ES2346423T3

ES2346423T3 - Un implante y un metodo para tratar una superficie de implante.

Info

Publication number: ES2346423T3
Application number: ES03723590T
Authority: ES
Inventors: Ingela Petersson; Kristina Junemo-Bostrom; Gunilla Johansson-Ruden; Fredrik Andersson; Stig Hansson; Jan-Eirik Ellingsen
Original assignee: Astra Tech AB
Current assignee: Astra Tech AB
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2010-10-15
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: JP4464818B2; JP2005533552A; DE60332841D1; EP1534168A1; WO2004008984A1; RU2314772C2; US20050234558A1; EP1534168B1; SE0202271D0; SE523236C2; RU2005104560A; KR100987745B1; CN100396256C; AU2003230519A1; KR20050021528A; CA2491428C; CN1668256A; BR0312676A; SE0202271L; BR0312676B1

Abstract

Un implante para la implantación en tejido óseo que presenta una superficie de implante, en el que la superficie de implante es una superficie metálica de implante caracterizada porque por lo menos parte de la superficie metálica de implante comprende una microrrugosidad que comprende poros y picos que tienen un diámetro de poro de <=q 1 μm, una profundidad de poro de <=q 500 nm y una anchura de pico, a la mitad de la profundidad de poro, del 15 al 150% del diámetro de poro.

Description

Un implante y un método para tratar una superficie de implante.

Ámbito técnico

La invención se refiere a un implante para la implantación en tejido óseo y a un método para tratar una superficie de implante destinada para la implantación en tejido óseo para mejorar la biocompatibilidad de un implante que comprende dicha superficie.

Antecedentes de la invención

Hoy en día, en la mayoría de los casos, se utiliza un procedimiento en una etapa para implantar implantes dentales u ortopédicos, generalmente implantes metálicos, en tejido óseo.

En el procedimiento de una etapa, una primera pieza de implante, tal como un aparato dental, se coloca quirúrgicamente en el tejido óseo y un tapón de cicatrización o una pieza secundaria de implante, tal como un pilar, se une después a la primera pieza de implante directamente después de la operación quirúrgica. El tejido blando a partir de entonces puede cicatrizar alrededor del tapón de cicatrización o la pieza secundaria de implante. Cuando se utiliza un tapón de cicatrización, el tapón se quita después de unas semanas o meses sin ningún procedimiento quirúrgico, y las piezas secundarias de implante, tal como un pilar y una corona provisional, se unen a la primera pieza de implante. El procedimiento de una etapa se describe, por ejemplo, en el documento de L Cooper y otros: "A multicenter 12-month evaluation of single-tooth implants restored 3 weeks after 1-stage surgery" ("Un estudio multicéntrico de 12 meses de implantes de un solo diente restaurado 3 semanas después de la cirugía de 1 etapa"), The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants (Revista Internacional de Implantes Orales y Maxilofaciales), Vol. 16, nº. 2 (2001).

El procedimiento en dos etapas, que aún podría ser necesario utilizar en algunos casos dentales, implica en una primera etapa la colocación quirúrgica de una primera pieza de implante, tal como un portapiezas dental, en tejido óseo, en el que entonces se le permite descansar descargado e inmóvil durante un periodo de cicatrización de tres meses o más para permitir que el tejido óseo crezca sobre la superficie del implante para permitir que el implante se una bien al tejido óseo, el corte en el tejido blando que cubre la zona del implante puede cicatrizar sobre el implante, y en una segunda etapa la apertura del tejido blando que cubre el implante y la unión de las piezas secundarias de implante, tales como un pilar dental y/o un diente de restauración, a la primera pieza de implante, tal como dicho portapiezas, que forman la estructura final del implante. Este procedimiento se describe, por ejemplo, por Br\ring{a}nemark y otros: "Osseointegrated Implants in the Treatment of the Edentulous Jaw, Experience from a 10-year period" ("Implantes oseointegrados en el tratamiento de la mandíbula edéntula, experiencia de un período de 10 años"), Almquist & Wiksell International, Estocolmo, Suecia.

Sin embargo, el hecho de que el implante no se deba cargar durante el período de cicatrización significa que las piezas secundarias de implante no pueden unirse a la primera pieza de implante y/o ser utilizas durante el periodo de cicatrización de tres meses o más. En vista de las molestias asociadas con esto, es conveniente minimizar el período de tiempo necesario para la primera etapa mencionada anteriormente o incluso realizar el procedimiento de implantación completo en una sola operación, es decir, utilizar el procedimiento de una sola etapa.

Para algunos pacientes, puede considerarse mejor esperar al menos tres meses antes de cargar de manera funcional el implante, tanto para procedimientos de una como de dos etapas. Sin embargo, una alternativa que utiliza el procedimiento de una etapa es poner el implante en funcionamiento en seguida después de la implantación (carga inmediata) o unas pocas semanas después de la implantación (carga temprana). Estos procedimientos se describen, por ejemplo, por D M Esposito, págs. 836-837, en Titanio en Medicina, Ciencia de los Materiales, Ciencia de Superficie, Ingeniería, Respuestas Biológicas y Aplicaciones Médicas, Springer-Verlag (2001).

