ES2324350T3 - Implantes revestidos y metodos de revestimiento. - Google Patents
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Abstract
Método que comprende: la formación de una primera capa de revestimiento derivada de una reacción de condensación de un alcóxido en un sustrato que tiene una dimensión adecuada para un implante, comprendiendo la primera capa de revestimiento un ligando que comprende un grupo cargado positivamente, y la formación de una segunda capa de revestimiento sobre la primera capa de revestimiento, comprendiendo la segunda capa de revestimiento un material con una propiedad que favorece la osteointegración.
Description
Implantes revestidos y métodos de
revestimiento.
Esta invención fue realizada con apoyo del
Gobierno de los Estados Unidos en virtud del contrato
1R43DE14927-01 otorgado por NIH/NIDCR. El Gobierno
tiene ciertos derechos en la presente invención.
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Los implantes metálicos se utilizan ampliamente
en aplicaciones médicas y dentales, tales como cirugías de cadera y
rodilla ortopédicas y en cirugía dental. Cada año en los Estados
Unidos se realizan más de dos millones de procedimientos
ortopédicos y más de 10 millones de procedimientos de implante
dental. Los implantes fallan debido a la mala osteointegración
entre el implante y el hueso natural. Los implantes se hacen
normalmente con materiales metálicos, siendo el titanio (Ti) y sus
aleaciones los favoritos debido a su biocompatibilidad y a sus
propiedades mecánicas. Para que los implantes funcionen con éxito,
es necesario que se forme rápidamente una unión química directa
entre el implante y el hueso y debe mantenerse durante muchos años,
mientras que el implante está cargado. Sin embargo, los materiales
metálicos no forman una unión química directa con el hueso. Con el
fin de favorecer la osteointegración entre el implante metálico y el
hueso, se incorpora una capa de material de desarrollo de la
osteointegración en el implante. Los materiales cerámicos de fosfato
de calcio son un ejemplo de materiales de revestimiento que
favorecen la osteointegración. El revestimiento más popular de la
familia de los fosfatos de calcio es la hidroxiapatita (HA), debido
a su estabilidad química y a su osteoconductividad.
Entre los parámetros importantes en el
comportamiento a largo plazo de los implantes revestidos con HA se
incluyen al menos una fuerza de enlace
revestimiento-sustrato aceptable y la bioestabilidad
(es decir, una baja tasa de disolución del revestimiento). Con el
fin de mejorar la fuerza de enlace
revestimiento-sustrato (generalmente un metal) y
otras propiedades, se han estudiado diversas técnicas de
revestimiento para desarrollar revestimientos delgados
(generalmente inferiores a 10 micras) de HA y otros fosfatos de
calcio. La patente US 4.908.030 describe un método de formación de
un revestimiento de HA delgado en un implante empleando el grabado
iónico. La patente USA 5.817.326 describe un método en el que se
endurecen una o más capas de HA sol-gel para
densificar un implante de aleación de titanio, seguido de un proceso
de implantación iónica sin línea a la vista, a fin de reforzar la
adherencia del revestimiento de HA al sustrato. La patente US
5.543.019 describe un método de formación de una capa de
revestimiento delgada en la superficie de un implante usando un
proceso de pulverización de plasma. Otros métodos desarrollados
incluyen la deposición por láser pulsado y la pulverización
magnetrónica.
Otro enfoque para mejorar la capacidad de unión
de un revestimiento de HA sobre un sustrato metálico es la
deposición de un revestimiento compuesto, donde se introduce una
fase metálica, ya sea para servir como capa intermedia o como
segunda fase (continua o dispersa), en una matriz de HA. Por
ejemplo, Dasarathy y col., en "Hydroxyapatite/metal composite
coatings formed by electrocodeposition", J. Biomed. Mater. Res.,
31, 81-89 (1996), describen un proceso de
electrocodeposición para recubrir un revestimiento compuesto de
cobalto/HA (Co/HA) sobre un sustrato de Ti con una fuerza de enlace
de hasta 37 MPa. Utilizando la técnica de pulverización de plasma,
Brossa y col., en "Adhesion properties of plasma sprayed
hydroxyapatite coatings for orthopaedic prostheses",
Bio-Med. Mater. Eng., 3, 127-136
(1993), y Nakashima y col., en "Hydroxyapatite coating on
titanium-sprayed titanium implant", en
Bioceramics 6, P. Ducheyne y D. Christiansen (eds.),
Butterworth-Heinemann, Oxford, 1993, págs.
