ES2220216B1

ES2220216B1 - Formulaciones acrilicas bioactivas inyectables para aplicacion en cirugia minimamente invasiva.

Info

Publication number: ES2220216B1
Application number: ES200301209A
Authority: ES
Inventors: Jose Alberto Mendez Gonzalez; Blanca Vazquez Lasa; Julio San Roman Del Barrio
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: ES2220216A1; WO2004103420A1

Abstract

Formulaciones acrílicas bioactivas inyectables para aplicación en cirugía mínimamente invasiva. El objeto de esta invención es el desarrollo de formulaciones acrílicas portadoras de un componente bioactivo, vidrios bioactivos o nanopartículas de sílice con diferentes tamaños y morfologías tales como aerosil, y de un fármaco antiinflamatorio portador de grupos fosfato, que sean inyectables y de curado "in situ". Este tipo de formulaciones están diseñadas para su aplicación en vertebroplastias percutaneas, defectos óseos producidos tras recesión de tumores o de hipertrofias, y estabilización biomecánica en cuadros de osteoporosis con pérdida de masa ósea. Actualmente las formulaciones que se utilizan para esta aplicación son las formulaciones comerciales de cementos óseos acrílicos que no presentan las características de adecuada fluidez y radiopacidad.

Description

Formulaciones acrílicas bioactivas inyectables para aplicación en cirugía mínimamente invasiva.

Sector de la técnica

Esta invención se enmarca dentro de los cementos óseos poliméricos utilizados como sistemas de relleno en vertebroplastias percutáneas o para fijación de fracturas osteoporóticas dentro de la cirugía mínimamente invasiva.

Estado de la técnica

Los cementos óseos utilizados en cirugía ortopédica están basados predominantemente en poli(metacrilato de metilo), PMMA. Se obtienen por curado en frío de las composiciones precursoras que generalmente comprenden dos fases: una fase sólida y una fase líquida. La fase sólida normalmente comprende partículas en forma de perlas de PMMA prepolimerizadas o sus copolímeros, junto con uno o más iniciadores radicales y, opcionalmente, uno o más agentes radiopacos. Un iniciador de tipo radical es un compuesto, por ejemplo un peróxido, que es capaz de producir radicales libres. Un agente radiopaco es un compuesto que como su nombre indica es sustancialmente opaco a la radiación, en particular a la radiación que se utiliza en el diagnóstico médico, tal como los rayos X. La fase líquida comprende un monómero polimerizable, normalmente metacrilato de metilo, MMA, junto con uno o más activadores. El activador es un compuesto, tal como una amina terciaria aromática, que produce la descomposición del iniciador a temperatura ambiente para dar lugar a la formación de radicales libres. La fase líquida también puede comprender uno o más inhibidores y/o estabilizadores que se añaden con el fin de evitar la polimerización del monómero durante el almacenamiento. Cuando las dos fases de la composición precursora de cemento óseo se mezclan se produce la reacción de polimerización del monómero obteniéndose un cemento óseo que consiste en partículas del polvo sólido embebidas en una matriz intersticial de polímero formado.

Este tipo de sistemas se vienen utilizando también como composites autocurables para empastes y obturaciones dentales adicionando partículas de cuarzo o de vidrio finamente divididas y compuestos farmacológicamente activos como antibióticos. En todos los casos se aplica la misma metodología que consiste en el endurecimiento de pastas de mayor o menor viscosidad por polimerización radical, a partir del momento en que se mezclan los dos componentes del cemento.

En la actualidad existe un gran interés en la aplicación de formulaciones de cementos óseos poco viscosas en vertebroplastias percutáneas (PVP) (Cotton A, Boutry N, Cortet B, Assaker R, Demondion X, Leblond D, Chastanet P, Duquesnoy B, Deramond H. "Percutaneous vertebroplasty: State of the art", Radiographics 1998, 18, 311-323). Esta técnica fue introducida por primera vez para el tratamiento de angiomas vertebrales por Galibert y Deramond en 1987 (Galibert P, Deramond R. "Preliminary note on the treatment of vertebral angioma by percutaneous acrylic vertebroplasty", Neurochirurgie 1987, 33, 166-1.68; Galibert P, Deramond R. "Percutaneous acrylic vertebroplasty as a treatment of vertebral angioma as well as painful and debilitating disease", Chirurgie 1990, 116, 326-334). Los resultados clínicos fueron muy prometedores ya que la técnica proporcionaba alivio del dolor, y su aplicación se ha extendido a otros casos como son el tratamiento de metástasis osteolítica del hueso (Weill A, Chiras J, Simon JM, Rose M, Sola-Martínez T, Enkaoua E. "Spinal metastases: Indications for and results of percutaneous injection of acrylic surgical cement", Radiology 1996, 199, 241-247), mielomas y, más recientemente se aplica en la fijación biomecánica de fracturas osteoporóticas. El efecto antálgico del PMMA probablemente está basado en su efecto mecánico a través del aumento de la densidad ósea del hueso trabecular en el lugar de la fractura, lo que conlleva una estabilización de las vértebras afectadas con respecto a fuerzas compresivas, pero también se relaciona con la inducción de necrosis tumoral y la destrucción térmica o química de terminaciones nerviosas, como consecuencia de la liberación de calor producida durante la reacción de polimerización de MMA.

