ES2763979T3

ES2763979T3 - Cemento de polialquenolato de vidrio basado en germanio

Info

Publication number: ES2763979T3
Application number: ES13785137T
Authority: ES
Inventors: Victoria Dickinson; Daniel Boyd; Brett Dickey; Sharon Kehoe
Original assignee: Covina Biomedical Inc
Current assignee: Covina Biomedical Inc
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2020-06-01
Anticipated expiration: 2033-05-03
Also published as: US20150126640A1; EP2844620B1; CA2872430C; WO2013164696A1; US20160235884A1; EP2844620A1; US9352069B2; EP2844620A4; US9555156B2; CA2872430A1

Abstract

Una composición que comprende: un polvo de vidrio que comprende: una fracción de 0,1-0,75 moles de GeO2; una fracción de 0,11-0,53 moles de ZnO; una fracción de 0,01-0,2 moles de CaO; y una fracción de 0,02-0,48 moles de SiO2; en la que el polvo de vidrio comprende no más una fracción de 0,01 moles de aluminosilicatos, y está preferentemente libre de aluminosilicatos.

Description

DESCRIPCIÓN

Cemento de polialquenolato de vidrio basado en germanio

Campo

La divulgación se refiere a cementos de polialquenolato de vidrio basados en germanio útiles como cementos óseos, que incluyen verterbroplastia, estabilizaciones para fracturas y reconstitución de implantes de esqueleto.

Antecedentes

Los cementos de polialquenolato de vidrio (GPC) (también denominados cementos de ionómero de vidrio) se usan frecuentemente en odontología, como agentes de cementado y reconstituyentes. GPCs en teoría resultan atractivos para otros usos clínicos, tales como ortopedia, debido a que endurecen con una exoterma despreciable. Esto es importante porque los materiales que generan calor tras el endurecimiento pueden conducir a la necrosis térmica del tejido sano adyacente. Adicionalmente, los GPP se unen con hidroxiapatita (presente tanto en los dientes como en los huesos) y, de este modo, es menos probable que el GPC endurecido se debilite con el tiempo. Finalmente, los GPC se pueden modificar para la liberación terapéutica de iones beneficiosos con el tiempo. No obstante, los GPC convencionales están basados en vidrios de aluminosilicato que están contraindicados en ortopedia ya que la liberación de Al3+ in vivo conduce a efectos adversos significativos para el paciente. Se han informado de encefalopatía inducida por aluminio mortal, función osteoblástica restringida y mineralización ósea restringida cuando se usan GPC que incluyen aluminio. Se han intentado GPC libres de aluminio pero esos materiales no resultaron apropiados ya que endurecían muy rápido y no proporcionaban el tiempo de manipulación suficiente para que el endurecimiento fuera capaz de desplegarlos. Algunos materiales que presentaron tiempos de manipulación más prolongados antes del endurecimiento tuvieron menor resistencia mecánica y, con ello, resultaron inapropiados por ese motivo. El documento US 2005/0242725 se refiere a una composición vítrea y composición de pasta apropiadas para un panel de pantalla de plasma. El documento US 2002/0041436 se refiere a un vidrio de amplificación óptica.

Lo que se necesita son nuevos GPC para aplicaciones ortopédicas que no liberen iones de aluminio pero cuyas características permitan el tiempo suficiente para manipular el material antes del endurecimiento y proporcionen la resistencia mecánica suficiente.

Sumario

Los GPC de germanio novedosos proporcionan tiempos de trabajo entre 5 y 10 minutos, tiempos de endurecimiento entre 14 y 36 minutos, y resistencias de compresión mayores de 30 MPa para los primeros 30 días. Estas características de manipulación y las propiedades mecánicas convierten a estos GPCs en clínicamente viables como cementos óseos inyectables y se logran sin el uso de aluminio.

