ES2245644T3

ES2245644T3 - Composiciones de biovidrio derivadas de sol-gel que contienen plata.

Info

Publication number: ES2245644T3
Application number: ES00939832T
Authority: ES
Inventors: Maria Bellantone; Nichola J. Coleman; Larry L. Hench
Original assignee: Imperial College Innovations Ltd
Current assignee: Ip2ipo Innovations Ltd
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2006-01-16
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: AU5485200A; EP1196150B1; PT1196150E; DK1196150T3; ATE302621T1; DE60022197T2; DE60022197D1; EP1196150A4; EP1196150A1; CA2377402C; US6482444B1; WO2000076486A1; CA2377402A1

Abstract

Composición que comprende vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata, en la que dicho vidrio bioactivo es un material de vidrio inorgánico que comprende SiO2, CaO, P2O5 y una sal de plata.

Description

Composiciones de biovidrio derivadas de sol-gel que contienen plata.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de biovidrio de sol-gel que contienen plata y a los procedimientos de preparación y a su utilización, por ejemplo, en la preparación de suturas biodegradables, sustitutos de injertos de huesos, matrices para su utilización en aplicaciones de ingeniería tisular.

Antecedentes de la invención

Los materiales utilizados para la implantación en el cuerpo humano destinados a sustituir el tejido dañado o enfermo deben ser biocompatibles y mecánicamente adecuados para la utilización pretendida. Los materiales metálicos y poliméricos para aplicaciones biomédicas presentan muchos problemas debido a su gran módulo de Young (en comparación con el del hueso), a la formación de una cápsula fibrosa no adherente (cuyo movimiento resultante puede conducir al deterioro de la función del implante), o a veces a sus productos de degradación.

Existe una utilización clínica creciente de vidrio bioactivo y cerámicas de vidrio debido a que ofrecen la posibilidad de mejorar la supervivencia a largo plazo de las prótesis y a la mejor reparación del hueso envejecido, enfermo o dañado. Estos materiales tienden a formar enlaces mecánicamente fuertes al hueso mediante una serie de reacciones químicas en la interfase hueso-implante. Una de las principales ventajas de la utilización de vidrio bioactivo es la capacidad para controlar la química en la superficie y al hacer esto, ejercer un control sobre la velocidad de enlace al tejido.

Se han implantado muchos biomateriales biocompatibles y bioactivos. Pueden aparecer problemas asociados de infecciones debido a la naturaleza intrínseca de una enfermedad y a la intervención quirúrgica como consecuencia de la implantación, incluso con procedimientos quirúrgicos actualmente asépticos.

Biovidrios® se utiliza con frecuencia para reparar el daño producido en los huesos, dientes y piel en los que siempre está presente el potencial para las infecciones bacterianas o micóticas. Un ejemplo importante es la osteomielitis, una de las enfermedades más peligrosas que es producida, en la mayoría de los casos, por S. aureus, Salmonella o K. kingea (en los niños).

Incluso en los casos de enfermedades no infecciosas, las condiciones postoperatorias requieren con frecuencia tratamiento antibiótico, que se administra normalmente por vía oral. Desgraciadamente, éste puede producir resistencia bacteriológica al fármaco y con frecuencia elimina la flora microbiana benigna normalmente presente en el cuerpo, conduciendo a efectos secundarios gastrointestinales.

Esfuerzos recientes se han concentrado en el desarrollo de materiales de implante modificados con propiedades antibacterianas. Dichos materiales de implante deben tener propiedades mecánicas y químicas adecuadas para la utilización pretendida. Resultaría ventajoso proporcionar materiales de implante adicionales con propiedades antibacterianas. La presente invención proporciona dichos materiales.

Sumario de la invención

Se dan a conocer composiciones de vidrio bioactivo derivadas de sol-gel que contienen plata y procedimientos de preparación y de utilización de las mismas. Las composiciones comprenden vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata, en las que dicho vidrio bioactivo es un material de vidrio inorgánico que contiene SiO_{2}, CaO, P_{2}O_{5} y una sal de plata. Las composiciones pueden estar en forma de fibras, que pueden tener cualquier diámetro comprendido entre 1 \mu y 150 \mum y pueden ser continuas o discontinuas o partículas que pueden tener cualquier diámetro comprendido por ejemplo, entre 0,5 \mum y 3 mm, o recubrimientos que pueden tener un espesor, por ejemplo, comprendido entre 0,05 y 100 \mum. Preferentemente, el vidrio bioactivo (biovidrio) utilizado en las composiciones comprende varias sales en los siguientes intervalos (porcentaje en peso de la composición de biovidrio):

SiO_{2}	40-90%
CaO	6-50%
P_{2}O_{5}	0-12%
Ag_{2}O	0,1-12%

Las fibras se pueden tejer en esteras y utilizarse para hacer estructuras útiles, por ejemplo como sustitutos de injerto de hueso y revestimientos para defectos óseos. Las fibras pueden también utilizarse para preparar estructuras tridimensionales destinadas a preformas que deben impregnarse con polímeros, por ejemplo polímeros biodegradables. Dichas estructuras pueden estar enlazadas, mediante enlace covalente o iónico, a compuestos bioactivos, por ejemplo factores de crecimiento, antibióticos, antivíricos, nutrientes y similares, para potenciar la reparación del tejido y favorecer la cicatrización.

Las composiciones, preferentemente en forma de fibras o partículas, pueden incorporarse a materiales implantados tales como implantes protésicos, suturas, endoprótesis vasculares, tornillos, placas, tubos y similares. Las composiciones en forma de partículas pueden aplicarse como capas bioactivas en implantes protésicos. Las composiciones en forma de recubrimientos de sol-gel bioactivos pueden aplicarse en la superficie o en los poros de implantes protésicos de varias configuraciones.

Las composiciones son también útiles en aplicaciones de ingeniería tisular. Una ventaja de la utilización de estas composiciones es que las propiedades antibacterianas pueden también ser comunicadas a los dispositivos utilizados para el cultivo celular in vitro y ex vivo cuando las composiciones se incorporan a dispositivos de ingeniería tisular.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

Se describen composiciones de vidrio bioactivo derivadas de sol-gel que contienen plata y procedimientos de preparación y de utilización de las mismas. Las composiciones pueden estar en forma de fibras, que pueden tener cualquier diámetro comprendido entre 1 \mu y 150 \mum y pueden ser continuas o discontinuas, partículas que pueden tener cualquier diámetro comprendido por ejemplo, entre 0,5 \mum y 3 mm, o recubrimientos que pueden tener un espesor comprendido, por ejemplo, entre 0,05 y 100 \mum. Las composiciones se preparan utilizando un procedimiento de sol-gel y se pueden utilizar en varias utilizaciones médicas, por ejemplo reparación ósea, suturas biodegradables y aplicaciones de ingenie-
ría tisular.

I. Composición

Tal como se utiliza en la presente memoria las expresiones "vidrio bioactivo" o "vidrio biológicamente activo" se refieren a un material inorgánico de vidrio que tiene un óxido de silicio como componente principal y que es capaz de unirse a tejido en desarrollo cuando reacciona con los fluidos fisiológicos.

Los vidrios bioactivos son bien conocidos por los expertos en la materia, y se dan a conocer, por ejemplo, en An Introduction to Bioceramics, L. Hench y J. Wilson, eds. World Scientific, Nueva Jersey (1993).