Es esencial que el implante establezca una estabilidad y adhesión suficientes entre el implante y el tejido óseo para permitir la carga inmediata o temprana descritas anteriormente del implante.

También cabe destacar que una carga inmediata o temprana del implante puede ser beneficiosa para la formación de hueso.

Algunos de los metales o aleaciones, como el titanio, circonio, hafnio, tantalio, niobio o aleaciones de los mismo, que se utilizan para implantes óseos son capaces de formar una adhesión relativamente fuerte con el tejido óseo, una adhesión que puede ser tan fuerte como el propio tejido óseo, a veces incluso más fuerte. El ejemplo más notable de este tipo de material metálico de implante es el titanio y aleaciones de titanio, cuyas propiedades a este sentido se conocen desde aproximadamente 1950. Esta adhesión entre el metal y el tejido óseo se ha denominado "oseointegración" por Br\ring{a}nemark y otros.

Aunque la adhesión entre el metal, por ejemplo titanio, y el tejido óseo puede ser comparativamente fuerte, es deseable mejorar esta adhesión.

Hasta la fecha existen varios métodos para el tratamiento de implantes metálicos con el fin de obtener una mejor adhesión del implante, y por lo tanto una oseointegración mejorada. Algunos de éstos implican la alteración de la morfología del implante, por ejemplo mediante la creación de irregularidades relativamente grandes sobre la superficie del implante con el fin de aumentar la rugosidad de la superficie en comparación con una superficie no tratada. Un aumento de la rugosidad superficial proporciona una zona de contacto y adhesión mayor entre el implante y el tejido óseo, con la cual se puede obtener una mejor fuerza y retención mecánica. Una rugosidad de superficie puede proporcionarse, por ejemplo, por proyección de plasma, granallado o ataque químico.

El ataque químico áspero de superficies de implante se puede realizar con ácidos reductores, tales como el ácido fluorhídrico (HF) o mezclas de ácido clorhídrico (HCl) y ácido sulfúrico (H_{2}SO_{4}). El objetivo de este proceso de ataque químico áspero es obtener superficies de implantes con irregularidades bastante grandes, tales como diámetros de poro en el intervalo de 2-10 \mum y profundidades de poro en el intervalo de 1-5 \mum.

Otros métodos para obtener una mejor unión del implante al tejido óseo implican la alteración de las propiedades químicas de la superficie del implante. Por ejemplo, uno de esos métodos implica la aplicación de una capa de material cerámico, tal como la hidroxiapatita, en la superficie del implante, entre otras cosas con el fin de estimular la regeneración del tejido óseo. Los revestimientos cerámicos, sin embargo, pueden ser frágiles y pueden desprenderse o separarse de la superficie del implante, que a su vez puede conducir a un fallo final del implante.

Además de los métodos descritos anteriormente de modificación de la superficie del implante, cabe destacar que, en contacto con el oxígeno, el titanio, circonio, tantalio, hafnio, niobio y sus aleaciones se recubren instantáneamente con una capa delgada de óxido. Las capas de óxido de los implantes de titanio consisten principalmente en dióxido de titanio (XV) (TiO_{2}) con pequeñas cantidades de Ti_{2}O_{3} y TiO. El óxido de titanio tiene generalmente un espesor de aproximadamente 4-8 nm. Sin embargo, los implantes de titanio que presentan un espesor de la capa de óxido de hasta aproximadamente 20 \mum se pueden producir mediante anodización (oxidación anódica). A medida que aumenta el espesor de la capa de óxido de titanio, aumenta la porosidad y rugosidad de la superficie de la capa de óxido. Además, la cristalinidad del óxido de titanio aumenta a medida que aumenta el espesor de la capa de óxido. De este modo, la rugosidad de la superficie de un implante se puede obtener también proporcionando una capa de óxido más gruesa.

La solicitud WO 95/17217 del solicitante describe un proceso en el que un implante metálico (granallado o no granallado) se trata con una solución acuosa de ácido fluorhídrico con una concentración de hasta el 3%, más preferiblemente de aproximadamente el 0,2%, para un período de tratamiento de por lo menos 10 segundos, tal como de 10 segundos a 6 horas, preferiblemente 30 s para un 0,2% a temperatura normal del interior. Según el documento WO 95/17217, la morfología de la superficie del implante no se ve afectada por este tratamiento, es decir, no se produce un ataque químico significativo de la superficie. Se dice que el implante tiene una biocompatibilidad mejorada debido a la retención de flúor y/o fluoruro en las superficies del implante.

El documento WO9616611 define un implante de titanio que presenta una microrrugosidad que consiste en elementos en forma de cono. Los elementos de forma cónica tienen un intervalo de altura de cono (aprox.) = 0,30 a 0,50 micras y un intervalo de diámetro de base de cono (aprox.) = 0,30 a 0,60 micras.

El documento US4330891 define un implante de titanio que tiene una microrrugosidad de tipo micropicaduras (tipo superficie de la luna) que presenta picaduras con un diámetro en el intervalo desde aproximadamente 10 nm hasta aproximadamente 1000 nm.