En un aspecto, se divulga en la presente memoria una composición que comprende un polvo de vidrio, que comprende una fracción de 0,1-0,75 moles de GeO2: una fracción 0,11-0,53 en moles de ZnO; una fracción de 0,01 0,2 moles de CaO; y una fracción en 0,02-0,48 moles de SO2; en la que el polvo de vidrio comprende no más de una fracción de 0,11 moles de aluminosilicatos y está de forma preferida sustancialmente libre de aluminosilicatos. En algunas realizaciones, la composición además comprende una fracción de 0,025-0,12 moles de SrO. En algunas realizaciones, la composición además comprende una fracción de 0,005-0,08 moles de cada ZrO2 y Na2O. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de 0,1-0,75 moles de GeO2 y una fracción de 0,005-0,04 moles de cada uno de ZrO2 y Na2O. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de 0,1-0,6, 0,2-0,5 o 0,35-0,50 moles de GeO2. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de aproximadamente 0,36 moles de ZnO. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de 0,2-0,48, 0,02-0,25 o 0,02-0,2 moles de SiO2. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de aproximadamente 0,04 moles de SrO. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de 0,02-0,16, 0,02-0,12, 0,05-0,15 o 0,07-0,13 moles de CaO.

En algunas realizaciones, las composiciones comprenden una fracción de 0,005-0,06, 0,01-0,055 o 0,02-0,04 moles de cada uno de ZrO2 y Na2O. En algunas realizaciones, las composiciones están sustancialmente libres de aluminosilicatos. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden un polvo degradable en ácido. En algunas realizaciones, las composiciones son radio opacas. En algunas realizaciones, las composiciones comprenden un cemento de polialquenolato que tiene una fase de vidrio formada por polvo de vidrio.

También se divulga en la presente memoria un procedimiento de preparación de un cemento óseo que comprende mezclar el polvo de vidrio descrito anteriormente con una solución acuosa de aproximadamente un 40 %-60 % en peso de poli(ácido alquenoico) en una relación de aproximadamente 2:1 a 1:1, y en el que el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 1.150 a 1.500.000; de 1.150 a 383.000; de 1.150 a 114.000 o de 1.150 a 22.700.

En algunos ejemplos del procedimiento, la solución acuosa de poli(ácido alquenoico) es de un 50 % en peso. En algunos ejemplos del procedimiento, el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 12.700. En algunos ejemplos del procedimiento, el poli(ácido alquenoico) comprende un poli(ácido acrílico).

En otro aspecto, se divulga en la presente memoria una composición que comprende un polvo de vidrio, que comprende: una fracción de 0,057 moles de SiO2, una fracción de 0,381 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,047 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,115 moles de CaO; o una fracción de 0,130 moles de SiO2, una fracción de 0,350 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,029 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,091 moles de CaO; o una fracción de 0,021 moles de SiO2, una fracción de 0,0459 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,019 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,101 moles de CaO; o una fracción de 0,215 moles de SiO2, una fracción de 0,215 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,050 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,120 moles de CaO; y además comprende componentes de cinc y estroncio.

En algunas realizaciones de la composición, los componentes de cinc y estroncio comprende una fracción de 0,36 moles de ZnO y una fracción de 0,04 moles de SrO. En algunas realizaciones de la composición, la fracción molar combinada de ZrO2/Na2O se forma a partir de fracciones molares iguales de ZrO2 y Na2O.

En otro aspecto, se divulga en la presente memoria una composición que comprende un polvo de vidrio, que comprende una fracción de 0,318 moles de SiO2, una fracción de 0,162 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,031 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,088 moles de CaO; y además que comprende componentes de cinc y estroncio.

En algunas realizaciones de la composición, los componentes de cinc y estroncio comprenden una fracción de 0,36 moles de ZnO y una fracción de 0,04 moles de SrO. En algunas realizaciones de la composición, se prepara la fracción combinada en moles de ZrO2/Na2O a partir de fracciones en moles iguales de ZrO2 y Na2O.

También se divulga en la presente memoria un estuche para su uso en la preparación de cemento óseo que comprende los polvos de vidrio descritos y las instrucciones de preparación del cemento óseo.

