ES2320723T3

ES2320723T3 - Implante.

Info

Publication number: ES2320723T3
Application number: ES00937436T
Authority: ES
Inventors: Jan Hall; Jukka Lausmaa
Original assignee: Nobel Biocare AB
Current assignee: Nobel Biocare AB
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: SE514323C2; CA2373934A1; EP1196110A1; SE9901971D0; WO2000072777A1; AU5260900A; US8349009B2; ATE419804T1; DE60041332D1; JP2003500160A; AU779521B2; US7708558B1; CA2373934C; US20100112519A1; SE9901971L; EP1196110B1; JP4237418B2

Abstract

Implante (3) que comprende o que consiste en titanio y que tiene una o varias superficies que pueden ser aplicadas sobre o dentro de áreas de tejidos y/o áreas de crecimiento de hueso, estando dispuesta una o varias de dichas superficies con un depósito que comprende una sustancia iniciadora de crecimiento óseo o estimulante de crecimiento óseo, caracterizado porque la sustancia iniciadora de crecimiento óseo o estimulante de crecimiento óseo pertenece a la superfamilia TGF-a, el depósito ha sido formado por una disposición de poros en una capa de óxido relativamente gruesa (4,5) sobre el titanio, teniendo la capa de óxido un grosor comprendido en el intervalo 1-20 mim.

Description

Implante.

Sector técnico

La presente invención se refiere a un implante que puede ser utilizado por ejemplo, en trabajos de dentista. El implante comprende o consiste en titanio y tiene una o varias superficies que pueden ser aplicadas sobre una o varias superficies de crecimiento de hueso. Una o varias de dichas superficies son dotadas de un depósito que comprende una sustancia iniciadora de crecimiento óseo o estimulante de crecimiento óseo de la superfamília TGF-\beta, y cuyo depósito está formado en una disposición porosa en una capa de óxido relativamente gruesa sobre el titanio.

La invención se refiere también a un implante para aplicación en un orificio formado en hueso, por ejemplo, el hueso de la mandíbula. Se prevé un método para la producción de un implante, destinado a su aplicación en un orificio del tipo mencionado. También se puede utilizar una capa de óxido de titanio muy porosa y gruesa, a la que se ha añadido preferentemente en forma de BMP una sustancia iniciadora del crecimiento óseo y/o estimuladora del crecimiento óseo.

Se puede utilizar un método para la producción, sobre un implante que comprende o consiste en titanio y, por medio de oxidación anódica, capas de óxido relativamente gruesas sobre una o varias superficies de titanio que están destinadas a ser colocadas contra una o varias áreas de crecimiento óseas o dispuestas adyacentes a las mismas. Como mínimo una parte o partes que llevan dichas superficie o superficies están destinadas a su preparación e inmersión en electrolito y el implante es llevado a establecer contacto con una fuente de energía eléctrica por encima de la superficie del electrolito y se establece en el proceso de oxidación asimismo por conexión a la fuente de energía de un contraelectrodo que está dispuesto en el electrolito.

Técnica anterior

Es conocido que, bajo ciertas condiciones, los implantes realizados en un titanio comercialmente puro (99,6%) permite la incorporación de tejidos óseos circundantes de manera que se puede obtener un contacto íntimo entre el implante y el tejido. El contacto íntimo entre el implante y el tejido de hueso normal, al que se hace frecuentemente referencia como oseointegración, permite a su vez un anclaje satisfactorio y permanente del implante, se puede utilizar en diferentes situaciones de tratamiento clínico. Los implantes de titanio anclados en el hueso pueden ser utilizados como elementos de fijación para dientes postizos y prótesis dentales o para otros tipos de prótesis u otros dispositivos (por ejemplo, articulaciones de dedos, ojos protésicos, orejas protésicas, audífonos). La razón de la incorporación satisfactoria al hueso que se consigue en particular con implantes de titanio producidos por torneado o fresado se puede apreciar que reside en la combinación favorable de estructura (topografía y rugosidad superficial) y composición química a las que dan lugar dicho método de fabricación. A este respecto, se puede hacer referencia a la Patente Sueca 7902035-0. Las superficies de titanio antes mencionadas tienen de manera típica una rugosidad superficial (Ra) del orden de 0,1-1 \mum. La composición química de la superficie es esencialmente dióxido de titanio (TiO_{2}) que se encuentra presente en forma de una delgada capa de óxido (< 10 nm). La superficie se ha indicado también que tiene una porosidad del orden de 10-1000 nm. Si la densidad de poros de las superficies anteriormente conocidas se estudia más íntimamente con un microscopio electrónico de escaneado, resulta que la densidad de poros de esta superficie es relativamente baja y que la profundidad de los poros en el óxido no supera nunca 10 nm.