Descripción de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un implante para la implantación en tejido óseo que presenta una mejor tasa de unión entre el implante y el tejido óseo de manera que se reduce el periodo de cicatrización después de la cirugía descrito anteriormente (ya sea utilizando un procedimiento de una o dos etapas) y/o se permite una carga inmediata o temprana del implante.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un implante que forma una adhesión mecánicamente más fuerte con el tejido óseo. De este modo, se va a proporcionar un implante destinado para la implantación en tejido óseo que presenta una mejor biocompatibilidad.

Un método para el tratamiento de una superficie de implante destinado para la implantación en tejido óseo comprende proporcionar, en la superficie del implante, una microrrugosidad que comprende poros y picos que presentan un diámetro de poro de \leq 1 \mum, tal como desde 1 nm a 1 \mum, preferiblemente dentro del intervalo de 50 nm a 1 \mum, una profundidad de poro de \leq 500 nm, tal como desde 1 nm a 500 nm, preferiblemente dentro del intervalo de 50 a 500 nm, y una anchura de pico, a la mitad de la profundidad de poro, del 15 al 150% el diámetro de poro.

Una realización del método comprende el tratamiento de una superficie metálica de implante con una solución acuosa de ácido fluorhídrico que presenta una concentración de preferiblemente menos de 0,5 M, más preferiblemente 0,1 M, lo que da lugar a un ataque químico, durante un período de ataque químico de preferiblemente hasta 180 s, más preferiblemente hasta 60 s, a temperatura normal del interior (24 \pm 1ºC). De este modo, se proporciona una microrrugosidad según lo especificado anteriormente.

Se ha demostrado que sorprendentemente se obtienen buenos resultados de biocompatibilidad para un implante, implantado en tejido óseo, que presenta una superficie de implante que comprende dicha microrrugosidad fina según lo especificado anteriormente. Se obtiene tanto una mejoría en la tasa de unión como una adhesión más fuerte entre la superficie del implante y el tejido óseo. De este modo, la microrrugosidad fina mejora el proceso de oseointegración.

Según la invención, dichos objetos y otros objetos se consiguen con un implante para la implantación en tejido óseo que presenta una superficie de implante que por lo menos parte de la misma, tal como el 0,1-99,9% del área, ha sido tratada con el método descrito anteriormente en esta memoria.

De acuerdo con la invención dichos objetivos y otros objetivos se consiguen con un implante para la implantación en tejido óseo que tiene una superficie de implante, en la que por lo menos una parte de la superficie de implante, tal como el 0,1-99,9% del área, comprende una microrrugosidad que comprende picos y poros que tienen un diámetro de poro de \leq 1 \mum, tal como de 1 nm a 1 \mum, preferiblemente en el intervalo de 50 nm a 1 \mum, una profundidad de poro de \leq 500 nm, tal como desde 1 nm a 500 nm, preferentemente dentro del intervalo de 50 a 500 nm y una anchura de pico, a la mitad de la profundidad de poro, desde el 15 al 150% del diámetro de poro.

Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de las realizaciones descritas a continuación y las reivindicaciones adjuntas.

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Breve descripción de los dibujos

La figura 1 define los términos "diámetro de poro" (D), "profundidad de poro" (h) y "anchura de pico a la mitad de la profundidad del poro" (x).

La figura 2 muestra imágenes SEM de una superficie de implante de referencia sometida a granallado grueso.

La figura 3 muestra imágenes SEM de la superficie de implante de la técnica anterior según el documento WO 95/17217 descrita y analizada en esta memoria. La superficie del implante no está granallada.

La figura 4 muestra imágenes SEM de una realización de la superficie de implante de acuerdo con la presente invención. La superficie de implante no está granallada y ha sido tratada según el método I (Ejemplo 1, sin granallado).

La figura 5 muestra imágenes SEM de una realización de la superficie de implante de acuerdo con la presente invención. La superficie del implante ha sido sometida a granallado grueso y tratada de acuerdo con el método I (Ejemplo 1, granallado basto).

La figura 6 muestra imágenes SEM de una realización de la superficie de implante de acuerdo con la presente invención. La superficie de implante no está granallada y ha sido tratada según el método II (Ejemplo 2, sin granallado).

La figura 7 muestra imágenes SEM de una realización de la superficie de implante de acuerdo con la presente invención. La superficie del implante ha sido sometida a granallado grueso y tratada de acuerdo con el método II (Ejemplo 2, granallado grueso).

La figura 8 ilustra el perfil de AFM de la superficie mostrada en la figura 3 (implante de la técnica anterior).

La figura 9 ilustra el perfil de AFM de la superficie mostrada en la figura 4 (Ejemplo 1, sin granallado).

La figura 10 ilustra el perfil de AFM de la superficie mostrada en la figura 6 (Ejemplo 2, sin granallado).

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Descripción detallada de la invención

Tal como se utiliza en esta memoria en relación con la invención el término "ataque químico" se refiere al proceso que tiene lugar durante el período de tratamiento durante el que se genera H_{2} (g) en la superficie del implante. El período de ataque químico se mide desde la formación de la primera burbuja de H_{2} (g) en la superficie del implante. Ataque químico en el contexto de la presente invención se refiere a un ataque químico muy suave de una superficie de implante que proporciona la deseada microrrugosidad descrita en esta memoria.