En algunos ejemplos, el estuche además comprende un poli(ácido alquenoico). En algunos ejemplos del estuche, el poli(ácido alquenoico) está en forma de un polvo. En algunos ejemplos del estuche, el poli(ácido alquenoico) está en forma de una solución acuosa de aproximadamente un 40 %-60 % en peso de poli(ácido alquenoico) en una relación de aproximadamente 2:1 a 1:1, y en la que el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 1.150 a 1.500.000; de 1.150 a 383.000; de 1.150 a 114.000; o de 1.150 a 22.700. En algunos ejemplos del estuche, la solución acuosa de poli(ácido alquenoico) es de un 50 % en peso. En algunos ejemplos del estuche, el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 12.700. En algunos ejemplos del estuche, el poli(ácido alquenoico) comprende poli(ácido acrílico). También se divulga en la presente memoria un procedimiento de aumento óseo, que comprende las etapas de: (a) preparar un cemento óseo que comprende mezclar cualquiera de los polvos de vidrio descritos anteriormente con una solución acuosa de aproximadamente un 40 % - 60 % en peso de poli(ácido alquenoico) en una relación de aproximadamente 2:1 a 1:1, y en el que el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 1.150 a 1.500.000; de 1.150 a 383.000; de 1.150 a 114.000; o de 1.150 a 22.700; (b) inyectar dicho cemento en un sujeto que lo necesita; aumentando de este modo el hueso.

En algunos ejemplos del presente procedimiento, la solución acuosa de poli(ácido alquenoico) es de un 50 % en peso. En algunos ejemplos del presente procedimiento, el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 12.700. En algunos ejemplos del presente procedimiento, el poli(ácido alquenoico) comprende poli(ácido acrílico). En algunos ejemplos del presente procedimiento, el aumento óseo se lleva a cabo sobre una fractura ósea. En algunos ejemplos del presente procedimiento, la inyección es través de una cánula percutánea en el interior de una vértebra fracturada. En algunos ejemplos, el procedimiento además comprende la etapa de inflar un material de relleno de globo insertado en la fractura ósea antes de la inyección de dicho cemento óseo.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de XRD de la muestra DG200.

La Figura 2 es un diagrama de XRD de la muestra DG201.

La Figura 3 es un diagrama de XRD de la muestra DG202.

La Figura 4 es un diagrama de XRD de la muestra DG203

La Figura 5 es un diagrama de XRD de la muestra DG204.

La Figura 6 es un

diagrama de XRD de la muestra DG205.

La Figura 7 es un

diagrama de XRD de la muestra DG206.

La Figura 8 es un

diagrama de XRD de la muestra DG207.

La Figura 9 es un

diagrama de XRD de la muestra DG208.

La Figura 10 es un diagrama de XRD de la muestra DG209.

La Figura 11 es un diagrama de XRD de la muestra DG210.

La Figura 12 es un diagrama de XRD de la muestra DG211.

La Figura 13 ilustra los resultados de los experimentos de tiempo de trabajo sobre muestras GIC.

La Figura 14 ilustra los resultados de los experimentos de tiempo de endurecimiento sobre muestras GPC. La Figura 15 ilustra las temperaturas máxima y perfiles de exoterma de las muestras GPC.

Las Figuras 16a y B son diagramas de contorno 3D y 2D, respectivamente, que ilustran el efecto de la variación de la composición vitrea sobre el tiempo de endurecimiento cuando se varían las composiciones de SiO2, CaO y GeO2.

Las Figuras 17a y B son diagramas de contorno 3D y 2D, respectivamente, que ilustran el efecto de la variación de la composición vitrea sobre el tiempo de trabajo cuando se varían las composiciones de SO2, CaO y GeO2. Las Figuras 18a y ^bson diagramas de contorno 3D y 2D, respectivamente, que ilustran el efecto de la variación de la composición vitrea sobre el tiempo de endurecimiento cuando se varían las composiciones de SiO2, CaO y ZrO2/Na2O.

Las Figuras 19a y B son diagramas de contorno 3D y 2D, respectivamente, que ilustran el efecto de la variación de la composición vitrea sobre el tiempo de trabajo cuando se varían las composiciones de SiO2, CaO y ZrO2/Na2O.

La Figura 20 ilustra los resultados del ensayo de radioopacidad de muestras GPC.

La Figura 21 ilustra una configuración experimental para ensayo de compresión de muestras GPC.

La Figura 22 muestra experimentos de resistencia de compresión de muestras de GPC tras 1, 7, 30 y 180 días. La Figura 23 ilustra una configuración experimental para ensayo de módulo flexural biaxial y flexural biaxial. La Figura 24 ilustra los resultados de los experimentos de resistencia flexural biaxial de muestras GPC durante 1 180 días.

La Figura 25 ilustra los datos de módulo flexural biaxial a 1-180 días.

