ES2341296T3 - Un nuevo sustituto mineral de hueso. - Google Patents
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Abstract
Un material sustituto mineral óseo artificial, que comprende al menos un material cerámico en polvo y al menos un agente de contraste para rayos X no iónico soluble en agua, comprendiendo dicho material hemihidrato de sulfato de calcio e hidroxilapatita, en el que el material comprende al menos un acelerador, siendo dicho al menos un acelerador dihidrato de sulfato de calcio y la hidroxiapatita tiene una concentración entre 20 y 60% en peso del peso total de los componentes en polvo.
Description
Un nuevo sustituto mineral de hueso.
La invención se refiere a un material artificial
sustituto mineral de hueso así como también a una composición para
el mismo, que tiene radio opacidad mejorada. La invención también se
refiere al uso de una composición para un material artificial
sustituto de mineral de hueso como un medio de contraste para rayos
X.
La expectativa de vida de la población mundial
se ha incrementado tremendamente durante los últimos 50 años.
Nuestra población está viviendo más que nunca. En los próximos 10
años, se ha predicho que habrá más gente mayor de 60 años de edad
que gente con edad de 20 años en Europa. Más personas necesitarán
ayuda médica para enfermedades relacionadas con la edad, lo que
incrementará la presión de los hospitales.
Los huesos es el segundo material más común a
ser trasplantado después de la sangre. El método más confiable para
reparar los defectos de los huesos es utilizar hueso autógeno, es
decir, hueso tomado de otro sitio del cuerpo. Los autoinjertos son
osteogénicos, es decir derivados de o compuestos de cualquier tejido
que preocupe con el crecimiento o reparación del hueso. Sin
embargo, pueden ocurrir problemas en el segundo sitio quirúrgico
después de que es tomado el injerto. Para evitar este trauma extra
se pueden utilizar aloinjertos, es decir injertos de hueso entre
individuos de las mismas especies. Los aloinjertos tienen una
capacidad osteogénica inferior que los autoinjertos y la tasa de
formación de nuevo hueso podría ser inferior. Ellos también tienen
una tasa de reabsorción más alta, una respuesta inmunogénica mayor y
menos revascularización del receptor. Los aloinjertos deben también
ser controlados por virus en razón a que ellos se pueden transferir,
por ejemplo, VIH, y hepatitis. El uso de aloinjertos es ahora el
método más común de trasplante de hueso y reparación por defectos de
hueso.
Los problemas con la utilización de los
autoinjertos y el suministro limitado de huesos en la mayoría de los
hospitales ha conducido a la investigación de muchos materiales que
se puedan utilizar como sustitutos de hueso. El sustituto ideal de
hueso debe ser biocompatible, inyectable a través de una aguja,
autoconsolidante, osteoconductivo, reabsorbible y remplazado por un
nuevo hueso normal.
Un sustituto injerto de hueso inyectable puede
mejorar el tratamiento de la osteoporosis. La osteoporosis es una
enfermedad que actúa sobre la gente más vieja. El hueso es un tejido
vivo, se forman nuevas células y algunas células mueren
diariamente. Al año 10-30% de su esqueleto completo
se remodela. La osteoporosis conduce a una reducción de masa total
del esqueleto en razón de un estado de no equilibrio entre las
células que forman el hueso (osteoblastos) y las células que
reabsorben el hueso (osteoclastos). Cuando la taza de reabsorción
del hueso es mayor que la taza de formación de hueso se conduce a
una reducción total del hueso. El esqueleto se vuelve más débil y
finalmente ocurre una fractura en razón de una caída o solo porque
el esqueleto ya no puede soportar el peso del cuerpo. Cuando la
columna se debilita esta se curva y se comprime.
Existen dos tipos de hueso: trabecular y
cortical. La capa exterior del hueso usualmente consiste de hueso
cortical, que es muy denso y sólido, el hueso trabecular es mucho
más poroso y se encuentra dentro de los huesos. La osteoporosis
afecta inicialmente el hueso trabecular.
Las fracturas que resultan de la osteoporosis
son muy problemáticas de tratar. El esqueleto es frágil y difícil
de estabilizar con tornillos y placas. Aún si la inserción con
tornillo tiene éxito este a menudo se suelta cuando el paciente
comienza a moverse. Para unir los tornillos al hueso se puede
inyectar un sustituto de injerto de hueso en huecos perforados
antes de la inserción del tornillo. El resultado es que la fijación
del tornillo mejora y el paciente se recupera más rápido con menos
dolor. Si una capa delgada de hueso sustituto se utiliza puede ser
difícil ver en una fotografía de rayos x. Para mejorar la
visibilidad, podría ser posible agregar un medio de contraste
radiográfico al material. Para estabilizar la columna, se puede
inyectar un sustituto de injerto de hueso. Si un sustituto de hueso
chorrea de la columna, esto causara presión a los tejidos
circundantes y los nervios lo que originará dolor y eventualmente
daño del nervio.
Uno de los materiales que será utilizado para
estabilizar la columna es el cemento de hueso polimetilmetacrilato
(PMMA). El PMMA es un polímero de cadena que es vidriosa a
temperatura ambiente. El PMMA es un buen material para lentes
intraoculares y lentes de contacto duros. También se utiliza para
fijar el implante de metal en las articulaciones de la cadera y
para reconstrucción de los defectos del cráneo y vertebroplastia. El
PMMA no es reabsorbido en el hueso. El PMMA tiene un par de
inconvenientes. Por ejemplo, el PMMA cura con una reacción
exotérmica fuerte, que hayan potencialmente la estructura de tejidos
suaves adyacente, es decir, muerte celular, particularmente en el
evento de extrusión del cemento. Por lo tanto, el PMMA no un
material óptimo para esta indicación.