El vidrio comprende preferentemente entre el 40 y el 90% en peso de dióxido de silicio (SiO_{2}), entre aproximadamente el 6 y el 50% en peso de óxido de calcio (CaO), entre aproximadamente el 0 y el 12% en peso de óxido de fósforo (P_{2}O_{5}) y entre aproximadamente el 0,1 y el 12% en peso de óxido de plata (Ag_{2}O). Más preferentemente, el vidrio comprende entre el 45 y el 86% en peso de dióxido de silicio (SiO_{2}), entre aproximadamente el 10 y el 36% en peso de óxido de calcio (CaO), entre aproximadamente el 3 y el 12% en peso de óxido de fósforo (P_{2}O_{5}) y entre aproximadamente el 3 y el 12% en peso de óxido de plata (Ag_{2}O).

CaF_{2}, B_{2}O_{3}, Al_{2}O_{3}, MgO, K_{2}O y Na_{2}O pueden estar incluidos en la composición además de óxidos de silicio, sodio, fósforo y calcio. Pueden utilizarse opcionalmente otras sales de plata además del óxido de plata. El intervalo preferido para B_{2}O_{3} está comprendido entre el 0 y 10% en peso. El intervalo preferido para K_{2}O está comprendido entre el 0 y el 8% en peso. El intervalo preferido para Na_{2}O está comprendido entre el 0 y el 20% en peso. El intervalo preferido para MgO está comprendido entre el 0 y el 5% en peso. El intervalo preferido para Al_{2}O_{3} está comprendido entre el 0 y el 3% en peso.

Es preferible utilizar vidrio de calidad reactivo, especialmente ya que el vidrio se utiliza para preparar materiales que en último término pueden ser administrados a un paciente.

En una forma de realización preferida, el vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata, se forma a partir de varias sales en los siguientes intervalos (porcentaje en peso de la composición de biovidrio):

\vskip1.000000\baselineskip

SiO_{2}	45-86%
CaO	10-36%
P_{2}O_{5}	3-12%
Ag_{2}O	3-12%

En la Tabla 1 se presentan a continuación ejemplos de vidrios bioactivos derivados de sol-gel preferidos, algunos de los cuales pueden modificarse para que incluyan una cantidad antibacteriana eficaz de iones de plata utilizando los procedimientos descritos en la presente memoria.

TABLA 1 Composición (% mol.) de gel-vidrios bioactivos

Denominación	SiO_{2}	CaO	P_{2}O_{5}
49S	50	46	4
54S	55	41	4
58S	60	36	4
63S	65	31	4
68S	70	26-	4
72S	75	21	4
77S	80	16	4
86S	90	6	4

Contenidos de CaO mayores proporcionan volúmenes de poro mayores y el comienzo de la deposición de hidroxicarbonato de apatito (HCA) se acelera. Los gel-vidrios con contenidos de SiO_{2} mayores tienden a presentar áreas superficiales mayores y presentan velocidades de crecimiento mayores de formación de la capa de HCA.

Sales de plata

Se puede utilizar cualquier sal de plata adecuada que pueda incorporarse a los vidrios bioactivos utilizando un procedimiento de sol-gel. El óxido de plata es la sal preferida. Otras sales adecuadas comprenden nitrato de plata, acetato de plata, bromuro de plata y cloruro de plata. La cantidad de plata en las composiciones está comprendida generalmente en el intervalo entre aproximadamente el 0,1 y el 12 por ciento en peso, preferentemente entre aproximadamente el 3 y el 12 por ciento en peso.

El límite de toxicidad para la ingestión de sales de plata solubles es aproximadamente de 1 gramo para el hombre, pero no se considera generalmente con riesgo para la vida, así como una exposición accidental a dosis mayores de plata es extremadamente rara. La utilización indiscriminada de las preparaciones farmacéuticas que contienen plata y de los dispositivos puede conducir a reacciones tóxicas tal como argiria. La expresión "cantidad antibacteriana eficaz" de plata se refiere a una cantidad eficaz para reducir de forma significativa la cantidad de bacterias en un área próxima a la que está presente el vidrio bioactivo. Esta cantidad sería de esperar que variase dependiendo de varios factores, incluyendo el tipo de bacterias, la concentración bacteriana, el tipo de medio y la utilización deseada. Los expertos en la materia pueden determinar fácilmente la cantidad antibacteriana apropiada de plata que se debe utilizar. Las composiciones de vidrio bioactivo pueden ajustarse para que comprendan una variedad de concentraciones de iones plata.

La acción antimicrobiana de la plata ha sido comprobada en numerosas bacterias gram positivas y gram negativas y hongos, entre los que se encuentran E. coli, P. aeruginosa, S. epidermis, C. albicans. Las enzimas en las que la influencia inactivadora ha sido estudiada comprenden: urocinasa, \beta-galactosidasa, fosfomanosa-isomerasa y varias oxigenasas. Se ha supuesto que la plata ejerce su toxicidad en múltiples zonas, entre las que se encuentran la cadena respiratoria, la absorción y el almacenamiento de fosfato y la síntesis de la pared celular. El resultado global de estas alteraciones es una fuga letal de metabolismos de la célula, que incluye fosfato y potasio (K^{+}).

El mecanismo de actuación del Ag^{+} se cree que está relacionado con su acomplejamiento en las membranas, enzimas y otros componentes celulares. El ión plata es secuestrado fuertemente por grupos donantes de electrones tales como aminas, hidroxilos, fosfato y tioles. Se cree que estos últimos son los grupos quelantes más importantes, según datos microbiológicos, bioquímicos y electroquímicos. El ión plata se cree que interactúa con las moléculas de proteína a través de los restos de cisteína expuestos.

II. Procedimientos para la preparación de fibras, partículas y recubrimientos Procedimiento de sol-gel

Las composiciones se preparan utilizando un procedimiento de sol-gel. En comparación con las técnicas de producción de vidrio convencionales, existen numerosas ventajas relacionadas con el procedimiento de sol-gel: temperaturas de tratamiento más bajas, materiales más puros y más homogéneos, buen control sobre la composición final y ajuste a la medida de la superficie y de las características del poro del producto.

Los gel-vidrios derivados de alcóxido del sistema SiO_{2}-CaO-P_{2}O_{5} presentan un intervalo de composición ampliada de bioactividad sobre los vidrios bioactivos preparados por procedimientos de fusión. La diferencia en el comportamiento bioactivo se refiere directamente a la estructura de los materiales derivados de sol-gel. Los gel-vidrios presentan un área superficial mucho mayor, una concentración mayor de grupos silanol por unidad de área en la superficie y una concentración mayor de anillos de siloxano de tres y cuatro elementos metaestables. La bioactividad está influida por la textura del material así como por la composición química.

Los gel-vidrios son perfectamente adecuados como materiales de injerto de huesos, debido a sus índices de reabsorción elevados in vitro e in vivo. Además, la cantidad de especies de silicio soluble liberada durante la formación de HCA y la estimulación del crecimiento óseo mejoran en comparación con las del vidrio bioactivo procedente de la fusión.

Las composiciones se pueden preparar, por ejemplo, sintetizando una red inorgánica mezclando alcóxidos metálicos en solución, seguido de hidrólisis, gelificación y cocción para producir una matriz porosa o un vidrio denso. La cocción se puede realizar a temperaturas relativamente altas (600 a 1100ºC) y se puede realizar también a temperaturas más bajas (del orden de aproximadamente 200 a 250ºC). El procedimiento sol-gel utilizado en la presente memoria utiliza un sistema de cuatro o más componentes, incluyendo por lo menos SiO_{2}, CaO, P_{2}O_{5} y una sal de plata, por ejemplo, Ag_{2}O. En una forma de realización, el vidrio de sol-gel bioactivo que contiene plata se produce en forma de red de gel de tetraetoxisilano (TEOS), alcóxido de fósforo, nitrato de calcio y óxido de plata en solución de agua-etanol.