La Figura 26 ilustra un modelo de elementos finitos de una vértebra aumentada individual.

La Figura 27 ilustra modelos de elementos finitos solucionados para ningún control aumentado, y modelos aumentos con Zn-GPC, Simplex, Cortoss, Spineplex, DG202, DG205 y DG208.

La Figura 28 ilustra un promedio de tensión de von Mises en cubierta cortical del modelo de elementos finitos. La Figura 29 ilustra un promedio de tensión de von Mises en hueso trabecular del modelo de elementos finitos. La Figura 30 ilustra un promedio de tensión de von Mises en implante de cemento del modelo de elementos finitos.

La Figura 31 ilustra los datos de ensayo MTT.

La Figura 32a-C ilustra la viabilidad celular para 1, 7 y 30 días de extractos de cemento.

Las Figuras 33a-D proporcionan datos de degradación tras 1, 7 y 30 días para extractos de cemento para Zn, Ge, Zr y Sr.

Las Figuras 34C-A proporcionando datos de degradación tras 1, 7 y 30 días para extractos de vidrio para Ge, Sr y Zn.

Descripción detallada

Típicamente, un GPC es un sistema de multi-componente que comprende un componente de polvo de vidrio, un polvo de un poli(ácido alquenoico), tal como poli(ácido acrílico) y agua. Cuando se mezclan los tres componentes juntos, el ácido ataca a la red de vidrio para liberar los cationes metálicos, que a su vez reticulan las cadenas poliméricas del ácido para formar un cemento que comprende partículas de vidrio que han reaccionado y que no han reaccionado intercaladas en una matriz de polisal.

El componente de polvo de vidrio es una cerámica vítrea y los componentes del polvo vítreo conforman una red, que pueden ser amorfa o cristalina. En algunas realizaciones, la red vítrea es sustancialmente amorfa y puede comprender cierta cristalinidad.

Sorprendentemente, se determinó que cuando se añade germanio al GPC, puede no sustituir de forma simplemente isomórfica al silicio en la red de vidrio. De hecho, los GPC que incluyen germanio proporcionan una reacción de endurecimiento consistente - tiempos de trabajo entre 5 y 10 minutos y un tiempo de endurecimiento entre 14 y 36 minutos. Los gases que incluyen únicamente silicio y no germanio, tienen tiempos de trabajo entre 22 segundos a 7 minutos y tiempos de endurecimiento de 1 minuto a ausencia de endurecimiento. De este modo, los GPC basados en germanio divulgados proporcionan tiempos de trabajo y endurecimiento dentro del intervalo de prácticamente clínico a equilibrado con resistencia razonable.

Componente de vidrio de GPC

El componente de vidrio de GPC incluye uno o más de: cinc, estroncio, calcio, circonio, sodio, silicio y germanio. En algunos ejemplos, el componente de vidrio de los GPC divulgados comprenden uno o más de: ZnO, SrO, SiO2, GeO2, ZrO2, Na2O y CaO. ZnO y SrO pueden actuar como componentes de modificación de red en el componente de vidrio. En algunos ejemplos, el componente de vidrio y el GPC están sustancialmente libres de aluminosilicatos y aluminio. En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende no más de una fracción de 0,01 moles de aluminosilicatos. En algunas realizaciones no se usan ingredientes que contengan aluminio en la preparación de GPC.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende fracciones molares de GeO2 dentro de los intervalos de 0,1-0,6, 0,2-0,5 o 0,35-0,50.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende una fracción molar de ZnO de 0,35-0,37. En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende una fracción de aproximadamente 0,36 moles de ZnO.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende fracciones en moles de SiO2 dentro de los intervalos de 0-0,25 o 0-0,20.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende fracciones molares de SrO dentro del intervalo de 0,025 a 0,12. En otras realizaciones, el componente de vidrio comprende una fracción de aproximadamente 0,04 moles de SrO.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende fracciones en moles de CaO dentro de los intervalos de 0,02-0,16, 0,02-0,12, 0,05-0,15 o 0,07-0,13.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende fracciones en moles de ZrO2 dentro de los intervalos de 0-0,08, 0,005-0,06, 0,01-0,055 o 0,02-0,04.

