ES2378044B2 - MANUFACTURE OF THREE-DIMENSIONAL ANDAMIOS WITH MESOPOROUS BIOACTIVE GLASSES BY FAST PROTOTIPATE. - Google Patents

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Abstract

Fabricación de andamios tridimensionales con vidrios mesoporosos bioactivos mediante prototipado rápido.#Se fabrica un andamio macroporoso (200 - 1.000 micras) a partir de un vidrio bioactivo mesoporoso de porosidad previamente conocida (2 - 50 nm) que se mezcla con los componentes necesarios para obtener una pasta de la consistencia necesaria para que pueda ser inyectada por un robot de prototipado rápido. La posterior eliminación de estos coadyuvantes por calcinación lleva a la obtención de un material cerámico puro y manejable.#El método permite conservar esta porosidad inicial y obtener así un andamio de porosidad tridimensional diseñada e interconectada. Además, el andamio no presenta en su composición polímeros por lo que se evitan los posibles problemas de toxicidad que puedan conllevar.La composición y estructura de los andamios fabricados los hacen óptimos para ser utilizados en ingeniería de tejidos para regeneración ósea y como sistema liberador de principios activos.Manufacture of three-dimensional scaffolding with bioactive mesoporous glasses by rapid prototyping. # A macroporous scaffolding (200 - 1,000 microns) is manufactured from a mesoporous bioactive glass of previously known porosity (2 - 50 nm) that is mixed with the necessary components to obtain a paste of the consistency necessary so that it can be injected by a rapid prototyping robot. The subsequent elimination of these adjuvants by calcination leads to the obtaining of a pure and manageable ceramic material. # The method allows to preserve this initial porosity and thus obtain a scaffold of three-dimensional porosity designed and interconnected. In addition, the scaffold does not have polymers in its composition, thus avoiding the possible toxicity problems that may arise.The composition and structure of the scaffolds manufactured make them optimal for use in tissue engineering for bone regeneration and as a release system for active principles.

Description

Fabricación de andamios tridimensionales con vidrios mesoporosos bioactivos mediante prototipado rápido. Manufacture of three-dimensional scaffolding with bioactive mesoporous glass by rapid prototyping.

Sector de la técnica Technical sector

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico de fabricación de materiales para la regeneración de tejido óseo. De forma más concreta, la invención se refiere a la fabricación de andamios macroporosos de porosidad tridimensional controlada y ordenada, a través de la técnica de prototipado rápido. Los andamios obtenidos son utilizables en ingeniería de tejidos. The present invention falls within the technical field of manufacturing materials for bone tissue regeneration. More specifically, the invention relates to the manufacture of macroporous scaffolds of controlled and orderly three-dimensional porosity, through the rapid prototyping technique. The scaffolds obtained are usable in tissue engineering.

Estado del arte State of the art

La ingeniería tisular consiste en el sembrado y la adhesión in vivo de células humanas sobre una estructura, un andamio. Las células, una vez implantadas, proliferan, migran y se diferencian en tejido específico mientras segregan los componentes necesarios para crear el tejido requerido. La elección de la estructura a implantar es crucial para que permita a las células comportarse de una manera adecuada para producir los tejidos de una determinada forma y tamaño. Diversos materiales han sido utilizados para la fabricación de estas estructuras o andamios para ingeniería tisular, tanto materiales cerámicos y polímeros sintéticos como naturales derivados de fosfatos de calcio y colágeno. Tissue engineering consists of sowing and adhesion in vivo of human cells on a structure, a scaffold. The cells, once implanted, proliferate, migrate and differentiate into specific tissue while secreting the necessary components to create the required tissue. The choice of the structure to be implanted is crucial so that it allows the cells to behave in a suitable way to produce the tissues of a certain shape and size. Various materials have been used to manufacture these structures or scaffolds for tissue engineering, both ceramic materials and synthetic and natural polymers derived from calcium phosphates and collagen.

Entre estos materiales, los vidrios bioactivos son una familia de materiales conocidos y utilizados en clínica para la regeneración de pequeños defectos óseos desde hace décadas. Estos materiales tienen la capacidad de formar una unión estable con el tejido circundante (el hueso) una vez que son implantados en el organismo. Among these materials, bioactive glasses are a family of materials known and used in clinic for the regeneration of small bone defects for decades. These materials have the ability to form a stable bond with the surrounding tissue (the bone) once they are implanted in the body.

La reciente inclusión de mesoporosidad en los vidrios bioactivos ha supuesto un avance significativo en estos materiales. Por una parte, el aumento de la superficie específica conlleva una mayor reactividad química por lo que la cinética de los procesos químicos que conlleva el proceso bioactivo es sensiblemente mayor. Por otra parte, la porosidad uniforme y elevado volumen de poro confieren a estos materiales la capacidad de actuar como “portadores” de fármacos (López-Noriega. A. et al. Chemistry of Materials 2006, 18, 13, 3137). The recent inclusion of mesoporosity in bioactive glasses has meant a significant advance in these materials. On the one hand, the increase in the specific surface implies a greater chemical reactivity, so the kinetics of the chemical processes involved in the bioactive process are significantly greater. On the other hand, uniform porosity and high pore volume give these materials the ability to act as "carriers" of drugs (López-Noriega. A. et al. Chemistry of Materials 2006, 18, 13, 3137).