449-453, describen un revestimiento de doble capa
que incluye una capa de HA en la parte superior de una precapa de
Ti porosa sobre un sustrato de Ti. Se demostró que este
revestimiento de doble capa supera a un revestimiento de HA
monolítico en lo que se refiere a las propiedades de adhesión. La
patente alemana "Coating of implants", Gruner, Heiko
(Plasmainevent A.-G.) Ger. Offen. DE 3.516.411 (C1. C23C4/04) del 12
de noviembre de 1986, describe un revestimiento multicapa que
comprende una precapa de Ti, una capa compuesta de Ti/HA y una
sobrecapa de HA formada mediante deposición de plasma. Los implantes
revestidos multicapa muestran una fusión rápida y estable entre el
implante revestido y el hueso. En un sustrato Ti- -6Al - 4V
Ferrari y col., en "Vacuum plasma spray deposition of titanium
particle/glass-ceramic matrix biocomposites", J.
Am. Ceram. Soc., 79, 1515-1520 (1996),
pulverizaron con plasma un revestimiento compuesto de vidrio
bioactivo reforzado con partículas de Ti que exhibió una fuerza de
enlace mayor que la del revestimiento de vidrio bioactivo
monolítico.
En los últimos años, los implantes de titanio
puro se han convertido en la opción preferida sustituyendo a los
implantes revestidos de fosfato de calcio debido a los serios
inconvenientes de estos revestimientos de fosfato de calcio. La
pulverización de plasma y el revestimiento obtenido por
pulverización son dos técnicas fundamentales ampliamente utilizadas
para revestimientos de HA. Estos métodos tienden a dar problemas en
cuanto a la disolución del fosfato de calcio, a una tasa del 50 por
ciento, en procesos de alta temperatura. Las diferentes fases de un
no HA-calcio fosfato pulverizado sobre los implantes
son de fácil disolución en una solución corporal. Al implante
revestido de fosfato de calcio con estos métodos también le falla la
estabilidad a largo plazo, con frecuencia debido a que se fractura
por la interfaz revestimiento-titanio que parece
producirse debido a la mala adherencia de la película de HA al
sustrato metálico. Además, el plasma pulverizado y el revestimiento
obtenido por pulverización tienden a producir revestimientos no
uniformes cuando se aplican sobre una superficie irregular o
porosa.
En consecuencia, existe la necesidad de un
implante con una fuerza de enlace y una bioestabilidad mejoradas,
así como de un método de formación de tales implantes para su
utilización en aplicaciones ortopédicas y dentales. Además, la
mayoría de los sistemas de implante de titanio disponibles
comercialmente utilizan cierto grado de topografía superficial
macroporosa en base a datos preclínicos y clínicos, ya que parece
que una topografía superficial rugosa mejora la tasa y la velocidad
de la integración funcional implante-tejido. Se
necesita un revestimiento de conformación sobre la superficie
rugosa del implante.
La US 2003/099762 describe un revestimiento
multicapa para el revestimiento de implantes, tales como implantes
dentales y ortopédicos, en concreto implantes metálicos. La primera
capa comprende un revestimiento de unión de un material denso
insoluble e inerte en los fluidos corporales. La segunda capa
comprende apatita y un ligante. La primera capa protege los
implantes metálicos de la corrosión, de la disolución de la apatita
y de la reacción interfacial entre la apatita y el ligante. La
apatita de la segunda capa es un agente bioactivo que puede
osteounirse al tejido. El ligante permite ajustar el coeficiente de
expansión térmica entre el revestimiento y el sustrato metálico.