Una serie de estudios experimentales se ha llevado a cabo a efectos de investigar la incorporación del hueso alrededor de otros tipos de superficies de titanio distintas que han sido torneadas o fresadas. En estos estudios, se han utilizado diferentes métodos de preparación de la superficie para modificar diferentes características, tales como, topografía superficial, grosor de la capa de óxido, composición superficial, etc. de las superficies de titanio. Son ejemplos de métodos que se pueden utilizar para modificar la topografía superficial de los implantes de titanio: chorro de arena, pulverización de plasma, sinterización de partículas, pulido eléctrico y oxidación anódica. Los resultados de estos estudios muestran que la topografía superficial para diferentes niveles puede afectar la incorporación con el hueso y el anclaje mecánico del implante, tanto en términos de calidad como de cantidad, tal como se puede observar en la Patente citada. Se ha mostrado, por ejemplo, que los implantes de titanio de tipo roscado con superficies tratadas con chorro de arena y con rugosidades superficiales (Ra) a nivel de micras pueden dar lugar a fuerzas de torsión más elevadas que las superficies que han sido solamente torneadas o fresadas. También se ha demostrado que ciertos tipos de superficies de titanio modificadas electroquímicamente pueden dar lugar a una más rápida incorporación en el hueso que las superficies de titanio que han sido torneadas o fresadas. La razón de esta mejora reside probablemente en una combinación de una topografía superficial más favorable y un mayor grosor del óxido. Las superficies mencionadas pueden ser consideradas heterogéneas, consistiendo esencialmente en áreas lisas con un óxido relativamente denso (TiO_{2}), y teniendo una parte menor de las superficies una rugosidad superficial y cierta porosidad del óxido a nivel aproximado de 1 \mum. El mayor grosor de óxido en estas superficies, aproximadamente 200 nm, puede ser esperado que tenga como resultado una mejor resistencia a la corrosión del material y, por lo tanto, un efecto favorable en cuanto a una menor velocidad de liberación de iones de titanio.

Contra el antecedente formado por los hechos conocidos que se han indicado en lo anterior, es posible por lo tanto adelantar la hipótesis de que una elevada porosidad del óxido y elevado grosor de óxido, pueden tener un efecto positivo en la velocidad de incorporación del hueso alrededor de los implantes de titanio. También es sabido que los procesos biológicos relacionados con la incorporación en relación con dichos implantes pueden ser influidos por la utilización de varios tipos de sustancias. Así pues, es sabido que la velocidad a la que se forma el hueso puede ser afectada en gran medida por factores de crecimiento que son producidos por medio de sustancias que inician o estimulan el crecimiento óseo. Son ejemplos que se pueden mencionar, las sustancias que pertenecen a la superfamília TGF-\beta, y otras proteínas de la matriz ósea.

Es conocido por su parte el producir diferentes tipos de superficies o capas porosas de un material basado en titanio. Se puede hacer referencia, entre otros documentos, al artículo publicado por Dunn y otros titulado "Gentamicin sulfate attachment and release from anodized TI-6A1-4V orthopedic materiales" (Fijación y liberación de sulfato de gentamicina con respecto a materiales ortopédicos anodizados TI-6A1-4V) en "Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 27, 895-900 (1993)".

En este artículo, se hace referencia general al hecho de que es posible producir titanio poroso y capas de óxido utilizando la llamada oxidación anódica que es un proceso electroquímico. A este respecto, se ha propuesto que la capa o capas sean utilizados como depósito o almacén para sustancias antibióticas.

También se puede hacer referencia al artículo "Formation and characterization of anodic titanium oxide films containing Ca and P" (Formación y caracterización de películas de óxido de titanio anódico que contienen Ca y P) por Hitoshi Ishizawa y Makoto Ogino, en "Journal of Biomedical Materials Research, Vol. 29, 65-72 (1995)". Este artículo muestra que es ya conocido utilizar un proceso electroquímico para producir capas de óxido de titanio relativamente gruesas dotadas de una disposición de poros que proporciona a las capas una estructura altamente porosa. También se menciona a este respecto que las capas pueden ser utilizadas como soportes para sustancia para conseguir un rápido crecimiento óseo.

Por lo tanto, se han producido capas superficiales porosas con anterioridad sobre superficies de titanio destinadas a material de implantes. No obstante, en la mayor parte de los casos el objetivo de esta preparación ha sido otro que aquél al que se refiere la presente invención. De este modo, se ha propuesto anteriormente desarrollar capas de óxido que contienen calcio y fósforo que por medio de un tratamiento posterior se puede hacer que precipiten cristales de hidroxiapatita sobre la capa de óxido. Se puede hacer también referencia a las patentes USA 4.330.891 y 5.354.390 y a la Patente Europea 95102381.1 (676 179) y al documento WO 93 13815 A1.

Descripción de la invención Problema técnico

En implantes del tipo en cuestión, existe la necesidad de conseguir procesos de incorporación más cortos entre el hueso y el implante, especialmente en el caso de estructuras de huesos blandas o ciertas calidades de hueso. Las características del material de titanio y de la sustancia de crecimiento deben ser utilizadas en la mayor medida posible para conseguir este resultado. La invención se basa, entre otros factores, en este problema.

