ES2623538T3 - Dispositivos médicos implantables - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para producir un dispositivo médico implantable recubierto, que comprende: nebulizar una solución que contiene al menos una biomolécula disuelta para formar un aerosol líquido; combinar el aerosol líquido y un plasma no térmico a presión atmosférica para formar un recubrimiento; y depositar, en ausencia de monómeros reactivos, el recubrimiento sobre una superficie del dispositivo médico implantable.

Description

DESCRIPCION

Dispositivos medicos implantables 5 ANTECEDENTES DE LAINVENCION

CAMPO DE LA INVENCION

[0001] La presente invencion se refiere a un procedimiento para depositar una biomolecula sobre un sustrato 10 utilizando plasma, tal como una descarga no termica a presion atmosferica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

[0002] En general hay dos tipos de plasma, en concreto, los plasmas equilibrio termico y de equilibrio no 15 isotermico. Los plasmas de equilibrio termico normalmente son calientes con temperaturas ~10.000 K y se utilizan

en la industria como antorchas de plasma, chorros y arcos para la soldadura. Estos sistemas de plasma caliente tambien se usan en el recubrimiento por pulverizacion termica donde pueden usarse para depositar recubrimientos metalicos y ceramicos sobre superficies metalicas para aplicaciones tan diversas como producir recubrimientos biocompatibles de hidroxiapatita en implantes medicos para depositar recubrimientos protectores en componentes 20 de turbina de gas. A pesar del uso generalizado de plasmas termicos para producir recubrimientos ceramicos de hidroxiapatita biocompatibles, sus aplicaciones estan limitadas por la alta energia termica dentro de estos dispositivos que impiden que estos dispositivos depositen materiales sensibles a la temperatura tales como proteinas, polisacaridos y otros biomateriales.

25 [0003] Por el contrario, los plasmas no isotermicos generalmente son frios y pueden emplearse en procesos

de fabricacion que incluyen limpieza superficial (eliminacion de contaminantes no deseados), ataque quimico (eliminacion del material de sustrato en masa), activacion (cambio de energias superficiales) y deposicion de recubrimientos de pelicula fina funcionales sobre superficies. Historicamente, estos dispositivos de recubrimiento estaban limitados a condiciones de vacio y solo utilizaban precursores de fase gaseosa para producir 30 recubrimientos. Sin embargo, los sistemas de plasma han sido ampliamente utilizados para modificar las superficies para permitir la subsiguiente fijacion de biomoleculas a traves de tecnicas quimicas humedas tradicionales, y esta area ha sido ampliamente revisada por Siow et al. (Plasma Processes and Polymers, 2006, 3, paginas 392-418).

[0004] En los ultimos anos se ha observado el desarrollo de dispositivos de plasma que funcionan a presion 35 atmosferica y que tambien pueden producir recubrimientos funcionales usando monomeros en fase gaseosa, y un

ejemplo tipico se observa en Allcock et al., Langmuir, 2007, 23, 8103-8107. Sin embargo, el cambio de los sistemas de vacio a presion ambiente tambien permite el uso de precursores distintos de los monomeros en fase gaseosa en la produccion de peliculas delgadas. La patente de Estados Unidos n.° 4.929.319 describe un proceso para tratar un sustrato plastico en el que se introduce un aerosol liquido en una descarga corona atmosferica mientras se pasa un 40 sustrato plastico plano a traves de la descarga corona.

[0005] La patente de Estados Unidos n.° 7.455.892 describe un procedimiento para producir un recubrimiento en el que un material formador de polimero es atomizado en una descarga luminiscente de plasma homogenea a presion atmosferica con el fin de producir un recubrimiento polimerico sobre un sustrato. La lista de monomeros

45 potenciales descritos incluye numerosos materiales que son bien conocidos para polimerizar bajo exposicion a radicales libres o radiacion UV para producir un recubrimiento. Estos precursores normalmente contienen grupos vinilicos, ciclicos u otros grupos reactivos.

[0006] El documento WO 2007/106212 describe un sistema de plasma que combina una activacion de 50 plasma a presion atmosferica acoplada a una camara de deposicion al vacio con el fin de depositar una biomolecula

sobre una superficie. La idea de combinar camaras de vacio y chorros de plasma a presion atmosferica en un sistema representa un reto complejo de ingenieria.

[0007] En los sistemas de polimerizacion de plasma tradicionales, es practica habitual el uso de monomeros 55 que contienen grupos reactivos que experimentan reacciones de polimerizacion de radicales libres o ionicos y la

presencia de estos grupos permite que los monomeros produzcan recubrimientos polimerizados secos sin el uso de plasmas de alta energia. Se ha podido polimerizar con plasma materiales tales como alcanos que no poseen grupos reactivos. Sin embargo, esto requiere que el plasma tenga energia suficiente para romper los enlaces quimicos dentro de los monomeros y esto da lugar a una fragmentacion y reordenacion significativas de las moleculas

precursoras resumidas por Heyse et al. (Plasma Processes and Polymers, 2007, 4, pg 145 - 157). Puesto que las biomoleculas, tales como el colageno, no poseen los grupos reactivos (por ejemplo, vinilo) que se espera que participen en una polimerizacion inducida por plasma de baja energia, es logico concluir que para producir un recubrimiento a partir de dicho material seria necesario inducir la rotura de los enlaces dentro de la molecula. Esto 5 induciria un dano significativo a la biomolecula y cabria esperar que la molecula resultara biologicamente inactiva. Por lo tanto, el desarrollo se ha enfocado en maneras de unir indirectamente moleculas a una superficie recubierta de plasma.