Según la invención, se proporciona un método tal
como se define en la reivindicación independiente 1 y un aparato
tal como se define en la reivindicación independiente 12.
Otras características ventajosas de la invención
se definen en las subreivindicaciones dependientes.
Se describe un método. En una realización, el
método es adecuado para revestir material biocompatible, bioestable
y material conductor óseo de la superficie de un implante metálico.
Un método ilustrativo incluye la formación de una primera capa de
revestimiento sobre una parte de un sustrato (por ejemplo, un
material metálico) con una dimensión adecuada para un implante (por
ejemplo un implante médico o dental) y la formación de una segunda
capa de revestimiento sobre la primera capa de revestimiento,
incluyendo la segunda capa de revestimiento un material con una
propiedad que favorece la osteointegración.
Para un revestimiento multicapa tal como el
descrito, la primera capa de revestimiento puede ser una única capa
molecular, la cual puede reaccionar con la superficie de un implante
metálico para favorecer o conseguir la unión química u otra
adhesión. En una realización, la primera capa de revestimiento se
obtiene con silanos trifuncionales alcóxidos (tales como
alcoxisilanos), que tienden a formar una unión química con el
implante metálico. El derivado reaccionado puede incluir un ligando
cargado positivamente sobre una superficie de la capa o película
formada. La segunda capa de revestimiento puede ser una capa de
material de fosfato de calcio, tal como partículas de
hidroxiapatita nanométricas, que puede unirse (por ejemplo, unión
iónica) o de otra manera adherirse a la primera capa de
revestimiento cargada positivamente. En una realización, la segunda
capa de revestimiento se obtiene con una solución coloidal de
nanopartículas de hidroxiapatita (HA) cargadas negativamente. Las
nanopartículas cristalinas de hidroxiapatita cargadas negativamente
tienden a formar una unión relativamente fuerte con la primera capa
de revestimiento, cargada positivamente, mediante fuerzas de enlace
iónico. La atracción con la primera cargada de revestimiento cargada
positivamente puede también producir una carga negativa en la
superficie de la segunda capa de revestimiento. También se describen
métodos para inmovilizar los factores de inducción de crecimiento
óseo en hidroxiapatita conductiva ósea que aceleran la fijación del
implante al hueso.
También se describe un aparato. En una
realización, el aparato incluye un sustrato de dimensión adecuada
como implante para su utilización en una aplicación médica o
dental. El sustrato puede ser un material metálico, tal como
titanio, tantalio, cobalto, cromo y sus respectivas aleaciones.
Debido a que puede ser conveniente, en una aplicación, para
insertar o embeber (implante) el sustrato en el material óseo, el
sustrato incluye un revestimiento superficial sobre una parte del
mismo, por ejemplo en al menos la parte destinada o diseñada para
estar en contacto con el hueso o con otro tejido. En una
realización, el revestimiento superficial incluye al menos dos
capas de revestimiento: una primera capa de revestimiento con una
propiedad tal que se va a unir o adherir al sustrato, en concreto
un sustrato metálico; y una segunda capa de revestimiento sobre la
primera capa de revestimiento con una propiedad que favorece la
osteointegración entre el aparato y el hueso u otro tejido. También
se pueden añadir factores de inducción de crecimiento óseo, si es
posible a la segunda capa de revestimiento.
Las características, realizaciones y ventajas
adicionales se harán evidentes de las figuras y de la descripción
detallada que se presenta a continuación.
Las características, aspectos y ventajas de las
realizaciones se evidenciarán de la siguiente descripción
detallada, reivindicaciones en anexo y figuras que se acompañan,
donde:
Figura 1: ilustra esquemáticamente una sección
transversal de una parte de un sustrato con múltiples capas de
revestimiento sobre una superficie.