Es conocida la utilización de implantes con una conexión de tornillo que se debe anclar en el hueso de la mandíbula. A este respecto, es conocido que la calidad del hueso de la mandíbula puede variar considerablemente. Particularmente, en las partes internas del hueso de la mandíbula, el material óseo puede ser extremadamente blando y/o puede presentar trabículas relativamente delgadas. En estos casos, es preferible tener la posibilidad de efectuar fijaciones fiables del implante. La invención soluciona también este problema y da a conocer implantes y métodos eficaces también para el anclaje de los implantes en material óseo blando.

En relación con la invención, se han utilizado métodos para producir el material relativamente grueso y poroso. A este respecto, es importante que se puedan utilizar métodos claros y eficaces. La invención soluciona también este problema.

Los métodos y dispositivos anteriores se basaban en el problema del crecimiento óseo sobre el implante y se ofrecía una menor consideración a la interacción entre el implante y el material óseo en cuestión. Es importante establecer una superficie bioactiva eficaz entre el implante y la dentina o hueso equivalente. La invención soluciona también este problema.

Es importante conseguir una formación efectiva de sustancia en la superficie porosa o estructura que debe funcionar como depósito para la sustancia de crecimiento en cuestión. La invención soluciona también este problema.

Es muy ventajoso que la estructura porosa que funciona como depósito para sustancias de iniciación de crecimiento o de estimulación de crecimiento pueda intervenir, de manera controlada, en la liberación de la sustancia durante un período de tiempo deseado o predeterminado. Por lo tanto, puede ser ventajoso tener una liberación de sustancia mejor controlada durante un cierto período de tiempo, que se puede escoger dependiendo del caso en cuestión. La invención soluciona también este problema.

Es de gran ventaja en la práctica tener la capacidad de adelantar la técnica del implante, otra etapa en el sector técnico en el que la aplicación práctica utiliza superficies bioactivas en vez de utilizar simplemente las características del propio material de titanio tal como ocurría en los casos anteriores. Mediante la estimulación de crecimiento óseo en relación con los implantes es posible en el sector dental, entre otros, crear posibilidades para controlar y mejorar los problemas de la incorporación. La invención soluciona también este problema.

Se ha demostrado que se puede esperar procesos de incorporación efectivos en relación con implantes para aplicación en orificios realizados en el hueso, principalmente en el hueso de la mandíbula. Al facilitar una o varias sustancias bioactivas directamente en un tejido circundante o entorno de un hueso que se debe reforzar como se pueden conseguir de manera eficaz factores de estimulación. La invención está destinada en particular a solucionar también este problema.

Los implantes para orificios realizados en el hueso de la mandíbula son dotados en la mayor parte de los casos con uno o varios roscados mediante los cuales el implante se debe anclar mecánicamente en el orificio por medio de roscado. Al disponer un cierto grado de irregularidad sobre la estructura superficial en la que se debe efectuar el roscado, impone exigencias en términos de mayores fuerzas de roscado que en sí mismas no deben contrarrestar la función de soporte para la sustancia bioactiva. La invención soluciona también este problema.

Es conocido que la situación del hueso de la mandíbula varía considerablemente de un caso a otro y que, en el caso en que el hueso de la mandíbula es blando y/o delgado, es importante tener la capacidad de crear disposiciones que refuercen el crecimiento óseo en estas áreas. La invención está destinada también a solucionar este problema.

Para crear un elevado grado de porosidad en la capa de óxido en cuestión es importante utilizar el proceso de oxidación correcto. Esto puede ser crucial en la determinación de si se tiene éxito o no en conseguir los resultados deseados.

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Solución

La invención se ha definido en la reivindicación 1. Una sustancia, durante un periodo de tiempo que puede oscilar entre 1 y 2 semanas, por ejemplo, recibe la acción de una o varias funciones de liberación que permiten una liberación controlada u óptima de una sustancia a los respectivos tejido circundante o áreas de crecimiento de tejido/hueso. Si la función de incorporación o función de crecimiento óseo es promovida por esta acción, también se pueden establecer otros procesos de liberación de sustancias.

En una realización ilustrativa, el implante funciona con más de un dispositivo de liberación, por ejemplo dos o más, que son producidos por medio de diferentes disposiciones de poros con una o varias áreas de una o varias superficies mencionadas inicialmente. Se pueden utilizar poros con diferentes características. Por ejemplo, se pueden utilizar poros abiertos o más o menos cerrados, diferentes profundidades de poros, diferentes densidades de poros, dentro de una o más áreas de dichas superficies. Las diferentes áreas pueden quedar dotadas también de diferentes características de poros.

Es también importante que la capa de óxido sobre el titanio esté compuesta de forma ventajosa. En una realización la superficie de la capa de óxido comprenderá aproximadamente 20% de titanio, aproximadamente 55% de oxígeno y aproximadamente 20% de carbono. La capa de óxido como tal será altamente porosa.

En una realización preferente, el implante es del tipo que comprende uno o varios roscados. Cada implante llevará dichas capas de óxido o superficies de óxido, como mínimo, en relación con dichos roscados.