Las formulaciones comerciales de cementos óseos acrílicos no están diseñadas para su aplicación en vertebroplastias siendo sus principales carencias la fluidez y radiopacidad. Con frecuencia se altera la relación sólido:líquido recomendada por los fabricantes del cemento con el fin de disminuir la viscosidad de la masa resultante y aumentar el tiempo de trabajo. Esta modificación en la formulación puede conducir a una reducción del módulo elástico y de la tensión a rotura hasta en un 24% (Jasper LE, Deramond H, Mathis JM, Belkoff SM. "The effect of monomer-to-powder ratio on the material properties of cranioplastic to the material properties of cranioplastic", Bone 1999, 25, 27S-29S). Con relación a la insuficiente radiopacidad, el cirujano suele añadir una cantidad adicional de un agente radiopaco en el momento de la aplicación. Este recurso presenta el inconveniente de que proporciona una variación en las propiedades reológicas del cemento y acorta el tiempo de trabajo disponible.

Breve descripción de la invención

La presente invención está relacionada con el desarrollo de formulaciones acrílicas con componentes bioactivos y portadoras de un fármaco antiinflamatorio y analgésico con grupos fosfato, perteneciente a la familia de los denominados agentes antiinflamatorios no esteroídicos, AINEs, que presenten adecuada inyectabilidad para su aplicación en vertebroplastias percutáneas o para la fijación biomecánica de fracturas osteoporóticas. Los cementos óseos poliméricos comerciales se vienen empleando durante las últimas décadas en este tipo de aplicación, sin embargo, se hace necesaria la alteración de la formulación para conseguir las características necesarias de las que adolecen las formulaciones comerciales.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se basa en la formulación de una composición precursora de cemento óseo acrílico fluido e inyectable cuya fase sólida comprende partículas de poli(metacrilato de metilo), PMMA o copolímeros de metacrilato de metilo con otros monómeros en una cantidad comprendida entre el 20-80%-p, un iniciador de tipo radical en una cantidad de hasta 3%-p y un fármaco antiinflamatorio no esteroídico portador de grupos fosfato de estructura general como la que se presenta en la Fórmula (I), en una cantidad de hasta 30%-p, que pueda utilizarse en su forma ácida o como sal de tipo sódica de los grupos ácidos fosfórico y carboxilo.

11

\hskip7,8cm

Fórmula (I)

donde:

R_{1} es un hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo.

R_{2} es un hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo.

R_{3} es un hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo.

R_{4} es un hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo.

La composición de la fase sólida puede contener además una cierta cantidad de un compuesto de carácter bioactivo tal como vidrio bioactivo en el sistema SiO_{2}-CaO-Na_{2}O-P_{2}O_{5}, en cantidades comprendidas entre 20-50%-p, preferiblemente 40%-p y/o nanopartículas de sílice de diferente tamaño y morfología del tipo aerosil, en cantidades comprendidas entre el 5-20%-p, todas estas cantidades respecto al peso total de la fase sólida.

La composición de la fase sólida puede contener una cierta cantidad de un compuesto radiopaco tal como sulfato de bario, dióxido de zirconio, óxido de tántalo, óxido de estroncio o compuestos orgánicos, en cantidades comprendidas entre el 20-25%-p respecto al peso total de la fase sólida.

La composición de la fase líquida comprende metacrilato de metilo monómero (MMA) en una cantidad que oscila entre 95-99%-p y una amina terciaria aromática como activador en una cantidad comprendida entre 0.5-2.5%-p, preferiblemente 1%-p, con respecto al peso total de fase líquida. En aquellos casos en donde sea deseable conseguir efectos de hipertermia locales (p. ej. recesiones tumorales óseas) se agregará ácido acrílico a la fase líquida en una cantidad comprendida entre 5-10%-p quedando el MMA en una proporción entre 85-90%-p.

La composición de la fase líquida puede incluir uno o más inhibidores en una cantidad de un 0,01%-p y/o uno o más estabilizadores en una cantidad de un 0,01%-p, donde estos compuestos pertenecen a la familia de las quinonas.

Mediante el mezclado de las diferentes fases, sólida y líquida, de cualquiera de las formulaciones descritas arriba, y la consiguiente polimerización vía radical de la fase líquida, se obtiene un cemento consistente en un material fluido susceptible de ser inyectado y finalmente curado "in situ". Esta característica permite a estas formulaciones emplearse como composiciones precursoras de cemento óseo para aplicación en cirugía mínimamente invasiva tal como vertebroplastias percutáneas o fijación de fracturas osteoporóticas. Los cementos así obtenidos presentan algunas ventajas sobre las formulaciones comerciales de cementos óseos acrílicos cuando se utilizan para esta aplicación.

Las composiciones precursoras de cemento óseo que comprende esta invención presentan tiempos de fraguado notablemente superiores a los de las formulaciones comerciales, lo que los hace adecuados para su utilización como sistemas inyectables en cirugía mínimamente invasiva.

