ES2242600T3 - Composiciones de pasta osteogenica y sus usos. - Google Patents

Abstract

Una composición de pasta osteogénica efectiva para la inducción de un nuevo crecimiento óseo en un primate, que comprende: un soporte de pasta resorbible un factor osteogénico que es una proteína morfogénica ósea seleccionada entre BMP-2, BMP-4, BMP-6 o BMP-7, una proteína de mineralización LIM o una secuencia de nucleótidos que codifica dicha proteína morfogénica ósea o proteína de mineralización LIM; y un mineral de forma de partículas poroso que constituya aproximadamente entre el 40% y el 80% en volumen de la composición, siendo dicha cantidad efectiva para proporcionar un andamiaje para el desarrollo óseo a medida que se resorbe el soporte de pasta resorbible.

Description

Composiciones de pasta osteogénica y sus usos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere de forma general a composiciones de pasta osteogénica que contienen un soporte en forma de pasta y un factor osteogénico. En un aspecto específico, esta invención se refiere a composiciones de pasta osteogénica que contienen un soporte en forma de pasta, un factor osteogénico, y un componente mineral sustancial para proporcionar un andamiaje de resistencia para el crecimiento de los huesos. También se describen métodos para preparar y utilizar las composiciones de pasta osteogénica.

Antecedentes

Como antecedente adicional, se ha utilizado de forma común el injerto de hueso para aumentar la curación en el tratamiento de un amplio campo de trastornos musculoesqueléticos. Los injertos han sido efectivos en la reconstrucción o sustitución de defectos de los huesos, para aumentar la reparación de fracturas, para fortalecer artrodesis y para rellenar defectos después del tratamiento de tumores. Las técnicas de autoplastia o de autoinjertos han sido conocidas desde hace más de 100 años e incluyen el uso de hueso cortical y esponjoso como material del injerto. El uso de la autoplastia presenta varios inconvenientes incluyendo la cantidad limitada de material disponible de un potencial donante, el requerimiento de dos sitios de intrusión quirúrgica en el paciente, una elevada incidencia de morbilidad del sitio del donante, la naturaleza tediosa y compleja de las técnicas, particularmente cuando se ven implicados injertos vascularizados, y el hecho de que el hueso donado raramente puede ser de un tamaño o forma que se adecue de forma precisa a las necesidades del sitio del implante. Los aloinjertos también pueden ser utilizados en procedimientos análogos. Los aloinjertos tienen los beneficios de evitar la cirugía en dos sitios en el paciente y la eliminación del riesgo de morbilidad en el sitio del donante. Sin embargo, los aloinjertos tienen riesgos incrementados de transmisión de enfermedades y de rechazo del implante inmunogénico. Los procedimientos utilizados para reducir estos nuevos riesgos disminuyen de forma inherente la viabilidad de los aloinjertos como material de implante efectivo. Los procedimientos con aloinjertos también continúan siendo tediosos y complejos, sufren de una limitada fuente de material y tienen las mismas limitaciones en cuanto al tamaño y a la forma del implante para adaptarse de forma óptima a las necesidades del sitio del implante.

Se han desarrollado un número de composiciones para aumentar o sustituir las técnicas de autoplastia o aloinjertos con el fin de reducir o evitar los inconvenientes anteriormente mencionados. Las cerámicas tales como la hidroxiapatita, el fosfato tricálcico (TCP), y el hidroxiapatita de coralina han mostrado ser matrices osteoconductoras beneficiosas para uso como elementos de relleno y/o expansión en material de injertos óseos. Las cerámicas pueden añadir resistencia a la compresión, pero les faltan propiedades osteoinductivas y, cuando se utilizan solas, les falta fuerza y resistencia a la tensión. R. W. Bucholz, A. Carlson, R. E. Holmes, Hydroxyapatite and tricalcium phosphate bone graft substitutes. Orthop. Clin. North Am., Vol. 18(2), 1987, págs. 323-334 y R. W. Bucholz, A. Carlson, R. E. Holmes, Interporous hydroxyapatite as a bone grafo substitute in tibial plateau fractures, Clin. Orthop., Vol. 240, 1989, págs. 53-62. Además, se ha demostrado en estudios en animales, que dichas cerámicas pueden ser rellenadas con médula para proporcionar un nivel de beneficio de las células del progenitor inicial y otros factores osteogénicos. H. Ohgushi, V. M. Goldberg, A. I. Caplan, Heterotopic osteogenesis in porous ceramics induced by marrow cells, J. Orthop. Res., Vol. 7, 1989, págs. 568-578.

Las cerámicas con una base de fosfato cálcico difieren ampliamente en sus características de resorción una vez han sido implantadas. Además de otros factores, la velocidad de resorción tiende a incrementar con el área de la superficie de la cerámica, que a su vez depende de la forma de la partícula de la cerámica, del tamaño, de la densidad y de la porosidad. El TCP es degradado entre 10 y 20 veces más rápido que la hidroxiapatita. También parcialmente, como resultado, si se establece un nuevo desarrollo óseo con un implante de TCP, el TCP es generalmente remodelado mejor que la hidroxiapatita en la etapa final de la formación del hueso. Es digno de mención que el TCP es resorbido por las células de osteoclastos, mientras, la resorción mucho más lenta de la hidroxiapatita es efectuada principalmente por células gigantes extrañas al cuerpo. Las células gigantes tienen un límite que es la cantidad de hidroxiapatita que resorberán.

Las cerámicas puras no ofrecen unas características de manejo óptimas durante la implantación, pero ofrecen unas excelentes propiedades de biocompatibilidad y tienden a unirse bien al hueso existente. Ohgushi, y col. muestran el uso de la infiltración de cerámicas de médula, mientras que otros han utilizado varios aglutinantes con cerámicas granuladas para formular pastas que se pueden trabajar que solidifican para proporcionar implantes estables de forma y tamaño deseado. C. P. Desilets, L. J. Marden, A. L. Patterson y J. O. Hollinger, Development of sunthetic bone-repair materials for craneofacial reconstruction, J. Craniofacial Survery, Vol. 1(3), 1990, págs. 150-153.