Figura 2: muestra una evaluación
RT-PCR en estado estacionario de los niveles de ARNm
de colágeno tipo I, osteopontina, osteocalcina, TO1, TO2 y TO3 en
células estromiales de médula ósea de rata cultivadas en discos de
Ti con superficies giradas, superficies de HA giradas, superficies
grabadas en ácido y superficies grabadas en ácido y revestidas de
HA. Se usó un gen constitutivo GAPDH como control interno.
Figura 3: muestra una prueba de colocación de
implante el día 14 de la osteointegración in vivo en un
fémur de rata (n = 6).
Se describe un aparato revestido y un método de
revestimiento de un aparato. En una realización, un aparato
adecuado es un implante médico/dental. En este contexto, se entiende
por un implante un dispositivo destinado a ser colocado dentro de
un cuerpo humano para conectar estructuras óseas (por ejemplo, un
implante de cadera) o que sirve como pieza fija para una parte del
cuerpo (por ejemplo, una pieza fija para un diente postizo). La
Figura 1 muestra un aparato médico/dental que comprende un sustrato
10 de un material metálico. Materiales metálicos adecuados para
implantes médicos/dentales incluyen titanio, tantalio, cobalto,
cromo o sus respectivas aleaciones, aunque no se limita a los
mismos. Una aleación adecuada de titanio es una aleación de titanio
(Ti), aluminio (Al), vanadio (V) (por ejemplo, Ti-6%
Al-4% V). El sustrato 10 comprende una superficie 15
(superficie superior tal como se mira) que puede o no tener una
topografía irregular o que puede ser porosa (por ejemplo,
macroporosa).
Con referencia a la Figura 1, sobreponiéndose a
una parte de la superficie 15 del sustrato 10 aparece una primera
capa de revestimiento 20, de, por ejemplo, un material con una
propiedad tal que va a unirse, asociarse o adherirse al sustrato
10. Entre los materiales adecuados para la primera capa de
revestimiento se incluyen aquellos obtenidos a partir de alcóxidos,
aunque no se limitan a los mismos. Como ejemplo, la primera capa de
revestimiento 20 se obtiene a partir de un alcóxido de fórmula
general:
YR_{2}M(OR_{1})_{x-1}
donde
- M
- es uno de silicio (Si), titanio (Ti), boro (B), aluminio (Al), circonio u otro tipo de metal cerámico;
- R_{1}
- es un grupo alquilo, tal como metilo o etilo;
- R_{2}
- es un grupo orgánico, tal como un alquilo (por ejemplo metilo, etilo), piridin-benceno, benceno;
- Y
- es un grupo cargado positivamente, tal como un grupo amina (NH_{2}) o un metal (por ejemplo Fe, Ca, Mg); y
- x
- es el estado de valencia de M.
Un material adecuado para su utilización en la
formación de la primera capa de revestimiento 20 es un silano
multifuncional. Por ejemplo, un alcoxisilano multifuncional adecuado
es un silano trifuncional,
aminopropil-trimetoxisilano (APS). El APS tiende a
unirse a un sustrato metálico a través de los grupos alcoxi y
proporciona una superficie cargada positivamente gracias al ligando
amino unido
(sustrato-O-Si-R-NH^{+}).Un
ejemplo de otro ligando cargado positivamente (YR_{2}) que puede
ser adecuado es piridina-Fe.
En una realización, la primera capa de
revestimiento 20 es una única capa molecular (una monocapa) que
tiene, en este ejemplo, ligandos terminales cargados positivamente
en una superficie del revestimiento (la superficie opuesta al
sustrato 10). La primera capa de revestimiento 20 puede formarse
sobre una parte de una superficie de un sustrato, incluyendo la
totalidad de la superficie. Entre los métodos adecuados para formar
una primera capa de revestimiento 20 se incluyen técnicas de
revestimiento en húmedo, tales como inmersión y pulverización. Para
el revestimiento por inmersión, una parte de la superficie del
sustrato 10, incluida la totalidad de la superficie, se sumerge en
una solución de alcóxido en presencia de un catalizador y un
alcohol. El alcóxido puede entonces someterse a hidrólisis y a
reacciones de condensación para formar una red (por ejemplo, una
red polimérica) de la primera capa de control 20 sobre la superficie
sumergida.