Tal como se utiliza en esta memoria el término "microrrugosidad" se refiere a una rugosidad de superficie que comprende poros con un diámetro de poro igual o inferior a 1 \mum y una profundidad de poro igual o inferior a 1 \mum.

Tal como se utiliza en esta memoria el término "macrorrugosidad" se refiere a una rugosidad de superficie que comprende irregularidades de superficie de dimensiones mayores a 1 \mum.

Tal como se utiliza en esta memoria el término "implante" incluye en su alcance cualquier dispositivo destinado a ser implantado en el cuerpo de un animal vertebrado, en particular, un mamífero, tal como un ser humano. Los implantes se pueden utilizar para reemplazar la anatomía y/o restaurar cualquier función del cuerpo.

Por lo general, un implante se compone de una o varias piezas de implante. Por ejemplo, un implante dental lo general comprende un portapiezas dental acoplado a piezas secundarias de implante, tales como un pilar y/o un diente de restauración. Sin embargo, cualquier dispositivo, tal como un portapiezas dental, destinado a ser implantado por sí solo puede ser denominado como implante, incluso si otras piezas van a ser conectadas al mismo.

Tal como se utiliza en esta memoria el término "implante (destinado) para la implantación en tejido óseo" se refiere a los implantes destinados a por lo menos una implantación parcial en tejido óseo, tal como los implantes dentales, implantes ortopédicos y similares. Un implante para la implantación en tejido óseo también puede ser denominado como un implante de tejido óseo.

Tal como se utiliza en esta memoria el término "superficie de implante" se refiere a por lo menos una zona superficial definida de un implante. De este modo, la zona superficial definida puede incluir toda la superficie del implante o partes de la misma.

Un ejemplo de una superficie de implante destinada para la implantación en tejido óseo es la superficie de un portapiezas dental que se destina a la implantación en la mandíbula de un paciente y para estar en contacto con el tejido óseo.

Otro ejemplo de una superficie de implante destinada para la implantación en tejido óseo es la superficie de un implante de articulación de cadera que se destina para la implantación en el cuello del fémur de un paciente.

Los términos "diámetro de poro" (D), "profundidad de poro" (h) y "anchura de pico a la mitad de la profundidad del poro" (x) se definen en la figura 1. Estos términos se utilizan en el contexto de una microrrugosidad. En la figura 1, una microrrugosidad se superpone a una macrorrugosidad. Sin embargo, los mismos términos se utilizan para una microrrugosidad dispuesta sobre una superficie que carece de dicha macrorrugosidad.

El diámetro (D) de poro es la distancia entre los puntos más altos de dos picos adyacentes como se define en la figura 1. Si hay varios puntos en el mismo nivel que podrían ser denominados como los más altos, se debe elegir el punto más cercano al poro. Si los "picos" son muy amplios (es decir, puede parecer que la superficie carece de picos bien definidos), la superficie se puede describir como que presenta un perfil de superficie esencialmente plana en medio de los poros (que forman dicha microrrugosidad), que se distribuyen por la superficie. En ese caso, el diámetro de poro es la distancia entre esos puntos en los que el perfil de superficie comienza a desviarse del perfil de superficie esencialmente plana, formando de esta manera dicho poro. Esto es conforme a dicha definición mostrada en la figura 1.

La profundidad (h) de poro se define como la distancia entre una línea imaginaria trazada entre los puntos más altos de dos picos adyacentes y la parte inferior del poro (en el punto más bajo) (véase la Fig. 1). La distancia se mide en una dirección perpendicular a la tangente de dicho punto más bajo del poro. Si hay varios puntos en el nivel más bajo, la profundidad de poro se calcula como un valor promedio de las distancias entre estos puntos a la línea imaginaria. Si no hay presentes picos bien definidos, la línea imaginaria se traza entre los puntos en los que el perfil de la superficie comienza a desviarse de un perfil de superficie esencialmente plana, formando de esta manera dicho poro.

La anchura (x) de pico a la mitad de la profundidad (h) de poro se define como se muestra en la figura 1.

Un método para el tratamiento de una superficie de implante destinado para la implantación en tejido óseo, comprende proporcionar una microrrugosidad que comprende poros y picos que tienen un diámetro de poro de \leq 1 \mum, una profundidad de poro de \leq 500 nm y una anchura de pico, a la mitad de la profundidad del poro, del 15 al 150% del diámetro de poro.

De este modo, la anchura de pico está comprendida preferiblemente en el intervalo de 7,5 nm a 1,5 \mum. Aún más preferentemente son los picos que presentan una anchura de pico, a la mitad de la profundidad de poro, de entre el 30 y el 150% del diámetro de poro. Más preferentemente son los picos que presentan una anchura de pico, a la mitad de la profundidad de poro, de entre el 60 y el 150% del diámetro de poro.

Esta morfología específica de superficie proporciona un crecimiento de hueso muy resistente. Con esta morfología específica, el hueso recién formado, que crece en las irregularidades de la superficie de la superficie del implante, no se fractura fácilmente del hueso viejo. Además, los picos de la superficie del implante no se fracturan fácilmente del implante.

