveis e são dissolvidas em fluidos similares aos corporais, fracamente básicos, com taxas de degradação de 10 nm a 100 nm de raio de fibra por dia, a taxa de degradação estando correlaciona- da com o número de grupos silanol da fibra. Um outra aspecto da presente invenção se refere à aplicação das células, órgãos e tecidos da invenção depois que eles tenham sido adicionados sob mistura com medicamentos e/ou ingredientes ativos como um modelo in vitro para interações medica- mento - tecido - órgão. Como um resultado, experimentos com animais po- dem ser minimizados ou evitados.

Além disso, a invenção se refere mais preferivelmente a um pro- cesso para produção de um implante de pele, em que células de pele são aplicadas à superfície de uma solução de nutrientes e deixadas crescer, e um elemento de superfície, composto por uma fibra da invenção, é colocado por sobre a solução de nutrientes.

A invenção se refere adicionalmente, em um objetivo preferido da invenção, a um implante de pele consistindo em células de pele e em um elemento de superfície compreendendo fibras da invenção. Um elemento de superfície (de preferência, planar) permite o crescimento plano e, portanto, rápido, de células de pele, opcionalmente com uso de medicamentos infiltra- dos.

A invenção será agora mais particularmente descrita com refe- rência aos exemplos, sem estar restrira a eles.

Todas as viscosidades relatadas foram medidas com viscosíme- tros da empresa Physika (modelos MCR 300 e MCR301) em uma taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C. Exemplo 1

Sílica-sol e material de sílica-gel bioabsorvível e biodegradável

Por meio de reagentes para a condensação por hidrólise, 4 mois de TEOS (tetraetóxi-siloxano) foram introduzidos como carga inicial, em eta- nol, em um vaso de reação, e 7 mois de água foram adicionados na forma de solução de HNO3 a 0,01 N, e foram misturados um com o outro por agita- ção. A mistura foi agitada à temperatura ambiente durante 8 dias. A solução a partir da reação de condensação por hidrólise foi subseqüentemente con- vertida em uma solução quase livre de água e de etanol, por evaporação e condensação em um bequer de vidro, à 70°C. Essa solução era de fase úni- ca, não continha sólidos e tinha uma viscosidade de 1 Pa.s (taxa de cisa- lhamento de 10 s"1 à 4°C). A solução foi resfriada para 4°C e submetida à maturação nesta temperatura. Seguindo um tempo de maturação de 18 dias, um líquido viscoso de sol de fase única homogêneo tendo uma viscosidade de 43 Pa.s (taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C) foi obtido. O líquido visco- so de sol não tinha fase sólida discernível. O líquido viscoso de sol homogê- neo era fiável em fibras. Também refere-se a ele como líquido viscoso de fiação.

As fibras foram produzidas em um sistema de fiação convencio- nal. Para essa finalidade, o líquido viscoso de fiação foi enchido em um cilin- dro de pressão resfriado à -15°C, que estava pressurizado com uma pressão de ar de 2 mPa (20 bar). A força resultante forçou o sol através dos moldes para formar filamentos. Os filamentos tinham um diâmetro de 5 e 100 μιτι, dependendo do diâmetro do molde.

Os filamentos semelhantes a mel, de escoamento livre, caíram sob ação de seu próprio peso em um eixo rotativo abaixo do cilindro de pressão, onde eles reagem para formar uma forma substancialmente sólida e para formar filamentos dimensionalmente estáveis. Os filamentos eram ainda reativos em suas superfícies, de modo que eles eram capazes de gru- dar uns nos outros ao longo de suas áreas de contato quando pousando so- bre uma mesa que atravessa opcionalmente fornecida. Ciclos de choque ajustáveis sobre a parte da mesa que atravessa criaram reticulações adicio- nais entre as fibras para formar uma malha de não-tecido fibrosa.

