ES2311542T3 - Resina polimerica absorbible de gran consistencia. - Google Patents
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Abstract
Un método para hacer una composición de una resina polimérica absorbible que tiene una viscosidad inherente en el intervalo de 1,30 a 1,55, comprendiendo el método las etapas de: a) introducir en el recipiente de reacción una mezcla de monómeros que comprende glicólido y láctido; b) secar la mezcla de monómeros bajo una purga de gas inerte durante al menos 6 horas a una temperatura menor que 50ºC y a presión atmosférica; c) polimerizar la mezcla de monómeros a una temperatura desde 156ºC a 160ºC bajo una atmósfera de gas inerte a una presión elevada desde 1,0822 bar (1 psig) a 1,4269 bar (6 psig) durante un periodo de tiempo suficiente para producir una resina polimérica; d) secar la resina polimérica en una atmósfera de gas inerte y bajo una presión reducida de no más de 0,0267 bar (20 torr psia) manteniendo la resina polimérica a una temperatura ambiente durante al menos 4 horas, aumentando después la temperatura de la resina polimérica a una temperatura de secado de al menos 120ºC a 130ºC a una velocidad de 1ºC a 3ºC por hora, manteniendo después la temperatura de secado de la resina polimérica durante al menos 48 horas para producir una composición de una resina polimérica absorbible que tiene una viscosidad inherente caracterizada por una desviación estándar de 0,05 o menos.
Description
Resina polimérica absorbible de gran
consistencia.
La presente descripción se refiere a la
producción de resinas poliméricas bioabsorbibles, especialmente para
uso en artículos quirúrgicos de fabricación implantables. Más
particularmente, esta descripción se refiere a la producción de
polímeros bioabsorbibles que tienen una variación muy pequeña en la
viscosidad inherente dentro de cualquier composición dada del
polímero.
Los polímeros bioabsorbibles se han preparado a
partir de una variedad de monómeros que incluyen glicólido, láctido,
p-dioxanona, e-caprolactona,
carbonato de trimetilo y otros. Los homopolímeros y copolímeros
absorbibles se han usado para fabricar una amplia variedad de
dispositivos quirúrgicos implantables tales como, por ejemplo, clips
y grapas que se usan para cerrar y/o suturar tejido corporal durante
un procedimiento quirúrgico y para proporcionar hemostasis.
Los polímeros pueden caracterizarse por su peso
molecular (M) y grado de polimerización (P). El grado de
polimerización medio numérico (P.n.) define la concentración de
cadenas poliméricas separadas en el polímero. El peso molecular
medio numérico M_{n} es P.n. veces el peso molecular de las
unidades repetidas en la cadena.
La viscosidad de un polímero, \eta, se refiere
al peso molecular o grado de polimerización. En vez de determinar el
peso molecular de un polímero, se usan comúnmente medidas de la
viscosidad en la industria de polímeros absorbibles como un
indicador rápido del peso molecular del polímero. Las medidas de la
viscosidad se hacen disolviendo el polímero en una cantidad dada de
disolvente para formar una disolución y medir la resistencia al
flujo de la disolución a una temperatura dada.
Un tipo de medida de la viscosidad usada
comúnmente es la viscosidad inherente \eta_{inh}. La viscosidad
inherente \eta_{inh} se define por la ecuación
\eta_{inh} =
ln \ \eta_{r} \ / \
c
en la que \eta_{r} es la
viscosidad relativa y c está en unidades de g/100 cc de
disolución.
Los dispositivos quirúrgicos hechos de
homopolímeros o copolímeros bioabsorbibles son a menudo muy
pequeños. Las propiedades mecánicas del polímero y su estabilidad
dimensional pueden ser críticas en tales aplicaciones. Las
propiedades mecánicas del polímero dependen, al menos en parte, de
su peso molecular. Sin duda entonces, es importante tener
consistencia en el peso molecular (como se refleja por las medidas
de la viscosidad), así que tales dispositivos quirúrgicos pueden
hacerse con propiedades de absorción y resistencia uniformes.