[0008] Un procedimiento comun era depositar primero un recubrimiento de plasma y luego unir las 10 biomoleculas en una etapa separada mediante tecnicas quimicas humedas. Sin embargo, esto resulta en un

proceso de multiples etapas con altos costes y por lo tanto existe un requisito para un enfoque mas rapido y de un solo paso usando tecnologia de plasma. Como alternativa, se han utilizado sistemas de plasma para depositar recubrimientos sobre los que subsiguientemente se pueden unir biomoleculas en otro proceso de varios pasos. Esta area ha sido cuidadosamente revisada por Kim Shyong Siow et al. en Plasma Processes and Polymers, 2006, 15 volumen 3, paginas 392-418.

[0009] Dado que la mayoria de las biomoleculas no poseen grupos vinilo u otras funcionalidades quimicas que se esperaria que experimentasen reacciones de polimerizacion de tipo radicales libres, se creia previamente que para formar un recubrimiento de plasma que contuviese tales moleculas era necesario atrapar fisicamente estas

20 moleculas dentro de una pelicula polimerica formada a partir de monomeros reactivos con plasma tradicionales que contienen grupos vinilo o quimica equivalentes. Por lo tanto, la biomolecula se mezclaba con el monomero reactivo dentro del plasma y a medida que el monomero reactivo se sometia a reacciones de formacion de pelicula, esto permitia que la biomolecula quedara fisicamente atrapada dentro del recubrimiento en crecimiento, como se describe en los documentos WO2005/110626 y WO2005/106477. La desventaja de este proceso es que el 25 recubrimiento contendria cantidades significativas de polimeros quimicos que no son biocompatibles y pueden inducir respuestas inflamatorias en un entorno biologico.

[0010] El documento WO 2005/110626 describe el uso de un dispositivo de plasma no termico para convertir un aerosol liquido que contiene un agente activo y un monomero reactivo en un recubrimiento seco que contiene

30 tanto un polimero (producido por polimerizacion del monomero reactivo) como un agente activo que esta atrapado fisicamente en el recubrimiento polimerico. La patente se refiere especificamente al recubrimiento de implantes medicos y se refiere a la incorporacion de un biopolimero (colageno) como agente activo. De forma similar, el documento WO 2005/106477 describe un proceso de plasma no termico a presion atmosferica para depositar recubrimientos que contienen biomoleculas. El proceso implica la introduccion de monomeros reactivos y 35 biomoleculas (proteinas, azucares, sustancias fisiologicamente activas, materiales biomimeticos) en el plasma para producir un recubrimiento polimerizado del monomero reactivo que atrapa el agente activo sobre una superficie mediante la incorporacion de la biomolecula en una matriz de polimero.

[0011] El documento WO 2010/105829 describe una tecnologia para la deposicion de biomoleculas usando 40 plasma en la que las biomoleculas se introducen como vapor en el plasma. La patente describe el concepto de

pulverizar una solucion en una camara, evaporando el disolvente y despues polimerizando en plasma la biomolecula evaporada para formar un recubrimiento sobre una superficie. La descripcion de la patente menciona el uso de moleculas bioactivas (proteinas, polisacaridos, etc.) sobre diversas superficies, incluyendo dispositivos implantables.

45 [0012] La coagulacion con plasma de argon (CPA) tambien es una tecnica bien conocida utilizada en

medicina y el documento US 2007/0225700 describe aplicaciones tipicas de esta tecnica. Los sistemas de CPA utilizan un plasma de argon para alterar el tejido mediante una combinacion de coagulacion de proteinas y deshidratacion de tejidos. Sin embargo, no se tiene cuidado de controlar que proteinas estan presentes en la region de coagulacion y la tecnica nunca se ha aplicado a un implante medico.

50

[0013] El documento US 2007/161308 A1, que describe procedimientos para producir una tela textil que

presenta caracteristicas antimicrobianas, proporciona antecedentes tecnicos adicionales. Los procedimientos incluyen proporcionar una tela textil que tiene una superficie de tejido y proporcionar un agente antimicrobiano para su inclusion en la superficie de la tela. Los procedimientos ademas incluyen exponer el tejido textil a plasma a 55 presion atmosferica en el que la superficie del tejido se activa e injerta el agente antimicrobiano sobre la superficie del tejido durante la activacion de la superficie del tejido en donde el agente antimicrobiano se copolimeriza para formar una inclusion permanente en la superficie del tejido. Tambien se describen tejidos que presentan caracteristicas antimicrobianas.

RESUMEN DE LA INVENCION

[0014] La presente invencion es un procedimiento como se define en la reivindicacion 1 de las reivindicaciones adjuntas, para producir un dispositivo medico implantable recubierto.