De maneira vantajosa, os filamentos obtidos de acordo com a invenção são mais secos do que fibras obtidas sob condições de fiação comparáveis no processo do documento de número DE 196 09 551 C1. Co- mo um resultado, na fabricação de malhas subsequente, malhas menos reti- culadas e, portanto, mais flexíveis, foram obtidas de acordo com a presente invenção.

A malha de não-tecido fibrosa, produzida de acordo com a pre- sente invenção, foi submetida a um teste citotoxicológico conforme ISO 10993-5 (1999); EN 30993-5 (1994).

Seguindo a extração do material de malha com DMEM (Meio de Eagle modificado por Dulbecco), o extrato foi filtrado de maneira estéril e adicionado sob mistura com FCS (soro de bezerro fetal; FCS à 10% em ex- trato). Esse extrato adicionado sob mistura com FCS foi aplicado, sob condi- ções estéreis, a células de fibroplastos de camundongo L929 e armazena- das durante 48 horas, à 37°C e pressão parcial de CO2 de 5%.

Triton X 100 foi usado, como substância de controle tóxica, e meio de cultura de células foi usado, como substância de controle não- tóxica. Para determinar a contagem de células, as células foram fixadas e tingidas com azul de metileno. Depois de extração ácida do azul de metileno, o teor em corante foi detectado por meio de fotometria e a absorbância foi comparada com uma curva padrão, a fim de determinar a contagem de célu- las com referência à absorbância de corante. A medição da contagem de células comparada ao controle mostrou que o material de sílica-gel da in- venção não tinha propriedades citotóxicas. Medições do teor de proteína (depois de Iise alcalina e determinação do teor de proteína pelo método de Bradford) e a liberação de Iactato desidrogenase (LDH; método fotométrico) confirmou os resultados.

Exemplo Comparativo

Sob as mesmas condições, medições de toxicidade foram reali- zadas em um material de malha, que foi produzido de maneira similar ao Exemplo no documento de número DE 196 09 551 C1, usando um tempo de condensação por hidrólise de 1,5 hora. Nesse caso, somente 50% da bate- lada de reação total pôde ser fiada. O material de fibras resultante deu resul- tado positivo no teste de citotoxicidade.

Exemplo 2

Em um estudo adicional, cinco malhas de fibras da invenção di- ferentes (KG211, KG226, AEH06KGF553, AEH06KGF563 e AEHKGF565) foram comparadas com um sistema terapêutico de ferimento de controle ab- sorvível (Promogran®), em um estudo de cicatrização de ferimentos de 3 meses, em porquinhos da índia.

Diferenças entre as malhas de fibras da invenção foram consta- tadas por meio dos diferentes parâmetros de produção, listados na Tabela 1 abaixo. Tabela 1

<table>table see original document page 26</column></row><table> continuacao

<table>table see original document page 27</column></row><table> <table>table see original document page 28</column></row><table> <table>table see original document page 29</column></row><table> continuacao

<table>table see original document page 30</column></row><table> Para o estudo, ferimentos dermoepidérmicos foram estabeleci- dos por cirurgia em 36 porquinhos da índia. Em cada animal, a derme e a epiderme foram removidas em ambos os lados da coluna vertebral em uma área aproximada de 6,25 cm2 (2,5 cm χ 2,5 cm). Os ferimentos foram gera- dos por um escalpo. Os panículos carnosos não foram lesionados. As cober- turas de ferimentos da invenção e Promogran® foram colocados nos feri- mentos particulares. Os materiais foram recobertos com um revestimento de ferimentos não-adesivo (URGOTUL®) e com um filme de poliuretano adesi- vo semipermeável (TEGADERM® ou OPSITE®). Uma bandagem coesiva (gaze e elastoplast®) protegeu os revestimentos de ferimentos sobre o feri- mento. Cada malha de fibras ou o material de controle foi testada em 5 ani- mais, correspondendo a 10 ferimentos (n = 10). Em intervalos de tempo dife- rentes, a cicatrização de ferimentos foi avaliada por testes macroscópicos, morfométricos e histológicos.