Los vidrios mesoporosos bioactivos, que ya han demostrado su biocompatiblidad en ensayos celulares (Alcalde, M. et al. Acta Biomaterialia 2009, DOI: 10.1016/j.actbio. 2009.09.008), presentan unas características que los convierten en excelentes candidatos para ser utilizados como componentes de andamios para ingeniería tisular para regeneración ósea. Su rápida cinética bioactiva garantiza una unión estable y pronta del andamio con el tejido óseo. La posibilidad de incorporar altas dosis de antibióticos o antiinflamatorios a estos materiales podría ser utilizada para disminuir las complicaciones inherentes a la intervención quirúrgica del implante como procesos infecciones o procesos inflamatorios, Bioactive mesoporous glasses, which have already demonstrated their biocompatibility in cellular assays (Mayor, M. et al. Acta Biomaterialia 2009, DOI: 10.1016 / j.actbio. 2009.09.008), have characteristics that make them excellent candidates for being used as scaffolding components for tissue engineering for bone regeneration. Its rapid bioactive kinetics guarantees a stable and prompt union of the scaffold with the bone tissue. The possibility of incorporating high doses of antibiotics or anti-inflammatories into these materials could be used to reduce the complications inherent to the surgical intervention of the implant such as infection processes or inflammatory processes,

o bien para favorecer la regeneración del tejido óseo (cargando fármacos antiostreoporóticos, proteína morfogénica de hueso,...). Por otra parte, es conocido que los productos de disolución de los vidrios bioactivos favorecen la proliferación de los osteoblastos (células formadoras de hueso), por lo que la capacidad de regeneración ósea in vivo se vería incluso más favorecida. or to promote the regeneration of bone tissue (loading antiostreoporotic drugs, bone morphogenic protein, ...). On the other hand, it is known that the dissolution products of bioactive glasses favor the proliferation of osteoblasts (bone-forming cells), so that the in vivo bone regeneration capacity would be even more favored.

Por ello, además de la importancia de su composición, los andamios para ingeniería tisular deben cumplir una serie de requisitos estructurales que garanticen la correcta proliferación de las células cultivadas, los osteoblastos. Los poros deben tener un tamaño de 300-500 micras que permitan la correcta fijación de las células en el material. Además, éstos deben estar interconectados por ventanas que permitan la migración celular y una correcta perfusión de fluidos para la nutrición y respiración celular. Therefore, in addition to the importance of its composition, scaffolds for tissue engineering must meet a series of structural requirements that guarantee the correct proliferation of cultured cells, osteoblasts. The pores must have a size of 300-500 microns that allow the correct fixation of the cells in the material. In addition, these must be interconnected by windows that allow cell migration and a correct perfusion of fluids for nutrition and cellular respiration.

Con el fin de lograr estos objetivos ya se han sintetizado andamios tridimensionales macroporosos de vidrios mesoporosos bioactivos (Y. Zhu et al. Microporous and Mesoporous Materials 2008, 112, 494; X. Li et al. Chemistry of Materials 2007, 19, 4322; H. Yun et al Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 2008, 374). La mayoría de las técnicas utilizadas para la fabricación de estos andamios con estos materiales se basan en la introducción y posterior eliminación de plantillas poliméricas durante la síntesis de los vidrios mesoporosos bioactivos. Sin embargo, la utilización de tales plantillas (espumas de poliuretano, metilcelulosa) llevan a la obtención de materiales con pobres propiedades mecánicas y sin ningún control morfológico macroscópico que garantice la interconexión de los macroporos del andamio. In order to achieve these objectives, macroporous three-dimensional scaffolds of bioactive mesoporous glass have already been synthesized (Y. Zhu et al. Microporous and Mesoporous Materials 2008, 112, 494; X. Li et al. Chemistry of Materials 2007, 19, 4322; H. Yun et al Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 2008, 374). Most of the techniques used to manufacture these scaffolds with these materials are based on the introduction and subsequent elimination of polymeric templates during the synthesis of bioactive mesoporous glasses. However, the use of such templates (polyurethane foams, methyl cellulose) lead to the obtaining of materials with poor mechanical properties and without any macroscopic morphological control that guarantees the interconnection of the macropores of the scaffold.

Para salvar los inconvenientes del uso de plantillas en la síntesis de andamios macroporosos se ha utilizado la técnica de prototipado rápido. Esta técnica permite la fabricación de materiales con la estructura deseada a partir de un diseño previamente realizado en formato CAD. En el prototipado rápido un robot-inyector reproduce el esquema de la pieza a fabricar previamente programado inyectando una pasta en el que se encuentra el material del que se compondrá el andamio. Esta tinta es una suspensión estable del material junto a posibles coadyuvantes necesarios para realizar esta suspensión en el disolvente adecuado. La posterior evaporación del disolvente de esta pasta da como resultado la obtención del andamio. Esta técnica permite fabricar materiales con forma, macroporosidad e interconexiones controladas, ya que han sido previamente diseñadas. The rapid prototyping technique has been used to overcome the inconvenience of using templates in the synthesis of macroporous scaffolds. This technique allows the manufacture of materials with the desired structure from a design previously made in CAD format. In rapid prototyping a robot-injector reproduces the scheme of the piece to be manufactured previously programmed by injecting a paste in which the material of which the scaffolding will be composed is located. This ink is a stable suspension of the material together with possible adjuvants necessary to make this suspension in the appropriate solvent. The subsequent evaporation of the solvent from this paste results in the scaffolding. This technique allows to manufacture shaped materials, macroporosity and controlled interconnections, since they have been previously designed.