Las composiciones precursoras de cemento óseo que comprende esta invención alcanzan temperaturas inferiores a las de las composiciones comerciales en el proceso de curado o polimerización. Esta reducción en la temperatura podría disminuir potencialmente el perjuicio ocasionado en los tejidos adyacentes durante la formación del cemento óseo "in situ".

Los cementos de la presente invención proporcionan efectos beneficiosos en el proceso de regeneración del tejido óseo, como consecuencia de la disolución del componente bioactivo y del fármaco, favoreciendo la precipitación de una capa de hidroxiapatita y proporcionando la unión íntima con el mismo.

\newpage

La presencia del fármaco portador de grupos fosfato acelera los procesos de precipitación de la capa de hidroxiapatita, fundamental para realizar la unión con el hueso.

Los cementos de la presente invención pueden considerarse como sistemas de dosificación sostenida de fármacos antiinflamatorios no esteroídicos (AINEs).

La incorporación de un AINE en los cementos de la presente invención proporciona una disminución de la respuesta inflamatoria a nivel local como se ha observado tras la implantación intramuscular de varillas en ratas.

Ejemplo 1 Formulación de cementos óseos portadores de vidrio bioactivo y de "fosfosal"

Se formularon composiciones precursoras de cemento óseo utilizando una fase líquida compuesta por el monómero metacrilato de metilo y como activador el compuesto (4-N,N-dimetilaminofenil)-metanol (DMOH). La fase sólida se constituía de partículas de poli(metacrilato de metilo) (Perlas QL), cuyas características morfológicas vienen dadas en la tabla I. Las perlas QL son perlas comerciales y fueron suministradas por Industrias Quirúrgicas de Levante.

TABLA I Características morfológicas de las perlas QL

Diámetro medio, D	33,1 \mum.
Intervalo de D	10-60 \mum.
Peso molecular promedio en número, M_{n}	64 x 10^{3}
Polidispersidad, M_{N}/M_{n}	2,02
Temperatura de transición vítrea, T_{g}	103ºC.

En diferentes experimentos se sustituyó una cierta cantidad de las perlas QL por vidrio bioactivo y "fosfosal" (sal sódica del ácido 2-fosfonoxi-benzoico) como fármaco antiinflamatorio. La composición de los vidrios bioactivos utilizados se presenta en la tabla II.

TABLA II Composición de los vidrios bioactivos empleados

Vidrios bioactivos	SiO_{2} (%-p)	CaO (%-p)	Na_{2}O (%-p)	P_{2}O_{5} (%-p)
BVCP	45,5	25,5	25,5	4,0
BVSP	45,0	27,5	27,5	-

La relación sólido: líquido fue de 1,7:1 en todos los casos. Así mismo, se ensayó una composición precursora de cemento óseo en base a PMMA en las mismas condiciones como ejemplo comparativo. Las composiciones de los cementos experimentales ensayadas se recogen en la tabla III donde se utilizan las siguientes abreviaturas:

BPO = Peróxido de benzoilo

PMMA = Poli(metacrilato de metilo)

FOS = Fosfosal

BVCP = Vidrio bioactivo con contenido en fósforo

BVSP = Vidrio bioactivo sin contenido en fósforo

MMA = Metacrilato de metilo

DMOH = (4-N,N-Dimetilaminofenil)-metanol

S:L = Relación sólido: líquido

TABLA III Composiciones precursoras de cemento óseo formuladas con vidrio bioactivo y el fármaco "fosfosal"

	Composición	Composición de
Formulación	de la fase sólida	la fase líquida
	(%-p)	(%-p)	S:L
	BPO	PMMA	FOS	BVCP	BVSP	MMA	DMOH
Ejemplo	1,5	98,5	-	-	-	99	1	1,7
Comparativo I
Ejemplo I	1,5	78,5	20	-	-	99	1	1,7
Ejemplo II	1,5	68,5	30	-	-	99	1	1,7
Ejemplo III	1,5	38,5	20	40	-	99	1	1,7
Ejemplo IV	1,5	28,5	30	40	-	99	1	1,7
Ejemplo V	1,5	38,5	20	-	40	99	1	1,7
Ejemplo VI	1,5	28,5	30	-	40	99	1	1,7

Para cada ejemplo se utilizó un total de 40 g de fase sólida y 23,5 ml de la fase líquida. Estas composiciones precursoras de cemento óseo se mezclaron para formar la pasta de cemento que en unos minutos fragua para dar lugar al cemento curado.

La temperatura pico o máxima (T_{max}) se define como la temperatura máxima alcanzada durante la reacción de polimerización y se registró de acuerdo con la norma ISO 5833. Los dos componentes de la composición precursora de cemento óseo se mezclaron y la pasta resultante se introdujo en un molde de teflón. Se colocó un termopar en el centro del molde a una altura de 3 mm en la cavidad interna. Se tomó el tiempo desde el comienzo de la mezcla de los dos componentes y se registró la temperatura. Se realizó un promedio de dos medidas para cada formulación.

El tiempo del estado pastoso (t_{pastoso}) representa el tiempo en el que la masa de cemento no se adhiere al guante quirúrgico. En este momento el cemento se implanta en el organismo por ejemplo, en la cavidad femoral.