Sin embargo, se observan frecuentemente
variaciones en la viscosidad no solo a partir de una composición del
polímero a otra usando el mismo procedimiento, sino incluso dentro
de la misma composición del polímero. Sería ventajoso minimizar las
variaciones en el peso molecular, como se ha medido por viscosidad,
en composiciones de polímeros bioabsorbibles.
Se proporcionan en este contexto polímeros
absorbibles que son altamente consistentes con respecto a la
viscosidad inherente. Específicamente, los polímeros preparados
según esta descripción tienen una viscosidad inherente caracterizada
por una desviación estándar de alrededor de 0,05 o menos. Se
describen también en este contexto los métodos para producir una
composición de una resina polimérica absorbible con una viscosidad
inherente caracterizada por una desviación estándar de alrededor de
0,05 o menor.
Se describen en este contexto los métodos en
términos de producción de un copolímero de
glicólido-láctido absorbible.
La desviación estándar, \sigma, de una
distribución de elementos en una población se define según la
siguiente fórmula matemática:
en la que N es el número de
elementos en la población y \mu es el valor medio, o
promedio:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En una distribución normal, o Gaussiana, una
representación gráfica de una muestra al azar se representa por una
curva en forma de campana en la que el 68,3% de la población cae
dentro de los límites definidos por \mu-\sigma y
\mu+\sigma.
La desviación estándar, \sigma, de la
viscosidad inherente dentro de una composición individual del
polímero como se ha producido según el método de este contexto, no
será más que alrededor de 0,05, preferentemente no más que alrededor
de 0,025 y más preferentemente no más que alrededor de 0,01. Así, si
se determina la viscosidad inherente por muestreo múltiple de la
composición del polímero, las lecturas de la viscosidad presentarán
una baja variabilidad. Esto es, las medidas de la viscosidad más
altas y más bajas estarán cerca de la medida promedio. Por
consiguiente, la consistencia del polímero producido por el método
de este contexto es alta.
El término "composición" como se ha usado
en este contexto, se refiere a la cantidad de polímero recuperado
del recipiente de polimerización. Si la polimerización se efectúa a
escala laboratorio, la composición puede ser tan solo de 0,2 kg de
copolímero. A escala piloto, la composición puede ser típicamente de
alrededor de 1 a alrededor de 10 kg de copolímero. Normalmente, las
composiciones a escala comercial contienen de alrededor de 20 a
alrededor de 200 kg o más de copolímero.
La expresión "desviación de la viscosidad de
la composición" o "BVD" como se ha usado en este contexto se
refiere a la desviación estándar de al menos diez medidas de la
viscosidad inherente en diez muestras diferentes seleccionadas al
azar de una composición individual del copolímero.
Los copolímeros absorbibles particularmente
útiles según los métodos descritos en este contexto contienen al
menos alrededor de 15% (por ciento en moles), pero no más que
alrededor de 30% de glicólido, así que la grapa u otros dispositivos
quirúrgicos implantables hechos del copolímero no es excesivamente
frágil, presenta un perfil de absorción aceptable y no es más que
alrededor de 20% cristalina. Preferentemente, el copolímero es
sustancialmente amorfo. Como se ha usado en este contexto,
"sustancialmente amorfo" quiere decir que tiene 10% o menos de
cristalinidad. El copolímero normalmente no debería ser más de 20%
cristalino, así que la grapa no será más de 10% cristalina. La
cristalinidad disminuye normalmente con procedimientos que calientan
el copolímero por encima del reblandecimiento y después lo enfrían
rápidamente suficientemente para impedir la reorientación (por
ejemplo, los procedimientos típicos de moldeo por inyección usados
para fabricar muchos tipos de dispositivos quirúrgicos). Con esos
procedimientos, el copolímero por sí mismo puede tener relativamente
alta cristalinidad. Con procedimientos en los que la cristalinidad
no disminuye apreciablemente, el copolímero debe por sí mismo ser de
baja cristalinidad para el dispositivo quirúrgico producido por el
procedimiento para ser sustancialmente amorfo.