Existen documentos que describen la fabricación de andamios macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo mediante prototipado rápido (H. Yun et al Chemical Communications 2007, 2139, H. Yun et al. Chemistry of Materials 2007, 19, 6363. US2008/0103227) donde se obtienen andamios compuestos por un composite vidrio mesoporoso bioactivo-policaprolactona. There are documents that describe the manufacture of macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass by rapid prototyping (H. Yun et al Chemical Communications 2007, 2139, H. Yun et al. Chemistry of Materials 2007, 19, 6363. US2008 / 0103227) where they are obtained scaffolding composed of a bioactive mesoporous glass polycaprolactone composite.

El método de fabricación parte de un intermedio de síntesis, precursor del vidrio, a partir del cual se forma un material poroso utilizando una plantilla polimérica, que posteriormente se elimina por calcinación, para poder generar un material poroso (1-100 nm). La macroporisidad final del andamios se consigue añadiendo un polímero (como la policaprolactona) al material poroso obtenido una vez molido, para después realizar un prototipado rápido. Los materiales que se consiguen tienen una muy reducida superficie específica lo que conlleva una reactividad química menor y por lo tanto una cinética bioactiva disminuida. Además, la presencia de un polímero implica una serie de problemas asociados. Por ejemplo, el PGLA (ácido poliglicólico-poliláctico) es rápidamente degradado, saturando la capacidad del organismo para eliminarlo de los tejidos. Por el contrario, otros polímeros como la ε-PCL presentan serios problemas para ser reabsorbidos como consecuencia de su bioestabilidad. Los andamios así obtenidos tienen una pobre resistencia mecánica además de presentar un ordenamiento mesoporoso defectuoso, lo que impide controlar los valores finales de superficie y porosidad de los materiales. The manufacturing method is based on a synthesis intermediate, a precursor to glass, from which a porous material is formed using a polymeric template, which is subsequently removed by calcination, in order to generate a porous material (1-100 nm). The final macroporisity of the scaffolding is achieved by adding a polymer (such as polycaprolactone) to the porous material obtained once ground, and then rapid prototyping. The materials that are obtained have a very small specific surface which entails a lower chemical reactivity and therefore a reduced bioactive kinetics. In addition, the presence of a polymer implies a series of associated problems. For example, PGLA (polyglycolic-polylactic acid) is rapidly degraded, saturating the body's ability to remove it from tissues. On the contrary, other polymers such as ε-PCL present serious problems to be reabsorbed as a result of their biostability. The scaffolds thus obtained have poor mechanical resistance in addition to presenting a defective mesoporous order, which prevents control of the final surface and porosity values of the materials.

A la vista del estado de la técnica sería deseable desarrollar un método de fabricación de andamios que permita obtener materiales de porosidad conocida, ordenada y controlada, que le confiera unas propiedades texturales (superficie específica, volumen de poro) y bioactivas mejoradas para su uso como implantes en ingeniería tisular. In view of the state of the art, it would be desirable to develop a scaffolding manufacturing method that allows obtaining materials of known, orderly and controlled porosity, which confers on textural properties (speci fi c surface, pore volume) and improved bioactives for use as implants in tissue engineering.

Para ello, la presente invención propone un método de fabricación de andamios donde se parte de un material bioactivo de porosidad conocida que no sufre modificaciones en tal porosidad en el proceso de fabricación del andamio. Durante tal proceso, la porosidad del material inicial se conserva a la vez que se consigue una macroporosidad deseada utilizando la técnica de prototipado rápido. Se obtiene así un andamio macroporoso de vidrio bioactivo mesorporoso puro, que no requiere la presencia de un biopolímero consiguiéndose así una mejor cinética bioactiva y permitiendo que el andamio sea utilizado como portador de grandes dosis de un fármaco. La técnica puede ser, además, aplicada para conformar cualquier cualquier material mesoporoso de sílice como SBA-15 o MCM-41. For this, the present invention proposes a method of manufacturing scaffolding where it is based on a bioactive material of known porosity that does not undergo modifications in such porosity in the scaffolding manufacturing process. During such a process, the porosity of the initial material is preserved while achieving a desired macroporosity using the rapid prototyping technique. A macroporous scaffold of pure mesorporous bioactive glass is thus obtained, which does not require the presence of a biopolymer thus achieving a better bioactive kinetics and allowing the scaffold to be used as a carrier of large doses of a drug. The technique can also be applied to form any mesoporous silica material such as SBA-15 or MCM-41.