Se han investigado de forma extensiva las preparaciones de matriz ósea desmineralizada (DBM) para uso como material para el implante de huesos. La DBM es preparada mediante la extracción de ácido de minerales a partir de hueso. Incluye la matriz de colágeno del hueso junto con las proteínas insolubles ácidas incluyendo proteínas morfogénicas de hueso (BMPs) y otros factores de crecimiento. La DBM puede ser procesada como gránulos aplastados, polvo o virutas. Puede ser formulada para uso como gránulos, geles, material de esponja o masilla y puede ser liofilizada para almacenamiento. Los procedimientos de esterilización requeridos para proteger a partir de la transmisión de la enfermedad pueden rehuir la actividad de factores de crecimiento beneficiosos en la DBM. La DBM proporciona una matriz osteoconductora inicial y muestra un grado de potencial osteoinductivo, induciendo la infiltración y la diferenciación de las células del osteoprogenitor a partir de los tejidos cercanos. La DBM carece de resistencia estructural y por consiguiente sólo es útil para rellenar de forma bien soportada, los defectos esqueléticos estables, tales como quistes, fracturas simples, y rellenos por autoplastia y aloinjertos. Ejemplos de productos de DBM comercialmente asequibles son Grafton® Allogenic Bone Matrix de Osteotech, Shrewbury, NJ, y Dynagraft® por Gensci Regeneration Laboratories, Irvine, CA.

Se han preparado varias combinaciones de los materiales de implantes de huesos anteriormente mencionados con el deseo de obtener los beneficios de los componentes individuales sin sus individuales desventajas. Algunas de las combinaciones han mostrado un determinado éxito, pero Y. Yamazaki, S. Shioda y S. Oida, Experimental Study on the Osteo-Induction Ability of Calcium Phosphate Biomaterials with added Bone Morphogenic Protein, Transaction of the Society for Biomaterials, 1986, pág. 111, han mostrado que no todas las combinaciones de elementos de los que se conoce que son individualmente beneficiosos para los materiales de implantes de huesos son aditivas en sus características beneficiosas o efectivas como materiales de implantes de compuesto. Yamazaki, y col. encontraron que el potencial osteogénico de la DBM y los extractos de proteína osteogénica de las mismas están inhibidos por la adición de TCP o hidroxiapatita. Todavía no se ha encontrado una composición osteogénica que sea óptima en el uso generalizado y los resultados clínicos varían ampliamente, incluso con composiciones aparentemente bien definidas. Todavía queda una necesidad de materiales de implante osteogénico mejorado que sean de forma consistente fuertemente osteoinductivos, osteoconductores, fáciles de trabajar con ellos en procedimientos quirúrgicos, y que proporcionen resistencia y estabilidad para nueva formación de huesos durante las primeras etapas del desarrollo óseo, pero que esencialmente estén completamente incorporados y remodelados en el hueso por la terminación del proceso osteogénico.

Las composiciones de cerámicas mezcladas de TCP/hidroxiapatita y colágeno son comercialmente asequibles y pueden ser mejoradas por relleno con médula de hueso autógeno antes del implante. Los compuestos son asequibles como pastas o tiras blandas y tienden a fluir fuera del sitio del implante. Por consiguiente el implante debe ser cuidadosamente retenido en el sitio hasta que el compuesto y cualquier sangrado del alrededor haya sido totalmente coagulado.

Las composiciones de gel de hueso conocidas como GRAFTON® (ver Patente U.S. No. 5.481.601) que comprenden glicerol y DBM han sido utilizadas solas y mezcladas con polvo de tipo arena. Dichas composiciones han sido utilizadas para rellenar huecos de huesos, fisuras y cavidades. GRAFTON® es asequible en hojas flexibles o como masilla, haciendo de este modo que la composición sea más fácil de trabajar con ella durante el implante. De nuevo, dichas composiciones tienden a fluir fuera del sitio del implante.

Jefferies, en la Patente U.S. 4.394.370 y 4.472.840, enseñan una composición de material de implante de hueso de colágeno y DBM o de BMP solubilizado que está reticulado de forma opcional con glutaraldehído.

Caplan y col., en la Patente U.S. 4.620.327, describen la combinación y la inmovilización parcial por reticulación química de proteínas de hueso solubles con un número de sólidos a ser implantados para la reparación/incorporación de hueso, incluyendo implantes óseos xenogénicos, aloimplantes, masas biodegradables y dispositivos prostéticos para intensificar nuevo hueso o la formación del cartílago. Ries y col., en la patente U.S. 4.623.553, describen la reticulación de glutaraldehído o de formaldehído del colágeno y la hidroxiapatita o el TCP. Ries no incluye ningún elemento ostoinductivo y se considera sólo osteoconductor.

Algunos investigadores han sugerido el uso de compuestos de TCP y/o biopolímeros del tipo poliláctido, poliglicólido o sus copolímeros y derivados de huesos en partículas o de BMP para la reconstrucción craneofacial. El TCP y los biopolímeros proporcionarían un andamiaje para la formación del hueso nuevo. Los derivados de huesos de BMP inducirían osteogénesis fuera de la lenta osteoconducción superficial inducida sólo por el TCP y los biopolímeros. Desilets, y col.

Jefferies, en la patente PCT WO 89/04646, describe los materiales de implante osteoinductivo que tienen una resistencia incrementada a la tensión por activación de superficie del DBM o BMP con glutaraldehído u otro agente de reticulación adecuado, seguido por adición a una matriz sólida porosa en donde el DBM o el BMP activado reacciona con el sólido para incrementar la resistencia de cohesión del compuesto. Jefferies también enseña la incorporación de fármacos terapéuticos en la matriz para la liberación beneficiosa lenta de los mismos durante el curso del tratamiento.