El procedimiento y los tipos de reacciones que tienen lugar normalmente en la formación del sol-gel, se describen con mayor detalle a continuación.

Soluciones acuosas de SiO_{2}

La primera etapa del procedimiento sol-gel implica normalmente mezclar el precursor, alcóxido de silicio, disolvente (generalmente agua) y un catalizador ácido o alcalino. Esta etapa puede afectar drásticamente la homogeneidad de un gel multicomponente, que está también influido por la naturaleza y reactividad de los precursores, la naturaleza y solubilidad de los reactivos en el disolvente seleccionado, la concentración del disolvente seleccionado, la secuencia de adición, el pH y el tiempo y temperatura de la reacción.

Tras el mezclado, el precursor del alcóxido se hidroliza a ácido silícico, que condensa a continuación para dar el gel de sílice. A continuación se muestran las reacciones de hidrólisis, en las que R es un grupo alquilo:

Si(OR)_{4} + 4H_{2}O = Si(OH)_{4} + 4ROH

RO-Si(OR)_{3} + HO-Si(OR)_{3} = (OR)_{3}Si-O-Si(OR)_{3} + ROH

HO-Si(OR)_{3}+ HO-Si(OR)_{3} = (OR)_{3}Si-O-Si(OR)_{3} + H_{2}O

Se cree que la hidrólisis tiene lugar mediante ataque nucleófilo bimolecular (S_{N}2) de agua en el átomo de Si y puede estar catalizada por ácidos o bases. La naturaleza del grupo alcóxido (R) influye en la velocidad de hidrólisis por efectos inductivos y estéricos. Cuando R es un grupo que capta electrones acelera la reacción y si el grupo R es voluminoso disminuye la velocidad de reacción.

Cuando se produce un sistema multicomponente, el precursor seleccionado es TEOS, en lugar de tetrametoxisilano (TMOS) (que solamente tarda minutos en hidrolizarse), a fin de tener mejor control sobre la velocidad de hidrólisis. Se utiliza tetraetoxifosfato (TEP) como una fuente conveniente de monómeros de fosfato. Se pueden también utilizar sales metálicas solubles, como nitratos, para introducir átomos modificadores. La condensación está catalizada por los mismos catalizadores utilizados en la hidrólisis y su velocidad de reacción varía con el valor de pH de la solución.

También afectan desde luego las condiciones de pH y el gel resultante estará solidificado. La forma y el tamaño de las unidades de la estructura polimérica se determinan mediante los valores relativos de las constantes de velocidad de las reacciones de hidrólisis y de policondensación. La hidrólisis rápida y la condensación lenta favorecen la formación de polímeros lineales; por otra parte, la hidrólisis lenta y la polimerización rápida producen polímeros mayores, más voluminosos.

A medida que las partículas de sol crecen y colisionan la condensación tiene lugar y se forman macropartículas. El sol se convierte en gel cuando puede soportar una tensión de manera elástica.

Envejecimiento

La etapa de envejecimiento implica mantener el objeto del molde durante un periodo de tiempo (normalmente entre horas y días) sumergido en líquido. Durante el envejecimiento, la policondensación continúa junto con la disolución localizada y la reprecipitación, hasta que todas las especies reactivas libres y los puntos reactivos hayan reaccionado. Este proceso, que disminuye la porosidad y la resistencia del gel, se denomina sinéresis; da lugar a que el gel se contraiga y expulse las soluciones del poro.

Junto con la sinéresis, tiene lugar otro fenómeno, denominado maduración de Ostwald. Este es un proceso irreversible que implica la disolución preferente de superficies convexas con energía potencial elevada, seguido de deposición en superficies cóncavas de baja energía. De este modo, comienzan a formarse tubuladuras entre las partículas primarias y los poros más pequeños se rellenan a expensas de los más grandes. Este procedimiento de engrosamiento es más lento normalmente comparado con la sinéresis, pero puede afectar la textura del gel, particularmente cuando tiene lugar el envejecimiento a altas temperaturas o a valores de pH altos.

Secado

Durante el secado, se elimina el líquido de la red de poros interconectados. Pueden desarrollarse tensiones capilares fuertes y dar lugar a que el gel se agriete a menos que el proceso de secado se controle disminuyendo la tensión interfacial sólido-líquido. Esto se puede conseguir de numerosas maneras: mediante adición de tensioactivo; mediante evaporación hipercrítica que elimina la interfase sólido-líquido u obteniendo tamaños de poros monodispersos a partir del control de las velocidades de hidrólisis y condensación.

Estabilización y densificación

La eliminación de los grupos silanol de la superficie produce un material poroso químicamente estable. Esto se puede conseguir utilizando procedimientos térmicos y/o químicos. Los procedimientos químicos con frecuencia implican la modificación de la superficie de la sílice sustituyendo los grupos silanol por especies más hidrófobas y menos reactivas (p. ej., cloruros y fluoruros). El calentamiento por encima de 400ºC produce una deshidratación irreversible debida al aumento de la eliminación de grupos silanol aislados y a la relajación estructural que tiene lugar.

En los sistemas multicomponentes el proceso de calcinación sirve también para degradar otras especies que no están presentes en el gel (p. ej., nitrato de calcio, Ca(NO_{3})_{2}). Las especies de nitrato son indeseables en bioaplicaciones y son también una fuente de heterogeneidad. Permanecen también en la muestra tras el secado y deben descomponerse. Obsérvese que la descomposición de Ca(NO_{3})_{2}puro tiene lugar a 561ºC. Por consiguiente esta temperatura debe ser superada durante la estabilización correcta si dichos grupos están presentes.

El calentamiento a temperaturas entre 800ºC y 1500ºC (dependiendo de la porosidad inicial, interconectividad, atmósfera y composición) densificará el gel hasta convertirse en un vidrio solidificado con una densidad sustancialmente equivalente a la de los vidrios fabricados por fusión y moldeo convencionales.

Ajuste del volumen de poro de las composiciones

Los diámetros de poro adecuados están comprendidos entre 20 y 400 \ring{A}. Pueden conseguirse diámetros de poro mayores de 0,1 micras utilizando procedimientos de sinterización y/o formación de espuma. La estructura sinterizada se puede impregnar a continuación con varios materiales, tal como los expuestos con más detalle a continuación.

Para ayudar a preparar composiciones de vidrio con gran porosidad, la composición de vidrio puede comprender un material que puede ser lixiviado preferentemente de la composición del vidrio, y, haciéndolo así, proporcionar la composición con gran porosidad. Por ejemplo, pueden mezclarse partículas diminutas de un material capaz de disolverse en un disolvente adecuado, ácido o base con o en el vidrio incorporado y posteriormente lixiviado. El resultado impide que tenga aproximadamente el mismo tamaño que la partícula que fue lixiviada. El tamaño de los poros y el grado de porosidad también depende de la cantidad de material añadido en comparación con la cantidad de vidrio. Por ejemplo, si el material lixiviado constituía aproximadamente el 80% del vidrio, entonces el vidrio sería aproximadamente 80% poroso una vez lixiviado el material. Al lixiviar la composición de vidrio, debería tenerse cuidado de no lixiviar una cantidad significativa de los componentes que añaden para la bioactividad del vidrio, es decir, los óxidos de calcio y fósforo, o las propiedades antibacterianas del vidrio, es decir, los iones de plata.

Preparación de fibras de vidrio bioactivas

Se pueden preparar fibras continuas, por ejemplo, extruyendo el sol a través de un hilador. Las fibras a continuación pueden envejecerse, secarse y estabilizarse térmicamente. Las fibras largas se pueden tejer en una malla, las fibras cortas pueden combinarse mezclándolas con un adhesivo degradable, tal como una solución de carboximetilcelulosa (CMC). El material resultante se calienta a continuación en un horno para sinterizar el material y quemar el aglutinante.