5

[0015] Una realizacion descrita en la presente memoria esta dirigida a superar la fragmentacion del precursor inducida por dispositivos de plasma tradicionales y al uso de estos dispositivos de plasma tradicionales para depositar directamente recubrimientos funcionales a partir de biomoleculas de alto peso molecular.

10 [0016] Otra realizacion describe el uso de dispositivos de plasma para la deposicion de biomoleculas o

celulas vivas sobre una superficie de un sustrato, tales como sustratos metalicos conductores, superando problemas previos con el tratamiento de sustratos metalicos conductores debido a la formacion de arcos de alta energia.

[0017] Otra realizacion describe el uso de dispositivos de plasma para la deposicion de biomoleculas o 15 celulas vivas y/o biopolimeros prepolimerizados que no sufren polimerizacion cuando se exponen a sistemas de

polimerizacion tradicionales tales como radicales libres o luz UV. Como estas moleculas ya tienen pesos moleculares grandes, incluso un ligero grado de coagulacion da como resultado un recubrimiento solido.

[0018] Otra realizacion proporciona un procedimiento para depositar solo una biomolecula en ausencia de un 20 monomero reactivo.

[0019] Otra realizacion describe el uso de dispositivos de plasma para deposicion de biomoleculas, superando problemas de la tecnica anterior tales como cuando la deposicion esta limitada a sistemas en fase gaseosa y requiere el calentamiento de la solucion precursora, que es probable que desnaturalice muchas

25 biomoleculas.

[0020] Tambien se describen en el presente documento tecnicas de modificacion de superficie que permiten una deposicion de una sola etapa de biomoleculas y/o celulas vivas sobre una superficie sin el uso de sistemas de vacio o monomeros reactivos adicionales. Al introducir soluciones que comprenden biomoleculas en un plasma no

30 termico a presion atmosferica, es posible crear una union directa de las biomoleculas a la superficie del implante. Esto no implica la polimerizacion de la biomolecula, por ejemplo, un biopolimero, sino que en su lugar implica cierta reticulacion de las hebras de biopolimero con formacion adicional de enlaces a la superficie del sustrato activado. En efecto, el plasma se puede usar para iniciar la coagulacion de los materiales biologicos para formar un recubrimiento.

35

[0021] Adicionalmente, es posible conseguir la deposicion de celulas vivas sobre una superficie de implante con o sin la presencia de biomoleculas adicionales.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS 40

[0022]

La Figura 1 es un grafico de barras que ilustra los datos del ejemplo 1.

La Figura 2 es un grafico lineal que ilustra los datos del ejemplo 2.

45

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

[0023] El proceso descrito en el presente documento implica disolver al menos una biomolecula para formar una solucion; nebulizar la solucion, por ejemplo con un gas, para formar un aerosol liquido; combinar el aerosol

50 liquido y un plasma para formar un recubrimiento; y depositar, en ausencia de monomeros reactivos, el recubrimiento sobre una superficie de sustrato. Esto da lugar a que las biomoleculas nebulizadas se activen dentro del plasma y formen un recubrimiento seco coagulado sobre la superficie. Inesperadamente, se ha encontrado que este proceso no desactiva las biomoleculas y se puede retener un alto grado de bioactividad en el recubrimiento resultante.

55

[0024] La al menos una biomolecula para su uso en el proceso descrito puede ser un biopolimero reabsorbible, un biopolimero derivado naturalmente, una proteina y/o un polisacarido. En un aspecto, la al menos una biomolecula es colageno. El biopolimero reabsorbible puede incluir, pero no esta limitado a, quitosano, fibrinogeno, acido hialuronico, fibronectina y fosforilcolina. Los biopolimeros derivados naturalmente incluyen, pero

no se limitan a, quitosano, quitina, hialuronano, almidon, polihidroxialcanoatos y celulosa bacteriana. Las proteinas, para su uso en el presente documento como biomolecula, incluyen, pero no se limitan a, colageno, fibrina, fibrinogeno, proteina morfogenetica osea (BMP), gelatina, fibronectina, fibrulina, integrina e insulina. Los polisacaridos incluyen, pero no se limitan a, a-glicosaminoglicanos, alginato, celulosa, quitina, quitosano, acido 5 hialuronico y heparina. En un aspecto, la al menos una biomolecula es una proteina implicada en la coagulacion de la sangre.

[0025] El recubrimiento tambien puede estar formado por otras biomoleculas tales como polipeptidos,

poliglicanos, hormonas, lipidos, interferones, cartilagos, agentes biologicos terapeuticos derivados tanto celulares

10 como sinteticos, agentes biologicos autologos, homologos y alografos y zenograficos, y celulas sanguineas derivadas sinteticas y recombinantes, autologas u homologas, biomoleculas que contienen agentes antimicrobianos/antibioticos o agentes bacteriostaticos, celulas pluripotenciales, celulas estromales, colageno dermico humano derivado de fibroblastos, proteinas de matriz, factores de crecimiento y citoquinas, celulas que se encuentran en tejido conectivo suelto tales como celulas endoteliales, celulas que se encuentran en tejido adiposo,

15 macrofagos/monocitos, adipocitos, pericitos, celulas reticulares que se encuentran en el estroma de la medula osea y queratinocitos autologos cultivados. El recubrimiento puede contener mezclas de biomoleculas. En un aspecto, la biomolecula es una celula viva seleccionada del grupo que consiste en celulas pluripotenciales, celulas progenitoras y celulas autologas.