Actualmente, se utilizan principalmente tres
clases de sustituyentes de hueso para reparar hueso: fosfato de
calcio, hidroxiapatita y sulfato de calcio.
Los fosfatos de calcio son adecuados como
sustituto del hueso por razón de sus propiedades bioactivas, es
decir, tienen un efecto sobre la obtención de respuesta del tejido
vivo. Ellos tienen propiedades de baja fatiga con relación al hueso
y solo se pueden utilizar en áreas que no llevan peso. La taza de
reabsorción es relativamente lenta, al menos de 6 meses.
Existen dos diferentes categorías de fosfato de
calcio: el CaP obtenido mediante precipitación de una solución
acuosa a temperatura ambiente (CaP de temperatura baja) y el CaP
obtenido mediante la reacción térmica (CaP de temperatura alta).
Los fosfatos de calcio utilizados en medicina son Cap de temperatura
alta, por ejemplo un fosfato de \alpha tricalcio
(\alpha-TCP) hidroxiapatita (HA). El CaP de baja
temperatura se utiliza para sintetizar Cap de alta temperatura.
Existe fosfato de tricalcio
(Ca_{3}(PO_{4})_{2}) en dos formas:
\alpha-TCP y \beta-TCP. La
estructura cristalina del \alpha-TCP es
monoclínica y consiste de columnas de cationes mientras el
\beta-TCP es una estructura rombohedrica. El
\beta-TCP es estable hasta los 1180ºC y el
\alpha-TCP es estable entre
11180-1470ºC. \alpha-TCP se forma
al calentar \beta-TCP por encima de 1180ºC y
apagarlo para retener su estructura. El
\alpha-TCP es menos estable que el
\beta-TCP y forma el material más rígido HA
deficiente en calcio cuando se mezcla con agua, ver fórmula 2.1
La hidroxiapatita es el fosfato de calcio más
estable y el componente no orgánico principal del hueso la mayor
parte de los sustitutos de injerto de hueso en el mercado son hechos
de hidroxiapatita. El HA es altamente cristalino y el menos soluble
de los fosfatos de calcio.
La hidroxiapatita y el fosfato de tricalcio son
los fosfato de calcio más comunes utilizados para rellenar los
defectos de hueso y como recubrimiento de implante. Ellos tienen
bajas propiedades de fatiga con relación al hueso y solo se pueden
utilizar en áreas que no llevan peso. Su taza de reabsorción es
relativamente baja de 6 meses a varios años. Es posible incrementar
la taza de degradación ligeramente al incrementar el área de
superficie del material, disminuyendo la cristalinidad y la
perfección del cristal y disminuyendo el tamaño de los cristales y
de los granos en el material. La mayor taza de reabsorción puede ser
preferible para animar la formación de hueso.
La hidroxiapatita
(Ca_{10}(PO_{4})_{6}(OH)_{2}) es
el componente mineral principal del hueso. La hidroxiapatita
artificial (HA) tiene una estructura química y cristalográfica
similar al HA natural del hueso y se ha estudiado como un material
para reemplazo del hueso durante más de 30 años. El HA es altamente
cristalino y el CaP más estable en solución acuosa. El HA es el
fosfato de calcio menos soluble a PH sobre 4.2, lo que significa que
otros fosfatos de calcio con un PH sobre 4.2 tenderán a disolverse
y formar HA precipitado el HA es biocompatible, no osteogénico pero
tiene propiedades osteoconductivas. La mayoría de los sustitutos de
hueso en el mercado son hechos de HA. Ellos son considerados como
degradables pero su tiempo de degradación es muy largo. La
resistencia a la compresión final depende de cual tipo de HA se
utilice. Si se utiliza HA secado por rociado la resistencia de la
compresión es muy baja. Aun la forma y el tamaño del polvo afectan
la resistencia mecánica.
Existen varias formas de HA que se han utilizado
experimentalmente y clínicamente: bloques cerámicos sólidos,
bloques porosos y partículas sólidas y porosas. El uso principal del
HA es la cirugía oral, donde se utiliza HA en partícula. El HA en
partícula es inconveniente para aplicaciones ortopédicas en razón a
que las partículas migran a menudo desde el sitio del implante
antes de que el crecimiento interno del hueso las asegure en su
lugar. Los bloques de HA poroso han sido exitosamente utilizados
para reconstrucciones cráneo faciales y para aplicaciones
ortopédicas, pero ellos son difíciles de conformar.
La investigación en los sulfatos de calcio como
un sustituto de injerto de hueso se ha llevado a cabo durante más
de un siglo. Varios investigadores han reportado experimentos
utilizando hemihidrato de sulfato de calcio, común mente conocido
como Plaster de Paris (PoP). Este material es bien aceptado por el
cuerpo y la taza de reabsorción es más rápida que la tasa de
crecimiento interno de hueso y la resistencia mecánica del Plaster
de Paris es baja.
El hemihidrato de sulfato de calcio existen en
dos formas, la forma \alpha y la forma \beta. La forma \alpha
tiene un estructura monoclínica y consiste de partículas primarias
compactas, bien formadas, grandes y transparentes. La forma \beta
tienen una estructura romboédrica que consiste de partículas
secundarias ásperas hechas de cristales extremadamente
pequeñas.