Preparación de recubrimientos de vidrio bioactivos

Se pueden preparar recubrimientos utilizando medios bien conocidos por los expertos en la materia, incluyendo la inmersión de un artículo que debe recubrirse en una solución de sol-gel apropiada que se trata a continuación para formar el sol-gel y atomizando el artículo que se ha de recubrir con partículas del vidrio bioactivo.

B. Procedimientos para la formación de la fibra en las estructuras deseadas

Una vez que la composición ha sido tejida en una fibra, por ejemplo en un hilador, la fibra resultante puede ser conformada en las estructuras deseadas. En una forma de realización, la fibra se teje nuevamente y se puede utilizar como material degradable de sutura. En otras formas de realización, la fibra se mezcla con varios componentes adicionales, incluyendo materiales poliméricos y se da forma en artículos de manufactura deseados. La formación se puede realizar mediante cualquier medio aceptable, incluyendo las técnicas de ablación por láser, extrusión y moldeo y similares.

Se puede dar forma a las fibras en una malla o tejido (tejido o sin tejer). La malla puede utilizarse, por ejemplo, en cicatrización de heridas y para cubrir heridas. En una forma de realización, las fibras se tejen en esteras u otras estructuras. El material resultante se puede utilizar para fabricar estructuras útiles, por ejemplo como sustitutos de injerto óseo y recubrimientos para defectos óseos.

Las fibras pueden también utilizarse para preparar estructuras tridimensionales destinadas a preformas que deben impregnarse con polímeros, por ejemplo polímeros biodegradables. Dichas estructuras pueden estar enlazadas, mediante enlace covalente o iónico, a compuestos bioactivos, por ejemplo factores de crecimiento, antibióticos, antivíricos, nutrientes y similares, para potenciar la reparación del tejido y favorecer la cicatrización.

Las fibras pueden incorporarse a materiales implantados, tales como implantes protésicos, suturas, endoprótesis vasculares, tornillos, placas, tubos y similares.

Las fibras (así como las partículas) son también útiles para aplicaciones en ingeniería tisular. Una ventaja de utilizar estas fibras es que las propiedades antibacterianas pueden también comunicarse a los dispositivos utilizados para los cultivos celulares in vitro y ex vivo cuando las fibras se incorporan en dispositivos de ingeniería tisular.

Cuando la fibra presenta una porosidad relativamente alta, presenta una velocidad de degradación relativamente rápida y un área superficial grande, en comparación con las composiciones de fibra de vidrio y activa no porosas. El grado de porosidad del vidrio está comprendido aproximadamente entre el 0 y el 85%, preferentemente entre aproximadamente el 10 y el 80% y más preferentemente, entre aproximadamente el 30 y el 60%.

II. Formulaciones que incluyen vidrio bioactivo

La forma del vidrio bioactivo (partículas, fibras y similares) depende en gran parte de la utilización deseada de las composiciones. Los expertos en la materia pueden seleccionar fácilmente una forma apropiada para el vidrio bioactivo destinado a una utilización deseada. Ejemplos de aplicaciones de composiciones de vidrio bioactivo derivadas de sol-gel que contienen plata descritas en la presente memoria comprenden el tratamiento quirúrgico de la inclusión periodontal y osteoinfecciones en preparaciones para curar infecciones cutáneas, la utilización como conservante en las preparaciones cosméticas, la introducción como agente antimicrobiano en productos para atención sanitaria y en detergentes como agentes conservantes antimicrobianos para intervención quirúrgica que implica la utilización de biomateriales y/o dispositivos implantados.

Además de la composición de vidrio bioactivo, las formulaciones pueden comprender otros agentes terapéuticos, tales como antibióticos, antivíricos, agentes que favorecen la cicatrización, agentes antiinflamatorios, inmunosupresores, factores de crecimiento, antimetabolitos, moléculas de adhesión celular (CAM), proteínas morfógenas óseas (BMP) agentes de vascularización, anticoagulantes y anestésicos/analgésicos tópicos.

Los antibióticos pueden ser antibióticos tópicos adecuados para el tratamiento de la piel. Ejemplos de dichos antibióticos comprenden a título no limitativo: cloranfenicol, clortetraciclina, clindamicina, clioquinol, eritromicina, framicetina, gramicidina, ácido fusídico, gentamicina, mafenida, mupiroicina, neomicina, polimixina B, bacitracina, sulfadiazina de plata, tetraciclina y clortetraciclina.

Los antivíricos adecuados comprenden antivíricos tópicos, tales como aciclovir y ganciclovir. Agentes antiinflamatorios adecuados comprenden corticoesteroides, hidrocortisona y fármacos antiinflamatorios no esteroideos. Factores de crecimiento adecuados comprenden el factor de crecimiento de fibroblastos básico (bFGF), factor de crecimiento epitelial (EGF), factores de crecimiento transformantes \alpha y \beta (TGF \alpha y \beta), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) y factor de crecimiento endotelial vascular/factor de permeabilidad vascular (VEGF/VPF)). Los anestésicos tópicos adecuados comprenden benzocaína y lidocaína.

En una forma de realización, el agente terapéutico es el que de otra forma produciría una inflamación en el punto en el que se administra, y las composiciones de vidrio bioactivo reducen la inflamación asociada. Numerosos compuestos, por ejemplo, compuestos amínicos, producen inflamación cuando se administran por vía tópica, es decir, en un parche transdérmico.

Además, el vidrio bioactivo se puede combinar con un material biocompatible, tal como un polímero biodegradable como el ácido poliláctico/glicólico para formar un material compuesto para la aceleración de la cicatrización de heridas.

La proporción de otros agentes terapéuticos varía según el agente y la naturaleza de la aplicación. Sin embargo, las proporciones preferidas son tales que la cantidad de agente administrado al paciente está comprendida en un intervalo de dosificación aceptado en la atención sanitaria habitual.

III. Artículos de fabricación que incluyen vidrio bioactivo

Las composiciones de vidrio bioactivo derivadas de sol-gel, que contienen plata se pueden incorporar en materiales implantados, tales como implantes protésicos, láminas, alfileres, válvulas, suturas, endoprótesis vasculares, tornillos, placas, tubos y similares, incorporando partículas de vidrio bioactivo en los materiales implantados. Las composiciones pueden ser moldeables o tratadas mecánicamente.

La Tabla 2, a continuación presenta una relación entre la forma de la composición de vidrio bioactivo y la función deseada. Esta tabla no pretende limitar el tipo de forma que se puede utilizar para una función deseada, sino simplemente ejemplificar tipos de formas y funciones compatibles. Las composiciones descritas en la presente memoria pueden estar en cualquiera de estas formas.

TABLA 2

Forma	Función
Polvo	Tratamiento terapéutico, regeneración del tejido, relleno de espacios
Recubrimiento	\begin{minipage}[t]{110mm} Unión del tejido, tromborresistencia, protección contra la corrosión, tratamiento terapéutico, tratamiento preventivo y crecimiento del tejido hacia dentro\end{minipage}
Volumen	Sustitución y aumento del tejido, sustitución de las partes operativas
Fibra	Suturas, estimulación eléctrica

Se dan a conocer artículos de fabricación con propiedades antibacterianas mediante la incorporación de iones plata en el vidrio bioactivo, que permiten que los artículos se implanten o utilicen en cultivos celulares, con una probabilidad reducida de contaminación bacteriológica.