El copolímero anterior que se está formando en
el dispositivo quirúrgico debería tener una viscosidad inherente
\eta_{inh} de al menos 1,3 cuando se mide en cloroformo a 30ºC en
una concentración de 0,25 g/dl (gramos de copolímero por decilitro
de disolución). Puede usarse un viscosímetro Ubbelohde para medir la
viscosidad. Cuando el dispositivo quirúrgico que se está formando es
una grapa, la grapa debería tener una viscosidad inherente
\eta_{inh} de al menos 0,9, que corresponde a un peso molecular
medio de alrededor de 90.000. (El procedimiento para formar la grapa
a partir del copolímero tiende a reducir la viscosidad
inherente).
La temperatura de transición vítrea cuando se
mide por calorimetría diferencial de barrido a 20ºC/min debería ser
al menos 56ºC para el copolímero antes de formarse en un dispositivo
quirúrgico y al menos 54ºC y preferentemente al menos 56ºC después
de que se forme el dispositivo. (El procedimiento de formación de la
grapa tiende a reducir también la temperatura de transición
vítrea).
Puede usarse un Calorímetro Diferencial de
Barrido Modelo DSC-2 de Perkin-Elmer
para medir la temperatura de transición vítrea (Tg). De siete a ocho
mg de la muestra se cierran en una bandeja de muestras de aluminio,
que se colocó después en la cabeza de medida del calorímetro. La
muestra se calienta para sustituir toda la tensión y orientación,
que puede causar efectos térmicos espurios (por ejemplo, calentada a
una velocidad de 20ºC/min a una temperatura de
170-180ºC) y después se enfría a 10ºC/min a una
temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea
esperada (típicamente a 0ºC). La muestra se escanea a una velocidad
de calentamiento de 20ºC/min durante la transición vítrea. La
temperatura de transición vítrea se toma como el punto medio de la
región de transición. Véase Collins et al. Experiments In
Polymer Science, páginas 432-433 (1973).
Las grapas quirúrgicas fabricadas del polímero
hecho según el método descrito en este contexto conservará su
resistencia in vivo para periodos variables de tiempo,
dependiendo de la construcción particular de la grapa (por ejemplo,
grapa o clip) y de las características del copolímero particular
usado. Deseablemente, las grapas conservarán una adecuada
resistencia in vivo durante al menos alrededor de dos a tres
semanas y los clips conservarán su resistencia in vivo
durante al menos alrededor de una semana. Normalmente, al menos el
95% de una grapa quirúrgica se absorberá en el cuerpo dentro de seis
a ocho meses de la implantación. En ciertos casos, puede ser
deseable usar grapas que se absorban más lentamente.
Cualquier composición dada del copolímero
glicólido-láctido preparada según los métodos
descritos en este contexto tiene una viscosidad inherente de
alrededor de 1,30 al alrededor de 1,55.
La alta consistencia conseguida por el método de
este contexto no se aplica solo a la viscosidad, sino también a la
composición. Una composición preferida para el copolímero
glicólido-láctido es 18 por ciento en moles de
glicólido y 82 por ciento en moles de láctido. La desviación
estándar de los porcentajes de la composicón de glicólido o láctido
del valor deseado no es mayor que 0,30, preferentemente no mayor que
alrededor de 0,20, más preferentemente no mayor que alrededor de
0,14.
Los copolímeros descritos en este contexto
pueden hacerse copolimerizando láctido y glicólido según el
procedimiento descrito a continuación. La polimerización incluye
típicamente el uso de un catalizador (por ejemplo, octoato estañoso)
y un iniciador (por ejemplo, ácido glicólico).