En una realización preferente, la capa de óxido tiene una rugosidad superficial de aproximadamente 1-5 \mum o menos, y tiene un grosor preferentemente en el intervalo de 2-10 \mum. La capa de óxido debe ser altamente porosa, con diámetros de poros en el intervalo 0,01-10 \mum.

Otra característica que puede ser considerada principalmente como caracterizante de un implante es que comprende una parte de titanio que puede cooperar con un orificio formado en el hueso y que la parte de titanio está diseñada con una o varias capas de óxido de titanio muy gruesas que tienen superficies que se pueden colocar contra el hueso en la formación ósea. Otras características consisten en que cada capa de óxido está dotada de una disposición de poros que funciona como depósito para sustancias que inician el crecimiento óseo y/o que estimulan el crecimiento óseo y que cuando el depósito se ha llenado con la sustancia y el implante se encuentra en su posición en el orificio, entra en funciones una función de liberación para liberar la sustancia al tejido o hueso circundante.

La función de liberación puede ser controlada para un periodo de tiempo escogido, esencialmente prolongado. La función de liberación puede ser controlada por la elección de disposición de poros y características de poros en la misma capa o encima de la misma.

De acuerdo con un método, el implante es producido, por ejemplo, por mecanización con una parte realizada en titanio que tiene superficies que pueden ser colocadas contra el hueso cuando el implante se encuentra en posición en el orificio. El mencionado titanio sobre dicha superficie o superficies está sometido a oxidación anódica en medida tal que da lugar a una capa de óxido relativamente gruesa y altamente porosa sobre cada superficie considerada. Una sustancia TS de iniciación de crecimiento óseo o de estimulación de crecimiento óseo, que puede ser BMP, es aplicada a dichas capas porosas y gruesas, por ejemplo por saturación o por inmersión o por goteo y/o por pintado de aplicación de la sustancia. El implante es colocado en su posición en el orificio, resultando en que el proceso de liberación de la sustancia al hueso se inicia después de la inserción, siendo disparado el proceso por componentes del tejido y/o hueso.

En una realización, el implante, en la parte o partes que establecen contacto con dichas superficies, está o están dotados con uno o varios roscados mediante los cuales el implante es acoplado por roscado en el hueso. En una realización, la capa oxidada y el sistema de poros asociado a la misma son sumergidos durante un tiempo determinado, por ejemplo 1 hora, en un contenedor que retiene la sustancia, de manera que tiene lugar la penetración efectiva de la sustancia dentro de la capa porosa.

La capa de óxido de titanio grueso y altamente porosa a la que se ha añadido sustancia iniciadora de crecimiento óseo o de estimulo de crecimiento óseo, puede ser utilizada sobre implantes que pueden ser insertados en orificios del hueso, preferentemente el hueso de la mandíbula.

La capa porosa con sustancia añadida puede ser utilizada en implantes con una o varias roscas, implantes de articulaciones, etc.

La capa de óxido tiene un grosor comprendido en el intervalo 1-20 \mum, preferentemente 2-20 \mum. En una realización preferente la capa de óxido tiene una rugosidad superficial en un intervalo de 0,4-5 \mum. En otra realización preferente, la capa de óxido es altamente porosa, con un número de poros de 1 x 10^{7}-1 x 10^{10} poros/cm^{2}. Cada una de las superficies tiene esencialmente poros con tamaños de diámetro de 0,1-10 \mum. El volumen total de poros se encuentra preferentemente dentro del intervalo de 5 x 10^{-2} a 10^{-5} cm^{3}.

Un método para llevar a cabo la oxidación anódica antes mencionada puede ser considerado principalmente caracterizado por el hecho de que se añaden ácidos inorgánicos diluidos y/o ácidos orgánicos diluidos y/o pequeñas cantidades de ácido fluorhídrico o peróxido de hidrógeno al compuesto electrolítico, y las fuentes de energía son escogidas para funcionar a un elevado voltaje o voltajes en el intervalo de 150-400 voltios.

El voltaje se puede variar para el mismo implante en diferentes momentos a efectos de crear diferentes tamaños de poros dentro de las mismas áreas superficiales. Además, la posición del implante en el electrolito se puede cambiar junto con la composición del electrolito y/o el voltaje, a efectos de crear áreas con diferentes grosores de capa, diferentes porosidades o características de poros sobre el implante.

Ventajas

Por medio de lo anteriormente descrito, se consigue una nueva dimensión en las técnicas de implante, en el área dental. Las pruebas clínicas iniciales que han abierto el camino a la utilización de sustancia bioactivas pueden encontrar aplicación práctica, especialmente en relación con orificios realizados en huesos de baja calidad con respecto a dureza y en cantidad reducida. La invención aporta ventajas específicas en el caso de implantes aplicados en orificios realizados en la mandíbula en los que la sustancia bioactiva puede desempeñar funciones de difusión controlada. La invención aporta ventajas específicas en el caso de implantes aplicados en orificios realizados en el hueso de la mandíbula en el que la sustancia bioactiva puede recibir funciones de difusión controlada (difusiones de concentración) en el material circundante del hueso. El periodo de incorporación y crecimiento óseo se pueden controlar y favorecer por una combinación del propio material de titanio, la forma geométrica del implante y la sustancia bioactiva. Se pueden implantar métodos económicamente ventajosos en el mercado y se pueden poner a disposición comercial implantes y conjuntos preparados. De manera alternativa, la sustancia del implante (con su característica capa de óxido poroso específico) se puede poner a disposición separadamente y a continuación puede ser montado in situ de acuerdo con las instrucciones.