A la luz de estos antecedentes, todavía quedan necesidades para composiciones osteogénicas mejoradas y métodos que induzcan de forma efectiva y soporten el crecimiento de hueso en mamíferos, incluyendo en humanos. La presente invención está dirigida a estas necesidades.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona de forma general composiciones de pasta osteogénica incluyendo un soporte para formar la pasta tal como una pasta de gelatina y al menos un factor osteogénico tal como el BMP-2 u otra proteína morfogenética de hueso similar. Un hecho particular de la presente invención se refiere al descubrimiento de que la inclusión de un factor osteogénico estimulador de osteoblasto- y de osteoclato- en una composición para formar la pasta incluye un soporte de pasta reabsorbible causa una rápida y prematura resorción del soporte. Esta rápida resorción del soporte puede disminuir o eliminar la capacidad de la composición para formar la pasta para estimular y soportar de forma efectiva la formación de hueso nuevo en un hueco rellenado con la composición. Este es particularmente el caso en primates, incluyendo humanos, en los que la velocidad de la formación de nuevo hueso es relativamente lenta.

De acuerdo con ello, una realización preferida de la presente invención proporciona una composición de pasta osteogénica efectiva para la inducción y soporte de nuevo crecimiento óseo en un primate. La composición del implante comprende un soporte formador de paste reabsorbible, incluyendo por ejemplo una pasta preparada con una sustancia tal como gelatina, ácido hialurónico, y/o carboximetil celulosa. La composición también incluye una cantidad efectiva de un factor osteogénico, tal como una proteína morfogenética de hueso, que estimula tanto las células osteoblastos como las células osteoclastos. Además, la composición incluye una proporción sustancial de un mineral en forma de partículas que es efectivo para proporcionar un andamiaje para el desarrollo del hueso cuando el soporte de pasta reabsorbible es resorbido a una velocidad incrementada debido a la estimulación de la actividad de la célula del osteoclasto. Se proporcionan dichas composiciones preferidas de la invención cuando el soporte de pasta reabsorbible incluye gelatina, y/o cuando el soporte de pasta reabsorbible es fluido a temperaturas por encima de la temperatura corporal del mamífero en el que se va a implantar, pero que se transforma en una masa relativamente no fluida a dicha temperatura o ligeramente por encima de la misma.

De forma importante, la matriz mineral en forma de partículas constituye una proporción sustancial de la composición en pasta en su totalidad, con el fin de proporcionar un andamiaje efectivo para el desarrollo del hueso. En la mayoría de los casos, el mineral en forma de partículas tiene un tamaño de partícula promedio comprendido entre aproximadamente 0,050 y aproximadamente 5,0 mm, y constituirá entre aproximadamente el 20% y el 80% en volumen de la composición total, de forma más típica niveles superiores de aproximadamente entre el 40% y aproximadamente el 80% en volumen. El mineral en forma de partículas puede incluir, por ejemplo, un mineral natural o sintético, por ej., un material seleccionado entre el grupo que consiste en partículas de huesos, Bioglass®, fosfato tricálcico, hidroxiapatita, fosfato cálcico bifásico, hidroxiapatita de coralina, cerámica biocompatible y polímero orgánico biocompatible no reabsorbible. El fosfato cálcico bifásico es una cerámica sintética particularmente preferida para uso en la presente invención, que tiene de forma ventajosa una relación en peso de fosfato tricálcico:hidroxiapatita de aproximadamente 80:20 hasta aproximadamente 90:10.

En algunos modos preferidos de llevar a cabo la invención, el mineral comprende las partículas de hueso esponjoso o cortical que tienen un tamaño de partícula promedio comprendido entre aproximadamente 0,050 y aproximadamente 5,0 mm. Dichas partículas de hueso pueden ser de origen humano o no humano (por ej. de bovino). En otros modos, el mineral comprende fosfato tricálcico, fosfato cálcico bifásico o hidroxiapatita de un tamaño de partícula de entre aproximadamente 0,50 y aproximadamente 5,0 mm. Todavía en otro aspecto de la invención, la composición en pasta comprende además matriz de hueso desmineralizada. La relación en peso de la matriz de hueso desmineralizada respecto al soporte reabsorbible está comprendida preferiblemente entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 3:2, respectivamente.

En una forma particularmente preferida de la presente invención, se proporciona una composición de pasta osteogénica para la inducción de nuevo crecimiento óseo en un primate, que comprende:

(a) un soporte de pasta reabsorbible que comprende gelatina, estando formulado el soporte reabsorbible para ser fluido a temperaturas por encima de la temperatura corporal del mamífero, y para ser transformado en una masa no fluida a dicha temperatura corporal;

(b) una matriz ósea desmineralizada;

(c) una proteína morfogénica ósea que estimula los osteoblastos y osteoclastos, más preferiblemente la BMP-2, o la BMP-7; y

(d) partículas de hueso cortical o esponjoso, que tengan un tamaño de partícula promedio de entre aproximadamente 0,050 y aproximadamente 5,0 mm, y que constituyan entre aproximadamente el 20% y aproximadamente el 80% en volumen de la composición del implante total.

La presente invención proporciona un material para el implante osteogénico mejorado que es fuertemente osteoinductivo y que puede ser formado en formas precisas tanto antes del implante como durante el mismo procedimiento quirúrgico. La presente invención también proporciona los materiales de implante que retienen formas estables en el sitio del implante antes de que se establezca la osificación. De forma significativa, la presente invención también proporciona materiales de implante ventajosos que tienen un potencial osteoinductivo intensificado y proporcionan una matriz que es fácil de trabajar con ella durante la implantación, pero que no se resorbe antes del establecimiento del hueso en el hueco a rellenar. Dichas composiciones preferidas proporcionan un andamiaje mineral para la generación de nuevo hueso que incorporado de forma subsecuente en la matriz ósea a medida que el nuevo hueso madura. Estos y otros objetos, hechos y ventajas de la presente invención será fácilmente aparentes a partir de la siguiente descripción.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 muestra la actividad de la fosfatasa alcalina ex vivo como una función del tiempo para los implantes de rata intramusculares de matriz ósea desmineralizada, una pasta de gelatina y matriz ósea desmineralizada, y de rhBMP-2 en cada uno de los siguientes elementos: una esponja de colágeno, una pasta de gelatina y la matriz ósea desmineralizada, y en una pasta de gelatina sola.