El método de este contexto está precedido
generalmente por una etapa en la que el recipiente del reactor de
polimerización se coloca bajo un vacío de alrededor de 0,001332 bar
(1 torr) durante al menos 1 hora mientras se calienta al menos de
alrededor de 190ºC a alrededor de 195ºC. El secado del reactor
continúa purgando con un gas inerte (por ejemplo, nitrógeno),
mientras se mantiene la temperatura durante al menos 1 hora. El
recipiente se deja enfriar después por debajo de 30ºC antes de
cargarlo con los monómeros.
Los monómeros, junto con el catalizador y el
iniciador se cargan en una tolva de monómeros, que se cierra y se
presuriza después con nitrógeno seco a 1,0822 bar (1 psig).
La tolva se transporta después al recipiente del
reactor y los monómeros se transfieren al reactor bajo una purga de
gas inerte para impedir la entrada de aire o humedad del
exterior.
Los monómeros se secan después bajo una purga de
gas inerte con agitación suave durante al menos 6 horas a una
temperatura menor que alrededor de 50ºC y presión atmosférica.
Después, el recipiente del reactor se presuriza
hasta alrededor de 6,49 bar (6 psig). El reactor se calienta
gradualmente hasta la temperatura de polimerización objetivo de
alrededor de 156ºC a alrededor de 160ºC bajo gas inerte con
agitación a una rotación del impulsor de alrededor de
3-4 rpm. Cuando se alcanza la temperatura de
polimerización, termina la agitación y la polimerización continúa
durante alrededor de 8 a alrededor de 12 horas, preferentemente 9½ a
10½ horas, o hasta que se consigue un grado suficiente de
polimerización. Preferentemente, a alrededor de una marca de 6
horas, la agitación puede reanudarse durante alrededor de 2 minutos
a una rotación del impulsor de 4 rpm.
Después de que ha transcurrido el tiempo de
reacción deseado, la resina polimérica resultante se extruye desde
el recipiente del reactor bajo presión y se enfría, por ejemplo, en
un baño de agua y después se peletiza, por ejemplo con una cuchilla
de aire, a un diámetro preferentemente de alrededor de 0,10 a
alrededor de 0,14 cm.
Los pelets se cargan después en un secador (por
ejemplo, un secador Abbe) y se secan en una purga de gas inerte bajo
una presión reducida no mayor que alrededor de 0,03 bar (20 torr),
preferentemente no mayor que alrededor de 0,02 bar (15 torr) y más
preferentemente no mayor que alrededor de 0,01 bar (10 torr). Los
contenidos del secador se agitan preferentemente por rotación del
secador para facilitar el secado.
El polímero se mantiene bajo vacío y a
temperatura ambiente durante al menos alrededor de 240 minutos (4
horas) y después la temperatura del secador se eleva hasta una
temperatura objetivo de secado de al menos alrededor de 120ºC,
preferentemente de alrededor de 125ºC a alrededor de 135ºC, más
preferentemente de alrededor de 128ºC a alrededor de 130ºC, a una
velocidad de alrededor de 1ºC a alrededor de 3ºC por hora,
preferentemente alrededor de 2ºC por hora. Después, el polímero se
mantiene a la temperatura objetivo de secado y se reduce la presión
hasta limpiar el monómero, es decir, al menos alrededor de 48 horas
(2880 min), normalmente al menos alrededor de 72 horas (4320 min).
El polímero puede muestrearse y ensayarse periódicamente por medios
convencionales para determinar su composición.
Después de que se completa el secado, el secador
se deja enfriar y el polímero secado se recupera y se ensaya.
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El siguiente ejemplo se proporciona con el
objetivo de ilustrar el invento. Un Ejemplo Comparativo sigue, que
ilustra un método conocido anterior para hacer el polímero.
Se cargó una tolva con 43 kg de láctido, 7 kg de
glicólido, 50,0 g de ácido glicólico (iniciador) y 10,0 g de octoato
estañoso (catalizador). Se cerró la tolva y se presurizó a 1,0822
bar (1 psig) con nitrógeno seco.