Con referencia a la Figura 1, sobre la primera
capa de revestimiento 20 (superficie superior tal como se ve)
existe una segunda capa de revestimiento 30. En una realización, la
segunda capa de revestimiento 30 es un material que favorece la
osteointegración entre el sustrato 10 y el material óseo (por
ejemplo, material óseo humano). Un material adecuado es un material
de fosfato de calcio tal como hidroxiapatita (HA). En una
realización, la segunda capa de revestimiento 30 es una capa que
incluye nanopartículas cristalinas de HA (por ejemplo, con un
tamaño medio de partícula del orden de 10 y 100 nanómetros en
promedio). Una fuente de nanopartículas de HA es Berkeley Advanced
Biomaterials, Inc., San Leandro, California. Por ejemplo,
BABI-HAP-N20^{TM} tiene un tamaño
de partícula del orden de 20 nanómetros.
Las nanopartículas de HA pueden introducirse en
la superficie del sustrato 10 (en la primera capa de revestimiento
20) en la forma de un coloide. Para formar un coloide, las
nanopartículas de HA pueden combinarse (dispersarse) en solución
con un disolvente y mezclarse a un pH del orden de entre 7 y 10. Una
cantidad representativa de HA en un coloide es del orden del 0,15
por ciento en peso.
Las nanopartículas de HA de la segunda capa de
revestimiento 30 tienen una propiedad que tiende a unirlas
iónicamente a la primera capa de revestimiento 20, en concreto a
ligandos cargados positivamente de la primera capa de revestimiento
20. La unión iónica crea un revestimiento "autoensamblado" (una
combinación de la primera capa de revestimiento 20 y la segunda
capa de revestimiento 30). Se puede crear una atracción de carga
estática en la superficie de la segunda capa de revestimiento 30
entre los ligandos cargados positivamente y las nanopartículas
cargadas negativamente. Utilizando nanopartículas de HA como
material de la segunda capa de revestimiento 30, una capa delgada
(por ejemplo, una monocapa) tiene fuertes propiedades de adhesión
que favorecen la osteointegración.
Para formar un sustrato revestido tal como se
ilustra en la Figura 1, en primer lugar la superficie del sustrato
se limpia a fondo y se carga (por ejemplo, con carga negativa)
mediante un proceso químico. La primera capa de revestimiento 20 se
aplica entonces en una parte de la superficie del sustrato 10
mediante inmersión u otro proceso de revestimiento en húmedo. El
endurecimiento de la primera capa de revestimiento 20 puede llevarse
a cabo a temperatura ambiente en cuestión de minutos. En aquella
realización donde la primera capa de revestimiento 20 se obtiene a
partir de (APS), una monocapa puede proporcionar una distribución
unidimensional uniforme de cationes en la superficie más externa de
la primera capa de revestimiento 20. El sustrato 10 que incluye la
primera capa de revestimiento 20 se sumerge después en una solución
que incluye, en una realización, un coloide de HA, para formar la
segunda capa de revestimiento 30 (por ejemplo, una capa aniónica de
HA). Por ejemplo, el sustrato 10 puede sumergirse en una solución
coloidal de HA durante varios minutos (por ejemplo, 10 minutos) y
luego aclararse y endurecerse. La segunda capa de revestimiento 30
puede endurecerse a una temperatura desde temperatura ambiente
hasta una temperatura de aproximadamente 100ºC. Para formar capas
adicionales del material de la segunda capa de revestimiento (por
ejemplo, múltiples capas de HA), se puede repetir el proceso. Un
grosor representativo para la segunda capa de revestimiento 30 de
una o más capas de HA es del orden de entre 10 nanómetros (por
ejemplo, una capa) y 100 nanómetros. El revestimiento multicapa (por
ejemplo, la primera capa de revestimiento 20 y la segunda capa de
revestimiento 30) así formado puede tener una superficie cargada
negativamente. Este revestimiento o película multicapa de
autoensamblaje iónico también puede sintetizarse en prácticamente
cualquier forma de implante y puede proporcionar un revestimiento de
conformación sobre una superficie de metal rugosa (por ejemplo,
titanio) que puede mantenerse con la capa de revestimiento.