La Figura 2 muestra el contenido de calcio de osículos explantados como una función del tiempo para los implantes de rata intramusculares de matriz ósea desmineralizada, una pasta de gelatina y la matriz ósea desmineralizada, y de rhBMP-2 en cada uno de los siguientes elementos: una esponja de colágeno, una pasta de gelatina y la matriz ósea desmineralizada, y en una pasta de gelatina sola.

Descripción de las realizaciones preferidas

Para el objetivo de favorecer la comprensión de los principios de la invención, ahora se hará referencia a ciertas realizaciones de la misma y al lenguaje específico que se utilizará para la descripción de la misma. Sin embargo, se deberá entender que no se pretende limitar el alcance de la invención, de modo que alteraciones, modificaciones y aplicaciones adicionales de los principios de la invención tal como se ilustra en la misma se deberán contemplar como normalmente lo haría un experto en la materia al que se dirige la invención.

Tal como se ha indicado anteriormente, la presente invención proporciona de forma general composiciones de pasta osteogénica incluyendo un soporte para formar pasta y una cantidad para inducir el crecimiento del hueso de un factor osteogénico tal como una proteína morfogenética ósea (BMP). La presente invención se refiere a composiciones osteogénicas efectivas para su uso en primates, en los que las composiciones muestran un elevado potencial osteoinductivo y proporcionan un andamiaje mineral resistente para soportar el desarrollo. Dichas composiciones preferidas incluyen un soporte en forma de pasta resorbible, por ejemplo una pasta acuosa incluyendo gelatina, y un factor osteogénico que estimula la acción tanto de los osteoblastos (que biológicamente facilitan la formación de hueso) como de los osteoclastos (que biológicamente facilitan la resorción del hueso). De acuerdo con la presente invención, se ha encontrado que la incorporación de cantidades inductivas efectivas de dichos factores osteogénicos, por ejemplo proteínas morfogenéticas óseas, estimulan los osteoclastos hasta un nivel en que el soporte reabsorbible es resorbido demasiado rápidamente y, en la ausencia de un componente mineral elevado en la composición, provoca el que la composición sufra en algunos casos hasta la extensión de que la observancia del desarrollo sustancial del hueso sea esporádica.

De acuerdo con ello, una característica de la presente invención es el proporcionar una composición osteogénica en forma de pasta que incluye una cantidad sustancial de un componente mineral resorbido de forma relativamente lenta que permanece en el sitio del implante después de que el soporte haya sido rápidamente resorbido, con el fin de proporcionar un andamiaje para la formación de nuevo hueso que no sea prematuramente resorbido debido a la potenciación osteoclástica por la proteína morfogénica ósea en la composición.

Hablando de forma general, las composiciones de acuerdo con la presente invención son en forma de pasta y comprenden un soporte reabsorbible, especialmente una pasta de gelatina, y un factor osteogénico tal como un BMP que estimula los osteoblastos y los osteoclastos, por ej., BMP-2 o BMP-7, especialmente BMP-2. Las composiciones preferidas de la invención incluyen también una proporción sustancial (es decir, de al menos aproximadamente un 20% en volumen) de una matriz mineral porosa, en forma de partículas, dispersada con el soporte. Dichas composiciones pueden incluir también otros componentes reabsorbibles, por ejemplo la matriz ósea desmineralizada.

Como soporte, de acuerdo con la presente invención, será biológicamente reabsorbible y contribuirá a proporcionar una forma de pasta a la composición permitiendo su implantación y retención en el sitio candidato para el desarrollo del hueso. Los soportes preferidos incluirán macromoléculas reabsorbibles a partir de fuentes biológicas o sintéticas, por ejemplo, gelatina, ácido hialurónico, carboximetil celulosa, colágeno, péptidos, y similares. En formas inventivas más preferidas, el soporte reabsorbible, especialmente la gelatina, es formulada en la composición de modo que la composición es fluida a temperaturas por encima de la temperatura corporal del mamífero al que se va a implantar el material, pero se transforma en relativamente no fluida a la temperatura del cuerpo o ligeramente superior. El soporte reabsorbible puede ser formulado en la composición de modo que el estado fluido sea un líquido o un gel fluido, y el estado no fluido sea un gel estable o un sólido. En ciertas realizaciones de la invención, el soporte reabsorbible es gelatina derivada de las especies que reciben el implante, mientras que en otras la gelatina es derivada de unas especies distintas de la del mamífero que recibe el implante.

Tal como es bien conocido, cuando la gelatina es solubilizada en soluciones acuosas tibias o calientes, las moléculas tienen poca organización. Sin embargo, cuando una solución de gelatina se deja enfriar, las moléculas de gelatina se entrelazan en una matriz de tres dimensiones y la viscosidad de la solución incrementa. A una temperatura determinada característica, una transformación de fases cambia la solución fluida en un gel no fluido. El tiempo determinado, la temperatura establecida y la densidad de la masa no fluida resultante son dependientes de varios factores incluyendo la concentración de gelatina, el peso molecular y la viscosidad intrínseca de las moléculas de gelatina y en el pH de la composición. Otros componentes de la composición pueden también afectar el tiempo y la temperatura establecidos. Los tiempos más cortos establecidos son típicamente al punto isoeléctrico de las moléculas de gelatina.