El tiempo de fraguado (t_{fraguado}) se determinó de acuerdo con la norma ISO 5833 como el tiempo en el que la temperatura de la masa de cemento es la media aritmética de la temperatura máxima en ºC y la temperatura ambiente, 23\pm1ºC.

Los valores de los parámetros de curado para las formulaciones con composiciones recogidas en la tabla III se muestran en la tabla IV. Los valores de tiempo de fraguado de las composiciones preparadas en presencia de vidrio bioactivo y "fosfosal" fueron superiores a los obtenidos con la formulación control preparada con PMMA exclusivamente. Este aumento del tiempo de fraguado ofrece la posibilidad de utilizar estas formulaciones como sistemas inyectables. Las temperaturas pico de las composiciones precursoras que contienen "fosfosal" fueron aproximadamente 10ºC inferiores a las obtenidas con la formulación control de PMMA, mientras que aquellas de las composiciones precursoras que contienen tanto "fosfosal" como un 40%-p de cualquiera de los vidrios bioactivos fueron aproximadamente 20ºC inferiores a las del control, lo que representa un beneficio importante y significativo desde un punto de vista biológico.

TABLA IV Valores de los parámetros de curado obtenidos con las composiciones precursoras que se especifican en la tabla III. [d.s.]: desviación estándar

Formulación	T_{máx} (ºC) [d.s.]	t_{pastoso} (min) [d.s.]	t_{fraguado} (min) [d.s.]
Ejemplo comparativo I	81,1\pm[3,4]	4,3\pm[0,1]	10,7\pm[0,0]
Ejemplo I	72,0\pm[2,3]	5,8\pm[1,1]	13,4\pm[1,1]
Ejemplo II	70,8\pm[0,9]	7,2\pm[0,3]	16,2\pm[0,3]
Ejemplo III	60,3\pm[1,1]	7,3\pm[0,4]	21,0\pm[0,1]

TABLA IV (continuación)

Formulación	T_{máx} (ºC) [d.s.]	t_{pastoso} (min) [d.s.]	t_{fraguado} (min) [d.s.]
Ejemplo IV	53,4\pm[0,1]	8,2\pm[0,2]	27,5\pm[0,7]
Ejemplo V	61,2\pm[2,8]	10,8\pm[0,4]	24,0\pm[0,9]
Ejemplo VI	56,7\pm[0,8]	11,6\pm[0,1]	26,9\pm[0,1]

El contenido en monómero residual (CMR) se determinó por espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protón (^{1}H-NMR). Las muestras se almacenaron a temperatura ambiente en aire durante siete días antes de ser analizadas. Tres muestras de cada composición se disolvieron en cloroformo deuterado y los espectros se registraron en un espectrofotómetro Varian 300MHz.

Las medidas de temperatura de transición vítrea (Tg) se realizaron en un calorímetro diferencial DSC7 (Perkin Elmer) conectado a un sistema de análisis de datos térmicos TAC 7/DX. Las muestras secas se colocaron en forma de finas películas (15-20 mg) en cápsulas de aluminio y se calentaron a una velocidad constante de 10ºC x min^{-1} en el intervalo de temperaturas 50-200ºC. La T_{g} se tomó como el punto medio de la transición de la capacidad calorífica observada en el termograma correspondiente al segundo barrido.

Los valores del contenido de monómero residual y temperatura de transición vítrea de los cementos preparados con las composiciones precursoras recogidas en la tabla de la Fig. 3 se muestran en la tabla V. El contenido en monómero residual de las formulaciones que contenían "fosfosal" fue del mismo orden que el obtenido en las formulaciones de PMMA, mientras que las formulaciones que contenían vidrio bioactivo y "fosfosal" presentaron contenidos ligeramente superiores, pero siempre inferiores al 5%-p, indicando que la conversión de la reacción de polimerización realizada en presencia de un componente bioactivo y del fármaco "fosfosal" es comparable a la que se alcanza en las formulaciones de PMMA. Igualmente, los valores de temperatura de transición vítrea de las composiciones precursoras no sufrieron cambios notables con relación a la del control de PMMA.

TABLA V Valores de contenido en mónomero residual y temperatura de transición vítrea de los cementos óseos obtenidos con las composiciones precursoras que se muestran en la tabla III

Formulación	CMR (%-p)	T_{g} (ºC)
Ejemplo comparativo I	2,1	98,5
Ejemplo I	2,2	99,4
Ejemplo II	2,1	100,5
Ejemplo III	4,1	95,7
Ejemplo IV	4,1	95,7
Ejemplo V	3,2	95,6
Ejemplo VI	2,7	96,0

Ejemplo 2 Inyectabilidad de cementos óseos portadores de vidrio bioactivo o nanopartículas de sílice y de "fosfosal"

Se formularon composiciones precursoras de cemento óseo en las mismas condiciones que se describen en la tabla III donde se sustituyó el vidrio bioactivo por nanopartículas de sílice de tamaño medio de partícula 0.2-0.3 \mum
(Cab-o-sil® TS-610). Las composiciones de estas formulaciones se recogen en la tabla VI.