Descripción de las figuras

A continuación se describirá una realización que se propone de implantes según la invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 muestra, en sección vertical, partes de un implante anclado por roscado en un hueso de la mandíbula,

la figura 1a muestra, en sección vertical y con ampliación parcial de la superficie, un orificio roscado del implante según la figura 1, con una capa de óxido establecida sobre la superficie roscada,

la figura 1b muestra lateralmente y en sección vertical, una parte del implante según las figuras 1 y 1a que han sido sumergidos parcialmente en sustancia bioactiva, estando saturada la capa porosa con la sustancia en cuestión,

la figura 2 muestra, en forma esquemática, la función de liberación para el material bioactivo depositado en la capa de óxido,

la figura 3 muestra en perspectiva y a mayor escala partes de una capa de óxido de titanio poroso sobre un implante según la figura 1,

la figura 4 muestra, en perspectiva, partes de una segunda capa de óxido de titanio poroso según la figura 1,

la figura 5 muestra, de forma esquemática, las dimensiones de poros y el número de poros en la capa según la figura 3,

la figura 6 muestra, desde la parte superior, una primera realización del tipo de poros de la capa de óxido producidos utilizando una combinación de electrolito, energía de oxidación y tiempo,

la figura 7 muestra, desde la parte superior, una segunda realización del tipo de poros del óxido de titanio,

la figura 8 muestra una vista lateral de un equipo para oxidación anódica de un implante según la figura 1,

la figura 9 muestra, en forma de esquema, el voltaje y funciones de corriente utilizadas en asociación con el proceso de oxidación de la figura 9, y

la figura 10 muestra, en forma de tabla, parámetros de la capa de óxido de titanio.

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Realización detallada

De acuerdo con lo indicado en lo anterior, se propone un método mediante el cual es posible establecer un elevado grado de porosidad y grosor de óxido sobre un implante de titanio a efectos de funcionar como soporte para una sustancia que inicia, estimula e incrementa la velocidad a la que el implante se incorpora en el material óseo en cuestión en el cuerpo humano. La invención se basa en el descubrimiento de que la velocidad a la que se forma el hueso puede ser influenciada en gran medida por factores de crecimiento que se producen utilizando por ejemplo, TGF-\beta y otras proteínas de la matriz ósea. La invención está destinada, entre otros objetivos, a facilitar y liberar estas substancias de manera controlada al hueso que rodea el implante metálico. La capa de óxido tiene un elevado grado de porosidad. Los volúmenes de poros funcionan como depósitos para las sustancias. El área superficial relativamente grande de las paredes de los poros se utiliza para inmovilizar las sustancias por adsorción. De acuerdo con la invención, la superficie del implante se realiza en un óxido de titanio altamente poroso que tiene características positivas con respecto a la incorporación. A efectos de controlar la velocidad de nivelación de las sustancias activas, la presente invención da a conocer que la densidad de poros (es decir, el número de poros por unidad superficial) y la geometría de los poros (diámetro y profundidad) se varían de manera controlada.