Además, cabe destacar que sólo una parte o partes de la superficie del implante pueden comprender las irregularidades superficiales especificadas en esta memoria, lo que significa que los poros y los picos se pueden agrupar en varias zonas por toda la superficie. De este modo, las distancias entre los poros y/o los picos pueden variar por toda la superficie. Preferiblemente, > 10% de área de la superficie del implante comprende dichas irregularidades de superficie, más preferiblemente > 40% de área, y aún más preferiblemente \geq 70% de área. Más preferiblemente, toda la superficie del implante comprende dichas irregularidades de superficie distribuidas de forma homogénea por toda la superficie.

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Una rugosidad de superficie a menudo se evalúa mediante microscopía de fuerza atómica (AFM). A partir de dicha medición se puede obtener la raíz cuadrática media de la rugosidad (Rq y/o Sq). La raíz cuadrática media de la rugosidad corresponde a la desviación de la raíz cuadrática media del perfil desde la línea media por la longitud de muestreo. Rq es la raíz cuadrática media de la rugosidad medida en dos dimensiones y Sq es la raíz cuadrática media de la rugosidad medida en tres dimensiones.

AFM es un método muy sensible de caracterización de la superficie. Sin embargo, el análisis debe ser ejecutado cuidadosamente de modo que sea analizada la microrrugosidad y no la estructura de la superficie subyacente, tal como una superficie granallada o mecanizada.

La raíz cuadrática media de la rugosidad también puede calcularse sobre la base de la morfología de superficie mostrada en las imágenes SEM de la superficie del implante o estimarse a partir de los resultados obtenidos por cualquier otro método de caracterización de la superficie.

De este modo, los cálculos que utilizan un diámetro de poro de \leq 1 \mum y una profundidad de poro \leq 500 nm proporcionan una raíz cuadrática media de la rugosidad (Rq) de \leq 250 nm basada en la definición de raíz cuadrática media de la rugosidad (Rq) como conocen los expertos en la materia.

La superficie de implante es preferiblemente una superficie metálica de implante, tal como una superficie de implante de titanio.

La superficie metálica de implante podría ser parte de un implante metálico o podría ser una capa aplicada de superficie metálica de un implante no metálico, tal como una cerámica, un plástico o un material compuesto. Además, la superficie metálica de implante también puede ser parte de un implante parcialmente metálico, en cuyo caso se proporciona una superficie de implante parcialmente metálica.

Una microrrugosidad tal como se especifica de acuerdo a la invención se puede proporcionar utilizando ataque químico leve, micro fabricación, anodización, proyección térmica, tratamiento electroquímico, láser, electroerosión o cualquier otro método adecuado de modificación de superficies.

Preferiblemente, la microrrugosidad se proporciona mediante el tratamiento de la superficie metálica de implante con una solución acuosa de ácido fluorhídrico (HF), lo que da lugar en un proceso de ataque químico.

La concentración del ácido fluorhídrico es preferiblemente menos de 0,5 M, más preferiblemente 0,1 M.

La superficie metálica de implante se trata preferiblemente durante un período de ataque químico de hasta 180 s, más preferiblemente hasta 60 s, a temperatura normal del interior (24 \pm 1ºC). Antes de que se inicie el ataque químico la capa de óxido natural es eliminada por el ácido y cuando el ácido entra en contacto con la superficie del implante se inicia el proceso de ataque químico y la microrrugosidad descrita anteriormente es proporcionada por el proceso de ataque químico de la superficie del implante.

El tratamiento con HF (aq) se realiza preferiblemente a temperatura normal del interior, es decir, a aproximadamente 20-30ºC (presión de aire normal), preferiblemente 24 \pm 1ºC. Si se utiliza una temperatura superior a 24 \pm 1ºC, el proceso de ataque químico, tal como lo conoce un experto en la materia, se inicia antes y el proceso de ataque químico será más rápido, es decir para obtener el resultado deseado se necesita un período de ataque químico más corto que el período proporcionado en esta memoria para el ataque químico a 24 \pm 1ºC. Por lo tanto, si se utiliza una temperatura inferior a 24 \pm 1ºC, para obtener el resultado deseado se necesita un período más largo de ataque químico que el período determinado en esta memoria para el ataque químico a 24 \pm 1ºC.

El período, la temperatura y la concentración de HF (aq) del ataque químico determinan la relación entre las áreas atacadas químicamente, es decir, las zonas que presentan una microrrugosidad y las zonas no atacadas químicamente.

Preferiblemente, el método comprende además proporcionar una macrorrugosidad sobre la superficie del implante antes de proporcionar la microrrugosidad. De este modo, se obtiene un implante que presenta una microrrugosidad superpuesta en la macrorrugosidad. La macrorrugosidad se proporciona preferiblemente por granallado, más preferiblemente por granallado de una superficie de titanio de implante con partículas de dióxido de titanio.

Una macrorrugosidad también puede proporcionarse por cualquier otra técnica adecuada, tal como el ataque químico, la micro fabricación, anodización, proyección térmica, cualquier tratamiento electroquímico, láser, electroerosión, mecanizado, moleteado o cualquier otro método adecuado de modificación de superficies.