TABLA VI Composiciones precursoras de cemento óseo formuladas con nanopartículas de sílice y el fármaco "fosfosal"

	Composición	Composición de
Formulación	de la fase sólida	la fase líquida
	(%-p)	(%-p)	S:L
	BPO	PMMA	FOS	SiO_{2}	MMA	DMOH
Ejemplo VII	1,5	76,5	20	2	99	1	2
Ejemplo VIII	1,5	74,5	20	4	99	1	2

Los componentes sólido y líquido de las composiciones precursoras se acondicionaron a temperatura ambiente durante 2 h previamente al ensayo. Se prepararon dosis de cemento de 5 g y se cargaron en jeringas desechables de 2,5 ml (Plastipak, Becton Dickinson). Se utilizaron agujas de calibre 8 (BoneMarrow Biopsy/Aspiration Needle, Surecut BMB) de 150 mm de longitud y 2 mm de diámetro, que se acoplaron a la jeringa y a través de la cual se inyectó el cemento en un recipiente previamente tarado. El porcentaje de inyectabilidad se determinó a partir de la relación entre el peso del cemento inyectado y el peso de cemento total cargado en la jeringa. Igualmente, se realizó este mismo ensayo con formulaciones de PMMA. Los resultados de inyectabilidad de las formulaciones precursoras que se muestran en las tablas III y VI aparecen en la tabla VII.

TABLA VII Tiempos de inyección y porcentajes de inyectabilidad de las formulaciones de cementos óseos que se recogen en las tablas III y VI

Formulación	t_{inyección} (min)	Inyectabilidad (%)
Ejemplo I	3,5	83,0
Ejemplo II	4,0	84,0
Ejemplo III	6,0	79,0
Ejemplo IV	7,5	79,5
Ejemplo VII	3,5	80,0
Ejemplo VIII	3,5	81,7

Los valores de inyectabilidad de las composiciones precursoras preparadas en presencia de "fosfosal" fueron muy elevados, del orden del 85%, así como los valores de inyectabilidad de las composiciones precursoras que contienen vidrio bioactivo y "fosfosal", o nanopartículas de sílice y "fosfosal", del orden del 80%. Sin embargo, la realización del ensayo con formulaciones acrílicas de PMMA dio lugar a un 0% de masa de cemento inyectada, lo que pone de manifiesto el aumento de la fluidez de la masa de cemento en sus estadios iniciales con la incorporación de "fosfosal" y vidrio bioactivo o nanopartículas de sílice, lo que permite la inyección del cemento.

Ejemplo 3 Estudio de liberación de "fosfosal" y comportamiento "in vitro" de los cementos óseos portadores de vidrio bioactivo y "fosfosal"

Para el estudio de la liberación del fármaco "fosfosal" se prepararon placas rectangulares de dimensiones 10 cm x 1 cm y 1 mm de espesor. Las muestras se sumergieron en 10 ml de una solución de tampón de fosfato (pH = 7,0) y se mantuvieron a 37ºC durante todo el tiempo del experimento. Se tomaron muestras del medio a diferentes intervalos de tiempo reemplazándose en todos los tiempos la totalidad de la solución salina. La concentración de fosfosal liberada al medio salino se determinó por espectroscopia ultravioleta visible analizando la señal a 275 nm correspondiente al fosfosal.

La figura Fig. 1 muestra los perfiles de liberación de "fosfosal" a partir de cementos preparados con las composiciones precursoras que contienen PMMA y "fosfosal" y a partir de cementos preparados con las composiciones precursoras que contienen vidrio bioactivo y "fosfosal". Los cementos que no contienen vidrio bioactivo presentaron una liberación sostenida del fármaco cuasi lineal con el tiempo, llegando a liberar un 80%-p de "fosfosal" en un periodo de 1.50 h. Cuando los cementos han sido preparados a partir de composiciones precursoras que contienen vidrio bioactivo se produjo una liberación rápida durante las primeras 24 horas de inmersión. Los cementos que contienen el vidrio bioactivo BVCP presentaron liberación total a las 30 horas de inmersión mientras que para ese mismo periodo de tiempo los cementos que contienen BVSP produjeron liberaciones cercanas al 80%-p.

El hinchamiento de los cementos en solución de fluido fisiológico simulado (SBF) (pH = 7.4) se estudió a partir de discos de 1 cm de diámetro y 1 mm de espesor. Las muestras se sumergieron en SBF y se mantuvieron a 37ºC durante todo el tiempo del experimento. A diferentes intervalos de tiempo, se sacó la muestra de cemento correspondiente, se secó superficialmente y se pesó. A continuación se introdujo en estufa a 50ºC y se mantuvo hasta pesada constante. El grado de hidratación (H) se determinó gravimétricamente a partir de la expresión:

% H = [(W_{h}-W_{S})/W_{O}] x 100

donde W_{h} es el peso de la muestra hidratada a tiempo t, W_{s} es el peso de la muestra seca en estufa a tiempo t y W_{O} es e] peso de la muestra seca inicial. Los experimentos se realizaron por triplicado.