Tal como se ha indicado en los párrafos anteriores, pueden utilizarse otros soportes en lugar de o además de la gelatina, para proporcionar la composición de pasta. Las macromoléculas ilustrativas para estos objetivos incluyen, por ejemplo, ácido hialurónico, derivados de celulosa tales como carboximetil celulosa, colágenos, péptidos y similares. Estos y otros materiales similares que funcionan como agentes de espesamiento resorbibles serán adecuados, y su incorporación en las composiciones de la presente invención estará dentro de la competencia de los normalmente expertos en el campo dado de las enseñanzas de la presente invención.

Las composiciones en pasta de la invención pueden también incluir otras sustancias potencialmente osteoinductivas, incluyendo por ejemplo matriz ósea desmineralizada (DBM). Tal como se conoce en el campo, la DBM puede ser preparada por desmineralización ácida de huesos y cuando se prepara de este modo contiene, entre otros constituyentes, la matriz de colágeno del hueso y las proteínas insolubles ácidas. Se ha demostrado previamente que la DEM es medianamente osteoinductiva por si misma y tiene una matriz porosa favorable para el desarrollo del hueso. Los métodos de producción de la DBM son conocidos en el estado de la técnica y, por consiguiente, no han sido elaborados en la presente invención (ver por ejemplo, la patente U.S. 5.405.390). En una forma preferida, la DBM que tiene un tamaño de partícula comprendido entre aproximadamente 0,10 y aproximadamente 1,00 mm será incorporada en las composiciones de la presente invención. La DBM puede ser derivada de la misma o de una especie mamífera diferente a la que se va a utilizar para el material del implante. En los casos en que se utiliza, la DBM es mezclada preferiblemente con el soporte resorbible en una relación en peso comprendida entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 3:2 de DBM respecto al soporte resorbible. Las preparaciones comercialmente asequibles de la DBM son adecuadas para uso en la presente invención siempre que puedan ser uniformemente mezcladas con los demás elementos de la composición.

Tal como se ha indicado anteriormente, las composiciones en pasta preferidas de la invención incluyen también un factor osteoinductivo, tal como una proteína osteoinductiva o una secuencia de nucleótidos que codifica una proteína osteoinductiva asociada de forma operable con un promotor (por ej. proporcionada en un vector tal como un vector viral), por ejemplo una proteína morfogenética ósea o un gen que codifica la misma asociada de forma operable con un promotor que dirige la expresión del gen en el animal receptor de modo que produzca una cantidad efectiva de la proteína. La proteína morfogénica ósea (BMP) de acuerdo con esta invención es cualquier BMP capaz de estimular la diferenciación y el funcionamiento de los osteoblastos y los osteoclastos. Ejemplos de dichas BMPs son la BMP-2, BMP-4, BMP-6 y BMP-7, más preferiblemente rhBMP-2 o rhBMP-7, o aún más preferiblemente, rhBMP-2. Las BMPs recombinantes purificadas son preferidas para uso en las composiciones inventivas porque proporcionan altos potenciales osteoinductivos. Las secuencias de genes de BMP y los métodos para la producción de BMPs recombinantes y derivados de forma natural son conocidos en el estado de la técnica, y para información adicional sobre este tema se puede hacer referencia, por ejemplo, a la patente U.S. Nos. 5.108.753; 5.187.076; 5.366.875; 4.877.864; 5.108.922; 5.116.738; 5.013.649; 5.106.748; y 4.294.753; y a la publicación de patentes internacionales Nos. WO93/00432; WO94/26893; y WO94/26892. El factor osteoinductivo también puede ser la proteína de mineralización LIM (LMP) o un vector adecuado que se incorpore a un gen que codifique el mismo asociado de forma operable con un promotor, tal como se ha descrito en WO99/06563 (ver también el No. AF095585 de acceso al banco génico). Cuando se utilizan dichos vectores como factores osteogénicos de acuerdo con la invención, éstos son liberados de forma preferible conjuntamente con las células, por ejemplo células antólogas a partir del receptor del implante. De forma más preferible el vector es liberado conjuntamente con células de glóbulos blancos antólogos derivados de médula ósea o sangre periférica del receptor.

El factor osteogénico será incorporado en una cantidad que es efectiva para estimular la formación de hueso en el animal receptor. En las composiciones más preferidas que incorporan factores osteogénicos de proteína, el factor osteogénico será incorporado en una relación en pesos de aproximadamente 1:100 hasta aproximadamente 1:1000 en relación a la composición global, más preferiblemente entre aproximadamente 1:100 y aproximadamente 1:500. Tal como se deberá entender, cuando el factor osteogénico comprende una secuencia de nucleótidos, se incorporarán cantidades suficientes del vehículo liberado (vector) para causar una transducción significativa de las células, de modo que causen la generación de proteína suficiente en el sitio para inducir la formación de hueso.

El factor osteogénico puede ser incorporado en la pasta de cualquier modo adecuado, por ejemplo por pre-impregnación de las partículas minerales con el factor osteogénico antes de la mezcla con el soporte de pasta, por mezcla del factor con el soporte, o ambos. De forma alternativa o además, las cantidades del factor osteogénico pueden ser mezcladas con la mezcla de soporte/mineral inmediatamente antes de la implantación.

El mineral poroso utilizado de acuerdo con las realizaciones preferidas de la presente invención incluye un mineral natural o sintético que es efectivo para proporcionar un anadamiaje para el desarrollo del hueso ya que son resorbidos el soporte resorbible y otros elementos resorbibles más rápidamente de la composición del implante. De forma ilustrativa, la matriz mineral puede ser seleccionada entre uno o más materiales a partir del grupo que consiste en partículas de hueso, Bioglass®, fosfato tricálcico, fosfato cálcico bifásico, hidroxiapatita, hidroxiapatita coralina, y cerámicas biocompatibles. El fosfato cálcico bifásico es una cerámica sintética preferida de forma particular para uso en la invención. De forma deseable, dicho fosfato cálcico bifásico tiene una relación de fosfato tricálcico:hidroxiapatita en peso de aproximadamente desde 50:50 hasta aproximadamente 95:5, más preferiblemente aproximadamente 70:30 hasta aproximadamente 95:5, incluso más preferiblemente desde aproximadamente 80:20 hasta aproximadamente 90:10, y más preferiblemente aproximadamente 85:15.