Además, también cabe destacarse que la superficie del implante, con o sin una macrorrugosidad, puede ser sin rosca o con rosca.

Dicha superficie metálica de implante se hace preferiblemente de titanio comercialmente puro o una aleación de titanio, pero también se puede hacer de cualquier otro material metálico biocompatible, tal como el circonio o una aleación del mismo, hafnio o una aleación del mismo, niobio o una aleación del mismo, tantalio o una aleación del mismo, una aleación de cromo-vanadio, o cualquier combinación de estos materiales.

El implante para la implantación en tejido óseo según la invención es preferiblemente un implante dental o un implante ortopédico.

La presente invención se refiere a un implante para la implantación en tejido óseo que presenta una superficie de implante con por lo menos una parte de la misma tratada con el método según la invención tal como se ha descrito anteriormente en esta memoria.

De este modo, un implante para la implantación en tejido óseo que presenta una superficie de implante con las características descritas anteriormente constituye la presente invención.

La invención se ilustrará a continuación mediante los siguientes ejemplos no limitativos.

Ejemplos Preparación de la muestra

Se utilizaron implantes quirúrgicos de titanio comercialmente puro (c.p.).

Cada implante se desengrasó con ultrasonido en Ecosolv® (70-100% etil-2-hidroxipropionato) durante 5 min, y posteriormente en etanol (70%) durante 5 min.

Algunos de los implantes a partir de entonces fueron granallados con partículas de dióxido de titanio. Se utilizaron de intervalos de diferente tamaño de partícula de dióxido de titanio; 6,8-90 \mum (fino = F), y 106-180 \mum (grueso = C). Sin embargo, también se pueden utilizar tamaños de partículas más gruesas, tales como 180 a 300 \mum.

Los implantes granallados se aclararon después por ultrasonidos en agua desionizada durante 2 x 5 min, y en etanol durante 2 x 5 minutos para eliminar cualquier partícula residual del granallado.

Los implantes fueron tratados a continuación de acuerdo a los siguientes métodos:

a) Implantes de referencia

Implantes no granallados y granallados (F y C), limpiados de acuerdo con lo anterior, fueron proporcionados como referencia para los estudios que se describen a continuación.

b) Método de la técnica anterior (según el documento WO 95/17217)

Implantes no granallados y granallados (F y C), limpiados de acuerdo con lo anterior, se sumergieron en HF (aq) de 0,1 M a temperatura normal del interior (alrededor de 24 \pm 1ºC) durante 90 s. No se formó H_{2} (g) durante este período de tratamiento, por lo que no se produjo ataque químico.

Los implantes se sumergieron posteriormente en agua desionizada durante 20 s, y se secaron posteriormente.

c) Método I

Implantes no granallados y granallados (F y C), limpiados de acuerdo con lo anterior, se sumergieron en etanol (99,5%) durante 2 s y en agua desionizada durante 5 s.

Los implantes se sumergieron posteriormente, según la presente invención, en una solución agitada de HF (aq) de 0,1 M a temperatura normal del interior (de aproximadamente 24 \pm 1ºC) durante un período de ataque químico de 40 \pm 5 s. Aproximadamente el 0-90% del área de la superficie se atacó químicamente entonces, proporcionando de ese modo una microrrugosidad. Sin embargo, como el proceso de ataque químico se demostró que era más lento para implantes no granallados, estos implantes se atacaron químicamente durante un periodo de tiempo más largo, tal como 60 \pm 5 s, lo que granalló los implantes para obtener un grado similar de ataque químico. El período de ataque químico se midió desde la formación de la primera burbuja de H_{2} (g) en la superficie del implante. El ataque químico de la superficie del implante comienza cuando el ácido está en contacto directo con el titanio puro, es decir cuando el óxido de titanio que cubre la superficie de titanio es eliminado.

Los implantes se sumergieron posteriormente en agua desionizada agitada durante 20 s.

Los implantes se enjuagaron con ultrasonidos en etanol (20%) durante 3 min, y en agua desionizada durante 4 min.

Los implantes se enjuagaron después en etanol (99,5%) durante 5 s, se limpiaron y se secaron.

Un implante tratado de acuerdo con este método se denomina como Ejemplo 1.

d) Método II

Los implantes se sumergieron posteriormente, según la presente invención, en HF (aq) de 0,1 M a temperatura normal del interior (aproximadamente 24 \pm 1ºC) con agitación durante un período de ataque químico de 40 \pm 5 s. Debido a razones explicadas anteriormente, algunos de los implantes no granallados se atacaron químicamente durante 60 \pm 5 s (estas muestras sólo se utilizaron para la medición AFM descrita a continuación). El período de ataque químico se midió desde la formación de la primera burbuja de H_{2} (g) en la superficie del implante.

Después los implantes se limpiaron y se secaron.

Un implante tratado de acuerdo con este método se denomina como Ejemplo 2.

Evaluación in vivo

Las superficies de implante tratadas de acuerdo con los métodos anteriores se evaluaron in vivo utilizando el ensayo de tracción descrito en el documento Biomateriales 23 (2002), págs. 2201-2209, por HJ, Ronald, y J E Ellingsen.