20 [0026] La cantidad de biomolecula presente en el recubrimiento aplicado al sustrato puede variar

dependiendo de numerosas variables incluyendo, pero sin limitarse al sustrato, y la biomolecula utilizada. En un aspecto, la cantidad de biomolecula presente en el recubrimiento puede ser suficiente para cubrir completamente la superficie del implante y minimizar las interacciones entre el implante y el sistema inmune del paciente. En aplicaciones ortopedicas, la cantidad de biomoleculas puede estar presente en cantidades suficientes para promover

25 y mejorar la fijacion osea. En aplicaciones de tejidos blandos, la cantidad de biomolecula presente puede ser suficiente para promover la integracion y fijacion del implante en el tejido blando.

[0027] La biomolecula puede disolverse en cualquier disolvente conocido, incluyendo pero no limitado a pentano, ciclopentano, hexano, ciclohexano, benceno, tolueno, 1,4-dioxano, cloroformo, eter dietilico, diclorometano,

30 tetrahidrofurano, acetato de etilo, acetona, dimetilformamida, acetonitrilo, dimetilsulfoxido, acido formico, n-butanol, isopropanol, n-propanol, etanol, metanol, acido acetico y agua. El disolvente no debe afectar a la bioactividad de la biomolecula.

[0028] Se puede utilizar cualquier procedimiento adecuado para nebulizar la solucion que contiene la solucion

35 de la biomolecula. Esto puede incluir sistemas de pulverizacion por ultrasonidos, boquillas rotatorias, dispositivos de

electronebulizacion, boquillas hidraulicas, pulverizacion neumatica o sistemas de aspersion asistida por gas. Para sistemas asistidos por gas, se puede usar cualquier gas adecuado para nebulizar la solucion que comprende la biomolecula. Por ejemplo, el gas se puede seleccionar del grupo que consiste en gas nitrogeno, gas helio, gas argon y mezclas de los mismos.

40

[0029] El recubrimiento puede formarse sin la adicion de material formador de pelicula tradicional. No hay ningun requisito para anadir materiales precursores que experimenten polimerizacion de radicales libres o ionizada convencional inducida por plasma a traves de grupos reactivos tales como estructuras de anillo ciclico no saturados (dobles o triples enlaces), anillos aromaticos, peroxidos, silanos, epoxidos u otros grupos reactivos. En un aspecto,

45 el procedimiento comprende depositar, en ausencia de monomeros reactivos, el aerosol que comprende al menos una biomolecula sobre una superficie de sustrato. Por "monomeros reactivos" se entiende que incluye, por ejemplo, grupos vinilo, anillos ciclicos u otras funcionalidades quimicas que se espera que experimenten reacciones de polimerizacion de tipo radicales libres.

50 [0030] En otro aspecto, el procedimiento para producir un sustrato recubierto tambien puede realizarse en

ausencia de una etapa de calentamiento de cualquiera de la biomolecula, solucion, aerosol, etc. La ausencia de una etapa de calentamiento asegura que la biomolecula no se desnaturalice. En un aspecto adicional, el procedimiento para producir una superficie recubierta tambien se puede realizar en ausencia de un sistema de vacio.

55 [0031] La introduccion directamente de la biomolecula, como pulverizacion acuosa en un plasma a presion

atmosferica de baja energia, se ha comprobado que produce una ruta de un paso para la formacion de recubrimientos estables, secos y adherentes que retienen la actividad biologica de la biomolecula de partida.

[0032] El sustrato para su uso en el proceso descrito puede ser un dispositivo medico, tal como un dispositivo

medico implantable. El dispositivo medico se puede seleccionar del grupo que consiste en un implante ortopedico, dental, espinal, craneal maxilofacial y un implante de fijacion de traumatismo oseo. En un aspecto, el dispositivo medico se selecciona del grupo que consiste en un stent, un generador de impulsos implantable, una bomba implantable, una valvula, un dispositivo intervascular, un implante subdermico, un implante transdermico, un implante 5 de retina, un implante coclear, un cable o cateter renal, un cable o cateter utilizado despues de un traumatismo, un cable o cateter de andamio, un cable o cateter sensor y un cable o cateter electrico.

[0033] En el procedimiento descrito, el recubrimiento puede comprender ingredientes opcionales adicionales, tales como agentes activos biologicos y agentes farmaceuticos. Ejemplos de agentes activos biologicos incluyen,

10 pero no se limitan a, vacunas, material genetico, proteinas terapeuticas recombinantes, enzimas, aminoacidos, esteroides, citoquinas, factores de crecimiento, vitaminas y hormonas. Ejemplos de agentes farmaceuticos incluyen, pero no se limitan a, antibioticos, anticoagulantes, antihistaminicos y antiinflamatorios. En un aspecto, el recubrimiento puede comprender mezclas de al menos una biomolecula, al menos un agente activo biologico y al menos un agente farmaceutico. En un aspecto adicional, la al menos una biomolecula es diferente del al menos un

15 agente activo biologico.