Un reactor de polimerización 10CV se evacuó a
menos de 0,001332 bar (1 torr) y se calentó a una temperatura de
193ºC durante dos horas, después se dejó enfriar a temperatura
ambiente.
El catalizador e iniciador de los monómeros se
cargaron después en el reactor bajo purga de nitrógeno y se cerró el
reactor. Los monómeros se dejaron secar después en el reactor a una
temperatura en el intervalo de alrededor de 17,1ºC a alrededor de
18,4ºC bajo un caudal de nitrógeno de 25 l/min. El funcionamiento
del impulsor a una velocidad de 3,9 rpm agitó los contenidos del
reactor. El tiempo de secado del monómero fue 9 horas 45
minutos.
Después la temperatura del reactor aumentó hasta
alrededor de 158ºC \pm 2ºC, mientras se agitaron los contenidos
del reactor. La agitación terminó después. La temperatura se mantuvo
de alrededor de 156ºC a 158ºC durante 10 horas de tiempo de
reacción. Los contenidos del reactor se agitaron de nuevo durante 2
minutos a una velocidad de rotación del impulsor de 4 rpm a una
marca de 6 horas después del comienzo del calentamiento.
Después de que transcurrió el tiempo de reacción
predeterminado, el polímero resultante se extruyó desde el reactor a
una cuba de agua libre de pirógeno y se enfrió.
La resina polimérica extruída se cortó en pelets
con cuchillas de aire.
Después, se cargaron los pelets en un secador a
vacío Abbe. El secador se evacuó a menos de 0,01 bar (10 torr) y un
caudal de purga de 0,5 litros/minuto de nitrógeno seco se limpió con
agua a través del secador. Los contenidos del secador se agitaron y
mantuvieron a temperatura ambiente durante alrededor de 4 horas.
Después, la temperatura se elevó a una velocidad de 2ºC por hora
hasta 130ºC, después de lo cual se mantuvo una temperatura de 130ºC
durante 76 horas.
El secador se dejó volver después a temperatura
ambiente. Los contenidos del secador se muestrearon y analizaron por
métodos convencionales para determinar la viscosidad inherente
(\eta_{inh}) y composición (porcentaje en moles de glicólido).
Venticinco muestras se seleccionaron al azar. Los resultados se
muestran en la Tabla I a continuación.
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siguiente)
Así, el copolímero producido según el ejemplo 1
tenía una BVD de 0,01, que indica un grado muy alto de consistencia
con respecto a la viscosidad inherente.
Ejemplo Comparativo
A
Un reactor de polimerización
pre-secado se cargó con 10,406 kg de láctido, 1,840
kg de glicólido, 2,46 g de octoato estañoso y 90 g de iniciador
ácido glicólico bajo purga de nitrógeno y se cerró el reactor. Los
contenidos del reactor se secaron durante alrededor de 6 horas bajo
purga de nitrógeno.
Después, se aumentó la temperatura del reactor
hasta 155ºC. La temperatura se mantuvo a aproximadamente 155ºC
durante todo el tiempo de reacción. Después de 15 horas, se extruyó
el polímero a través de una extrusora de husillo de 5,08 cm en agua
libre de pirógeno y se secó.
El polímero extruído se cortó después en pelets
y se secó a temperatura elevada bajo vacío.
Los contenidos del secador se muestrearon y
analizaron por un método convencional para determinar la viscosidad
inherente \eta_{inh} y composición (porcentaje en moles de
glicólido). Los resultados se muestran en la Tabla II a
continuación.
\newpage
Como puede verse a partir del Ejemplo 1 anterior
y el Ejemplo Comparativo A, el método descrito en este contexto como
se ha ilustrado en el Ejemplo 1 produce una composición de
copolímero glicólido/láctido, en el que la viscosidad inherente del
polímero en la composición se caracteriza por una Desviación de la
Viscosidad de la Composición (BVD) de solo 0,01. Los valores mínimo
y máximo de la viscosidad están cada uno dentro de 0,03 de la media
(1,35).