El Plaster de Paris se hace de dihidrato de
sulfato de calcio (yesos) a través de la deshidratación ver la
reacción 2.2. El yeso es molido y calentado hasta que
aproximadamente el 75% del agua se ha ido y se obtiene
CaSO_{4}.1/2H_{2}O. Cuando el Plaster de Paris se mezcla con
agua, ocurre una reacción isotérmica con el yeso como producto, el
cual es denominado la rehidratación del yeso, ver reacción 2.3. La
estructura del yeso consiste de capas de iones de SO_{4}^{2-}
alternantes fuertemente unidas al Ca^{2+} y láminas de moléculas
de agua.
\vskip1.000000\baselineskip
Si el dihidrato de sulfato de calcio se agrega
al hemihidrato de sulfato de calcio el tiempo de consolidación
disminuirá en razón a que se elimina el tiempo de nucleación. El
crecimiento de los cristales puede iniciar directamente sobre las
partículas de dihidrato de sulfato de calcio que actúan así como un
acelerador.
\global\parskip0.930000\baselineskip
El fosfato de dihidrógeno de disodio
(Na_{2}HPO_{4}) se utiliza como un acelerador para las
composiciones de fosfato de calcio. Cuando el Na_{2}HPO_{4} se
agrega al polvo de cemento, los iones de (PO4)^{3-} se
unirán a los iones de Ca^{2+} y la tasa de precipitación se
incrementara lo que le da un tiempo de consolidación más corta.
La investigación en el uso de diferentes
materiales de radio contraste en cemento de hueso, es decir, PMMA,
se ha conducido y se ha estudiado la influencia del medio de radio
contraste en PMMA. Los agentes de radio contraste, sulfato de
barium (BaSO_{4}) y dióxido de zirconio (ZrO_{2}), son agregados
comúnmente al polimetilmetacrilito (PMMA) para asegurar la
visibilidad a los rayos x y para facilitar las evaluaciones
radiológicas. Estos dos materiales tienen efectos colaterales
negativos porque ellos pueden originar la reabsorción patológica del
hueso así como también originar daño a la superficie articulante si
ellos entran al espacio de la articulación, se ha obtenido un
incremento marcado en la producción de desechos de hueso de
polietileno. Adicionalmente, si se incluye en los sustitutos de
hueso, tales sustitutos de huesos densos a los rayos x pueden
chorrear de la columna y originar daños a los nervios.
Cuando tal hueso cerámico se reabsorbe con el
tiempo, este subsecuentemente entrara en contacto con otros tejido.
Los agentes de contraste en la forma de metales, oxido de zirconio,
sulfato de balio permanecerán en el mismo sitio de tratamiento y se
esparcirán como partículas pequeñas a otros órganos, tal como
pulmones, y/o finalmente se transportaran a los riñones donde ellos
serán atrapados. Así como es importante que el agente de contraste
se disuelva en la sangre y se deseche por vía de los riñones como
orina primaria.
Los agentes de contraste rayos x no iónicos
solubles en agua se han utilizado en relación con los materiales
poliméricos. En la WO/99/62570 tales agentes se han utilizado para
evitar la liberación de partículas provenientes del cemento de
hueso es decir, el material plástico, que contribuye al desgaste de
las superficies adyacentes en el sitio quirúrgico.
El objeto de esta invención es suministrar un
material sustituto de mineral de hueso artificial, por medio del
cual se eliminen o reduzcan los problemas anteriormente
mencionados.
Otro objeto de la invención es suministrar un
material artificial sustituto del mineral de hueso que exhiba
efectos radiofísicos positivos en comparación con el estado de la
técnica.
Otro objeto es suministrar un sustituto de
injerto de hueso que mejore la posibilidad de detectar chorreadura
durante la operación.
Un objeto adicional de la invención es
suministrar una composición que después de endurecerse de como
resultado un implante de cerámica "seguro" que comprenda un
medio de contraste biocompatible con los rayos x, por medio del
cual una chorreadura del agente de contraste desde el sitio de la
inyección se permita, y que no de origen a una inflamación en la
densidad del sitio de la inyección y sea así atoxico para por
ejemplo el sistema nervioso.
Aún un objeto adicional es suministrar una
composición que no exhiba los inconvenientes de alta viscosidad al
suministro y que provea o le de propiedades reológicas mejoradas y
permita la inyección en sitios distantes en comparación con los del
estado de la técnica.
Aún un objeto adicional de la invención es
suministrar una composición, por medio de la cual los materiales
cerámicos no tengan que ser incluidos en el medio de contraste de
los rayos x.
Aún otro objeto de la invención es suministrar
una composición por medio de la cual sea posible seguir la curación
de los defectos de hueso y de las fracturas de hueso.
Aún un objeto adicional de la invención es
suministrar una composición que se puedan utilizar en aplicaciones
de los defectos de hueso y la estructura de hueso.
Aún un objeto adicional de la invención es
suministrar una composición que se pueda utilizar en las
aplicaciones de los efectos de hueso que se comunican con las
articulaciones.
Estos objeto así como también otros objetos que
serán evidentes de la siguiente descripción se logran mediante un
material artificial sustituto del mineral de hueso, que es
bioabsorbible y que comprende por lo menos una cerámica y por lo
menos un agente de contraste para los rayos x no iónico soluble en
agua así como también una composición que comprenda dicho material
y un líquido acuoso y un uso de dicho material para la producción
de dicha composición.
En los dibujos
Figura 1 muestra la relación entre el tiempo de
inyección y la cantidad de iohexol para una cantidad constante de
acelerador para una composición basada en sulfato de calcio.