La variación del grado de hidratación con el tiempo que tiene lugar al sumergir los cementos preparados con vidrio bioactivo y "fosfosal" en un medio hidratado se presentan en las figuras Fig. 2A y 2B para los cementos que contienen los vidrios bioactivos BVCP y BVSP respectivamente. Los cementos preparados con las composiciones precursoras que contienen vidrio bioactivo y "fosfosal" presentaron grados de hidratación del orden de 12-16%-p, sustancialmente superiores al de la formulación control de PMMA, que oscila alrededor del 2%-p, como consecuencia de la presencia de componentes hidrofilicos en la fase sólida.

La variación de peso en solución de fluido fisiológico simulado (SBF) (pH = 7,4) se estudió a partir de discos de 1 cm de diámetro y 1 mm de espesor. Las muestras se sumergieron y se mantuvieron a 37ºC durante todo el tiempo del experimento. A diferentes intervalos de tiempo, se sacó la muestra de cemento correspondiente y se introdujo en estufa a 50ºC, manteniéndose hasta pesada constante. La pérdida de peso se determinó a partir de la expresión:

% Pérdida de peso = [(W_{O}-W_{S})/W_{O}] x 100

donde W_{O} es el peso de la muestra seca inicial y W_{S} es el peso de la muestra seca a un tiempo t de inmersión. Los experimentos se realizaron por triplicado.

Los resultados de la variación de peso que experimentan los cementos que comprende la presente invención se muestran en las figuras Fig. 3A y 3B para los cementos que contienen vidrios bioactivos BVCP y BVSP respectivamente. Independientemente del tipo de vidrio utilizado, los cementos de esta invención presentaron una pérdida de peso en medio hidratado del orden del 18-26%-p, debido a la presencia de componentes solubles en el medio como son los vidrios bioactivos y el propio fármaco "fosfosal".

La superficie de los cementos preparados a partir de las composiciones precursoras que contienen vidrio bioactivo y "fosfosal" después de su inmersión en SBF se estudió a través de técnicas espectroscópicas y microscópicas. Con el fin de estudiar la influencia del "fosfosal" en la formación de la capa de hidroxiapatita se pepararon cementos a partir de composiciones precursoras que contienen vidrio bioactivo en ausencia del fármaco. La superficie de las muestras se analizó por espectroscopia FTIR-ATR (Reflexión Total Atenuada) (Perkin Elmer, Spectrum One) y por microscopia electrónica de barrido ambiental (ESEM XL30, Philips). Así mismo se registró el espectro FTIR de HA como referencia.

La figura Fig. 4 muestra el espectro FTIR de la hidroxiapatita, donde se pueden ver las bandas de tensión características de los grupos fosfato a 1030 cm^{-1}.

Los cementos preparados con el vidrio bioactivo que no contiene óxido de fósforo (BVSP) y en ausencia de "fosfosal" no mostraron crecimiento superficial como se confirmó a través del análisis de los espectros FTIR-ATR de la superficie del cemento a diferentes intervalos de tiempo (Fig. 5). Sin embargo los cementos preparados en las mismas condiciones pero en presencia de "fosfosal" mostraron modificación superficial a los 4 días de inmersión. El espectro FTIR-ATR de la superficie del cemento a este tiempo de inmersión muestra la desaparición de las bandas propias del polímero PMMA y la aparición de una banda ancha centrada en 1025 cm^{-1} asignada al modo normal de vibración de los grupos fosfato de la hidroxiapatita (Fig. 6). Este hecho pone de manifiesto la participación de la molécula de "fosfosal" a través de los grupos fosfato, en los procesos de precipitación de la capa de hidroxiapatita. Finalmente la morfología de la capa depositada se analizó a través de microscopia de barrido ambiental. Las imágenes ESEM se muestran en las figuras Fig. 7A y 7B y reflejaron la típica morfología de los cristales de hidroxiapatita.

Los cementos preparados con el vidrio bioactivo que contiene óxido de fósforo (BVCP) y en ausencia de "fosfosal" mostraron crecimiento superficial a los 10 días de la inmersión como se confirmó a través de espectroscopia FTIR-ATR, obteniéndose un espectro a este tiempo similar al que presenta la hidroxiapatita. Así mismo para este intervalo de tiempo la morfología de la superficie analizada por ESEM mostró imágenes similares a las que se presentan en la figura Fig. 7. Los cementos preparados con el vidrio BVCP en presencia de "fosfosal" presentaron modificación superficial a los 4 días de la inmersión, lo que indica que la molécula de "fosfosal" acelera los procesos de precipitación de la sal de fosfato.

Ejemplo 4 Implantación intramuscular de varillas de cementos curados a partir de composiciones precursoras formuladas con vidrio bioactivo y "fosfosal"

Se implantaron varillas de cementos curados a partir de las composiciones precursoras que se muestran en la tabla III. Se implantaron como control varillas del cemento comercial CMW3.

Las varillas de cemento (3 mm diámetro x 15 mm longitud) se introdujeron mediante una cánula en el músculo dorsal de ratas hembra Wistar de peso medio 300 \pm 10 g. La herida se suturó con un punto de seda 3/0 y se aplicó Betadine(r). Se hicieron tres grupos correspondientes a 2, 2 y 3 animales respectivamente, que se sacrificaron a las 2, 4 y 8 semanas de la operación.