Crecimiento y cultivo celular

Existen muchas soluciones utilizadas para cultivos celulares. Éstas comprenden el medio esencial mínimo de Dulbecco, la solución salina equilibrada de Hank y otros. Estas soluciones son esencialmente isotónicas con las células que se han de cultivar. Un problema asociado con el cultivo celular es con frecuencia el crecimiento de bacterias en cultivo junto con las células deseadas. El crecimiento bacteriano se puede minimizar incorporando las composiciones de vidrio bioactivo en matrices utilizadas en el cultivo celular y en aplicaciones de ingeniería tisular.

V. Procedimientos para mejorar la cicatrización de heridas

Las fibras, partículas y/o recubrimientos de vidrio bioactivo derivados de sol-gel, que contienen plata son capaces de reducir drásticamente la cantidad de tiempo necesario para que tenga lugar la cicatrización de la herida. Implantes que comprenden las fibras, partículas o recubrimientos, preferentemente fibras o partículas muy porosas, solas o en combinación con otros agentes antibacterianos, pueden aumentar el proceso de cicatrización natural. La eficacia de las fibras, partículas y recubrimientos descrita en la presente memoria está ilustrada más drásticamente en pacientes inmunes afectados cuya capacidad para cicatrizar las heridas está algo suprimida.

En una forma de realización, las fibras y/o partículas se utilizan para rellenar huecos, incluyendo los huecos creados durante los procedimientos médicos. Por ejemplo, durante una operación del conducto de la raíz, el diente perforado por fuera se puede rellenar con una composición que comprende fibras y/o partículas de vidrio bioactivo. Esto ayudará a prevenir la infección bacteriana hasta que el diente se rellene finalmente. Asimismo, las composiciones que contienen biovidrio se pueden utilizar para rellenar las bolsas que se pueden desarrollar entre los dientes y las encías. Las composiciones que comprenden fibras y/o partículas de vidrio bioactivo se pueden utilizar para rellenar huecos presentes en aneurismas y prevenir el desarrollo bacteriano en el interior del hueco relleno. Otros huecos que se pueden rellenar comprenden los formados quirúrgicamente, tales como en la extirpación del bazo, ovario, vesícula biliar o tumor.

VI. Procedimientos para injertos de piel

Los procedimientos para injertos de piel implican la aplicación de mallas o tejidos que comprenden fibras, partículas y/o recubrimientos de vidrio bioactivo derivados de sol-gel, que contienen plata a la zona del injerto o al tejido del donante antes de que se coloque en su posición deseada. Los interesados en una descripción detallada del injerto de piel deben remitirse a "Skin Grafts" en Selected Readings in Plastic Surgery, vol. 7, nº 2, P.L. Kelton, MD, Baylor University Medical Center (1992). El injerto puede también ser tratado además con un excipiente tópico antes de la colocación. La aplicación de vidrio bioactivo a injertos se pretende que aumente la probabilidad de que el injerto "prenda" y se incorpore en el lecho del anfitrión. Se pretende que el vidrio bioactivo actúe como un puente intermedio entre el anfitrión y el tejido del injerto, suprima la respuesta inflamatoria general que podría conducir al rechazo, así como que acelere el proceso de cicatrización general que conduzca a una aceptación más rápida y más exitosa.

Las fibras, partículas y/o recubrimientos de vidrio bioactivo se pueden administrar por vía local a un punto quirúrgico para minimizar las adherencias postquirúrgicas. Las composiciones pueden incorporarse opcionalmente en un material polimérico que se aplica en el punto quirúrgico. Como alternativa, se puede utilizar gel-vidrio bioactivo como recubrimiento en los materiales poliméricos que se aplican en la zona quirúrgica. Preferentemente, el material polimérico es biodegradable. Los materiales poliméricos adecuados con este objeto se dan a conocer, por ejemplo, en la patente U.S. nº 5.410.016 de Hubbell et al. Otros materiales adecuados con este fin, tales como Interceed®, agarosa y alginato reticulado, son bien conocidos por los expertos en la materia.

Los implantes biomédicos están relacionados con frecuencia con la inflamación en la zona del implante. La incorporación de fibras de vidrio bioactivas descritas en la presente memoria, en particular, las fibras de vidrio bioactivas muy porosas, en los implantes, especialmente en la superficie de los implantes, pueden reducir en gran medida la inflamación asociada a los implantes. Esto puede ser especialmente útil en materiales de sutura para minimizar la inflamación asociada a estos materiales. Las propiedades antibacterianas de las composiciones también permiten a las suturas minimizar la infección que rodea la zona de sutura.

La presente invención se entenderá más claramente haciendo referencia a los siguientes ejemplos no limitativos.

Ejemplos Ejemplo 1 Preparación de vidrios bioactivos derivados de sol-gel que contienen plata

Se ha preparado Biovidrios®sol-gel 58S dopado con plata por un procedimiento sol-gel. Las características de textura del material (área de la superficie, volumen del poro y diámetro medio del poro) se midieron por absorción con gas. La acción antimicrobiana del ge-vidrio dopado con plata se comparó con el cultivo de referencia sin ge-vidrio. Se han controlado así mismo la bioactividad y el comportamiento de la disolución en fluido corporal simulado de la muestra derivada del gel.

Preparación de los materiales

Se ha formado un vidrio bioactivo en forma del gel del sistema de tres componentes CaO-P_{2}O_{5}-SiO_{2}, es decir el 58S, en el que se ha introducido Ag_{2}O 2% (molar) en sustitución de CaO, denominado en la presente memoria 58S7Ag. Los números se refieren al porcentaje en peso de sílice y óxido de plata. Las composiciones de la mezcla del material, así como de la contrapartida 58S que no contiene plata, se enumeran en la Tabla 3. La muestra 58S7Ag se manipuló siempre en la oscuridad, utilizando una luz de seguridad y se almacenó en una caja negra para conservarla en su estado oxidado.

TABLA 3 Composición de los materiales producidos en moles y peso

\vskip1.000000\baselineskip

Material	SiO_{2}	SiO_{2}	CaO	CaO	P_{2}O_{5}	P_{2}O_{5}	Ag_{2}O	Ag_{2}O
	% p.	% mol.	% p.	% mol.	% p.	% mol.	% p.	% mol.
58S	58	60	36	36	6	4	-	-
SSS7Ag	58	60	29	34	6	4	7	2

Hidrólisis y copolimerización

Se añadieron los compuestos siguientes a agua desionizada (DI) obtenida en un purificador instantáneo Micromeg Elgostat en orden sucesivo; ácido nítrico (HNO_{3}) 2 M, tetraetoxilano (TEOS) del 99% de pureza, trietoxifosfato (TEP) del 99% de pureza A.C.S., Ca(NO_{3})_{2} \cdot4H_{2}O del 99% de pureza A.C.S. y AgNO_{3} del 99,99% de pureza. Tras dos horas de agitación moderada se vertió la mezcla en potes de polimetilpentano, sellados herméticamente y se dejó gelificar a temperatura ambiente durante dos días.

Envejecimiento

Los potes que contienen los geles se transfirieron a una estufa a 60ºC. El envejecimiento duró tres días.

Secado

Los geles envejecidos se colocaron en un vidrio de reloj en una cámara de secado más de 250 ml de agua DI. De este modo, se realizaron las condiciones de secado próximas al equilibrio, en las que la evaporación de la solución de los poros del gel fue soportada por la presión de vapor del agua.

El programa de secado comporta tres etapas, enumeradas en la Tabla 4. El gradiente de temperatura entre cada etapa fue de 0,1ºC/minuto.

TABLA 4 Programa de calentamiento durante la etapa de secado

Etapa	Tiempo (horas)	Temperatura (ºC)
1	60	20
2	90	24
3	130	40

Estabilización

La estabilización se realizó en un horno de caja a 450ºC durante 19 horas.