Figura 2 muestra la relación entre el tiempo de
inyección y la cantidad de iohexol para compuestos basados en
fosfato de calcio,
Figura 3 muestra la relación entre el tiempo de
consolidación y la cantidad de iohexol para un compuesto de fosfato
de calcio con una proporción líquido/polvo de 0.28.
\global\parskip0.950000\baselineskip
La composición de la invención así como también
el material sustituto de mineral de hueso artificial de la
invención comprende por lo menos un material cerámico y por lo menos
un agente de contraste para los rayos x no iónicos soluble en agua.
Se prefiere que la composición sea inyectable y que el hueso
artificial obtenido sea bioabsorbible.
Los agentes de contraste para los rayos x no
iónicos solubles en agua adecuados convencionales son compuesto
aromáticos y orinados, que tiene uno o varios núcleos aromáticos que
son por lo menos triyodo sustituidos. Tales agentes se muestran en
la US 5.695.742 y comprenden los números de registro CAS (Chemical
Abstract Service) 31112-62-6
(metrizamida), 60166-93-0
(iopamidol), 78649-41-9 (iomeprol),
73334-07-3 (iopromida),
877771-40-2 (ioversol),
66108-95-0 (iohexol),
89797-00-2 (iopentol),
107793-72-6 (ioxilan),
99139-49-8 (II-1),
75751-89-2 (iogulamida),
63941-73-1 (ioglucol),
63941-74-2 (ioglicomida),
56562-79-9 (ioglunida),
76984-84-0
(MP-7011),
64965-50-0 (MP-7012,
77111-65-0
(MP-10007),
79944-49-3
(VA-7-88),
79944-51-7 (también se muestra en
WO/85/01727), 99139-62-5 (también
se muestra en WO 85/01727) y
78341-84-1 (también se muestra en EP
0023992).
Otros de tales agentes de contraste para rayos x
no iónicos solubles en agua se muestran en la US 5.447.711 y
comprenden iotrolan, ioxaglato, iodecimol, y iosarcol. Otros agentes
de contraste adecuado son iotusal, ioxilano, e iofrotal.
Preferiblemente, el agente de contraste para
rayos x no iónicos soluble en agua tiene una osmomolalidad tal como
iohexol, iodixanol, ioversol, iopamidol y iotrolano.
Por ejemplo, iohexol
(C_{19}H_{26}I_{3}N_{3}O_{9}) así como también su dímero
iodixanol pueden ser utilizados con ventaja como un agente de
contraste para rayos x no iónicos soluble en agua. Estas sustancias
no influencia la formación de hueso y ellas tienen una buena
biocompatibilidad en el hueso. Ellos se utilizan para diferentes
propósitos en medicina. Por
ejemplo se pueden utilizar para pacientes con falla renal para de terminar la taza de limpieza de plasma por el riñón.
ejemplo se pueden utilizar para pacientes con falla renal para de terminar la taza de limpieza de plasma por el riñón.
Así, la composición de la invención así como
también el material sustituto del mineral de hueso artificial de la
invención comprenden por lo menos un agente de contraste para rayos
x no iónicos soluble en agua, preferiblemente iohexol o su dímero
iodixanol. Cuando se utiliza en la composición de la invención, el
agente de contraste para rayos x no iónicos soluble en agua debe
tener una concentración entre 2 y 20 por ciento en peso del peso
total de los componentes de polvo en el mismo.
Por supuesto, otros agentes de contraste también
se pueden incluir en el material sustituto de mineral de hueso
artificial así como también la composición para el mismo.
Los cerámicos adecuados son sulfatos de calcio y
fosfato de calcio.
Ejemplos de cerámicos de fosfato de calcio son
fosfato de \alpha-tricalcio, hidroxiapatita,
dihidrato de fosfato de calcio, fosfato de dicalcio anhidro,
fosfato de tetracalcio, fosfato de
\beta-tricalcio, hidroxiapatita deficiente en
calcio, monohidrato de fosfato de monocalcio, fosfato de monocalcio,
hidrofosfato de calcio, hidroxiapatita precipitada, apatita
acarbonatada (dalita), fosfato de octocalcio, fosfato de calcio
morfo, oxiapatita y carbonatoapatita.
Los tipos adecuados de fosfatos de calcio se
muestran en la tabla 1 adelante.
Preferiblemente, el fosfato de calcio tenga una
proporción Ca/P entre 0.5 y 2.0 de manera similar, se prefiere que
el fosfato de calcio en partículas sean hidroxiapatita (HA), fosfato
de tri-calcio (TCP) o una mezcla de estos.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En la composición el fosfato de calcio en
partículas debe tener un tamaño en partícula de menos de 20 \mum,
preferiblemente menos de 10 \mum.
El sulfato de calcio puede ser
\alpha-hemihidrato de sulfato de calcio,
\beta-hemihidrato de sulfato de calcio, o
\beta-dihidrato de sulfato de calcio.
También se puede utilizar carbonato de calcio
como una cerámica.