[0034] En otra realizacion, se describe la union de celulas vivas a una superficie de sustrato, que comprende introducir un aerosol liquido que comprende una solucion de celulas vivas en un plasma no termico para formar celulas vivas tratadas con plasma; y depositar las celulas vivas tratadas con plasma sobre la superficie del sustrato.

20 Como se ha descrito anteriormente con respecto a la al menos una biomolecula, las celulas vivas para su uso en la presente invencion incluyen, pero no se limitan a, celulas pluripotenciales; celulas estromales; colageno dermico humano derivado de fibroblastos; proteinas de la matriz; factores de crecimiento y citoquinas; celulas que se encuentran en tejido conectivo suelto, tales como celulas endoteliales; celulas que se encuentran en el tejido adiposo; macrofagos/monocitos; adipocitos; pericitos; celulas reticulares que se encuentran en el estroma de la

25 medula osea; queratinocitos autologos cultivados; y sus mezclas.

[0035] En un aspecto, la solucion de celulas vivas tambien puede comprender una biomolecula, tal como un biopolimero reabsorbible, un biopolimero derivado naturalmente, una proteina, un polisacarido, un agente biologico activo, un agente activo farmaceutico y mezclas de los mismos.

30

[0036] Las celulas vivas, por ejemplo, material autologo, se pueden usar para mejorar la biocompatibilidad del sustrato y/o para reducir el rechazo del implante cuando el sustrato es un dispositivo medico implantable. El material autologo puede ser sangre, plasma rico en plaquetas, fluido extracelular u otras celulas vivas, como se ha descrito anteriormente. El material autologo puede tomarse del paciente y cultivarse mediante tecnicas de cultivo celular

35 convencionales para formar volumenes suficientes para su uso en los procesos descritos.

[0037] Las formas de realizacion de la presente invencion emplean dispositivos de plasma no termicos en los que el plasma actua proximo a temperatura ambiente, permitiendo asi el procesamiento de materiales sensibles a la temperatura, sin imponer una carga termica perjudicial sobre el material. La temperatura del plasma global

40 preferentemente esta por debajo de unos 40 grados Celsius. Pueden ser aceptables temperaturas de plasma de hasta aproximadamente 90°C para tiempos de exposicion cortos de menos de aproximadamente 60 segundos. Incluso en sistemas de plasma de baja energia, los electrones calientes del plasma crean, mediante colisiones de alta energia, una fuente rica de radicales y especies excitadas con una alta energia potencial quimica capaz de reactividad quimica y fisica. Los plasmas de equilibrio no termico se pueden crear a presion ambiente y han sido

45 revisados extensamente por Roth (Roth J.R., Industrial Plasma Engineering, Volumen 2 Applications to Non-thermal Plasma Processing, Institute of Physics Publishing, 2001, paginas 37-73). Dichos plasmas incluyen descargas de barrera dielectrica. Otro plasma de equilibrio no termico es la descarga luminiscente a presion atmosferica (APGD) como se describe por Okazaki y col. (J. Phys. D: Appl. Phys., 26, 889 - 892 (1993)). Estos plasmas de APGD han sido descritos extensamente por Roth como Plasmas de descarga de brillo uniforme de una atmosfera (OUAGDP) y

50 se ha comprobado que funcionan de 0,5 a 40 kHz. Los dispositivos de plasma corona tambien pueden funcionar en modo de equilibrio no termico. Varios chorros de plasma tambien pueden operar en un modo de equilibrio "frio" o no termico. En un aspecto, el plasma es un plasma de equilibrio no termico a presion atmosferica de baja energia. En un aspecto adicional, el plasma es pulsado.

55 [0038] Para un control optimo, el plasma se opera por debajo de 500 kHz y preferentemente por debajo de 60

kHz y se puede pulsar de modo controlado para reducir al minimo la energia suministrada al aerosol y al sustrato. Esto permite reacciones plasmaticas controladas que preservan la funcionalidad del precursor y no danan o fragmentan especies activas sensibles.

[0039] Como alternativa, el plasma puede estar contenido entre dos electrodos, con un electrodo conectado a tierra separando el objeto a tratar del plasma, de tal manera que no se aplique tension significativa a ningun objeto situado aguas abajo del dispositivo. Esto puede lograrse usando un dispositivo de plasma tal como el descrito por Ladwig y col. (Surface & Coatings Technology 201 (2007) 6460-6464), y seria adecuado para el tratamiento de

5 sustratos electricamente conductores que de otro modo podrian someterse a arco electrico.

[0040] Los parametros del plasma (diseno del electrodo, frecuencia, tension, composicion del gas, etc.) pueden elegirse para controlar el proceso de plasma y asegurar que el plasma actue de manera no termica para producir un plasma a baja temperatura, que no afecta negativamente a los materiales sensibles a la temperatura que

10 se estan depositando.