En otro aspecto preferido de la invención, la matriz mineral incluye partículas de hueso, posiblemente esponjoso pero preferiblemente cortical, crecido para proporcionar un diámetro de partícula promedio comprendido entre aproximadamente 0,050 y 5,0 mm. Tanto las fuentes de huesos humanas como no humanas son adecuadas para uso en la presente invención, y el hueso puede ser autoinjerto, aloinjerto o xenoinjerto en relación natural al mamífero que recibirá el implante. Pueden utilizarse pre-tratamientos apropiados conocidos en el estado de la técnica para minimizar los riesgos de transmisión de enfermedades y/o reacción immunogénica cuando se utilizan partículas óseas en la matriz mineral.

En una realización de la presente invención, se utiliza el hueso xenogénico que ha sido pre-tratado para reducir o eliminar su inmunogenicidad para proporcionar la matriz mineral porosa en la composición del implante. Por ejemplo, puede utilizarse la calcinación o desproteinazación del hueso para reducir los riesgos de reacciones inmunogénicas al material del implante.

Es importante el nivel al que se incorpora el mineral en las composiciones preferidas de mineral intensificado de la invención para proporcionar propiedades osteoinductivas beneficiosas a la composición. En general, el nivel mínimo de mineral es dependiente de la actividad de la BMP en la composición; cuanto mayor es la actividad de la BMP, mayor es el contenido de la matriz mineral requerida para contabilizar la potenciación osteoclástica de la BMP. A medida que la concentración de BMP aumenta, también lo hace la velocidad de resorción del soporte resorbible y de la DBM en el caso de que esté presente. Como resultado, el contenido de mineral debe ser suficiente para proporcionar un andamiaje para el desarrollo del nuevo hueso mientras no se abrogue la integridad estructural de la composición. El mineral también debe ser de tal modo que a medida que el nuevo hueso madura, el mineral se hace una parte integral de la matriz del tejido o es resorbido durante la remodelación de nuevo hueso en el curso natural del crecimiento y del desarrollo del hueso.

En una forma preferida de la invención, el mineral constituye aproximadamente entre el 20% y aproximadamente el 80% en volumen de la composición, más preferiblemente entre aproximadamente el 40% y aproximadamente el 80%. Hablando de forma general, la cantidad de mineral en la composición de pasta será suficiente para proporcionar un andamiaje que permanezca en el paciente durante un periodo de tiempo suficiente para la formación del osteoide en el área para la que el se desea el crecimiento óseo. De forma típica, este periodo de tiempo estará comprendido entre aproximadamente 6 y aproximadamente 8 semanas.

Como mejoras adicionales de las composiciones de la presente invención, los expertos en la materia apreciarán fácilmente que pueden incorporarse a la composición otros factores intensificadores. Dichos factores adicionales incluyen, pero no están limitados a células progenitoras osteogénicas compatibles, médula ósea de autoinjerto, médula ósea de aloinjerto, factor beta de crecimiento transformante, factor de crecimiento de fibroblastos, factor de crecimiento derivado de plaquetas, factor de crecimiento de tipo insulina, microglobulina beta, antibióticos, agentes antifúngicos, agentes humectantes, glicerol, esteroides y compuestos anti-inflamatorios no esteroideos.

Para su uso, las composiciones de implante en forma de pasta de la invención serán implantadas en un sitio en el que se desee el crecimiento del hueso, por ej., para tratar una enfermedad, defecto o localización de un trauma, y/o para favorecer la artrodesis artificial. La forma de pasta de las composiciones permite su posicionamiento, darle forma y/o moldeo en los huecos, defectos u otras áreas en las que se desee el crecimiento del nuevo hueso. En el caso de las composiciones del implante que son fluidas a temperaturas superiores a las del cuerpo humano en el que se van a implantar, aunque se transforman en una masa no fluida a la temperatura del cuerpo humano o próxima a la misma, la composición se calienta a una temperatura a la que es fluida, pero que no desnaturalizará ningún factor osteogénico presente; moldeado o que se adapta de otro modo a la forma del nuevo hueso deseado; enfriado a una temperatura suficiente para transformar el material del implante osteogénico en una masa no fluida tanto in situ como implantada en el sitio en que se desea la formación del nuevo hueso después de su establecimiento. En otras situaciones preferidas, la composición de pasta no requiere calentamiento por encima de la temperatura del cuerpo (aproximadamente 37ºC) para su fluidez, por ejemplo cuando la composición en pasta es fluida a temperaturas por debajo de 37ºC y endurece o solidifica en una masa no fluida con el calentamiento o con el contacto con agente separado de endurecimiento. Dichos casos son particularmente ventajosos ya que la desnaturalización inducida por calor del factor osteogénico es de menor preocupación.

Una vez en el sitio, la pasta para las composiciones del implante de la invención será inducida de forma efectiva y soportará el desarrollo de hueso en el área deseada incluso en un sujeto primate tal como un humano que muestre una velocidad relativamente lenta de formación de hueso en comparación con mamíferos más pequeños, por ejemplo roedores o conejos. En particular, mientras que el soporte de pasta es generalmente resorbido de forma relativamente rápida, el componente mineral sustancial permanece como un andamiaje para soportar nuevo crecimiento óseo en y a través del área deseada. A este respecto, se prefiere que la matriz mineral sea seleccionada e incluida en una cantidad que proporcione una andamiaje que sea detectable en el sujeto tratado durante un periodo suficiente para la formación del osteoide en el volumen a rellenar con hueso, de forma típica entre aproximadamente 6 y aproximadamente 8 semanas. Esto facilitará la formación de hueso efectivo incluso cuando el soporte reabsorbible y otros componentes rápidamente reabsorbibles de la pasta sean eliminados de forma rápida del sitio del implante.