La composición de la invención dará un material
artificial sustituto de mineral de hueso puede en si mismo ser
utilizado como un medio de contraste para rayos x. Un efecto aditivo
de los rayos x se obtienen por medio de la composición de acuerdo
con la invención, en razón a que se utiliza la capacidad de
contraste de los rayos x de su componente cerámico. La inclusión de
por lo menos un agente de contraste para rayos x no iónicos soluble
en agua en la composición incrementa la densidad original de los
rayos x del sustituto óseo denso de rayos x. Así, ningunos agentes
de contraste de radio cerámicos adicionales, tales como dióxido de
sulfato de bario y circonio tienen que ser incluidos en la
composición para un material artificial sustituto del mineral óseo
de acuerdo con la invención. Tales partículas cerámicas duras
desgastaran las articulaciones cuando se separen del sustituto
óseo. En las articulaciones ellos originaran daño físico y
eventualmente darán como resultado reacciones inflama-
torias.
torias.
Así, la composición de la invención, la cual
comprende por lo menos un agente de contraste para rayos x no
iónicos soluble en agua puede ser inyectada adyacente a las
articulaciones, y el material artificial resultante sustituto del
mineral óseo se puede utilizar para los defectos de huesos que se
comunican con las articulaciones. Tales aplicaciones incluyen la
reparación de los defectos de las articulaciones osteocondrales así
como también las fracturas o los defectos de los huesos que
involucran una articulación.
A demás, el origen doble de la densidad de los
rayos x se puede explotar adicionalmente, por ejemplo con el fin de
seguir el proceso de curación después de la implantación de la
composición de la invención en un cuerpo humano o animal. Cuando el
material artificial sustituto del mineral óseo obtenido, que
comprende por lo menos un agente de contraste para rayos x no
iónico soluble en agua, se remplaza por hueso de crecimiento
interno, el agente soluble en agua desaparecerá lentamente. Esto da
como resultado una declinación progresiva en la densidad de los
rayos x, la cual se puede monitorear.
Con el fin de incrementar el proceso de curación
la composición de la invención también debe comprender por lo menos
un factor osteogénico. A este respecto un factor osteogénico es una
sustancia que influencia el doblado de hueso, o al incrementar la
formación de hueso disminuir la ruptura de hueso.
Las sustancias inductoras de hueso adecuadas
(estimulante y/o acelerante) son los factores de crecimiento y las
hormonas. Los factores de crecimiento y los derivados de estos son
los preferidos, a los cuales actúan localmente, por ejemplo, la
familia BMP puede (proteger a morfogénicas de hueso). También se
prefiere utilizar factores de crecimiento autólogos con el fin de
acelerar el crecimiento del hueso.
Ejemplos de tales compuestos estimulantes de
hueso son las hormonas para tiroides y los derivados de estas los
estrógenos, las progesteronas, los andrógenos, las testosterona,
calcitonina, somatomedina y oxitocina.
Las proteínas de matriz de amelinge - 1,
amelinge 2 y ameloblastidas así como también el compuesto
disminuyente del colesterol estatina se pueden incluir con el fin
de inducir, estimular y/o acelerar la formación de hueso.
Ejemplos, de inhibidores adecuados de ruptura de
hueso son los bifosfonatos, la osteocalcina, osteonectina y los
derivados de estos, que se pueden incluir en la composición de la
invención y el material resultante.
La composición de la invención también puede
incluir por lo menos un acelerador, que sea preferiblemente
dihidrato de sulfato de calcio y/o fosfato hidrogendisodio. Cuando
se utiliza dihidrato de sulfato de calcio se debe tener una
concentración 0.1 y 10% del peso total de las componentes en polvo
en la composición.
Una composición inyectable preferida comprende
hemihidrato de sulfato de calcio en partícula, fosfato de calcio en
partícula. La composición también puede incluir dihidrato de sulfato
de calcio en partícula como un acelerador y opcionalmente vitamina
E. cuando se incluye la vitamina E, se debe tener una concentración
entre 0.1 y 10 por ciento en peso del peso total de los componentes
en polvo en la composición.
De manera similar, la composición de la
invención así como también el material sustituto del mineral óseo
artificial resultante puede además incluir calciferoles,
calcitrioles, así como también otras vitaminas D derivados de
estas. Estos compuestos ayudan a regular el metabolismo del calcio y
la calcificación normal de los huesos en el cuerpo así como también
influencia la utilización del fósforo mineral.
\newpage
Los compuestos con defectos estáticos o cidales
contra el material viviente extraño invasor también se pueden
incluir. Tales compuesto incluyen antibióticos naturales así como
también otros compuestos antibacteriales semisintéticos y
sintéticos, compuestos antivirales, compuestos antifungosos y
compuestos antiparasitarios.
Los citostáticos y otras sustancias de
quimioterapia también se pueden incluir en la composición así como
también el material de acuerdo con la invención.
Cuando por lo menos una cerámica en polvo es un
hemidrato de sulfato de calcio y por lo menos una de hidroxiapatita
y fosfato de \beta-tricalcio, y por lo menos una
hidroxiapatita y fosfato de \beta-tricalcio tenga
una concentración entre 20 y 60 por ciento en peso, del peso total
de las componentes en polvo en la composición de la invención.
Cuando por lo menos una cerámica en polvo es un
hemihidrato de sulfato de calcio y un sulfato de
\alpha-tricalcio, el hemihidrato de sulfato de
calcio tiene una concentración entre 1 y 30 por ciento en peso y en
el fosfato de \alpha-tricalcio tiene una
concentración entre 50 y 99% en peso del peso total de los
componentes en polvo en la composición de la invención,
respectivamente.