[0041] En otra realizacion, se describe un procedimiento para producir un sustrato recubierto, que comprende disolver al menos una biomolecula para formar una solucion; nebulizar la solucion con un gas para formar un aerosol liquido; introducir el aerosol liquido en una luminescencia plasmatica para formar un recubrimiento; y depositar, en

15 ausencia de monomeros reactivos, el recubrimiento sobre una superficie del sustrato. Mediante la introduccion del aerosol liquido que comprende al menos una biomolecula aguas abajo de una salida de la camara de plasma, es decir, a la luminescencia plasmatica, se minimiza el dano a las biomoleculas. Esto permite que se depositen recubrimientos que comprenden biomoleculas sensibles a la temperatura, iones, radicales libres y otras especies activas presentes en el aerosol liquido, donde de lo contrario se danarian si el aerosol liquido se introdujera 20 directamente en la camara del plasma.

[0042] Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente aspectos de la presente descripcion, pero no limitan la presente descripcion.

25 EJEMPLOS

Ejemplo 1. Deposicion de colageno sobre un implante ortopedico

[0043] Se disolvio colageno (derivado bovino) en agua purificada para producir una solucion que tenia una 30 concentracion de 1 mg/ml. La solucion que contenia colageno a continuacion se transfirio a una jeringa y se bombeo

a un dispositivo nebulizador neumatico (T2100 producido por Burgener Research) a un caudal de 50 ml/min. El nebulizador creo una pulverizacion de aerosol usando helio como el gas de pulverizacion.

[0044] El aerosol resultante se introdujo en una descarga de plasma no termico. El dispositivo de plasma 35 comprendia un electrodo de clavija metalico alojado dentro de un recipiente dielectrico de plastico. Se dejo que el

gas inerte (helio) fluyera a traves del recipiente a un caudal de 5 litros/min y se suministro potencia de radiofrecuencia (RF) al electrodo para producir una descarga de plasma. La potencia de RF se suministro a una frecuencia de ~18 kHz y 15 kV (pico a pico). Este dispositivo se ha descrito en detalle en otro lugar (O'Neill y O'Sullivan, Chem Vap Deposition, 2008, 15, pag. 1-6).

40

[0045] El dispositivo implantable era un tornillo de titanio que se trato inicialmente con un proceso denominado CoBlast (descrito en el documento WO 2008/033897) para asegurar el suministro de un acabado superficial de hidroxiapatita rugosa (HA). El tornillo tratado con HA se coloco luego al lado de la salida del dispositivo de plasma y se hizo girar a una velocidad de alrededor de 60 Hertz para asegurar una exposicion uniforme al plasma

45 y al aerosol.

[0046] Los tornillos tratados se implantaron entonces en el femur de varios conejos usando una version modificada del proceso descrito por Hunt et al. (Biomaterials, volumen 26, numero 29, octubre de 2005, paginas 5890-5897). Se crearon agujeros piloto en cada femur y los tornillos se insertaron a un par constante utilizando un

50 medidor de fuerza. Para la comparacion, se utilizaron los siguientes controles:

(1) Tornillo de titanio sin tratar con acabado superficial anodizado.

(2) Un recubrimiento de hidroxiapatita producido por el proceso descrito en el documento WO2008/033897, en lo sucesivo denominado "CoBlast HA".

55 (3) Un recubrimiento de HA convencional de la industria producido por pulverizacion con plasma termico, en lo sucesivo denominado "plasma HA".

[0047] Despues de 14 dias los animales se sacrificaron y se extrajeron los tornillos. La fuerza requerida para retirar cada tornillo se registro y los resultados se representan a continuacion. Como es evidente en el grafico, los

dos recubrimientos de HA (Plasma y CoBlast) superaron significativamente al tornillo de Ti no tratado ya que ambas superficies de HA exhiben incrementos significativos en la fuerza de torsion requerida para retirar los tornillos. Aunque la fuerza media requerida para extraer la muestra de plasma HA fue ligeramente superior a la de las muestras de CoBlast, la muestra de plasma HA tambien mostro un alto grado de variabilidad que no es el resultado 5 deseado. Veanse los datos de la Figura 1, que ilustran el par de extraccion el dia 14 para diversos sustratos tratados.

[0048] Aunque ambos tratamientos superficiales de HA mejoraron la fijacion en etapas tempranas del implante de titanio, los valores mas altos del par de torsion total fueron producidos por el recubrimiento de colageno

10 que se aplico sobre la superficie de CoBlast. Esto indica que el tratamiento con colageno produjo una fijacion osea significativamente mejor. La fuerza de torsion tambien fue muy reproducible en estas muestras, lo que confirma que la superficie es altamente estable y reproducible. Cuando se compara con las otras tres superficies de control convencionales, es evidente que el colageno depositado en plasma supera claramente a todas las demas muestras.