Las composiciones de la invención son especialmente ventajosas cuando son utilizadas en huesos o partes de huesos que son vascularizadas hasta niveles sólo moderados o bajos. Estas áreas presentan velocidades particularmente bajas de formación de hueso, y por tanto la resorción rápida del soporte supone dificultades incrementadas. Ejemplos de sitios vascularizados de forma moderada o sólo ligera incluyen, por ejemplo, procedimientos transversos u otros elementos posteriores en la columna vertebral, la diáfisis de huesos largos, en particular la diáfisis media de la tibia, y los defectos craneales.

Un uso especialmente preferido de las composiciones de pasta de la invención es como un implante para favorecer la artrodesis entre vertebrados en las fusiones espinales en humanos y otros primates, incluyendo por ejemplo técnicas de fusión intercuerpos, posterior y/o posterolateral. Aunque la velocidad de la formación de hueso en la columna vertebral del primate es relativamente lenta globalmente y de este modo beneficiará generalmente a partir de la presente invención, los elementos a fusionar en las fusiones posterior y posterolateral muestran niveles de vascularización particularmente bajos y de este modo se espera que las fusiones de estos elementos represente de forma marcada un beneficio de la invención. Además, de acuerdo con otros aspectos de la invención, las composiciones de pasta osteogénica de la invención pueden ser incorporadas en, sobre o alrededor un dispositivo de implante de soporte de carga (por ej. teniendo una resistencia a la compresión de al menos aproximadamente 10000 N) tal como una caja de fusión, clavija, u otro dispositivo que tenga un bolsillo, cámara u otra cavidad para contener una composición osteogénica, y utilizada en una fusión de columna vertebral tal como una fusión intercuerpos.

La invención será ahora descrita de forma más particular con referencia a los siguientes Ejemplos específicos. Se deberá comprender que estos Ejemplos son ilustrativos y no limitantes de la invención.

Ejemplo 1 Estudio en ratas Comparando el Efecto del rhBMP-2 en la Capacidad Osteogénica de una Matriz que Consiste en Gelatina Derivada de Colágeno y Matriz Ósea Desmineralizada (DBM)

Se asignaron al azar en dos grupos treinta ratas machos adultos Sprague-Dawley con un peso comprendido entre 200-220 g. Cada animal fue implantado de forma quirúrgica con seis muestras de 0,050 mL. Las muestras fueron insertadas en bolsillos practicados por incisión en los músculos del recto abdominal en cada lado de la línea del centro. Las muestras se situaron tres a un lado, uniformemente espaciadas en líneas que se extendían desde por debajo del esternón hasta por encima del centro de la ingle.

Dos de las seis muestras de cada animal fueron controles positivos, siendo uno solo DBM, siendo el segundo Esponja de Colágeno Absorbible Helistat® (ACS) en la que se había adsorbido 0,004 mg de rhBMP-2. A los animales del Grupo I también se les dio muestras duplicadas de una matriz inyectable de gelatina/DBM (Pasta Ósea de Gelatina) y las muestras duplicadas de la Pasta Ósea de Gelatina se mezclaron con 0,001 mg de rhBMP-2. A los animales del Grupo II se les dio muestras duplicadas de la pasta ósea de gelatina mezclada con 0,002 mg de rhBMP-2 y muestras duplicadas de la gelatina sin el DBM (Gelatina) mezclada con 0,002 mg de rhBMP-2.

Se sacrificaron cinco animales de cada grupo a cada punto de tiempo a los dos, catorce y veintiuno días. En el sacrificio, se separaron las áreas del implante y se analizaron para determinar la actividad de la fosfatasa alcalina, radiografía, densidad del hueso, histología e histomorfometría.

La Figura 1 muestra la actividad de la fosfatasa alcalina en las muestras. Una actividad incrementada es indicativa de infiltración de los implantes por células del osteoprogenitor. El tiempo y la magnitud de la actividad incrementada son evidencia del potencial osteoinductivo del implante. Las muestras de Pasta Ósea de Gelatina con rhBMP-2 mostraron picos de actividad de la fosfatasa alcalina más tempranos y superiores que los controles o la Pasta Ósea de Gelatina sola. De forma sorprendente, las muestras de 0,001 mg de rhBMP-2 dieron picos de actividad mayores que los de las muestras de 0,002 mg de rhBMP-2.

La Figura 2 muestra el contenido en calcio de los implantes escindidos. El contenido de calcio incrementado es indicativo de la formación de hueso. Al igual que con los datos de la fosfatasa alcalina, las muestras de Pasta Ósea de Gelatina con rhBMP-2 superaron tanto los controles como las muestras de Pasta Ósea de Gelatina sin rhBMP-2 en iniciar la calcificación del implante. De nuevo es sorprendente que las muestras de 0,001 mg de rhBMP-2 en las muestras de Pasta Ósea de Gelatina fueron más efectivas en iniciar la calcificación que las muestras de 0,002 mg de rhBMP-2 en Pasta Ósea de Gelatina. Es también de destacar que las muestras del día veintiuno de la concentración superior de rhBMP-2 mostraron una disminución de la calcificación en comparación con las muestras del día catorce.

Estos datos son indicativos de la potenciación osteoclástica de la rhBMP-2 respecto sus propiedades estimulantes de los osteoblastos; mayores concentraciones de rhBMP-2 estimulan la resorción de la esencialmente matriz de colágeno, limitando el potencial osteogénico de dichas matrices que no incorporan elementos de la matriz mineral para proporcionar un andamiaje prolongado para el procedimiento de formación del hueso. Debe hacerse notar que los controles de ACS conteniendo 0,004 mg de rhBMP-2 y las muestras de gelatina conteniendo 0,002 mg de rhBMP-2 tuvieron matrices más fácilmente resorbibles y dieron los resultados de calcificación más pobres respecto las muestras conteniendo rhBMP-2. Ver Figura 2.