Otras composiciones inyectables para los
materiales artificiales sustitutos del mineral de hueso están
similarmente basados en tetracalciofosfato (TTCP) y hidroxiapatita
(HA); fosfato de \alpha-tricalcio (TCP) y
tetracalciofosfato; fosfato de \alpha- tricalcio,
tetracalciofosfato y ácidos citroco; fosfato de
\alpha-tricalcio, tetracalciofosfato, dihidrato
de sulfato dihidrato (DCPD), una hidroxiapatita; fosfato de
\alpha-tricalcio, fosfato de dicalcio (DCP)
carbonato de calcio, y hidroxiapatita; y monómeros acrílicos de
hidroxiapatita.
Al incluir un agente de contraste de rayos x no
iónicos soluble en agua la resistencia del sustituto de mineral de
hueso se disminuye un poco. Este puede, sin embargo, ser compensado
al reducir el contenido de agua de este. Sin embargo, el material
sustituto de mineral óseo artificial de la invención se utiliza
preferiblemente en relación con las indicaciones, en la cual no se
requiere una alta resistencia solo cuando se requiere alto
contraste para los
rayos x.
rayos x.
Una ventaja adicional del material artificial
sustituto mineral óseo de acuerdo con la invención es que el agente
de contraste para los rayos x no iónicos soluble en agua también
funciona efectivamente en su estado seco sólido. Así, el agente de
contraste para rayos x no iónicos soluble en agua se mezcla en la
composición de la invención, así como también el material sustituto
de mineral óseo artificial de la invención y es homogéneamente
distribuido en el mismo.
Preferiblemente, el agente de contraste para
rayos x no iónicos soluble en agua se mezcla en el componente de
sulfato seco como un polvo seco, o se disuelven en el líquido acuoso
de la composición. También se prefiere que el componente líquido
acuoso sea agua destilada.
La composición de acuerdo con la invención la
proporción entre los componente en polvo y el componente líquido
acuoso, es decir, la proporción liquida/polvo de estar entre 0.1 y
0.4 ml/g.
En una modalidad preferida de la invención la
composición inyectable que comprende hemihidrato de sulfato de
calcio, fosfato de calcio, y un líquido acuoso, al agua se le
permite reaccionar con sulfato seco o los componentes de fosfato de
la composición. Esto da como resultado una cristalización de los
componentes cerámicos.
Cuando el sustituto mineral óseo artificial en
el cuerpo, el agua en la sangre disolverá finalmente la cerámica de
sulfato y el agente de contraste para rayos x no iónicos soluble en
agua se liberara y desechara.
De manera similar, en una mezcla de
sulfato/fosfato o sulfato/hidroxiapatita, el agente de contraste
para rayos x no iónicos soluble en agua se disolverá en una
proporción más limitada en razón a que este se asegura dentro del
material sustituto del mineral óseo.
Por ejemplo, un compuesto de hidroxiapatita y
sulfato de calcio da como resultado un material con mucho mejores
propiedades de manejo que la hidroxiapatita sola. La mezcla se puede
inyectar o insertar manualmente a un defecto de hueso bajo presión.
Las partículas de hidroxiapatita son mantenidas en su lugar por el
plaster de Paris que inicialmente actúa como un ligador. Cuando el
plaster de Paris se reabsorbe, se obtiene una matriz con porosidad
controlada, la que soporta el crecimiento interno del hueso. Si la
cantidad de hidroxiapatita es por lo menos 40%, la temperatura de la
sección consolidante se disminuye la cual es otra razón para
agregar hidroxiapatita del plaster de
Paris.
Paris.
Así, la mezcla del agente de contraste para
rayos x no iónicos soluble en agua como un polvo de sulfatos seco o
el componente de fosfato respectivamente, la disolución del mismo
con el tiempo se controlara.
El sustrato de hueso muy viscoso es más
fácilmente inyectado que aquellos de acuerdo con el estado de la
técnica, es decir, se obtiene propiedades reológicas positivas
cuando el agente de control separado rayos x no iónico soluble en
agua se incluye en la composición para un material sustituto mineral
óseo.
La invención se describirá ahora adicionalmente
y se ilustrara con referencia a los siguientes ejemplos. Se debe
notar, sin embargo, que estos ejemplos no deben ser considerados
como limitantes de la invención de ninguna manera
La visibilidad de los rayos x se determino con
tres diferentes cantidades de iohexol tanto en composiciones de
fosfato de calcio como en composiciones basadas en sulfato de
calcio. Se desarrollaron dos diferentes pruebas. En una prueba las
muestras utilizadas para pruebas de consolidación se sometieron a
los rayos x y la visibilidad de las tres muestras se comparo.
Cuatro muestras de cada material se estudiaron. La proporción
líquido/polvo fue la misma para las tres pruebas. En la otra prueba
se perforaron huecos en las vértebras bovinas. Los huecos fueron de
10 mm de diámetro y la profundidad fue de 10 mm. Los huecos fueron
rellenados con material mediante inyección a través de una jeringa
y analizados con rayos x. La visibilidad de los diferentes
materiales se comparo con la visibilidad del hueso. Las
consolidaciones de rayos x fueron de 60 kV y 40 mAs. El mismo equipo
se utilizo para ambos ensayos. La tabla 2 muestra las composiciones
basadas en hemihidrato de sulfato de calcio, y en la tabla 3 se
muestran las composiciones basadas en fosfato de calcio. Una
escalera de aluminio escalada desde 1-5 se utilizo
para la comparación, siendo 5 la visibilidad más baja y 1 la más
alta.
\vskip1.000000\baselineskip
Se encontró que la visibilidad de los rayos x se
mejoró al agregar un medio de contraste de radio tal como iohexol y
o iodixanol dímero, una concentración del 10% de iohexol hace la
visibilidad significativamente mejor tanto en los fosfatos de
calcio como en los sulfatos de calcio comparados con el hueso. No
existe diferencia entre la visibilidad de los fosfatos de calcio y
los sulfatos de calcio.