Las muestras se fijaron en una disolución tamponada de formol al 10% (tampón fosfato, pH = 7,6) y se embebieron en parafina. Se prepararon secciones histológicas que fueron teñidas según la técnica de hematoxilina-eosina. Las muestras se examinaron en un microscopio óptico Nikon Microphot-FXA.

La figura Fig. 8 muestra las imágenes histológicas de la respuesta del músculo al cemento control después de 4 y 8 semanas de la implantación. La sección transversal de tejido circundante mostró la formación de una membrana fibrosa junto con la presencia de leucocitos polimorfonucleares, macrófagos y eosinófilos. El espesor de la membrana fibrosa aumentó con el tiempo de implantación. Sin embargo, no se detectaron signos de necrosis como era de esperar debido a la implantación de un cemento curado "in vitro".

Las figuras Fig. 9A, 9B y 9C reflejan la respuesta tisular después de 2, 4 y 8 semanas de la implantación respectivamente, a la varilla de cemento preparado con PMMA y "fosfosal". El cemento de PMMA cargado con el fármaco "fosfosal" no dio lugar a la formación de una cápsula fibrótica bien diferenciada durante el tiempo de implante, como se encontró tras implantación de varillas del cemento comercial CMW3 (Fig. 8). Este fenómeno se atribuye al carácter antiinflamatorio del "fosfosal" que, actuando "in situ" da como resultado la disminución de los procesos inflamatorios y de cuerpo extraño que tienen lugar en todo proceso de implantación. El tejido muscular estriado no se vio afectado con la introducción del material, con lo que se puede afirmar que el cemento cargado con "fosfosal" es perfectamente tolerado por el organismo.

La figura Fig. 10 muestra la respuesta tisular a los cementos preparados con vidrio bioactivo y "fosfosal" a las 2 semanas de la implantación. La respuesta inflamatoria fue independiente del tipo de vidrio bioactivo empleado (Fig. l0A y 10B). A este periodo de tiempo se observó la aparición de una cápsula fibrótica caracterizada por la existencia de una zona con alta proliferación celular próxima al material implantado, formada fundamentalmente por macrófagos. La zona de la cápsula más alejada del implante fue más laxa, presentando una densidad menor, y aumentando la cantidad de edema y vascularización. En este primer periodo de tiempo también se produjo la aparición de reacción a cuerpo extraño, caracterizada por la existencia de células gigantes polinucleadas, macrófagos, linfocitos y fibroblastos.

Transcurridas 4 semanas de la implantación la zona laxa de la cápsula fibrótica presentó una mayor proliferación vascular, existiendo aun macrófagos y linfocitos característicos de la respuesta inflamatoria. Esta zona de menor densidad que la zona más próxima al implante dio lugar a la aparición de mayor cantidad de edema. La figura Fig. 11 muestra la respuesta a un cemento preparado con el vidrio bioactivo BVCP y "fosfosal". Se obtuvo una respuesta similar cuando se empleó el vidrio BVSP.

Transcurridas 8 semanas de la implantación (Fig. 12) se detectó un mayor contenido en fibroblastos y fibras de colágeno y menor contenido en edema, con abundante proliferación vascular. La cápsula fibrótica se encontró bien constituida y los elementos inflamatorios disminuyeron. Como en los casos anteriores, la respuesta fue independiente del tipo de vidrio bioactivo empleado. La figura Fig. 19 muestra la respuesta para este tiempo de implantación a un cemento preparado con el vidrio bioactivo BVSP.

Breve descripción de las figuras

Fig. 1. Perfiles de liberación de "fosfosal" con el tiempo, a partir de cementos preparados con las composiciones precursoras que se detallan en la tabla III.

Fig. 2. Variación del grado de hidratación con el tiempo, de los cementos preparados con las composiciones precursoras de la tabla III. Fig. 2A: Cementos que contienen el vidrio bioactivo BVCP. Fig. 2B: Cementos que contienen vidrio bioactivo BVSP.

Fig. 3. Pérdida de peso que experimentan los cementos que comprende la presente invención formulados con vidrio bioactivo y "fosfosal". Fig 3A: Cementos que contienen vidrio bioactivo BVCP. Fig. 3B: Cementos que contienen vidrio bioactivo BVSP.

Fig. 4. Espectro FTIR de la hidroxiapatita.

Fig. 5. Espectros FTIR-ATR de la superficie de los cementos preparados con el vidrio bioactivo BVSP en ausencia de "fosfosal" a diferentes tiempos de inmersión en SBF.

Fig. 6. Espectros FTIR-ATR de la superficie de los cementos preparados con el vidrio bioactivo BVSP en presencia de "fosfosal" a diferentes tiempos de inmersión en SBF.

Fig. 7. Micrografías ESEM de la superficie de los cementos reparados con el vidrio bioactivo BVSP en presencia de "fosfosal" a los 15 días de inmersión en SBF. Fig. 7A: x 1000. Fig. 7B: x 8000.