Ejemplo 2 Estudio en Mono Comparando la Osteogenicidad de rhBMP-2 Conteniendo Matrices de Implante

Se llevaron a cabo estudios en un modelo de fusión de columna vertebral de mono para determinar la efectividad de las tres composiciones en pasta. Las composiciones fueron la pasta ósea de gelatina del Ejemplo 1, dicha pasta conteniendo trocitos de hueso de autoimplante, y dicha pasta conteniendo rhBMP-2 a un nivel único de la columna vertebral. Se utilizó cada composición en la fusión bilateral de las vértebras en monos rhesus y se analizó para determinar su capacidad para inducir nueva formación de hueso. Haciendo esto, se tomaron registros de CT cada dos meses durante un periodo de seis meses. Los resultados demostraron un crecimiento de huesos variable en los monos que recibieron la pasta del Ejemplo 1 sola y en la pasta conteniendo los trocitos de hueso de autoimplante, pero no se observó crecimiento en los monos que recibieron la pasta y rhBMP-2. Esta observación es esperable que sea debida a la prematura resorción del soporte en la pasta conteniendo rhBMP-2, no dejando ninguna matriz para el desarrollo de hueso. De acuerdo con ello, la incorporación de un componente mineral sustancial en un BMP conteniendo pasta de acuerdo con la presente invención proporcionará una matriz resistente y un andamiaje para el desarrollo del hueso, mejorando de este modo la realización.

La invención ha sido descrita anteriormente en detalle, con referencia específica a sus realizaciones preferidas. Sin embargo, será bien entendido que puede llevarse a cabo una variedad de modificaciones y adiciones a los procedimientos descritos sin separarse del alcance de la invención.

Claims (14)

1. Una composición de pasta osteogénica efectiva para la inducción de un nuevo crecimiento óseo en un primate, que comprende:

un soporte de pasta resorbible

un factor osteogénico que es una proteína morfogénica ósea seleccionada entre BMP-2, BMP-4, BMP-6 o BMP-7, una proteína de mineralización LIM o una secuencia de nucleótidos que codifica dicha proteína morfogénica ósea o proteína de mineralización LIM; y

un mineral de forma de partículas poroso que constituya aproximadamente entre el 40% y el 80% en volumen de la composición, siendo dicha cantidad efectiva para proporcionar un andamiaje para el desarrollo óseo a medida que se resorbe el soporte de pasta resorbible.

2. La composición de la reivindicación 1, que comprende además una matriz ósea desmineralizada.

3. La composición de la reivindicación 2, en la que la relación de la matriz ósea desmineralizada al soporte reabsorbible está comprendida entre aproximadamente 1:4 y aproximadamente 3:2 en peso.

4. La composición de la reivindicación 2, en donde la composición comprende entre el 5-45% en peso de soporte resorbible.

5. La composición de la reivindicación 1, en donde el soporte reabsorbible es fluido a temperaturas por encima de la temperatura del cuerpo de mamíferos, pero que se transforma en una masa no fluida a dicha temperatura corporal o ligeramente por encima de la misma.

6. La composición de la reivindicación 1, en la que el mineral está seleccionado entre el grupo que consiste en partículas óseas, biocristal, fosfato tricálcico, hidroxiapatita, hidroxiapatita de coralina, una cerámica biocompatible y un polímero orgánico biocompatible no reabsorbible.

7. La composición de la reivindicación 1, en la que el mineral comprende partículas de fosfato tricálcico, fosfato cálcico bifásico, o hidroxiapatita teniendo un diámetro de la partícula promedio de entre aproximadamente 0,050 hasta aproximadamente 5,0 mm.

8. La composición de la reivindicación 1, en la que el mineral comprende partículas de hueso de mamífero que tienen un tamaño de partícula de entre aproximadamente 0,050 hasta aproximadamente 5,0 mm.

9. La composición de la reivindicación 1, en la que el mineral comprende partículas de hueso humano cortical que tiene un diámetro de partículas promedio de entre aproximadamente 0,050 hasta aproximadamente 5,0 mm.

10. La composición de la reivindicación 1, que comprende además uno o más factores de crecimiento osteogénicos seleccionados entre el grupo que consiste en células progenitoras osteogénicas, médula ósea autográfica, médula ósea alográfica, factor beta de crecimiento transformante, factor de crecimiento de los fibroblastos, factor de crecimiento derivado de plaquetas, factor de crecimiento de tipo insulina, microglobulina beta, antibióticos, agentes antifúngicos, agentes humectantes, glicerol, esteroides y compuestos anti-inflamatorios no esteroideos.

11. Un material de implante osteogénico efectivo para la inducción de nuevo crecimiento óseo en un mamífero, que comprende:

un soporte de pasta reabsorbible que comprende gelatina, el soporte reabsorbible formulado para ser fluido a temperaturas por encima de la temperatura corporal del mamífero, y para transformarse en una masa no fluida a dicha temperatura corporal;

una matriz ósea desmineralizada;

un factor osteogénico que es una proteína morfogénica ósea seleccionada entre BMP-2, BMP-4, BMP-6 y BMP-7, una proteína de mineralización LIM o y una secuencia nucleótida que codifica dicha proteína morfogénica ósea o proteína de mineralización LIM; y

un mineral en forma de partículas que tenga un tamaño de partícula promedio de entre aproximadamente 0,050 y aproximadamente 5,0 mm, de modo que dicho mineral constituya al menos el 20% en volumen de dicha composición.

12. La composición de la reivindicación 11, en donde el mineral constituye aproximadamente entre el 20% y aproximadamente el 80% en volumen de la composición.

13. La composición de la reivindicación 11, en donde el mineral comprende partículas de hueso humano.

14. La composición de la reivindicación 11, en donde el mineral comprende partículas de hueso no humano, de modo que dichas partículas hayan sido tratadas para reducir su inmunogenicidad en humanos.