Se utilizo un equipo Instron 8511.20. Veinte
gramos de cada polvo se mezclo con agua destilada y se agregó a una
jeringa de 10 ml con una abertura de diámetro de 2 mm. La jeringa se
colocó en la maquina Instron y se comprimió a una taza constante de
10 ml/min. Para la inyección de la pasta a mano, la fuerza máxima
corresponde aproximadamente 120N. El tiempo de la inyección se
calculó como el tiempo desde el inicio de mezclar el polvo y el
líquido hasta que la fuerza es de más de 120N. El valor final del
tiempo de la inyección fue tomado como el valor medio de seis
ensayos. Para aplicaciones clínicas, el tiempo de inyección
requerido es de 3 a 8 minutos.
Se ensayo el uso de la composición de la
invención para un material artificial sustituto del mineral óseo
como un medio de contraste para rayos x inyectable. Se probaron tres
muestras de medio de contraste con y sin agente de contraste para
rayos x no iónicos soluble en agua, el tiempo de inyección total así
como también el peso extruido de la jeringa se mide. Los resultados
se muestran en la tabla 4 de adelante.
\vskip1.000000\baselineskip
La utilidad, es decir, la inyectabilidad, del
medio de contraste se incrementa marcadamente después de la
inclusión del agente de contraste para rayos x no iónicos soluble en
agua.
Las composiciones de material adicionales
probadas para el tiempo de inyección se muestra en la tabla 5 y 6.
En la tabla 5 las composiciones con base en hemihidrato de sulfato
de calcio se muestran, las cuales fueron probadas para pruebas de
tiempo de inyección. La tabla 6 muestra las composiciones
correspondientes basadas en fosfato de calcio.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Con el hemidrato de sulfato de calcio como una
cerámica el tiempo de inyección se encontró que es dependiente de
la cantidad de iohexol o su iodixanol dímero. La influencia del
iohexol se investigó de la misma manera, 0.5 y 10% de iohexol
fueron probados con una cantidad constante de acelerador. Los
ensayos mostraron que un incremento en la cantidad de iohexol
incrementa el tiempo de inyección, ver Figura 1.
Además, el iohexol incrementa el tiempo de
inyección cuando se utiliza fosfato de calcio como una cerámica, ver
figura 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Para determinar el tiempo de consolidación tiene
que ser usado el método de prueba estándar ASTM por medio de agujas
Gillmore. El aparato Gillmore consiste de dos agujas con diferentes
pesos aplicados. La aguja inicial tiene un diámetro de 2,12 \pm
0.05 mm y un peso de 113 \pm 0.5 g se aplica. La aguja final
tiene un diámetro de 1.06 \pm 0.05 mm y un peso de 453.6 \pm
0.5 g.
Para preparar los especímenes de prueba el
iohexol se disuelve primero en agua destilada y luego se agrega a
la mezcla en polvo. 10 gramos de polvo con iohexol incluido se
utilizaron en cada prueba. Después de mezclar la pasta se pone en
dos moldes para formar en los especímenes de prueba. El tiempo de
consolidación inicial y final se tomo como un valor medio de las
dos pruebas. El procedimiento se repitió 6 veces. El resultado
presentado es el valor medido de las 6 pruebas.
El tiempo de consolidación inicial es el tiempo
desde el momento en que se agrega al polvo sustituto de hueso hasta
que la aguja inicial no deje marca sobre la superficie del
espécimen. El tiempo de consolidación final es el tiempo requerido
para que la pasta se consolide tanto que la aguja final no deje
marca sobre la superficie.
La cantidad final de HA es 40% en peso si una
mezcla de PoP, HA y acelerador se utiliza. Por lo tanto la cantidad
de HA esta relacionada con el PoP y el acelerador. Cuando los
materiales con 0.5, 10% en peso de iohexol fueron probados el
iohexol se calculo primero y cuando el 40% de HA y por ejemplo 0.4%
de acelerador y 59.6% de PoP del resto fueron utilizados. Las
composiciones de los materiales probados se muestran en la tabla
7.
El tiempo de consolidación final para el
hemihidrato de sulfato de calcio y los sustitutos óseos basado en
fosfato de calcio deben ser preferiblemente menores de 15
minutos.
Se encontró que el tiempo de consolidaciones
dependiente de la cantidad de iohexol; un iohexol agregado a las
composiciones de hemihidrato de sulfato de calcio se incrementa el
tiempo de consolidación. Adicionalmente, el tiempo de consolidación
disminuye con la cantidad creciente de acelerador.
Los resultados de la prueba de consolidación con
los diferentes cantidades de acelerador e iohexol como en la tabla
7 con una proporción líquido/polvo de 0.21 se muestran en la tabla 8
de adelante.
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Aún para los sulfatos de calcio el tiempo de
consolidación se incremente si se agrega iohexol. Entre más iohexol
mayor será el tiempo de consolidación, ver figura 3.
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La asistencia a la compresión es la carga máxima
que un material puede soportar sin romperse. Se utilizó una máquina
de pruebas mecánica Instron 8511.20 para determinar la resistencia
de la compresión.
La pasta del polvo mezclado y el agua destilada
se inyecta a un molde PTFE, 16 muestras cilíndricas con un diámetro
de 4 mm y una altura de aproximadamente 8 mm fueron hechas. Las
muestras de fosfato de calcio fueron almacenas en 0.9% de solución
salina a una temperatura de 37ºC durante 14 días antes de la prueba,
aunque las muestras de las mezclas con sulfato de calcio fueron
almacenadas en el aire durante 48 horas.