En una realización, el método aplica un
procesamiento sol-gel en un método de autoensamblaje
para producir una escala nanométrica de un revestimiento ultrafino
de fosfato de calcio (por ejemplo, HA) a una temperatura desde
temperatura ambiente hasta 200ºC. Un revestimiento cristalino de HA
formado como se ha descrito posee una alta biocompatibilidad y
bioactividad. La naturaleza electrostática del revestimiento mejora
la adherencia de una película de HA a las superficies del implante.
Se cree que la adhesión se debe a un enlace químico inicial o
principal entre la primera capa de revestimiento adyacente al
implante metálico y la segunda capa unida iónicamente a la primera.
En una realización, un proceso produce un revestimiento multicapa
del orden de entre 10 nm y 200 nm de grosor.
Utilizando inicialmente un revestimiento
superficial de fosfato de calcio (por ejemplo, HA) y osteoblastos
aceleradores se puede generar una adhesión que reduce el tiempo de
cicatrización durante la implantación, y debería beneficiar a
aquellos pacientes con huesos defectuosos o con diseños de implante
de soporte de carga pesada, para los que no son válidos los
tratamientos actualmente disponibles. El revestimiento descrito
también puede ser no tóxico en base a ensayos in vitro e
in vivo. Los resultados de un revestimiento de APS (primera
capa de revestimiento) y de HA (segunda capa de revestimiento)
indican que los genes asociados a la formación ósea (col1, OPN,
OCN) se expresaron igualmente en las condiciones ensayadas, mientras
que los genes específicos del implante se sobrerregularon en discos
revestidos de HA en una proporción del 50 por ciento.
Se utilizó un nanopolvo de HA (\sim 20 nm)
para la formulación.
Preparación del sol de HA: Materiales:
Babi-HAP-N20^{TM} (100 g de peso
neto en hidróxido de amonio), éter, 2-metoxietanol
y dH_{2}O. Añadir NaOH 1M y ajustar el pH entre 9 y 10. Retirar la
solución transparente de la parte superior. Tomar el polvo de HA
añadido en 2-metoxietanol (3 por ciento). Agitar
ultrasónicamente durante 30 minutos a temperatura ambiente (RT)
para hacer un coloide al 3 por ciento de HA.
Limpieza de las superficies de los sustratos
de Ti: Preparación de una solución Piraña: Añadir 45 ml de
H_{2}O_{2} al 30 por ciento y, a continuación, 105 ml de
H_{2}SO_{4} (3:7) al 100 por cien en un vaso de vidrio de 200
ml. La solución resultante se divide en 3 partes y se añade en tres
botellas de vidrio de 60 ml. Los implantes comerciales se
introducen en las soluciones respectivas. Las botellas se colocan
después en un horno a 80ºC durante 1 hora. Se aclaran a fondo con
Milli-Q H_{2}O. Se aclaran de nuevo con etanol
absoluto. Se secan en el horno.
Modificación APS de la superficie Ti:
Preparación de una solución de APS al 5 por ciento: añadir
3-aminopropiltrietoxisilano en tolueno puro.
Sumergir los implantes en la solución de APS al 5 por ciento durante
15 horas a RT. Agitar ultrasónicamente durante 30 minutos en
tolueno, metanol/tolueno (1:1) y metanol. Aclarar a fondo con agua
Milli-Q para eliminar los residuos de APS. Secar a
temperatura ambiente (RT) de 1 a 2 minutos y almacenar hasta su
uso.