15 Ejemplo 2. Deposicion de colageno y fibronectina sobre PEEK y evaluacion in vitro de la biocompatibilidad.

[0049] Se limpiaron discos de polieter eter cetona (PEEK) (diametro 10 mm, espesor aproximadamente 5 mm) en agua ultrasonica, se aclararon con alcohol isopropilico (IPA) y se secaron al aire. Las muestras se dividieron entonces en 3 grupos: (1) recubrimiento de colageno, (2) recubrimiento de fibronectina, (3) PEEK no modificado. Las

20 muestras a recubrir con colageno se trataron como sigue: Como en el Ejemplo 1, el colageno se diluyo a una concentracion de 1 mg/ml y se atomizo a una velocidad de 25 microlitros/minuto usando un nebulizador Burgener T2100. El aerosol resultante se pulverizo directamente en un plasma contenido dentro de una camara de Teflon (diametro de 16 mm y una longitud de 45 mm). El plasma se creo pasando aproximadamente 3 litros/minuto de helio a traves de un electrodo de clavija metalica conectado a una fuente de alimentacion PTI que produce alrededor de

25 15 kV (pico-pico) a una frecuencia de 18 kHz operando a una potencia de entrada de 60 W. Las muestras se expusieron a la mezcla de plasma y aerosol que salia de la camara colocando el sustrato adyacente a la salida de plasma y cada muestra se revistio durante 1 minuto.

[0050] Se produjeron muestras de fibronectina de una manera similar, pero la solucion de fibronectina

30 contenia niveles significativos de NaCl y esta solucion conductora produjo cierta formacion de arco en la linea de

suministro de liquido. Como consecuencia, la potencia del plasma y el tiempo de deposicion se redujeron en comparacion con el recubrimiento de colageno. La potencia del plasma se redujo a 50 W, el caudal se aumento a 35 microlitros/minuto y el tiempo de deposicion se redujo a 30 segundos por muestra.

35 [0051] El analisis de SEM no mostro evidencias de alteraciones en la topografia superficial de las muestras

de colageno o fibronectina despues del tratamiento, lo que sugiere que se habia depositado un recubrimiento conformal. Sin embargo, el analisis XPS de las superficies mostro aumentos en los niveles de nitrogeno consistentes con la deposicion de colageno o fibronectina respectivamente sobre las superficies recubiertas de PEEK, como se muestra en la Tabla 1. Tambien se detectaron trazas de cloro en las muestras de fibronectina consistentes con la

40 presencia de sales en la solucion de partida.

Tabla 1. Analisis XPS de muestras de PEEK

PEEK PEEK+Col PEEK+Fib

C

87,7 74,5 65,9

O

12,3 17,7 12,8

N

0 7,8 20,0

Cl

0 1,4

[0052] Las muestras se sometieron entonces a un laboratorio academico independiente para estudios de 45 cultivos celulares in vitro. Se sembraron las superficies con celulas pluripotenciales mesenquimales humanas, y se

examino la viabilidad celular y la proliferacion durante un periodo de siete dias. El tratamiento de las superficies de PEEK con colageno o fibronectina parecia aumentar la viabilidad de las celulas en la superficie. Esto se atribuyo a un aumento de la proliferacion celular en estas superficies cuando se compara con los datos de proliferacion celular con PEEK no modificado, como se muestra en la Figura 2, para muestras in vitro a los dias 0, 3 y 7.

50

[0053] La combinacion de composicion elemental de XPS y proliferacion celular mejorada de los estudios in vitro confirma que la tecnica de plasma descrita en este documento es capaz de depositar biomoleculas de peso elevado sobre una superficie como recubrimiento y tambien retiene la actividad biologica de las biomoleculas.

Ejemplo 3. Deposicion de material autologo

[0054] Se creo un dispositivo de plasma conectando una fuente de alimentacion Redline G2000 a un pasador metalico insertado en un tubo de plastico de 10 mm de diametro x 60 mm de longitud que se sello en un extremo

5 excepto en un puerto de entrada de gas y en el pasador de metal. Se extrajo sangre entera de un voluntario sano y se almaceno en un tubo de recoleccion de sangre recubierto con heparina para prevenir la coagulacion. La sangre a continuacion se pulverizo a traves de un nebulizador T2100 (Burgener Research) a una velocidad de 25 microlitros por minuto y el aerosol resultante se dirigio a traves del orificio de entrada de gas al tubo de plastico junto con un flujo de 5 litros/minuto de helio. Los sustratos de vidrio se colocaron a 5 mm de la salida del tubo para recoger la 10 muestra de sangre pulverizada. Cuando no se aplico potencia (sin plasma), se encontro que la sangre se acumulaba sobre el sustrato como un charco pulverizado humedo. Sin embargo, cuando el plasma se formo dentro del tubo aplicando potencia (100 kHz, 45% del ciclo de trabajo) de la unidad de suministro de energia G2000, se encontro que alteraba directamente el estado de la sangre en aerosol. A niveles bajos de potencia aplicada (7,2 kV pico a pico), se encontro que el recubrimiento tenia una consistencia humeda, similar a un gel. A mayores niveles de 15 potencia (8,4 kV), el recubrimiento era un recubrimiento adherente seco. La microscopia optica con una ampliacion de 40x confirmo que el recubrimiento contenia numerosas celulas sanguineas viables. A potencias mayores de 10 kV, se encontro que el recubrimiento estaba altamente curado y parecia estar fuertemente alterado por el plasma. Hubo un numero significativamente reducido de celulas viables. Este analisis de XPS de las muestras de PEEK fue eficaz en el tratamiento con plasma de baja potencia (> 7,5 kV utilizando estos equipos) en producir un 20 recubrimiento, pero potencias superiores (> 8 kV en este ejemplo) pueden danar las biomoleculas o celulas vivas.