Las muestras fueron comprimidas verticalmente en
la maquina Instron a una tasa de 1 mm/min hasta que ellas se
cuartearon. La resistencia para compresión C, se calculo como C=F/A,
donde F=fuerza (N) y A= área de sección trasversal (m^{2}). La
fuerza máxima fue utilizada como F.
Se encontró que la resistencia de la compresión
no era dependiente de la cantidad del acelerador y que la
resistencia de la compresión de la cerámica de fosfato de calcio
disminuía cuando se agregaba ihexol.
\vskip1.000000\baselineskip
La absorción del material en solución salina se
investigó para fosfato de calcio que contiene diferentes cantidades
de iohexol y su iodixanol dímero. Los materiales que contiene
iohexol como su iodixanol dímero tuvieron una densidad inferior
después de 14 días que los materiales sin el mismo. Esto significa
que estos compuestos son adsorbidos en agua y que la porosidad se
incrementa si cualquiera de ellos se agrega, una porosidad mayor
puede promover un crecimiento interno de hueso.
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Para las composiciones basadas en sulfato de
calcio fue imposible ver ninguna diferencia en la estructura si se
agrega iohexol.
El mayor beneficio importante al agregar iohexol
o su dímero iodixanol a los sulfato de calcio y a los fosfato de
calcio es la visibilidad mejorada a los rayos x. Por ejemplo,
agregar 10% de iohexol puede incrementar el cambio de detectar
cualquier chorreadura cuando se inyecta en la columna o cadera, o en
otros sitios. Las complicaciones se pueden evitar de esta forma. El
tiempo de inyección incrementado hará la inyección más fácil y dará
al cirujano más tiempo de trabajo. El tiempo de consolidación
incrementado no es un problema por que en razón a la posibilidad de
controlarlo con el cambio de la proporción de líquido/polvo o la
cantidad de acelerador.
Claims (15)
1. Un material sustituto mineral óseo
artificial, que comprende al menos un material cerámico en polvo y
al menos un agente de contraste para rayos X no iónico soluble en
agua, comprendiendo dicho material hemihidrato de sulfato de calcio
e hidroxilapatita,
en el que
el material comprende al menos un acelerador,
siendo dicho al menos un acelerador dihidrato de sulfato de calcio
y la hidroxiapatita tiene una concentración entre 20 y 60% en peso
del peso total de los componentes en polvo.
2. Un material sustituto mineral óseo artificial
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la
hidroxiapatita tiene una concentración de al menos 40% en peso de
los componentes en polvo.
3. Un material sustituto mineral óseo artificial
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque
dicho dihidrato de sulfato de calcio tiene una concentración entre
0,1 y 10% en peso del peso total de los componentes en polvo.
4. Un material sustituto mineral óseo artificial
de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque
dicho al menos un agente de contraste para rayos X no iónico soluble
en agua se selecciona del grupo que comprende iohexol, ioversol,
iopamidol, iotrolan, iodixanol, metrizamida, iodecimol, ioglucol,
ioglucomida, ioglunida, iogulamida, iomeprol, iopentol, iopromida,
iosarcol, iosimida, iotasul, ioxilano, iofratol e iodecol.
5. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizada porque dicho al menos un
agente de contraste para rayos X no iónico soluble en agua es
iohexol.
6. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 4 ó 5, caracterizada porque dicho al menos un
agente de contraste para rayos X no iónico soluble en agua tiene
una concentración ente 2 y 20% en peso del peso total de los
componentes en polvo.
7. Un material sustituto mineral óseo artificial
de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-6, que comprende además al menos un factor
osteogénico.
8. Una composición para un material sustituto
mineral óseo artificial de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, caracterizada porque
comprende además un líquido acuoso.
9. Un material sustituto mineral óseo artificial
de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la concentración
total de hemihidrato de sulfato de calcio y acelerador es 60% en
peso del peso total de los componentes en polvo de la parte
restante del material sustituto cuando se ignora el agente de
contraste para rayos X no iónico, y en el que la proporción entre
dichos componentes en polvo y dicho componente líquido acuoso
(proporción líquido/polvo) está entre 0,1 y 0,4 ml/g, y en el que
dicho al menos un agente de contraste para rayos X no iónico
soluble en agua tiene una concentración entre 2 y 20% en peso de los
componentes en polvo.
10. Un material sustituto mineral óseo
artificial de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la
hidroxiapatita tiene una concentración de 40% en peso, y el
hemihidrato de sulfato de calcio tiene una concentración entre 58,8
y 59,6% en peso del peso total de los componentes en polvo cuando se
ignora el agente de contraste para rayos X no iónico.
11. Una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 8-10,
caracterizada porque dicho al menos un agente de contraste
para rayos X no iónico soluble en agua está disuelto en dicho
líquido acuoso.
12. Una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 8-10,
caracterizada porque dicho al menos un agente de contraste
para rayos X no iónico soluble en agua es un polvo seco
entremezclado con dicho al menos un material cerámico en polvo.
13. Una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1-12, que
comprende además vitamina E.
14. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 13, caracterizada porque dicha vitamina E
tiene una concentración entre 0,1 y 10% en peso del peso total de
los componentes en polvo.
15. Una composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 8-14, caracterizada
porque dicho componente líquido acuoso es agua destilada.
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