Breve descripción de la invención Brief Description of the Invention

Se describe un método para la obtención de andamios macroporosos tridimensionales de biovidrio mesoporoso altamente ordenado. Partiendo de vidrio mesoporoso puro se preparan andamios tridimensionales con porosidad prediseñada tanto a nivel de mesoporo (2-50 nm) como de macroporo (200-1.000 micras). De esta forma se pueden preparar andamios específicos para cada defecto óseo, cuyas propiedades están determinadas antes de la impresión tridimensional. Estas propiedades permiten en primer término la colonización ósea del implante y la reabsorción del material para transformarlo en hueso neoformado. A method for obtaining three-dimensional macroporous scaffolds of highly ordered mesoporous bioglass is described. Starting from pure mesoporous glass, three-dimensional scaffolds with pre-designed porosity are prepared both at the mesopore (2-50 nm) and macroporo (200-1,000 microns). In this way, specific scaffolds can be prepared for each bone defect, whose properties are determined before three-dimensional printing. These properties allow, in the first place, the bone colonization of the implant and the reabsorption of the material to transform it into neoformed bone.

El método consiste en moler un vidrio mesoporoso biactivo de porosidad conocida. Una vez molido, el vidrio pulverizado se suspende en un disolvente orgánico (diclorometano o cloroformo) y se mezcla con una disolución de PCL en el mismo disolvente. La disolución así obtenida se estabiliza, evaporándose el disolvente hasta obtener una pasta de consistencia adecuada para someterla a prototipado rápido y obtener el andamio. El andamio obtenido se seca y se elimina la PCL por calcinación. The method consists of grinding a biactive mesoporous glass of known porosity. Once ground, the powdered glass is suspended in an organic solvent (dichloromethane or chloroform) and mixed with a solution of PCL in the same solvent. The solution thus obtained is stabilized, the solvent being evaporated until a paste of adequate consistency is obtained for rapid prototyping and obtaining the scaffolding. The scaffold obtained is dried and the PCL is removed by calcination.

Durante todo el proceso las características texturales y estructurales del material de partida no varían significativamente y la composición química permanece estable, por lo que se obtienen materiales con una rápida cinética bioactiva y una estructura mesoporosa altamente ordenada que permite que sea utilizado como portador de grandes dosis de principios activos y le confiere la capacidad de actuar como sistema liberador de tales principios activos. Throughout the process the textural and structural characteristics of the starting material do not vary significantly and the chemical composition remains stable, so that materials with a rapid bioactive kinetics and a highly ordered mesoporous structure are obtained that allow it to be used as a carrier of large doses of active principles and confers the ability to act as a liberating system for such active principles.

Este proceso presenta una serie de ventajas que mejoran las técnicas desarrolladas hasta ahora. En primer lugar, la obtención de un material mecánicamente estable sin un polímero en su composición evita los inconvenientes de la presencia de éste tales como su degradación en forma de compuestos potencialmente tóxicos. En segundo lugar, el compuesto de partida es un material mesoporoso cuyas características texturales y estructurales no son modificadas durante el proceso de fabricación, y por lo tanto el proceso permite la obtención de un material mesoporoso altamente ordenado. En tercer lugar, la utilización del prototipado rápido lleva a la fabricación de materiales con morfología conocida y controlada y con macroporosidad interconectada. Por último, la técnica descrita en la presente invención sería previsiblemente útil para cualquier material mesoporoso de base silícea, por lo que abre la posibilidad de obtener materiales macroporosos con distintas características mesoporosas (en cuanto a ordenamiento, diámetro y volumen de poro). This process presents a series of advantages that improve the techniques developed so far. First, obtaining a mechanically stable material without a polymer in its composition avoids the inconvenience of its presence, such as its degradation in the form of potentially toxic compounds. Secondly, the starting compound is a mesoporous material whose textural and structural characteristics are not modified during the manufacturing process, and therefore the process allows obtaining a highly ordered mesoporous material. Third, the use of rapid prototyping leads to the manufacture of materials with known and controlled morphology and interconnected macroporosity. Finally, the technique described in the present invention would be foreseeably useful for any mesoporous material of siliceous base, so it opens the possibility of obtaining macroporous materials with different mesoporous characteristics (in terms of arrangement, diameter and pore volume).

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

El método parte de un vidrio mesoporos bioactivo de tamaño de poro conocido al que se somete a distintas etapas para llegar a un andamio del mismo vidrio mesoporoso puro, con el mismo tamaño de poro que el vidrio de partida, y de macroporosidad conocida. El vidrio mesoporoso de porosidad conocida, a su vez, puede ser sintetizado previamente, siguiendo el procedimiento detallado en la literatura (Chem. Mater, 2006, 18 (13), pp 3137-3144). Las etapas del método propuestos son: The method starts from a bioactive mesopore glass of known pore size to which it is subjected to different stages to reach a scaffold of the same pure mesoporous glass, with the same pore size as the starting glass, and of known macroporosity. Mesoporous glass of known porosity, in turn, can be previously synthesized, following the procedure detailed in the literature (Chem. Mater, 2006, 18 (13), pp. 3137-3144). The proposed method steps are:

1-Molienda en medio orgánico anhidro del vidrio sintetizado hasta obtener un tamaño de partícula menor a 32 micras. 1-Grinding in anhydrous organic medium of the synthesized glass until a particle size of less than 32 microns is obtained.

2-Suspensión del vidrio pulverizado en diclorometano y mezcla con una disolución de policaprolactona en diclorometano. 2-Suspension of the powdered glass in dichloromethane and mixed with a solution of polycaprolactone in dichloromethane.

3-Estabilización por ultrasonidos de la solución resultante. Evaporación del disolvente hasta obtener una pasta con la consistencia necesaria para poder realizar una correcta deposición con la máquina de prototipado. 3-Ultrasonic stabilization of the resulting solution. Evaporation of the solvent until obtaining a paste with the consistency necessary to perform a correct deposition with the prototyping machine.