Fig. 8. Micrografías que muestran la respuesta histológica a la implantación intramuscular en ratas de varillas de cemento comercial CMW 3. Fig. 8A: A las 4 semanas de la implantación. Fig. 8B: A las 8 semanas de la implantación.

Fig. 9. Micrografías que muestran la respuesta histológica a la formulación preparada con PMMA y "fosfosal". Fig. 9A: Tras 2 semanas de implante (x 20). Fig. 9B: Tras 4 semanas de implante (x 20). Fig. 9C: Tras 8 semanas de implante (x 20).

Fig. 10. Micrografías que muestran la respuesta tisular a los cementos preparados con composiciones precursoras que contienen 40%-p de vidrio bioactivo y 30%-p de "fosfosal", a las 2 semanas de la implantación. Fig. 10A: Cementos que contienen vidrio bioactivo BVCP (x 20). Fig. 10B: Cementos que contienen vidrio bioactivo BVSP (x 10).

Fig. 11. Respuesta tisular a un cemento preparado con composiciones precursoras que contienen 40%-p de vidrio bioactivo BVCP y 30%-p de "fosfosal", a las 4 semanas de la implantación (x 20).

Fig. 12. Respuesta tisular a un cemento preparado con composiciones precursoras que contienen 40%-p de vidrio bioactivo BVSP y 30%-p de "fosfosal", a las 8 semanas de la implantación (x 20).

Claims

1. Una composición para su uso como composición precursora de cemento óseo acrílico fluido e inyectable caracterizada porque la fase sólida comprende un fármaco antiinflamatorio no esteroídico portador de grupos fosfato, en una cantidad comprendida entre un 20-30%-p, preferiblemente 20-25%-p con respecto al peso total de fase sólida y con estructura:

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que puede utilizarse en su forma ácida o como sal de tipo sódica de los grupos ácidos fosfórico y carboxilo donde:

R_{1} puede ser hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo,

R_{2} puede ser hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo,

R_{3} puede ser hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo,

R_{4} puede ser hidrógeno o un radical metilo, etilo, propilo isopropilo, butilo, isobutilo o tert-butilo.

2. Una composición según la reivindicación 1 caracterizada porque la fase sólida también incluye vidrio bioactivo en el sistema SiO_{2}-CaO-Na_{2}O-P_{2}O_{5}, en una cantidad comprendida entre 20-50%-p, preferiblemente 40%-p con respecto al peso total de la fase sólida.

3. Una composición según la reivindicación 1 caracterizada porque la fase sólida también incluye nanopartículas de sílice de diferente tamaño y morfología del tipo aerosil en una cantidad comprendida entre el 5-20%-p con respecto al peso total de la fase sólida.

4. Una composición según la reivindicación 1 caracterizada porque la fase sólida también incluye partículas de poli(metacrilato de metilo) prepolimerizado, PMMA, o copolímeros de MMA con otros monómeros, y porque las partículas están presentes en una cantidad comprendida entre el 20-80%-p con respecto al peso total de la fase sólida.

5. Una composición precursora de cemento óseo según las reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, caracterizada porque la fase sólida comprende uno o más iniciadores en una cantidad de hasta un 3%-p y/o uno o más agentes radiopacos en una cantidad comprendida entre 20-25%-p con respecto al peso total de la fase sólida.

6. Una composición precursora de cemento óseo según la reivindicación 5 caracterizada porque el iniciador es peróxido de benzoilo y/o el/los agentes radiopacos es/son seleccionados entre sulfato de bario, dióxido de zirconio u óxido de tántalo, óxido de estroncio y/ compuestos orgánicos.

7. Una composición precursora según las reivindicaciones 1 a 6 caracterizada porque la fase líquida comprende metacrilato de metilo, MMA, en una cantidad de 95-99%-p o MMA en una cantidad de 85-90%-p y ácido acrílico en una cantidad de 5-10%-p.

8. Una composición precursora según la reivindicación 7 caracterizada porque la fase líquida también incluye un activador basado en aminas terciarias aromáticas en cantidades de 0,5-2,5%-p, preferiblemente 1%-p, y uno o más inhibidores en una cantidad de hasta un 0,01%-p y/o uno o más estabilizadores en una cantidad de hasta un 0,01%-p.

9. Una composición precursora según la reivindicación 8 caracterizada porque el inhibidor y/o el estabilizador es un compuesto de la familia de las quinonas.

10. Una composición para su uso como composición precursora de cemento óseo inyectable caracterizada porque contiene una fase sólida y una fase líquida, donde la fase sólida comprende una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 y la fase líquida comprende una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9.

11. Un proceso de obtención de un cemento a partir de una composición según reivindicaciones 1 a 10 que comprende una fase sólida y una fase líquida, el mezclado de ambas fases y la consiguiente polimerización de la fase líquida para dar lugar a un material fluido susceptible de ser inyectado y finalmente curado "in situ".

12. Uso del cemento óseo obtenido según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, entre otros, en cirugía mínimamente invasiva para fijación de vértebras en vertebroplastia percutánea o para fijación biomecánica de fracturas osteoporóticas.