Em todas as coberturas de ferimentos testadas, nenhuma intole- rância local foi observada. Testes morfométricos mostraram que aqueles ferimentos, que tinham sido tratados com Promogran® alcançaram 50% de fechamento de ferimentos, algo mais cedo do que aqueles tratados com as malhas. A fim de se alcançar fechamento de ferimento completo (100%) ou fechamento virtualmente completo (75%, 95%), o tempo para Promogran® foi, contudo, algo mais lento comparado à maioria das malhas. 100% de ci- catrização foi alcançado depois de uma média de aproximadamente 23 dias para KG211 e KG226, depois de uma média de aproximadamente 24 dias para AEH06KGF553, AEH06KGF563 e AEH06KGF565, e somente depois de uma média de 26 dias para Promogran®.

Testes histológicos de animais KG211, 28 dias depois da gera- ção do ferimento, mostraram cicatrização de ferimento muito boa (vide a Fi- gura 1a). Somente a reação de tecido local não foi ainda inteiramente estabi- lizada, uma vez que macrófagos isolados foram ainda observados. Indepen- dentemente disso, o tecido de granulação era inconspícuo, exibiu espessura normal e estava recoberto por uma camada epitelial contínua recém- formada. Testes histológicos nos animais Promogran®, 28 dias depois da geração do ferimento, mostraram um tecido de granulação altamente vacuo- Iizado permeado por células polimorfonucleares (vide a Figura 1b). Em con- traste a KG211, o tecido de granulação não estava recoberto por uma ca- mada epitelial.

As coberturas de ferimentos da invenção, consequentemente, exibem cicatrização de ferimento abreviada com geração simultânea de uma melhor camada de granulação e minimização de processos de inflamação, comparados a Promogran®, nas primeiras 4 semanas de cicatrização de ferimento.

Exemplo 3

A matriz de fibras da invenção, KG119, composta por fibras bio- degradáveis e/ou bioabsorvíveis como a substância de suporte de células, e também colágeno e poli(ácido glicólico) (PGA), foram esterilizados com raios gama e colocados em um meio completo durante uma hora, em uma incu- badora. A matriz de fibras KG119 se refere a uma malha como o elemento de superfície. Ele foi produzido de acordo com os parâmetros de processo mostrados na Tabela 2. As peças de corte foram removidas por perfuração na forma de círculos (vide a Figura 3):

Tabela 2:

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Antes da colonização por células, o meio foi renovado. Depois disso, células de fibroblasto dérmicas humanas foram adicionadas. As célu- las foram cultivadas em placas plásticas de 24 orifícios Falcon 351147.

O meio foi trocado a cada dia. O meio de colonização por células foi Meio de Eagle modificado por Dulbecco de Gibco 42430-250 suplemen- tado com soro de bezerro fetal à 10% (FCS) e 100 unidas/mL de penicilina, 0,25 pg/ml de anfotericina B e 0,1 mg/mL de estreptomicina como antibióti- cos. Durante o crescimento das células, depois da mudança inicial de meio, 50 µg/mL de ácido ascórbico foram adicionados ao meio. Além disso, dado o número de células crescente, torna-se necessário adicionar sob mistura o meio com um tampão de solução de bicarbonato de sódio (7,5%, Sigma). Os padrões de células (células de controle sem substância de suporte de célu- las) foram cultivados em placas de cultura de tecido habituais e em placas de Iwaki à base de vidro.

O ensaio com Azul de Alamar foi realizado com reagentes a par- tir de Serotec. Esses foram diluídos para 10% com tampão HBSS (livre de fenol), ajustado para 37°C e filtrados de maneira estéril. As substâncias de suporte de células compreendendo as células foram lavadas em PBS e, en- tão, removidas a partir de suas placas originais e colocadas em placas de cultura de tecido e placas de Iwaki à base de vidro.