[0055] A los efectos de esta memoria descriptiva y de las reivindicaciones adjuntas, a menos que se indique otra cosa, todos los numeros que expresan cantidades, porcentajes o proporciones y otros valores numericos usados en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, deben entenderse como modificados en todos los casos

25 por el termino "aproximadamente". Por consiguiente, a menos que se indique lo contrario, los parametros numericos expuestos en la siguiente memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se pretende obtener mediante la presente descripcion. Como minimo, y no como intento de limitar la aplicacion de la doctrina de los equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parametro numerico se debe interpretar al menos a la luz del numero de digitos significativos 30 reportados y aplicando tecnicas de redondeo ordinarias.

[0056] Se observa que, tal como se usa en esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" y "el/la", incluyen referentes plurales a menos que se limiten expresa e inequivocamente a un referente. Asi, por ejemplo, la referencia a "una biomolecula" incluye dos o mas biomoleculas

35 diferentes. Como se usa en el presente documento, el termino "incluir" y sus variantes gramaticales estan destinados a ser no limitantes, de modo que la recitacion de elementos en una lista no excluye otros elementos similares que pueden ser sustituidos o anadidos a los elementos enumerados.

[0057] Esta invencion, que esta definida por las reivindicaciones adjuntas, es susceptible de variaciones 40 considerables en su practica. Por lo tanto, la descripcion anterior no pretende limitar, y no debe ser interpretada

como limitante, la invencion a las ejemplificaciones particulares presentadas anteriormente.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   I. Un procedimiento para producir un dispositivo medico implantable recubierto, que comprende:

   5 nebulizar una solucion que contiene al menos una biomolecula disuelta para formar un aerosol liquido; combinar el aerosol liquido y un plasma no termico a presion atmosferica para formar un recubrimiento; y depositar, en ausencia de monomeros reactivos, el recubrimiento sobre una superficie del dispositivo medico implantable.

   10 2. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el recubrimiento es una biomolecula coagulada.
2. 3. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el recubrimiento es enzimaticamente biodegradable

   en el cuerpo humano.

   15 4. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la biomolecula es colageno.
3. 5. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la biomolecula es un biopolimero reabsorbible

   seleccionado del grupo que consiste en quitosano, fibrinogeno, acido hialuronico, fibronectina y fosforilcolina.

   20 6. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la biomolecula es un biopolimero derivado

   naturalmente seleccionado del grupo que consiste en quitosano, quitina, hialuronano, almidon, polihidroxialcanoatos y celulosa bacteriana.
4. 7. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la biomolecula es una proteina seleccionada del 25 grupo que consiste en colageno, fibrina, fibrinogeno, proteina morfogenetica osea (BMP), gelatinina, fibronectina,

   fibrulina, integrina e insulina.
5. 8. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la biomolecula es un polisacarido seleccionado del grupo que consiste en a-glicosaminoglicanos, alginato, celulosa, quitina, quitosano, acido hialuronico y heparina.

   30
6. 9. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la biomolecula es una proteina implicada en la coagulacion de la sangre.
7. 10. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el dispositivo medico se selecciona del grupo que 35 consiste en un implante ortopedico, dental, espinal, craneal, maxilo-facial y de fijacion de traumatismo oseo.

   II. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el dispositivo medico se selecciona del grupo que consiste en un stent, un generador de impulsos implantable, una bomba implantable, una valvula, un dispositivo intervascular, un implante subdermico, un implante transdermico, un implante de retina, un implante coclear, un

   40 cable o cateter renal, un cable o cateter utilizado despues de un traumatismo, un cable o cateter de andamio, un cable o cateter sensor y un cable o un cateter electrico.
8. 12. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el recubrimiento comprende ademas agentes

   biologicos activos seleccionados del grupo que consiste en vacunas, material genetico, proteinas terapeuticas

   45 recombinantes, enzimas, aminoacidos, esteroides, citoquinas, factores de crecimiento, vitaminas y hormonas; en el que los agentes biologicos activos pueden ser iguales o diferentes respecto a la biomolecula.
9. 13. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el recubrimiento comprende ademas agentes farmaceuticos seleccionados del grupo que consiste en antibioticos, anticoagulantes, antihistaminicos y

   50 antiinflamatorios.
10. 14. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que el plasma es pulsado.
11. 15. El procedimiento de la reivindicacion 1, en el que la combinacion del aerosol liquido y el plasma para

    55 formar el recubrimiento incluye la introduccion del aerosol liquido aguas abajo de una luminescencia plasmatica para

    formar el recubrimiento.