Los implantes se presentaron en forma de monedas con un diámetro de 6,25 mm y una altura de 1,95 mm. Una de las caras de las monedas de implante fue tratada con dichos métodos. En el centro de la otra cara de la moneda, se dispuso un orificio roscado para la fijación a una célula de carga.

Se utilizaron conejos blancos de Nueva Zelanda como animales de laboratorio. Se taladraron dos agujeros de guía en una tibia de cada conejo utilizando una broca helicoidal de 1,0 mm de diámetro (Medicon®, Alemania) utilizando una guía de perforación para asegurar un posicionamiento correcto y normalizado. Después se prepararon cavidades para cada moneda de implante utilizando una fresa de encargo de acero inoxidable de 7,05 mm de diámetro montada en un taladro de baja velocidad para implantes dentales con abundante irrigación de solución salina fisiológica.

Las superficies de implante tratadas y no tratadas, según la Tabla 1, se colocaron en las cavidades y se estabilizaron mediante una placa maxilofacial de titanio preformada de 0,2 mm (Medicon® CMS, Alemania), retenida en el hueso cortical por dos tornillos de titanio de 1,2 x 3 mm^{2} (Medicon® CMS, Alemania). Esto aseguró una fijación estable pasiva de los implantes durante el periodo de cicatrización. Se introdujeron tapas de politetrafluoroetileno (PTFE) para impedir el crecimiento del hueso hacia las caras verticales del implante, así como el crecimiento excesivo del hueso. El tejido blando subcutáneo y las capas superficiales se volvieron a colocar y se suturaron.

La superficie tratada se encontraba en contacto directo con el tejido óseo, pero los lados verticales y el lado inverso de la moneda no estaban en contacto con el tejido óseo.

Las monedas de implante se dejaron luego durante 7 semanas en el ensayo 1, y durante 8 semanas en el ensayo 2.

En el ensayo 1 se utilizaron 18 conejos y en el ensayo 2 se utilizaron 20 conejos.

Al final de dicho período, los conejos fueron sacrificados y se retiraron las fijaciones del implante y los tapones de PTFE. La tibia se fijó entonces en una plataforma especialmente diseñada para estabilizar el hueso durante el procedimiento de prueba. Un pasador roscado con una cabeza de bola se sujetó a la moneda de implante mediante el orificio roscado hecho previamente y el montaje se ajustó perpendicularmente en la célula de carga mediante un tubo de nivel. A continuación se realizaron ensayos de tracción utilizando una máquina de prueba de Materiales Lloyds LRX equipada con una célula de carga calibrada de 100 N. El intervalo de velocidad de la cruceta se ajustó a 1,0 mm/min. Se aplicó carga hasta que el implante se desprendió del hueso y la fuerza aplicada se registró en una gráfica de carga frente al desplazamiento. El desprendimiento de la moneda de implante en esta gráfica se indica como un punto de ruptura bien definido con una caída vertical de la carga. Los valores medios de las fuerzas necesarias para sacar las monedas con diferente tratamiento se proporcionan en la Tabla 1. La fuerza registrada proporciona una valoración directa de la fuerza de conexión entre la moneda de implante y el hueso. Cuanto mayor es la fuerza registrada, más fuerte será la conexión.

El primer ensayo incluía una moneda de referencia granallada con partículas de dióxido de titanio finas (F), y monedas (F) tratadas de acuerdo con el método I y el método II como se ha descrito anteriormente.

El segundo ensayo incluía una moneda de referencia granallada con partículas de dióxido de titanio finas (F), una moneda de referencia granallada con partículas de óxido de titanio gruesas (C), y monedas granalladas (C) tratadas de acuerdo con el método I y el método II como se ha descrito anteriormente.

TABLA 1

1

Como se puede observar en la Tabla 1, las monedas de implante tratadas de acuerdo con los métodos I y II proporcionaron una unión al hueso mejorada en comparación con las monedas de referencia.

Además, cabe destacar que los implantes de moneda granallados con partículas de óxido de titanio gruesas (C) produjeron una mejor unión al hueso que los implantes de monedas granallados con partículas de óxido de titanio fina (F).

Caracterización de superficie

Las características de superficie de los implantes tratados, de acuerdo con los métodos descritos anteriormente se evaluaron mediante Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM).

Se utilizó AFM (AFM DualScope, DME AS, Dinamarca) para medir la morfología de las superficies de implante. Se midieron dos tamaños de áreas de muestra, 5 x 5 \mum (256 puntos de muestreo en dirección x e y) y 10 x 10 \mum (256 puntos de muestreo en dirección x e y), respectivamente (véase las Figs. 8-10). El ajuste de escala en z de las imágenes en 3D (5 x 5 \mum) que se muestra en las figuras 8-10 se ha incrementado cuatro veces.

Se utilizó un SEM (Philips XL-30 ESEM, Philips, Países Bajos) para estudiar visualmente la morfología de la superficie (véanse las Figs. 2-7).

Se evaluaron las características de la superficie de los implantes tratados de acuerdo con los métodos descritos anteriormente. Se estudiaron implantes granallados e implantes no granallados con partículas gruesas (C) de dióxido de titanio.