Entre otras cuestiones, la presente invención se refiere a una capa superficial sobre un implante de titanio que está diseñada de manera que sus características propias tienen un efecto positivo en la incorporación ósea alrededor del implante y además tienen la función de constituir un soporte para un sustrato eficaz que es facilitado de manera controlada a la superficie del implante a efectos de liberar sustancias biológicamente activas que aceleran la formación de hueso alrededor del implante. La superficie consiste en una capa de óxido que comprende en su mayor parte TiO_{2} y que tiene una rugosidad superficial Ra preferentemente en el intervalo de 1-5 \mum (por ejemplo 4 \mum) o menos. Además, la capa de óxido tendrá un grosor que se puede variar dentro del intervalo de 1-20 \mum. La capa de óxido será también altamente porosa, con un gran número de poros abiertos por unidad superficial y con diámetros de poros que se pueden variar dentro del intervalo de 0,01-10 \mum. En una realización preferente, la capa de óxido tiene un grosor en el intervalo de 2-20 \mum. En otra realización, la capa de óxido tiene una rugosidad superficial en el intervalo de 0,4-5 \mum. En dicha realización preferente, la capa de óxido es altamente porosa, con 1x10^{7}-1x10^{10} poros/cm^{2}. El implante de la realización preferente tendrá también poros con diámetros en el intervalo de 0,1-10 \mum. El volumen de poros se escoge de acuerdo con todo lo anterior. Esta disposición se podrá combinar con poros que tienen diferentes características, menores diámetros, configuraciones más o menos cerradas y diferentes profundidades. La capa de óxido poroso resultante da lugar a dos efectos principales de las aplicaciones del implante en el hueso. En primer lugar las propiedades de la superficie en si misma se puede esperar que resultan en la incorporación acelerada de hueso y en el anclaje del implante por medio de la combinación preferente de rugosidad superficial, volumen de poros, porosidad y grosor del óxido. Además, como efecto secundario, la capa superficial puede funcionar como medio adecuado de inmovilización de cantidades controladas de sustancias biológicamente activas que actúan sobre el proceso de crecimiento del hueso. La capa superficial funciona por lo tanto como soporte para la sustancia en cuestión. La inmovilización puede ser llevada a cabo en principio de diferentes formas, siendo la primera conseguida por adsorción espontánea de moléculas en la solución en cuestión sobre las superficies de las paredes de los poros. En una segunda realización se utiliza el hecho de que las sustancias en cuestión tienen una carga neta distinta de cero, lo que significa que la adsorción desde la solución sobre las superficies de las paredes de los poros se puede acelerar por medio de un campo eléctrico que se ha sido aplicado al aplicar un voltaje adecuado a la muestra en una celda. Una tercera forma consiste en presionar las sustancias hacia adentro de los poros por medio de presión, recibiendo la sustancia en cuestión una viscosidad adecuada. Una cuarta manera de aplicar la sustancia es utilizar un soporte de gel para la sustancia. El soporte de gel con la sustancia es aplicado sobre la capa de óxido porosa o presionada sobre la misma. El soporte de gel es de un tipo altamente viscoso. La liberación o función de liberación para sustancia hacia dentro del tejido dependerá de las configuraciones geométricas de los poros. Al controlar las geometrías de los poros o las características de los mismos se pueden obtener diferentes tasas de liberación. Por diferentes combinaciones de poros más pequeños y más grandes la liberación se puede programar de manera que siga una secuencia deseada a lo largo del tiempo. Esto es debido al hecho de que una elevada tasa de liberación se obtiene en la etapa inicial a partir de poros más grandes y ello es seguido de una liberación lenta o más lenta durante un periodo de tiempo, desde poros pequeños y/o profundos.

En la figura 1, el numeral de referencia (1) indica partes de un hueso de la mandíbula en el que se ha formado un orificio (2). Un implante (3) ha sido roscado en el orificio (2) con intermedio de las roscas (3a). Dichas roscas producen una formación roscada correspondiente (1a) en el hueso de la mandíbula al ser el implante roscado en el orificio. De manera alternativa, el orificio puede ser prerroscado.

La figura 1a muestra el carácter de la superficie de una rosca (3a') a una escala muy ampliada (a efectos de claridad). Los numerales de referencia (4) y (5) indican capas de óxido sobre las superficies (6) y (7) de la zona roscada (3a'). La rosca o roscas están realizadas por torneado o fresado y en caso apropiado son pulidas o sometidas a otra forma de mecanización. El implante (3) (3a') del presente caso se supone que está realizado en titanio y dichas capas (4) y (5) son capas de óxido de titanio producidas de la manera que se describe más adelante. La figura 1a muestra una primera área (8) de la superficie (7). El área en cuestión puede comprender poros con diferentes tamaños de poros, profundidades de poros, etc., de acuerdo con lo que se ha descrito en lo anterior. La figura 1a muestra también una segunda área ampliada parcial (9) de la superficie (6). Las áreas distintas (9a) y (9b) del área (9) se pueden dotar de diferentes características de poros.

En la figura 1b el numeral de referencia (10) indica un contenedor para una sustancia (11) de acuerdo con lo que se ha descrito en lo anterior. En el contenedor, las partes de la superficie (6') y la capa de óxido de titanio (4') se han mostrado sumergidas en la sustancia (11). Después de inmersión en la sustancia (11), la sustancia penetra en la capa porosa (4') que posteriormente, cuando el implante es retirado del contenedor, funciona como depósito o almacén para la sustancia que ha penetrado de este modo en su interior. El tiempo de inmersión o de adsorción se escoge como función de la configuración de la capa porosa. En una realización la capa (4') se sumergirá, por ejemplo, en la sustancia, durante 1 hora (ver también descripción siguiente).

La figura 2 muestra diferentes funciones de liberación controlada mediante las curvas (12), (13) y (14). La curva (12) muestra una primera función de liberación durante un periodo de tiempo que se puede escoger que se extienda a una o dos semanas. Se pueden escoger otros desarrollos de la función de liberación tal como se ha mostrado por las curvas (13) y (14), en la que la curva (13) disminuye más que la curva (12) y en la que la curva (14) muestra una función potente de liberación inicial que disminuye de manera relativamente rápida. La elección de una función de liberación o forma de la curva se puede escoger en base a la experiencia del proceso de crecimiento de huesos. La primera curva muestra una función de liberación decreciente de forma relativamente lenta.