Agua alcalina: Añadir NaOH en agua
Milli-Q y ajustar el pH a 10.
Sumergir los implantes de titanio modificados
con APS en una solución de HA al 3 por ciento durante 10 minutos a
RT. Aclarar con dH_{2}O alcalina. Endurecer a 100ºC durante 30
minutos.
La adhesión de una película ultrafina de HA
sobre titanio metálico se prueba con un kit de corte cruzado
(Precisión Gage & Tool Co., Ohio). Brevemente, las muestras se
colocan sobre una base firme a temperatura ambiente. Se selecciona
una zona libre de manchas y de imperfecciones superficiales menores
utilizando la herramienta de corte cruzado del kit para hacer
cortes paralelos. Se hace un segundo corte a 90 grados y se centra
en los cortes originales para crear una rejilla en la película.
Colocar el centro de la cinta de prueba sobre la rejilla y alisarla
en su lugar. Para un buen contacto con la película, frotar la cinta
firmemente con una goma de borrar. Esperar unos 90 segundos y, a
continuación, retirar la cinta. Agarrar el extremo libre y
rápidamente tirar de él hacia uno mismo lo más cerca posible a un
ángulo de 180 grados.
Utilizando la lupa de iluminación del kit,
examinar la zona de la rejilla del revestimiento retirado. La
adherencia del revestimiento se clasifica de acuerdo con la
siguiente escala: 5B - nada del revestimiento sobre las cuadrículas
de rejilla se separa; 4B - no más de aproximadamente la zona se
separa; 3B - aproximadamente entre el 5 y el 15 por ciento de la
zona se separa. 2B: aproximadamente entre el 15 y el 35 por ciento
de la zona se separa. 1B: aproximadamente entre el 35 y el 65 por
ciento de la zona se separa. 0B: la descamación es peor que en el
Grado 1B.
Se obtuvo un grado 5B para el revestimiento
formado tal y como se describe en los Ejemplos 1 a 3 sobre titanio
metálico y mostró una adhesión muy fuerte para el revestimiento.
Se utilizó un disco incluyendo un revestimiento
formado tal como se ha descrito con referencia a los Ejemplos 1 a 3
para estudios de cultivo celular in vitro. Se utilizaron
ratas Sprague-Dawley macho adultas (de entre
aproximadamente 100 y 150 g de peso corporal) para aislar células
estromiales de médula ósea (BMSC). Las BMSC se dividieron en 4
grupos y se cultivaron en la parte superior de un disco girado, un
disco grabado en ácido, un disco revestido de HA girado y un disco
grabado en ácido y revestido de HA. Las BMSC se mantuvieron en un
medio de diferenciación osteoblástica convencional. Las BMSC
proliferaron normalmente sobre las superficies de HA y no se
observaron diferencias significativas entre los grupos durante el
período experimental, lo que sugiere que el revestimiento formado
tal como se ha descrito no presenta ninguna toxicidad celular. El
cultivo se dio por terminado el día 14 y se cultivaron las BMSC
para una preparación de ARN total. Se evaluó la expresión estado
estacionario de los ARNm codificando proteínas de la matriz
extracelular ósea y los genes asociados al implante mediante
RT-PCR. La Figura 2 muestra una evaluación
RT-PCR de los niveles de ARNm en estado estacionario
del colágeno tipo I (col1), osteopontina (OPN), osteocalcina (OCN),
TO1, TO2 y TO3 en células estromiales de médula ósea de ratas. Los
niveles de expresión de estas especies de ARNm eran similares en
estos grupos. La Figura 2 también muestra un gen constitutivo GAPDH
que fue empleado como control interno.
Los resultados indican que los genes asociados a
la formación ósea (col1, OPN, OCN) se expresaron igualmente entre
la condición probada, mientras que los genes específicos de implante
se sobrerregularon en los discos revestidos de HA en una proporción
del 50 por ciento.