4-Inyección de la pasta por medio de un robot de prototipado rápido. Secado del andamio. 4-Injection of the paste by means of a rapid prototyping robot. Scaffolding drying.

5-Eliminación de la policaprolactona por calcinación del andamio a 800ºC durante 3 horas. 5-Elimination of polycaprolactone by calcining the scaffold at 800 ° C for 3 hours.

El vidrio obtenido se puede caracterizar por diversas técnicas para asegurar que se trata de un material mesoporoso (Figura 1) altamente ordenado (Figura 2), macroporoso (Figura 3) y altamente bioactivo (Figura 4). The glass obtained can be characterized by various techniques to ensure that it is a highly ordered mesoporous material (Figure 1) (Figure 2), macroporous (Figure 3) and highly bioactive (Figure 4).

Breve descripción de las figuras Brief description of the fi gures

La Figura 1 muestra las isotermas de adsorción de N2 del andamio de vidrio mesoporoso bioactivo, donde se representa la presión relativa (Pr) frente a la cantidad de N2 adsorbida (Ca). El ciclo de histéresis es característico de materiales con mesoporos abiertos en ambos extremos. La Figura también incluye la distribución del tamaño de poro (Vp), que muestra un diámetro de poro (Dp) de alrededor 5 nm. Figure 1 shows the N2 adsorption isotherms of the bioactive mesoporous glass scaffold, where the relative pressure (Pr) is plotted against the amount of adsorbed N2 (Ca). The hysteresis cycle is characteristic of materials with open mesopores at both ends. The Figure also includes the pore size distribution (Vp), which shows a pore diameter (Dp) of about 5 nm.

La Figura 2 muestra el difractograma de rayos X a bajo ángulo del andamio de vidrio mesoporoso. Los máximos de difracción a bajo ángulo indican la presencia de una estructura mesoporosa altamente ordenada (ordenamiento cúbico en este caso). Figure 2 shows the low-angle X-ray diffractogram of the mesoporous glass scaffold. Low angle diffraction maxima indicate the presence of a highly ordered mesoporous structure (cubic ordering in this case).

La Figura 3 muestra la distribución de macroporo por intrusión de mercurio. Se puede observar que tras la calcinación (línea continua) los materiales presentan una macroporosidad de alrededor de 300 micras, además de la macroporosidad propia del andamio (500 micras). Figure 3 shows the distribution of macropore by mercury intrusion. It can be seen that after calcination (continuous line) the materials have a macroporosity of around 300 microns, in addition to the macroporosity of the scaffold (500 microns).

La Figura 4 muestra los espectros infrarrojos con transformada de Fourier del andamio antes y 3 días después de llevar a cabo un ensayo de bioactividad in vitro en SBF (siglas en inglés de fluido corporal simulado). Se puede observar que a los 3 días de inmersión ha aparecido en la superficie del material una nueva capa de fosfato de calcio cristalino, un marcador de la bioactividad del material. Figure 4 shows the infrared spectra with Fourier transform of the scaffold before and 3 days after carrying out an in vitro bioactivity test in SBF (simulated body fluid acronym). It can be seen that after 3 days of immersion a new layer of crystalline calcium phosphate, a marker of the bioactivity of the material, has appeared on the surface of the material.

Modo de realización de la invención Embodiment of the invention

La invención se ilustra mediante el siguiente ejemplo, el cual no es limitativo de su alcance. The invention is illustrated by the following example, which is not limiting of its scope.

Ejemplo Example

Se describe la preparación de un andamio macroporoso de vidrio bioactivo mesoporoso. The preparation of a macroporous scaffold of mesoporous bioactive glass is described.

Preparación del vidrio mesoporoso de tamaño de poro conocido Preparation of mesoporous glass of known pore size

Se disuelven 2 g de P123 en 30 g de etanol con 0,5 g de HCl 0,5 N. Seguidamente se añaden 3,7 g de tetraetilortosilicato (TEOS), 0,34 g de trietilfosfato (TEP) y 0,49 g de Ca(NO3)2.4H2O en intervalos de tres horas bajo continua agitación. Después de 12 horas, los soles obtenidos se depositan en placas Petri. La gelificación tiene lugar tras 35 horas de evaporación de los disolventes. Los geles se dejan envejecer durante una semana tras lo que se retiran en forma de membranas transparentes (de menos de 0,5 mm de espesor). Tanto el surfactante como los nitratos se eliminan mediante un tratamiento térmico en aire a 700ºC durante 3 horas, obteniéndose el vidrio en forma de polvo, con un tamaño de poro de 5 nm, como producto final. 2 g of P123 are dissolved in 30 g of ethanol with 0.5 g of 0.5 N HCl. Then 3.7 g of tetraethylorthosilicate (TEOS), 0.34 g of triethyl phosphate (TEP) and 0.49 g are added. of Ca (NO3) 2.4H2O at intervals of three hours under continuous agitation. After 12 hours, the soles obtained are deposited in Petri dishes. The geli fi cation takes place after 35 hours of evaporation of the solvents. The gels are allowed to age for a week after which they are removed in the form of transparent membranes (less than 0.5 mm thick). Both the surfactant and nitrates are removed by a heat treatment in air at 700 ° C for 3 hours, obtaining the glass in powder form, with a pore size of 5 nm, as the final product.