Las superficies de los implantes se estudiaron mediante SEM y AFM.

Las imágenes SEM de una superficie de referencia de implante no tratada, con granallado grueso (C) se muestran en la figura 2 (ampliación x500, x10.000).

Las imágenes SEM de la superficie de implante no granallada tratada de acuerdo con el método de la técnica anterior descrita anteriormente se muestran en la figura 3 (ampliación x2.500, y x10.000). Un gráfico de AFM de esta superficie se muestra en la figura 8.

Las imágenes SEM de las superficies de implante sin granallado y con granallado grueso (C) tratadas según el método I se muestran en la figura 4 (ampliación x2.500, y x10.000) y en la figura 5 (ampliación x60.000 y x120.000), respectivamente. Un gráfico de AFM de la superficie sin granallado mostrada en la Fig. 4 se muestra en la Fig. 9.

Las imágenes SEM de las superficies de implante sin granallado y con granallado grueso (C) tratadas según el método II se muestran en la figura 6 (ampliación x2.500, y x10.000) y en la figura 7 (ampliación x500 y x10.000), respectivamente. Un gráfico de AFM de la superficie sin granallado mostrada en la Fig. 6 se muestra en la Fig. 10.

Los resultados indicaron que ambos implantes con granallado y sin granallado tratados según los métodos I y II tenían poros con un diámetro de poro de 100 a 600 nm, más específicamente su mayor parte en torno a 250-300 nm, una profundidad de poro de 50-300 nm, más específicamente su mayor parte alrededor de 60-150 nm y una anchura de pico, a la mitad de la profundidad, de los poros, de 150-670 nm.

Los parámetros de microrrugosidad obtenidos para las superficies sin granallado usando AFM se proporcionan en la Tabla 2. Se registraron los valores de parámetros para dos zonas de la superficie de implante y estos valores se proporcionan en la Tabla 2.

TABLA 2

2

Como puede verse en la Tabla 2, S_{a} y S_{q} fueron aproximadamente 0,07-0,13 \mum y 0,08-0,16 \mum, respectivamente, para los implantes del Ejemplo 1 y Ejemplo 2, que son realizaciones de la presente invención.

Además, la relación de superficie desarrollada (S_{dr}), es decir el aumento de área de superficie en comparación con una zona lisa, se aumenta para los implantes del Ejemplo 1 y Ejemplo 2, en comparación con la referencia y el implante de la técnica anterior.

Además, se puede observar en la Tabla 2 que la morfología superficial de la superficie de implante tratada de acuerdo con el método de la técnica anterior es similar a la superficie del implante de referencia, es decir, la superficie no se ve afectada, lo que también se confirma por las imágenes SEM (Fig. 3). Los valores obtenidos (como se muestran en la Tabla 2) son muy probablemente debido a las marcas de la máquina.

Para mejorar la exactitud y obtener una mayor resolución de la medición de AFM de superficies granalladas, el escáner AFM se colocó en una plataforma de muestra amortiguadora de vibraciones. Se analizó una superficie tratada granallada (C) según el método I con este montaje de instrumento modificado. Estos valores se proporcionan en la Tabla 3.

TABLA 3

3

Como puede verse en la Tabla 3, S_{a} y S_{q} son aproximadamente 0,11-0,19 \mum y 0,13-0,22 \mum, respectivamente, para el implante con granallado grueso del Ejemplo 1.

Las imágenes SEM (véanse las Figs. 4-7) y los resultados AFM (véanse la Fig. 9 y Fig. 10) muestran que la microrrugosidad de superficies con granallado y sin granallado tratadas según el método de la presente invención, es decir, en este ejemplo método I y método II, son casi idénticas. Además, se puede ver que el implante tratado con el método de la técnica anterior no se ve afectado, es decir, la superficie es casi idéntica a la del implante de referencia sin tratamiento.

Si bien la invención se ha descrito en detalle y con referencia a formas de realización de la misma, será evidente para un experto en la materia que se pueden hacer diversos cambios y modificaciones en las mismas sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un implante para la implantación en tejido óseo que presenta una superficie de implante, en el que la superficie de implante es una superficie metálica de implante caracterizada porque por lo menos parte de la superficie metálica de implante comprende una microrrugosidad que comprende poros y picos que tienen un diámetro de poro de \leq 1 \mum, una profundidad de poro de \leq 500 nm y una anchura de pico, a la mitad de la profundidad de poro, del 15 al 150% del diámetro de poro.

2. Un implante según la reivindicación 1, en el que el diámetro de poro se encuentra dentro del intervalo de 50 nm a 1 \mum y la profundidad de poro se encuentra dentro del intervalo de 50 a 500 nm.

3. Un implante según la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en el que la microrrugosidad tiene una raíz cuadrática media de rugosidad (R_{q} y/o S_{q}) de \leq 250 nm.

4. Un implante según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el implante comprende además una macrorrugosidad.

5. Un implante según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicho implante es un implante metálico.

6. Un implante según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicha superficie metálica de implante es de titanio comercialmente puro o una aleación de titanio.

7. Un implante según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicho implante es un implante dental.

8. Un implante según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicho implante es un implante ortopédico.