Se esterilizaron minibarras de Ti con o sin
revestimiento de HA mediante radiación ultravioleta y se implantaron
en el fémur de ratas Sprague-Dawley macho adultas
de acuerdo con el método descrito anteriormente. El día 14, se
recogieron los fémures y se sometieron a la prueba de colocación de
implante. El implante de titanio revestido de HA mostró más de un
200 por ciento de aumento en el valor de colocación en comparación
con el grupo sin revestir. Los resultados se ilustran en la Figura
3. Este hallazgo sugiere que una estructura revestida de HA como se
describe en los Ejemplos 1 a 3 puede estimular positivamente la
osteointegración. La rugosidad de la superficie revestida de HA era
similar a la de la superficie del implante de titanio sin revestir
(Tabla 1).
En los párrafos anteriores se describen
realizaciones específicas. La memoria y las figuras, en
consecuencia, son consideradas como ilustrativas más que en un
sentido restrictivo.
Claims (15)
1. Método que comprende:
la formación de una primera capa de
revestimiento derivada de una reacción de condensación de un
alcóxido en un sustrato que tiene una dimensión adecuada para un
implante, comprendiendo la primera capa de revestimiento un ligando
que comprende un grupo cargado positivamente, y
la formación de una segunda capa de
revestimiento sobre la primera capa de revestimiento, comprendiendo
la segunda capa de revestimiento un material con una propiedad que
favorece la osteointegración.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque el sustrato es un material metálico y el
material metálico se selecciona entre tantalio, cobalto, cromo,
titanio, una aleación de cobalto, una aleación de cromo o una
aleación de titanio.
3. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la formación de la primera capa de
revestimiento comprende poner en contacto el sustrato con un
alcóxido que tiene un ligando que comprende un grupo cargado
positivamente.
4. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la primera capa de revestimiento
comprende una superficie cargada positivamente.
5. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la formación de la segunda capa de
revestimiento incluye poner en contacto el sustrato con una
solución de revestimiento que comprende nanopartículas de
hidroxiapa-
tita.
tita.
6. Método según la reivindicación 5,
caracterizado porque la solución de revestimiento comprende
una mezcla de disolventes que comprende un alcohol, dH_{2}O, éter
y una base.
7. Método según la reivindicación 1, que
comprende además el secado de la segunda capa de revestimiento a
una temperatura desde temperatura ambiente hasta 100ºC.
8. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la primera capa de revestimiento
comprende una única capa molecular.
9. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la segunda capa de revestimiento
comprende una única capa de nanopartículas de hidroxiapatita.
10. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la segunda capa de revestimiento
comprende una pluralidad de capas de partículas de hidroxiapatita
nanométricas.
11. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque una superficie de la segunda capa de
revestimiento está cargada negativamente.
12. Aparato que comprende:
un sustrato con una dimensión adecuada como
implante médico o dental, y
un revestimiento sobre la superficie,
comprendiendo el revestimiento una primera capa
de revestimiento derivada de una reacción de condensación de un
alcóxido y que tiene un ligando que comprende un grupo cargado
positivamente y una segunda capa de revestimiento sobre la primera
capa de revestimiento, teniendo la segunda capa de revestimiento una
propiedad que favorece la osteointegración.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Aparato según la reivindicación 12,
caracterizado porque la primera capa de revestimiento tiene
una propiedad que la une al sustrato.
14. Aparato según la reivindicación 12,
caracterizado porque la segunda capa de revestimiento
comprende partículas de hidroxiapatita nanométricas.
15. Aparato según la reivindicación 12,
caracterizado porque el alcóxido tiene la fórmula
general:
YR_{2}M(OR_{1})_{x-1},
donde
- M
- se selecciona de entre silicio, titanio, boro, aluminio y circonio,
- R_{1}
- es un grupo alquilo,
- R_{2}
- es un grupo orgánico;
- Y
- es un grupo ligando cargado positivamente, y
- x
- es el estado de valencia de M.
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