Por contraste, la viscosidad inherente del
polímero en la composición producida por el método explicado en el
Ejemplo Comparativo A, se caracteriza por una Desviación de la
Viscosidad de la Composición (BVD) de 0,07. Los valores máximo y
mínimo de la viscosidad inherente varían tanto como 0,15 del valor
medio (1,37). Con respecto a la consistencia composicional, la
desviación estándar de la composición de glicólido es solo 0,14 para
el polímero del Ejemplo 1 si se compara a 0,46 para el polímero del
Ejemplo Comparativo A.
Sin duda, el método ilustrado en el Ejemplo 1
produce una composición de la resina polimérica que tiene una
consistencia mucho más alta que la del Ejemplo Comparativo A.
Se entenderá que pueden hacerse varias
modificaciones a las realizaciones descritas en este contexto. Por
ejemplo, en lugar de formar grapas, pueden proporcionarse otros
dispositivos o implantes quirúrgicos a partir de los polímeros de
alta consistencia descritos en este contexto. Como otro ejemplo, los
polímeros de alta consistencia pueden emplearse para formar
materiales compuestos, en los que los polímeros descritos ahora
forman la matriz, el componente reforzante o ambos. Por lo tanto, la
descripción no debería construirse como limitante, sino simplemente
como ejemplificaciones de las realizaciones preferidas. Por ejemplo,
pueden usarse varias relaciones de monómeros. Los expertos en la
técnica preverán otras modificaciones dentro del alcance y espíritu
de las reivindicaciones adjuntas a ésto.
Claims (7)
1. Un método para hacer una composición de una
resina polimérica absorbible que tiene una viscosidad inherente en
el intervalo de 1,30 a 1,55, comprendiendo el método las etapas
de:
a) introducir en el recipiente de reacción una
mezcla de monómeros que comprende glicólido y láctido;
b) secar la mezcla de monómeros bajo una purga
de gas inerte durante al menos 6 horas a una temperatura menor que
50ºC y a presión atmosférica;
c) polimerizar la mezcla de monómeros a una
temperatura desde 156ºC a 160ºC bajo una atmósfera de gas inerte a
una presión elevada desde 1,0822 bar (1 psig) a 1,4269 bar (6 psig)
durante un periodo de tiempo suficiente para producir una resina
polimérica;
d) secar la resina polimérica en una atmósfera
de gas inerte y bajo una presión reducida de no más de 0,0267 bar
(20 torr psia) manteniendo la resina polimérica a una temperatura
ambiente durante al menos 4 horas, aumentando después la temperatura
de la resina polimérica a una temperatura de secado de al menos
120ºC a 130ºC a una velocidad de 1ºC a 3ºC por hora, manteniendo
después la temperatura de secado de la resina polimérica durante al
menos 48 horas para producir una composición de una resina
polimérica absorbible que tiene una viscosidad inherente
caracterizada por una desviación estándar de 0,05 o
menos.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
la relación molar de glicólido a láctido en la mezcla de monómeros
está en el intervalo de 15:85 a 25:75.
3. El método de la reivindicación 1, en el que
en la etapa de polimerización, la mezcla de monómeros se realiza en
presencia de un catalizador y un iniciador.
4. El método de la reivindicación 3, en el que
el catalizador es octoato estañoso y el iniciador es ácido
glicólico.
5. El método de la reivindicación 1, en el que
la resina polimérica se extruye, se seca y peletiza antes de la
etapa de secado de la resina polimérica.
6. El método de la reivindicación 1, que incluye
además las etapas de
calentar el recipiente de reacción a al menos
195ºC durante al menos 1 hora bajo una presión reducida de no más de
0,001332 bar (1 torr), purgando después el recipiente de reacción
con el gas inerte y dejando enfriar el recipiente de reacción por
debajo de 30ºC antes de la etapa de introducir la mezcla de
monómeros en el recipiente de reacción.
7. El método de la reivindicación 1, en el que
el gas inerte es nitrógeno.
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