Molienda del vidrio mesoporoso sintetizado Grinding of synthesized mesoporous glass

Se toman 4 g de vidrio mesoporoso así sintetizado y se muelen en un molino de bolas de ágata de 1 cm de diámetro con 100 ml de etanol durante 1 hora. El material obtenido se tamiza por debajo de 32 micras. 4 g of mesoporous glass thus synthesized are taken and ground in a 1 cm diameter agate ball mill with 100 ml of ethanol for 1 hour. The material obtained is screened below 32 microns.

Obtención de pasta de vidrio mesoporoso para prototipado rápido Obtaining mesoporous glass paste for rapid prototyping

Se mezclan 4 g de vidrio molido y tamizado con 100 ml de diclorometano y dispersados mediante la utilización de ultrasonidos. A esta dispersión se le añaden 100 ml de otra solución de 2,7 g de policaprolactona de alta densidad en diclorometano. Se deja evaporar la mezcla resultante hasta obtener una pasta con la consistencia necesaria para poder ser inyectada por la máquina de prototipado rápido. 4 g of ground and sieved glass are mixed with 100 ml of dichloromethane and dispersed using ultrasound. To this dispersion is added 100 ml of another solution of 2.7 g of high density polycaprolactone in dichloromethane. The resulting mixture is allowed to evaporate until a paste is obtained with the consistency necessary to be injected by the rapid prototyping machine.

Obtención del andamio por prototipado rápido Obtaining scaffolding by rapid prototyping

La máquina de prototipado permite la fabricación de estructuras diseñadas previamente por medio de programación CAD. En el ejemplo aquí detallado las piezas obtenidas unas dimensiones de 1 cm x 1 cm x 1cm. The prototyping machine allows the manufacturing of previously designed structures through CAD programming. In the example detailed here the pieces obtained dimensions of 1 cm x 1 cm x 1 cm.

Caracterización del andamio Scaffolding characterization

Las isotermas de adsorción de N2 del andamio de vidrio mesoporoso bioactivo (Figura 1) muestran un ciclo de histéresis característico de materiales con mesoporos abiertos en ambos extremos y también muestran la distribución del tamaño de poro, con un diámetro de poro de alrededor 5 nm. The N2 adsorption isotherms of the bioactive mesoporous glass scaffold (Figure 1) show a characteristic hysteresis cycle of materials with open mesopores at both ends and also show the pore size distribution, with a pore diameter of about 5 nm.

El difractograma de rayos X a bajo ángulo del andamio de vidrio mesoporoso (Figura 2) presenta los máximos de difracción a bajo ángulo que indican la presencia de una estructura mesoporosa altamente ordenada (ordenamiento cúbico en este caso). The low-angle X-ray diffractogram of the mesoporous glass scaffold (Figure 2) presents the low-angle diffraction maxima that indicate the presence of a highly ordered mesoporous structure (cubic ordering in this case).

La Figura 3 muestra la distribución de macroporo por intrusión de mercurio. Se observa que los materiales presentan una macroporosidad de alrededor de 300 micras, además de la macroporosidad propia del andamio (500 micras). Figure 3 shows the distribution of macropore by mercury intrusion. It is observed that the materials have a macroporosity of around 300 microns, in addition to the macroporosity of the scaffold (500 microns).

Los espectros infrarrojos con transformada de Fourier del andamio antes y 3 después de llevar a cabo un ensayo de bioactividad in vitro en SBF (Figura 3) indican que a los 3 días de inmersión ha aparecido en la superficie del material una nueva capa de fosfato de calcio cristalino, un marcador de la bioactividad del material. The infrared spectra with Fourier transform of the scaffold before and 3 after carrying out an in vitro bioactivity test in SBF (Figure 3) indicate that after 3 days of immersion a new phosphate layer has appeared on the surface of the material crystalline calcium, a marker of the bioactivity of the material.

Claims (10)