Caracterización de la textura Análisis de la superficie

La caracterización de la textura se realizó en sistemas de absorción con gas Quantachrome AS6 Autosorb de seis bocas y Quantachrome AS I Autosorb de una sola boca. Los instrumentos determinaron isotermas volumétricamente a 77,4 K. El gas adsorbente fue nitrógeno, N_{2}, de 99,999% de pureza. El área de la sección transversal de las moléculas de nitrógeno adsorbidas se consideró que era 0,162 nm^{2} para los fines de los cálculos de área de la superficie específica.

Antes de la adsorción con nitrógeno, se desgasificaron todas las muestras bajo presión al vacío menor de 1 Pa, a 25ºC durante 19 horas para eliminar el material físicamente adsorbido de sus superficies.

Cada isoterma comprendía un mínimo de 20 puntos de adsorción y 20 puntos de desorción medidos en el equilibrio. Por lo menos cuatro puntos de adsorción en el intervalo de presión relativa 0,05 < P/P_{0} < 0,25 (en el que P_{0}1 es la presión de vapor saturado) se utilizaron en el cálculo del área superficial de BET en cada caso. Se aseguró que la pendiente y la intersección de los gráficos BET eran positivos y que los coeficientes de correlación del momento producto no eran menores de 0,9999. Se recogieron dos isotermas de cada muestra para asegurar que los datos eran representativos. Se han utilizado datos de las segundas isotermas en la evaluación de los parámetros de textura publicados en esta memoria. Se estimaron las áreas superficiales específicas y los volúmenes de poro en relación con las masas de las muestras.

Densidad del armazón

La densidad del armazón (densidad verdadera) se midió por ultrapicnometría de helio utilizando un ultrapicnómetro 1000 de helio Quantachrome. El instrumento utiliza la ecuación de los gases perfectos PV = nRT para medir el volumen ocupado por la muestra. Se midió la masa de las muestras utilizando una balanza digital de cuatro decimales.

El instrumento se calibró inmediatamente antes de realizar los análisis. Las mediciones se repitieron 80 veces para asegurar la reproducibilidad.

Tratamiento de datos

El modelo más ampliamente empleado para la evaluación del área superficial específica es el procedimiento BET que se basa en la medición de cantidades de gas físicamente absorbidas en una superficie a la presión de equilibrio. Este procedimiento proporciona resultados fiables para las isotermas de tipo II y IV (según las clasificaciones de Brunauer y de la IUPAC).

Se obtuvieron estimaciones de volumen del poro específico a partir de la cantidad de nitrógeno absorbido por las muestras en el intervalo 0,9947 < P/P_{0} < 0,9956. Se calcularon las distribuciones del tamaño del poro a partir de los datos de desorción por el procedimiento BJH (Barret E.P., Joiner L.G. y Halenda P.P., J. Am. Chem. Soc., 73, 1951, págs. 373-380).

Se calcularon las desviaciones estándar de las medias del área superficial específica, volumen del poro específico, diámetro medio del poro, diámetro modal del poro y también ha sido evaluada la densidad del armazón. Se estimaron también los límites de confianza del 95%. Se supuso que la población de muestras estaba de acuerdo con una distribución gaussiana.

Análisis EDAX

Como el material parecía no homogéneo a simple vista (se observaban sombras blancas, rojizas y negras) se seleccionaron tres piezas de tres sombras diferentes, recubiertas con carbono y se sometieron a análisis cualitativo y cuantitativo de rayos X de energía dispersiva (EDAX). El principio subyacente de esta técnica es el siguiente: un rayo de electrones incidente da lugar a que los átomos experimenten una transición energética a un estado electrónico superior; la radiación de rayos X emitida para volver a su estado electrónico fundamental, que es característico de cada elemento, es recogida a continuación por el instrumento.

Estudio de bioactividad y disolución in vitro Preparación de una solución simulada de fluido corporal (SBF)

Todos los productos químicos requeridos para esta preparación tenían la calidad de pureza más alta disponible. Se añadieron los reactivos a 700 ml de agua DI, a 36,5ºC en agitación constante, en el siguiente orden: 7,996 g de NaCl, 0,35 g de NaHCO_{3}, 0,224 g de KCl, 0,228 g de K_{2}HPO_{4}\cdot3H_{2}O, 0,305 g de MgCl_{2}\cdot6H_{2}O, 40 ml de HCl 1N, 0,368 g de CaCl_{2}, 0,071 g de Na_{2}SO_{4} y 0,057 g de (CH_{2}OH)_{3}CNH_{2}. Se ajustó el pH a continuación con HCl 1N a 7,25, y finalmente, se llevó la solución hasta 1 litro en un matraz volumétrico. Se almacenó la solución a 40ºC en botellas de polietileno durante no más de 1 mes.

Prueba de bioactividad

La inmersión de muestras en polvo o en masa de vidrio bioactivo en SBF (que se parece a la composición del plasma sanguíneo humano) inicia las reacciones en la superficie que conducen a la deposición de una capa de HCA similar al hueso. Los resultados se presentan en la Tabla 5. La cinética de la formación de HCA observada con éste en el procedimiento experimental in vitro se correlaciona de manera adecuada con los resultados de los estudios in vivo.

TABLA 5 Concentraciones iónicas de la solución de SBF y del plasma sanguíneo humano en mmol/cc

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ión	SBF	plasma sanguíneo humano
Na^{+}	142	142,0
K^{+}	5,0	5,0
Mg^{2+}	1,5	1,5
Ca^{2+}	2,5	2,5
Cl^{-}	147	103,0
HCO_{3}^{-}	4,2	27,0
HPO_{4}^{2-}	1,0	1,0
SO_{4}^{2-}	0,5	0,5

\vskip1.000000\baselineskip

Se sumergieron muestras de 58S7Ag (cuboides que pesaban 60 mg cada uno) en 10 ml de SBF en recipientes de PMP, que se sellaron y colocaron en un baño de agua a 37ºC, en diferentes intervalos de tiempo. Cada experimento se realizó por triplicado. Se recuperaron las muestras en los tiempos requeridos y se secaron en una estufa a 60ºC durante por lo menos 4 horas. Los tiempos de inmersión oscilaron entre 1 hora y 7 días.

Se estudió la disolución de los constituyentes del ge-vidrio por análisis cuantitativo del plasma inductivamente acoplado (ICP) que se basa en la espectrometría atómica de emisión. El principio de esta técnica analítica es el siguiente: una solución del elemento cuya concentración se debe determinar, se introduce en la antorcha de ionización del ICP como aerosol acuoso, la luz emitida por los átomos o iones es detectada por el espectrómetro y la concentración se calcula por comparación con una solución patrón. La liberación de iones Si, Ca, P y Ag en la solución de SBF se controló utilizando esta técnica. Los límites de detección del instrumento para los elementos de interés fueron respectivamente 0,050, 0,100, 0,200 y 0,020 ppm.

El desarrollo de la capa de HCA se controló utilizando un espectrofotómetro FTIR de la serie Midac. Se registraron los espectros entre 400 y 1600 cm^{-1}, midiendo la radiación difusa reflejada por la superficie de la muestra en masa. Este es un análisis no destructivo que no requiere la preparación de un disco de KBr.

Pruebas antibacterianas

Se molió en polvo 58S7Ag con un mortero y una mano de mortero y se tamizó dentro del intervalo de tamaño de partícula comprendido entre 90 y 710 \mum. Se investigó el efecto antimicrobiano de las muestras en polvo en cultivos líquidos de E. coli (cepa MG1655). El medio de cultivo para la bacteria fue LB, un medio rico preparado con bacto-triptona, extracto de levadura y NaCl.