Las figuras 3 y 4 muestran diferentes estructuras de capas de óxido de titanio (4'') y (4'''). En la estructura (4'') la superficie tiene picos de difracción que se derivan de la estructura de cristal del rutilo y del titanio situado por debajo. La estructura (4''') de acuerdo con la figura 4 tiene picos de difracción con respecto a la estructura del cristal para una mezcla de anatasa, rutilo y titanio dispuesto por debajo. Las capas de óxido según las figuras 3 y 4 tienen concentraciones algo distintas. Por lo tanto, la superficie de la capa de óxido según la figura 3 tiene una composición de 21,1% Ti, 55,6% y 20,6%C. Además, existen pequeñas cantidades de S(0,8%), N(1,4%) y P(0,6%). La composición de la capa de óxido de acuerdo con la figura 4 es de 21,3%, 56,0% y 20,5% respectivamente (y de 0,8%, 0,7% y 0,6% respectivamente).El número de poros en las capas de óxido que se han mostrado pueden ser del orden de 187,6 x 10^{6}. Un volumen total de poros o porosidad se puede escoger del orden de 21,7 x 10^{5} cm^{3}. Las capas de óxido se pueden saturar de sustancia, con tiempos de saturación que llegan a, por ejemplo, 48 horas.

La figura 5 está destinada a mostrar, con el numeral (15), los diámetros de poros utilizados en la capa de óxido de titania de acuerdo con la figura 3. Esta muestra el número de poros con diámetros en el intervalo de 0,1-0,8 \mum.

Las figuras 6 y 7 muestran diferentes realizaciones de características de poros o estructuras de poros (16) y (17).

Las capas de óxido de titanio de acuerdo con lo anterior se producen preferentemente por la llamada oxidación anódica que es un proceso electroquímico. El principio y procedimiento para obtener las capas en cuestión se describen con referencia a las figuras 8 y 9. En la figura 8 se ha indicado un contenedor con el numeral (18). Un ánodo de titanio se ha indicado con el numeral (19) y un cátodo de rejilla porosa se ha mostrado con el numeral (20). Un aislamiento de teflón para el ánodo de titanio se ha mostrado con el numeral (21) y los ánodos se extienden a través de un recubrimiento de teflón (22). También se incluye un agitador magnético (23). Las conexiones para el ánodo y el cátodo están indicadas con los numerales (19') y (20') respectivamente. El implante o las partes de implante a preparar son mecanizadas preferentemente por torneado, fresado, pulido, etc. El implante o partes en cuestión comprenden superficies de titanio las cuales van a ser tratadas en el proceso electroquímico. El implante o partes en cuestión están montados sobre un soporte que se sumerge en un baño de electrolito (24) del contenedor. Las partes del implante que no van a ser tratadas son protegidas con un recubrimiento protector estanco a los líquidos o alternativamente con una laca adecuada que es aplicada sobre las partes en cuestión que no se tienen que tratar. El implante o dichas partes se encuentran en contacto eléctrico, con intermedio del soporte, con la conexión (19) por encima de la superficie del electrolito. En el electrolito dicho cátodo (20) sirve como contra-electrodo. Este contra-electrodo está realizado en un material adecuado, por ejemplo Pt, oro o grafito. El contra-electrodo está montado preferentemente sobre el soporte de manera tal que el conjunto está fijado en el baño de electrolito (24). La oxidación anódica es realizada al aplicar un voltaje eléctrico entre el implante/parte de implante/partes de implante y el contra-electrodo, después de lo cual el implante o su parte o partes en cuestión reciben un potencial positivo. El implante, la parte/partes de implante, el contra-electrodo y el electrolito constituyen una celda electroquímica en la que el implante o la parte correspondiente forma el ánodo. La diferencia de potencial eléctrico entre el implante/parte de implante y contra-electrodo da lugar a una corriente de iones de electrolito cargados negativamente (positivamente) hacia el implante/parte de implante (contra-electrodo). Si se ha escogido el electrolito adecuado, las reacciones del electrodo en la celda tienen como resultado capas de óxido que se forman sobre la superficie del implante o parte del implante. Dado que las reacciones en el electrodo tienen como resultado la formación de gas, el electrolito debe ser agitado de manera adecuada, lo cual se realiza utilizando el agitador magnético (23) que impide que las burbujas de gas permanezcan sobre las superficies del electrodo.

La formación de la capa de óxido de titanio y sus características finales están influenciadas por una serie de parámetros del proceso, por ejemplo la composición del electrolito y su temperatura, el voltaje y corriente aplicados, la geometría del electrodo y el tiempo de tratamiento. La forma en la que se producen las capas deseadas se describe de manera más detallada a continuación. También se indican ejemplos de la forma en la que los parámetros del proceso afectan diferentes características de las capas de óxido y la forma en la que se pueden variar el grosor y la porosidad del óxido.

Las propiedades deseadas de la capa se consiguen empezando de una superficie trabajada por mecanizado que puede ser torneada o pulida. La superficie es limpiada de forma adecuada, por ejemplo por limpieza por ultrasonidos en disolventes orgánicos para eliminar las impurezas de las etapas previas de producción. El implante o la parte de implante limpia es fijada en dicho contenedor que está fijado conjuntamente con el contra-electrodo sobre el soporte. La disposición puede ser bajada a continuación hacia dentro del electrolito. Los dos electrodos son acoplados a continuación a una fuente de voltaje (no mostrada) y se aplica voltaje eléctrico, con lo que se inicia el proceso. El proceso termina después del tiempo deseado al interrumpir el suministro de voltaje.