REIVINDICACIONES 1. Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo que comprende las siguientes etapas: 1. Method for the preparation of three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass comprising the following steps:
(a) (to)
Molienda en medio orgánico anhidro de un vidrio mesoporoso bioactivo de porosidad conocida (2-50 nm). Grinding in anhydrous organic medium of a bioactive mesoporous glass of known porosity (2-50 nm).
(b) (b)
Suspensión del vidrio pulverizado en un disolvente orgánico y mezcla con una disolución de policaprolactona en el mismo disolvente. Suspension of the pulverized glass in an organic solvent and mixing with a solution of polycaprolactone in the same solvent.
(c) (C)
Estabilización de la disolución resultante y evaporación del disolvente para obtener una pasta. Stabilization of the resulting solution and evaporation of the solvent to obtain a paste.
(d) (d)
Inyección de la pasta obtenida en un robot de prototipado rápido y posterior secado de la pieza obtenida. Injection of the paste obtained in a rapid prototyping robot and subsequent drying of the obtained piece.
(e) (and)
Eliminación de la policaprolactona por calcinación. Elimination of polycaprolactone by calcination.
2. 2.
Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde la molienda se realiza en medio orgánico anhidro hasta alcanzar un tamaño de partícula menor de 32 micras. Method for the preparation of three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass, according to claim 1, where the grinding is carried out in anhydrous organic medium until a particle size of less than 32 microns is reached.
3. 3.
Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde el vidrio molido se suspende en diclorometano o cloroformo y se mezcla con una disolución de policaprolactona en el mismo disolvente. Method for the preparation of three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass, according to claim 1, wherein the ground glass is suspended in dichloromethane or chloroform and mixed with a solution of polycaprolactone in the same solvent.
4. Four.
Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde la estabilización de la disolución se realiza mediante ultrasonidos. Method for the preparation of three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass, according to claim 1, wherein the stabilization of the solution is carried out by ultrasound.
5. 5.
Método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 1, donde la calcinación del andamio se realiza a 800ºC durante 3 horas. Method for the preparation of three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass, according to claim 1, wherein the calcination of the scaffold is carried out at 800 ° C for 3 hours.
6. 6.
Andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo obtenibles a través del método reivindicado caracterizados porque presentan una porosidad prediseñada e interconectada tanto de mesoporo (2-50 nm) como de macroporo (200-1.000 micras). Three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass obtainable through the claimed method characterized in that they have a pre-designed and interconnected porosity of both mesoporo (2-50 nm) and macroporo (200-1,000 microns).
7. 7.
Andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo, según reivindicación 6, que pueden incluir principios activos. Three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass, according to claim 6, which may include active ingredients.
8. 8.
Uso de los andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo reivindicados como implantes para la regeneración de tejido óseo. Use of the three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass claimed as implants for the regeneration of bone tissue.
9. 9.
Uso de los andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo reivindicados como sistema de liberación de principios activos. Use of the three-dimensional macroporous scaffolds of bioactive mesoporous glass claimed as an active ingredient release system.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND N.º solicitud: 201000353 Application no .: 201000353 ESPAÑA SPAIN Fecha de presentación de la solicitud: 17.03.2010 Date of submission of the application: 03.17.2010 Fecha de prioridad: Priority Date: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE 51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional 51 Int. Cl.: See Additional Sheet DOCUMENTOS RELEVANTES RELEVANT DOCUMENTS
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56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
A TO
YUN, HUI-SUK, et al.; Three-dimensional mesoporous-giantporous inorganic/organic composite scaffolds for tissue engineering; Chemistry of Materials, 2007, volume 19, nº 26, páginas 6363-6366. 1-9 YUN, HUI-SUK, et al .; Three-dimensional mesoporous-giantporous inorganic / organic composite scaffolds for tissue engineering; Chemistry of Materials, 2007, volume 19, No. 26, pages 6363-6366. 1-9
A TO
YUN, HUI-SUK, et al.; Fabrication of hierarchically porous bioactive glass ceramics; Key Engineering Materials, 2008, volumen 361-363, páginas 285-288; ISSN 1013-9826. 1-9 YUN, HUI-SUK, et al .; Fabrication of hierarchically porous bioactive glass ceramics; Key Engineering Materials, 2008, volume 361-363, pages 285-288; ISSN 1013-9826. 1-9
A TO
US 2008103227 A1 (YUN, HUI-SUK, et al.) 01.05.2008, párrafos [0014]-[0015]; ejemplos 1-3. 1-9 US 2008103227 A1 (YUN, HUI-SUK, et al.) 01.05.2008, paragraphs [0014] - [0015]; Examples 1-3. 1-9
A TO
YUN, HUI-SUK et al.; Design and preparation of bioactive glasses with hierarchical pore networks; Chem. Commun., 2007, páginas 2139-3141. 1-9 YUN, HUI-SUK et al .; Design and preparation of bioactive glasses with hierarchical pore networks; Chem. Commun., 2007, pages 2139-3141. 1-9
Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
Fecha de realización del informe 22.03.2012 Date of realization of the report 22.03.2012
Examinador N. Vera Gutierrez Página 1/4 Examiner N. Vera Gutierrez Page 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE Nº de solicitud: 201000353 Application number: 201000353 CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD A61F2/28 (2006.01) CLASSIFICATION OBJECT OF THE APPLICATION A61F2 / 28 (2006.01) A61L27/10 (2006.01) B29C67/00 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) A61L27 / 10 (2006.01) B29C67 / 00 (2006.01) Minimum documentation sought (classification system followed by classification symbols) A61F, A61L, B29C A61F, A61L, B29C Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, CAS, WPI, EMBASE, BIOSIS, MEDLINE, NPL Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of search used) INVENES, EPODOC, CAS, WPI, EMBASE, BIOSIS, MEDLINE, NPL Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 State of the Art Report Page 2/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 201000353 Application number: 201000353 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 22.03.2012 Date of Written Opinion: 22.03.2012 Declaración Statement
Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO Claims Claims 1-9 IF NOT
Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO Claims Claims 1-9 IF NOT
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986). Base de la Opinión.-  Opinion Base.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. This opinion has been made on the basis of the patent application as published. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 State of the Art Report Page 3/4 OPINIÓN ESCRITA  WRITTEN OPINION Nº de solicitud: 201000353 Application number: 201000353 1. Documentos considerados.-1. Documents considered.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.
Documento Document
Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
D01 D01
YUN, HUI-SUK, et al.; Chemistry of Materials, 2007, volumen 19, nº 26, páginas 6363-6366. 2007 YUN, HUI-SUK, et al .; Chemistry of Materials, 2007, volume 19, No. 26, pages 6363-6366. 2007
D02 D02
YUN, HUI-SUK, et al.; Key Engineering Materials, 2008, volumen 361-363, páginas 285-288; ISSN 1013-9826. 2008 YUN, HUI-SUK, et al .; Key Engineering Materials, 2008, volume 361-363, pages 285-288; ISSN 1013-9826. 2008
D03 D03
US 2008103227 A1 01.05.2008 US 2008103227 A1 01.05.2008
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración 2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement La invención se refiere a un método para la preparación de andamios tridimensionales macroporosos de vidrio mesoporoso bioactivo que comprende las siguientes etapas: a) molienda en medio orgánico anhidro de un vidrio mesoporoso bioactivo de porosidad conocida; b) suspensión del vidrio pulverizado en un disolvente orgánico y mezcla con una disolución de policaprolactona en el mismo disolvente; c) estabilización de la solución resultante y evaporación del disolvente para obtener una pasta; d) inyección de la pasta en un robot de prototipado rápido y posterior secado de la pieza obtenida; e) eliminación de la policaprolactona por calcinación. The invention relates to a method for the preparation of macroporous three-dimensional scaffolds of bioactive mesoporous glass comprising the following steps: a) grinding in anhydrous organic medium of a bioactive mesoporous glass of known porosity; b) suspension of the pulverized glass in an organic solvent and mixing with a solution of polycaprolactone in the same solvent; c) stabilization of the resulting solution and evaporation of the solvent to obtain a paste; d) injection of the paste into a rapid prototyping robot and subsequent drying of the piece obtained; e) elimination of polycaprolactone by calcination. El documento D01 divulga la preparación de andamios tridimensionales para ingeniería tisular a partir de vidrios mesoporosos bioactivos. El proceso de síntesis se inicia con la pulverización de un vidrio mesoporoso bioactivo, seleccionando la fracción de tamaño inferior a 25 micrómetros. A continuación se prepara una disolución de policaprolactona en cloroformo a la que se añade el vidrio pulverizado, formándose así una pasta homogénea que se somete a extrusión mediante un robot de prototipado rápido. Document D01 discloses the preparation of three-dimensional scaffolding for tissue engineering from bioactive mesoporous glasses. The synthesis process begins with the spraying of a bioactive mesoporous glass, selecting the size fraction smaller than 25 micrometers. A solution of polycaprolactone in chloroform is then prepared to which the pulverized glass is added, thus forming a homogeneous paste that is subjected to extrusion by means of a rapid prototyping robot. En el documento D02 se describe un vidrio bioactivo poroso útil en la preparación de andamios tridimensionales para la regeneración tisular y la liberación controlada de fármacos. El material se obtiene mezclando una solución precursora del vidrio con metilcelulosa, formándose una pasta que se estabiliza mediante ultrasonidos y se somete a prototipado rápido y calcinación posterior a 600ºC. Document D02 describes a porous bioactive glass useful in the preparation of three-dimensional scaffolds for tissue regeneration and controlled drug release. The material is obtained by mixing a precursor solution of glass with methylcellulose, forming a paste that is stabilized by ultrasound and subjected to rapid prototyping and subsequent calcination at 600 ° C. En el documento D03 se describe un material poroso con estructura jerárquica de poros útil en la fabricación de andamios para ingeniería tisular. Se preparan dos tipos de materiales, según presenten 2 ó 3 tipos de poros. El material con 2 tipos de poros (ejemplo 1) se obtiene mezclando el vidrio mesoporoso pulverizado (menor o igual a 50 micrómetros) con cloroformo y policaprolactona hasta obtener una pasta uniforme, que será inyectada en un robot de prototipado rápido. Para la obtención del material con 3 tipos de poros (ejemplos 2 y 3), se parte de una solución precursora del material poroso a la que se añade un agente director de estructura. La pasta obtenida, homogeneizada por ultrasonidos, se somete a extrusión mediante un robot de prototipado rápido y posteriormente a secado y calcinación a 600-1000ºC durante 4 horas. In document D03 a porous material with hierarchical pore structure useful in the manufacture of scaffolds for tissue engineering is described. Two types of materials are prepared, depending on whether they present 2 or 3 types of pores. The material with 2 types of pores (example 1) is obtained by mixing the powdered mesoporous glass (less than or equal to 50 micrometers) with chloroform and polycaprolactone until a uniform paste is obtained, which will be injected into a rapid prototyping robot. In order to obtain the material with 3 types of pores (examples 2 and 3), it is based on a precursor solution of the porous material to which a structure directing agent is added. The paste obtained, homogenized by ultrasound, is extruded by means of a rapid prototyping robot and subsequently dried and calcined at 600-1000 ° C for 4 hours. A la vista de los documentos D01-D03, se considera que la invención tal como se define en las reivindicaciones 1-9 de la solicitud cumple los requisitos de novedad y actividad inventiva según los Artículos 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes. In view of documents D01-D03, it is considered that the invention as defined in claims 1-9 of the application meets the requirements of novelty and inventive activity according to Articles 6.1 and 8.1 of the Patent Law. Informe del Estado de la Técnica Página 4/4 State of the Art Report Page 4/4
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