Se incubaron 5 ml de cultivo iniciador de E. coli durante 6 horas. Se inocularon a continuación 100 \mul de este cultivo en 5 ml de medio LB que contenía 100 mg y 200 mg de 58S7Ag. Se cultivó también una muestra de referencia, que contenía únicamente el inóculo celular en LB. Cada experimento se realizó por triplicado. Se colocaron los cultivos en un agitador orbital y se incubaron a 37ºC durante 20 horas.

Se estimó la acción antibacteriana a partir del porcentaje de cultivo de E. coli. Se calculó la concentración de células en suspensión a partir de las mediciones de densidad óptica de la turbidez de las soluciones utilizando un espectrofotómetro que lee la absorbancia a 600 nm. Los valores de absorbancia han sido "normalizados" sustrayendo las lecturas de densidad óptica del medio de cultivo LB no inoculado.

Tratamiento estadístico de los datos

Se compararon las medidas de las densidades ópticas de las poblaciones de la muestra (E. coli + 58S7Ag) con la población del cultivo de referencia utilizando la suposición de que sus desviaciones estándar no eran significativamente diferentes. Una estimación "combinada" de la desviación estándar S se calcula utilizando la fórmula:

Ecuación 7S^{2}\frac{\{(n_{1}-1)s^{2}_{1}+(n_{2}-1)s^{2}_{2}\}}{(n_{1} + n_{2}-2)}

en la que s_{1} y s_{2} son las dos desviaciones estándar a comparar. El valor de t (a n, + n_{2}-2 grados de libertad) está dado por:

Ecuación 8t = \frac{(\upbar{x}_{1}-\upbar{x}_{1})}{S\sqrt{1(n_{1}-1/n_{2}}}

Resultados Análisis EDAX

Se obtuvieron espectros EDAX, que confirmaron la presencia de todas las especies introducidas durante la etapa de mezclado del proceso sol-gel. Se observaron picos a 1,760, 2,020 y 3,020, así como dos picos observados en torno a 3,720 keV representan Si, P, Ag y Ca respectivamente. Con independencia del aspecto no homogéneo del material, el análisis cuantitativo EDAX mostró una homogeneidad global de la composición del 58S7Ag
(Tabla 6).

Las concentraciones relativas de los modificadores de red Ca, P y Ag son menores que la indicada por la composición de mezcla nominal, debido a la lixiviación durante la gelificación y el secado.

TABLA 6 Análisis EDAX cuantitativo en tres piezas diferentes de 58S7Ag

Muestra	SiO_{2} % (peso)	CaO % (peso)	P_{2}O_{3} % (peso)	Ag_{2}O % (peso)
1	78	17	3	2
2	75	19	2	4
3	75	20,5	0,5	4
Media	76	18,83	1,83	3,33
Desv. estand.	1,73	1,76	1,26	1,15

Caracterización de la textura

Se tomaron isotermas de adsorción de desorción de las muestras de 58S7Ag. Las isotermas eran representativas de las recogidas para todas las muestras de 58S7Ag y eran del tipo IV, lo que indica que las muestras son mesoporosas (es decir, poseen diámetro de poro comprendidos en el intervalo entre 20 y 500 \ring{A}). La histéresis en la zona multicapa de las isotermas, indicada por la desviación en la trayectoria de los datos de adsorción y desorción, está relacionada con la condensación capilar en la estructura del mesoporo. Los bucles de histéresis son del tipo H1 (anteriormente tipo A) lo que indica la presencia de poros cilíndricos de distribución estrecha de tamaño de
poro.

Los diámetros modales de poro para 58S7Ag son aproximadamente de 169 \ring{A} respectivamente. Por consiguiente, los radios de poro modales, \sim 85 \ring{A}, son considerablemente más pequeños que los radios de poro medios, 135,6 \ring{A}. La diferencia entre las dos cantidades se cree que surge de una combinación de factores: desviación de la geometría cilíndrica perfecta, del volumen relacionado con las uniones de los poros y de la existencia de un número pequeño de poros grandes.

En la Tabla 7 se presentan a continuación las características de textura de 58S7Ag.

TABLA 7 Características de la textura de 58S7Ag

58S7Ag	\begin{minipage}[t]{22mm} Área de superficie específica, Sb_{c1}(m^{2}/g)\end{minipage}	\begin{minipage}[t]{25mm} Volumen de poro específico, Vp (cm^{3}/g)\end{minipage}	\begin{minipage}[t]{22mm} Diámetro de poro medio^{+} \ring{A}\end{minipage}	\begin{minipage}[t]{22mm} Diámetro de poro modal^{+} \ring{A}\end{minipage}	\begin{minipage}[t]{20mm} Densidad verdadera g/cm^{-3}\end{minipage}
Valor medio	76,2	0,502	271,3	169,4	2,34
Desviación	5,2	0,0096	21,9	14,4	0,01
estándar, s
Desviación	6,8 %	1,9 %	8,0 %	8,5 %	0,6 %
estándar, %
\begin{minipage}[t]{23mm} Límites de confianza, 95%\end{minipage}	\pm 13,06	\pm 0,024	\pm 34,8	\pm 22,9	\pm 0,011
^{+}2V_{P}/S_{BET}

El valor calculado de la densidad aparente de 58S7Ag es 1,0759 g/cm^{-3}, lo que indica una matriz de sílice muy porosa.

Bioactividad y comportamiento de la disolución

Se tomaron espectros FTIR de 58S7Ag en función del tiempo de residencia en SBF. Los espectros presentan picos a 605 y 567 cm^{-1} correspondientes a las vibraciones por flexión de los enlaces P-O del fosfato. El pico ancho en torno a 460 cm^{-1} surge en la vibración por flexión de la sílice amorfa y el pico a 1100 cm^{-1} está asignado al modo de vibración por alargamiento del Si-O. La prueba de bioactividad in vitro para el 58S7Ag presentaba una tasa elevada de deposición de HCA. El crecimiento de hidroxiapatito es ya visible después de 3,5 horas y aumenta con el tiempo mientras que los picos de sílice se vuelven menos predominantes, como se muestra mediante los espectros FTIR.

Se obtuvieron curvas de concentración iónica a partir de análisis ICP, y estas curvas eran coherentes con los resultados del FTIR. Cada punto de datos representado era la media de tres mediciones. Tras 48 horas hubo una disminución notable en la concentración de fosfato, lo que indica precipitación de hidroxiapatito. La velocidad de disolución del silicio es todavía grande después de los 3 primeros días. La liberación muy lenta del ión plata en la solución sugiere que está fuertemente secuestrado por la red de silicato. La concentración máxima de plata observada después de 7 días fue todavía menor de 30 \muM, lo que se considera satisfactorio desde el punto de vista toxicológico.

Propiedades antibacterianas

Se determinó el efecto de 58S7Ag en MG1655 de E. coli tras 20 horas de incubación. La intensidad de la absorbancia a 600 mm es una medida de la densidad óptica, que, a su vez, es una medida de la concentración celular de E. coli. Los resultados indican que la presencia de 58S7Ag (columna marrón) inhibieron en gran medida el desarrollo de MCT1655 de E. coli, dando como resultado una concentración celular 85% menor que la referencia tras 20 horas de incubación. El ge-vidrio 58S7Ag dopado con Ag presentaba una respuesta antimicrobiana acusada.

Los datos de ICP ponen de manifiesto que la liberación de las especies de silicato de 58S7Ag continúa bien después de los tres primeros días en SBF. La liberación muy lenta de los iones plata indica que están fuertemente secuestrados por la red de silicato. Pueden ser necesarias cinéticas de disolución rápida para obtener una actuación antimicrobiana eficaz en las aplicaciones clínicas, para impedir el desarrollo de resistencia antimicrobiana. En algunas formas de realización, puede ser preferible preparar ge-vidrio bioactivo dopado con plata en el que el ión plata no esté unido fuertemente a la matriz de sílice. Esto se puede conseguir utilizando una temperatura de estabilización inferior, vidrios en forma de gel con un tamaño de poro mayor, una fracción de poros en volumen mayores o una concentración mayor del dopante de plata.