El voltaje eléctrico puede ser aplicado en diferentes formas, ver también la figura 10. En el proceso galvanostático la corriente se mantiene constante y el voltaje se permite que varíe de acuerdo con la resistencia en la celda, mientras que en un proceso potencioestático el voltaje se mantiene constante y la corriente se permite que varíe. Las capas deseadas son formadas preferentemente utilizando una combinación de control galvanostático y potencioestático. El control galvanostático es utilizado en una primera etapa, permitiéndose que el voltaje aumente hasta un valor predeterminado. Cuando se alcanza este voltaje, el proceso cambia con intermedio del control potencioestático. Teniendo en cuenta la resistencia de la capa de óxido que se ha formado, la corriente disminuye en esta situación.

La figura 9 muestra el desarrollo de corriente (25) y el voltaje (26) a lo largo del tiempo. El aspecto exacto de las curvas depende de varios parámetros de procedimiento y refleja también la formación de la capa de óxido y sus propiedades.

Hasta un cierto voltaje, que depende del electrolito, se obtienen capas relativamente delgadas (<0,2 \mum) de óxido, siendo dependiente el grosor de la capa de óxido aproximadamente de forma lineal del voltaje aplicado, con independencia del tiempo de tratamiento después de que se ha alcanzado el voltaje máximo. Estas capas son esencialmente cerradas y solamente en casos excepcionales tienen una porosidad parcialmente abierta. Para la mayor parte de electrolitos, el voltaje crítico es de unos 100 voltios.

Para conseguir las capas de óxido porosos deseadas, se requiere la aplicación de voltajes mucho más elevados típicamente de 150 a 400 voltios, dependiendo del electrolito. Para estos voltajes el grosor del óxido ya no depende linealmente del voltaje y se pueden producir capas mucho más gruesas. Para algunos electrolitos el grosor del óxido para estos voltajes depende solamente del tiempo de tratamiento después de haber alcanzado el voltaje máximo. Son electrolitos adecuados para conseguir capas porosas por este método los ácidos inorgánicos diluidos (por ejemplo ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido crómico) y/o ácidos orgánicos diluidos (por ejemplo ácido acético, ácido cítrico) o mezclas de estos.

Las figuras 6 y 7 muestran ejemplos de capas de óxido porosas producidas de acuerdo con el método anterior a 200 voltios en ácido sulfúrico 0,35 molar y respectivamente 300 voltios en ácido fosfórico 0,25 molar.

El implante que ha sido tratado en ácido sulfúrico tiene una superficie con una elevada densidad de poros abiertos. Aproximadamente el 20% de la superficie consiste en poros con dimensiones (diámetro) preferentemente del orden de 0,1-0,5 \mum. El grosor de la capa es de 2 \mum. El implante que ha sido tratado en ácido fosfórico tiene una densidad de poro similar. La distribución de tamaños de poros puede ser considerablemente distinta. Se pueden escoger tamaños de poros preferentemente en el intervalo de 0,3-0,5 \mum, pero una gran cantidad de poros más grandes (hasta 1,5 \mum) pueden encontrarse también en la superficie. El grosor del óxido en esta muestra es de 5 \mum. La superficie del implante en cuestión puede ser pretratada adicional o alternativamente por vía química, por ejemplo, con fluoruro de hidrógeno (HF).

La tabla de la figura 10 muestra las estructuras de capa de óxido realizadas utilizando diferentes parámetros de proceso.

La invención no está limitada a la realización anteriormente descrita solo a título de ejemplo, en vez de ello se puede modificar dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Implante (3) que comprende o que consiste en titanio y que tiene una o varias superficies que pueden ser aplicadas sobre o dentro de áreas de tejidos y/o áreas de crecimiento de hueso, estando dispuesta una o varias de dichas superficies con un depósito que comprende una sustancia iniciadora de crecimiento óseo o estimulante de crecimiento óseo, caracterizado porque la sustancia iniciadora de crecimiento óseo o estimulante de crecimiento óseo pertenece a la superfamilia TGF-\beta, el depósito ha sido formado por una disposición de poros en una capa de óxido relativamente gruesa (4,5) sobre el titanio, teniendo la capa de óxido un grosor comprendido en el intervalo 1-20 \mum.

2. Implante, según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de óxido tiene una rugosidad superficial en un intervalo de 0,4-5 \mum.

3. Implante, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa de óxido es altamente porosa, con 1 x 10^{7}-1 x 10^{10} poros/cm^{2}.

4. Implante, según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque cada superficie tiene esencialmente poros con dimensiones de diámetro en un intervalo de 0,1-10 \mum, y/o porque el volumen total de poros se encuentra dentro del intervalo de 5 x 10^{-2} y 10^{-5} cm^{3}.

5. Implante, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de óxido tiene un grosor en un intervalo de 2-20 \mum.

6. Implante, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el implante es un implante dental.