A atividade metabólica medida com o ensaio de Azul de Alamar é uma função da contagem de células e da atividade metabólica das células individuais. A Figura 2 compara a atividade (mostrada na forma de uma me- dição de fluorescência) dos fibroblastos dérmicos nas diferentes matrizes de colágeno, PGA e da matriz de fibras da invenção KG119, e também de célu- las sem uma estrutura de suporte (cultura de controle, Ctrl) em um tempo de cultivo de uma semana (Wk 1), 2 semanas (Wk 2) e 4 semanas (Wk 4).

A adesão primária das células a KG119 é forte e comparável àquela de colágeno. KG119 e colágeno excedem PGA com respeito à ade- são celular (dados não mostrados). Quanto mais demoradamente as células cresçam nas matrizes, mais claramente a superioridade da matriz de fibras KG119 é mostrada. A Figura 2 mostra que KG119 excede as outras estrutu- ras de suporte de células com respeito à atividade metabólica das células. A elevada atividade metabólica é mantida durante todo o período de medição (4 semanas). Ao contrário, colágeno, PGA e células sem estruturas de su- porte de células não podem manter a atividade metabólica durante este pe- ríodo. Somente KG119 exibe uma elevada adesão celular, proliferação celu- lar com retenção da atividade metabólica durante todo o período.

A Figura 3 mostra as estruturas de suporte de células colágeno, PGA e KG119, antes do cultivo com células de fibroblasto dérmicas huma- nas e depois de 4 semanas de tempo de cultura. Colágeno e estruturas de suporte de células de PGA se contraem e se degradam para formar uma bola de tecido hermética. Somente KG119 retém sua forma original. Dentro de KG119, uma massa de tecido dérmico hermética se formou, e as fibras estão firmente conectadas ao tecido.

Claims (18)

1. Material de sílica-sol obtenível por: a) condução de uma reação de condensação por hidrólise de um ou mais compostos de silício da fórmula I: SiX4 (I) na qual os radicais X são iguais ou diferentes e denotam hidroxila, hidrogê- nio, halogênio, amino, alcóxi, acilóxi, alquil-carbonila e/ou alcóxi-carbonila, e são derivados a partir de radicais alquila, que constituem radicais opcional- mente substituídos, lineares, ramificados ou cíclicos, tendo 1 a 20 átomos de carbono, de preferência, tendo 1 a 10 átomos de carbono, e que podem es- tar interrompidos por átomos de oxigênio ou de enxofre ou por grupos ami- no, sob catálise ácida, em um pH inicial de 0 a < 7, na presença ou na au- sência de um solvente solúvel em água, em uma temperatura de O0C a 80°C, durante pelo menos 16 horas, b) então, evaporação, para formar uma solução de fase única tendo uma viscosidade variando desde 0,5 a 2 Pa.s, em uma taxa de cisa- Ihamento de 10 s"1, à 4°C, c) então, resfriamento desta solução, e d) sujeição da solução fria a uma maturação controlada cineti- camente para formar um sol homogêneo.

2. Material de sílica-sol, de acordo com a reivindicação 1, carac- terizado pelo fato de que, para a catálise ácida, é usada H2O acidificada com ácido nítrico, em uma razão molar na faixa de 1:1,7 a 1:1,9, de preferência, na faixa de 1:1,7 a 1:1,8, e que a reação de condensação por hidrólise é conduzida durante pelo menos 16 horas, de preferência, 18 horas, e entre e 60°C, mais preferivelmente, à temperatura ambiente (20 a 25°C).

3. Material, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a reação de condensação por hidrólise, na etapa a), é con- duzida à 20 a 60°C, de preferência, 20 a 50°C, mais preferivelmente, à tem- peratura ambiente (20 a 25°C), durante um período variando desde pelo menos 16 horas a 4 semanas, de preferência, desde 18 horas a 4 semanas, mais preferivelmente, desde 24 horas a 18 dias, e, muitíssimo preferívelmen- te, entre 3 e 8 dias.

4. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que, na etapa b), se processa em uma aparelhagem fechada, em uma temperatura de reação de cerca de 30 a cer- ca de 90°C.

5. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que a solução, na etapa c) é resfriada para 2°C a 4°C e, de preferência, para 4°C.

6. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que a maturação, na etapa d), é efetuada em uma temperatura de 2°C a 4°C, de preferência, à 4°C.

7. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que maturação, na etapa d), é realizada em uma viscosidade de sol de 30 a 100 Pa.s, em uma taxa de cisalhamento de 10 s"1 à 4°C, e em um fator de perda de 2 a 5 (à 4°C, 10 L/s, 1% de de- formação).

8. Material, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que o composto de silício usado na etapa a) é tetraetóxi-silano.

9. Uso de um material, como definido em qualquer uma das rei- vindicações 1 a 8, como um material para a produção de materiais de sílica- gel biodegradável e/ou bioabsorvíveis.

10. Uso de um material, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, como um material de fiação para a produção de fibras biodegradáveis e/ou bioabsorvíveis e de malhas de não-tecido fibrosas em medicina humana e/ou tecnologia médica, em particular para tratamento de ferimento e/ou cicatrização de ferimentos.

11. Uso de um material, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, como um material para a produção de um pó, monólito e/ou revestimento bioabsorvível e/ou bioativo.

12. Pó, monólito e/ou revestimento bioabsorvível e/ou bioativo, caracterizado pelo fato de que ele é produzido por meio de pelo menos uma etapa adicional, procedendo a partir da sílica-sol como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

13. Material de fibras biodegradável e/ou bioabsorvível, caracte- rizado pelo fato de que uma sílica-sol, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, é submetida subseqüentemente à extrusão em uma operação de fiação.

14. Material de fibras biodegradável e/ou bioabsorvível, de acor- do com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o material de fi- bras compreende fibras, filamentos contínuos, malhas de não-tecido fibrosas e/ou não-tecidos.

15. Processo para a produção de um material de sílica-sol, que é extrudável em uma extensão de pelo menos 70% da mistura de reação glo- bal, por: a) uma reação de condensação por hidrólise de pelo menos 16 horas de um ou mais compostos de Si da fórmula (I): SiX4 (I) na qual os radicais X são iguais ou diferentes e são, cada um, hidroxila, hi- drogênio, halogênio, amino, alcóxi, acilóxi, alquil-carbonila e/ou alcóxi- carbonila, e são derivados a partir de radicais alquila, que constituem radi- cais opcionalmente substituídos, lineares, ramificados ou cíclicos, tendo 1 a -20 átomos de carbono, de preferência, tendo 1 a 10 átomos de carbono, e que podem estar interrompidos por átomos de oxigênio ou de enxofre ou por grupos amino, b) evaporação, para formar uma solução de fase única, de prefe- rência, com simultânea mistura cuidadosa do sistema de reação, c) resfriamento da solução de fase única, e d) maturação cineticamente controlada, para se obter o material de sílica-sol.

16. Processo para a propagação de células in vitro, em que a matriz de fibras, composta por fibras como definidas em uma das reivindica- ções 13 e/ou 14, é usada como uma substância de suporte de células e/ou estrutura de guia para a matriz extracelular formada pelas células.

17. Estrutura de células, tecido e/ou órgãos produzíveis pelo processo como definido na reivindicação 16.

18. Estrutura de células, tecido e/ou órgãos compreendendo uma matriz de fibras composta por poli(ácido silícico), em que a matriz de fibras biodegradável e/ou bioabsorvível, depois de um período de 4 semanas e depois de uma colonização de células in vitro inicial, é pelo menos 60% idêntica à forma bi- ou tridimensional original da matriz de fibras.