La composición en porcentaje del sistema bioactivo Si_{2}O-CaO-P_{2}O_{5}-Ag_{2}O determinada por análisis EDAX cuantitativo demuestra que el contenido existente de los modificadores de red (CaO, P_{2}O_{5}, Ag_{2}O) en el producto final es diferente del de la composición de la mezcla nominal. Este fenómeno puede atribuirse a la hidrólisis incompleta del TEP y a la lixiviación de iones solubles en la red de sílice durante la gelificación, lavado y secado.

Se ha utilizado con éxito la vía sol-gel para producir una nueva composición de ge-vidrio bioactivo que contiene óxido de plata. El material resultante es un gel-vidrio poroso que presenta las características de textura deseadas: una estructura mesoporosa con poros en forma cilíndrica que se dispersan de manera monomodal.

Una prueba de bioactividad in vitro ha demostrado que la introducción de óxido de plata al 3% en peso al sistema de tres componentes, SiO_{2}-CaO-P_{2}O_{5}, no inhibe la bioactividad. El estudio de la disolución ha confirmado que el material es capaz de liberar especies de silicato (lo que es muy importante por su efecto mitógeno in vivo) incluso después de los tres primeros días de inmersión. La velocidad de disolución de los iones plata es aplicable a eventuales aplicaciones clínicas, ya que el prerrequisito de un agente antimicrobiano eficaz consiste en una liberación inmediata y concentrada de este agente. La cinética de disolución observada indicó una velocidad de disolución lenta y constante durante un periodo de siete días. La modificación al proceso sol-gel puede proporcionar un material que puede controlar la cinética de liberación de los iones plata y adaptarse a una aplicación clínica específica.

Claims

1. Composición que comprende vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata, en la que dicho vidrio bioactivo es un material de vidrio inorgánico que comprende SiO_{2}, CaO, P_{2}O_{5} y una sal de plata.

2. Composición según la reivindicación 1, en la que la sal de plata es Ag_{2}O.

3. Composición según la reivindicación 1, en forma de partículas, fibras o recubrimientos.

4. Composición según la reivindicación 1, que comprende además uno o más agente terapéuticos.

5. Composición según la reivindicación 4, en la que el/los agente(s) terapéutico(s) se selecciona(n) de entre el grupo constituido por agentes que favorecen la cicatrización, factores de crecimiento, agentes antiinflamatorios y anestésicos tópicos.

6. Composición según la reivindicación 4, en la que el agente terapéutico es un antibiótico tópico.

7. Composición según la reivindicación 6, en la que el antibiótico tópico se selecciona de entre el grupo constituido por cloranfenicol, clortetraciclina, clindamicina, clioquinol, eritromicina, framicetina, gramicidina, ácido fusídico, gentamicina, mafenida, mupiroicina, neomicina, polimixina B, bacitracina, sulfadiazina de plata, tetraciclina, clortetraciclina y combinaciones de los mismos.

8. Composición según la reivindicación 1, en la que el vidrio bioactivo presenta una porosidad comprendida entre el 10 y el 80 por ciento.

9. Composición según la reivindicación 1, en la que el vidrio bioactivo presenta la composición siguiente en porcentaje en peso:

\small\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
  Componente  \+  \hskip2cm  \+  Porcentaje \cr 
SiO _{2}  \+ \+  40  -  90\cr  CaO \+ \+
6  -  50\cr  P _{2} O _{5}  \+ \+
0  -  12\cr  Ag _{2} O \+ \+
0,1  -  12\cr}

10. Composición según la reivindicación 1, en la que el vidrio bioactivo presenta la composición siguiente en porcentaje en peso:

\small\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
  Componente  \+  \hskip2cm  \+  Porcentaje \cr 
SiO _{2}  \+ \+ 45  -  86\cr  CaO \+ \+
10  -  36\cr  P _{2} O _{5}  \+ \+
3  -  12\cr  Ag _{2} O \+ \+
3  -  12\cr}

11. Composición según la reivindicación 9 ó 10, que comprende además uno o más de entre CaF_{2}, B_{2}O_{3}, Al_{2}O_{3}, MgO, K_{2}O y Na_{2}O.

12. Composición según la reivindicación 1, en la que el vidrio bioactivo presenta la composición siguiente en porcentaje en peso:

\small\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
  Componente  \+  \hskip2cm  \+  Porcentaje \cr 
SiO _{2}  \+ \+  45  -  86\cr  CaO \+ \+ 
6  -  50\cr  P _{2} O _{5}  \+  \+
0  -  12\cr  Ag _{2} O \+ \+  0,1  -  12\cr 
Al _{2} O _{3}  \+ \+ 0  -  3\cr  CaF _{2}  \+ \+
0  -  25\cr  B _{2} O _{3}  \+ \+
0  -  20\cr  K _{2} O \+ \+ 0  -  8\cr  MgO
\+ \+ 0  -  5\cr  Na _{2} O \+ \+
0  -  20\cr}

13. Composición según la reivindicación 1, en la que el vidrio bioactivo presenta la composición siguiente en porcentaje en peso:

\newpage

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
  Componente  \+  \hskip2cm  \+  Porcentaje \cr 
SiO _{2}  \+ \+ 45  -  86\cr  CaO \+ \+
10  -  36\cr  P _{2} O _{5}  \+ \+
3  -  12\cr  Ag _{2} O \+ \+ 3  -  12\cr 
CaF _{2}  \+ \+ 0  -  25\cr  B _{2} O _{3}  \+ \+
0  -  10\cr  K _{2} O \+ \+ 0  -  8\cr  MgO
\+ \+
0  -  5\cr}

14. Composición según la reivindicación 3, en la que las partículas, fibras o recubrimientos presentan un tamaño de poro comprendido en el intervalo de entre aproximadamente 20 a 400 angstroms.

15. Composición según la reivindicación 3, en la que las partículas, fibras o recubrimientos presentan un área superficial comprendida en el intervalo de entre aproximadamente 20 a 400 m^{2}/g.

16. Composición según la reivindicación 1, en la que la composición se ha combinado con un material biocompatible, biodegradable para formar un material compuesto.

17. Composición según la reivindicación 1, en la que la composición forma parte de una matriz utilizada en ingeniería tisular.

18. Composición según la reivindicación 3, en la que la composición está en forma de fibras.

19. Composición según la reivindicación 18, en la que la composición está incorporada en un sustituto de injerto óseo.

20. Composición según la reivindicación 1, en la que la composición está incorporada en un material implantable.

21. Composición según la reivindicación 20, en la que el material implantable se selecciona de entre el grupo constituido por implantes protésicos, láminas, alfileres, válvulas, suturas, endoprótesis vasculares, tornillos, placas y tubos.

22. Vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata según la reivindicación 1, para su utilización como sustancia farmacéuticamente activa.

23. Utilización de un vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata según la reivindicación 1, para la preparación de un medicamento destinado al tratamiento de una herida o una quemadura en un paciente.

24. Utilización de un vidrio bioactivo derivado de sol-gel que contiene plata según la reivindicación 1, para la preparación de un medicamento destinado al tratamiento de una zona de trasplante de piel en un paciente y/o en un tejido de donante para un trasplante de piel.

25. Vendaje para herida o quemadura que comprende una venda que comprende las partículas, fibras o recubrimientos de la reivindicación 3 y un antibiótico tópico.