En algunas realizaciones, el componente de vidrio comprende fracciones en moles de Na2O dentro de los intervalos de 0-0,08, 0,005-0,06, 0,01-0,055 o 0,02-0,04.

En algunas realizaciones, la fracción en moles de ZrO2 y la fracción en moles de Na2O son la misma. Esto proporciona una compensación de carga.

El componente de vidrio del GPC se prepara como polvo por medio de mezcla de la relación deseada de ingredientes en un mezclador mecánico se coloca en un crisol y se quema durante una hora a una temperatura entre 1480 °C y 1520 °C. El vidrio fundido se enfría posteriormente con agua desionizada (DI) a temperatura ambiente y se seca durante la noche. La frita de vidrio se tritura para proporcionar el polvo de vidrio deseado. El polvo de vidrio se tamiza para proporcionar tamaños de partícula menores de 45 pm.

La síntesis de vidrio comenzó con la fusión exitosa de vidrio de Zn descrita en las patentes de Estados Unidos N.° 7.981.972 (véase referencia 1). Las fracciones molares de la presente composición son:

0,48 de SiO2, 0,36 de ZnO, 0,12 de CaO, 0,04 de SrO. Sílice y calcio fueron sustituidos por germanio (GeO2) y circonio (ZrO2) individualmente en el vidrio basado en Zn, respectivamente, en una serie de masas fundidas experimentales para determinar los límites de sustitución de ambas sustancias. De manera satisfactoria, germanio produjo un vidrio en un intervalo de fracciones de 0-0,48 moles, aunque no llevaron a cabo intentos de composiciones con niveles de GeO2 mayores de una fracción de 0,48 moles. De forma satisfactoria, ZrO2 produjo un vidrio cuando se incorporaron fracciones entre 0-0,05 moles, pero falló para producir un vidrio con una fracción de 0,08 moles. Se ajustó ZrO2 en una base de fracción en moles con Na2O para compensación de carga (véase referencias 2 y 3). Se sometió a ensayo el vidrio original que tenía fracciones en moles de 0,48 SiO2, 0,36 ZnO, 0,12 de CaO y 0,04 de SrO en comparación con las composiciones de la presente divulgación y se denomina DG200.

Preparación de GPC

Para preparar el GPC, se mezcla el polvo de vidrio con una solución acuosa de poli(ácido alquenoico) en una relación de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 1:1. En algunos ejemplos, la solución acuosa de poli(ácido alquenoico) puede ser de un 40 % - 60 % en peso de polvo de poli(ácido alquenoico) y agua destilada. En otros ejemplos, la solución de poli(ácido alquenoico) es de un 50 % en peso, polvo de poli(ácido alquenoico) y agua destilada. En algunos ejemplos, el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso de 1.150 a 1.500.000. En otros casos, el poli(ácido alquenoico) puede tener un peso molecular promedio de 1.150 a 383.000; de 1.150 a 114.000; de 1.150 a 22.700. En un ejemplo, el polvo de poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de 12.700.

Ejemplos

Ejemplo 1 - Generación y aplicación de modelos matemáticos usando un diseño de enfoque de experimentos (DoE)

Para estimar los coeficientes de un polinomio de Scheffé canónico de segundo orden, se llevó a cabo un diseño cuadrático definido por el usuario con doce experimentos que representaban diferentes variantes de composición (puntos de diseño) con un dominio total (espacio de diseño) usando un soporte lógico Design-Expert 84.0 (Stat-Ease, Inc.). Se determinaron estos puntos de diseño en base a los intervalos restringidos para cada composición; con un conjunto de seis experimentos en los vértices extremos (V); otros cinco que investigan los centroides-plano axial (A-CB) y un centroide total ® dentro del espacio de diseño definido. Estos puntos están en claro acuerdo con la propuesta de Scheffé de que los puntos interesantes de un dominio son los superiores, en el punto medio de los lados, en el punto medio de las caras y su centro de gravedad (Tabla 1). Con el procedimiento de diseño de mezcla, se obtiene una ecuación. Esta forma conecta Y, (es decir, Respuesta) con los cuatro factores de composición (SiO2, GeO2, ZrO/NaO y CaO, apreciados respectivamente como X1, X2, X3 y X4).

El ecuación polinómica cuadrática de Sheffé ajustad para tiempo de trabajo, tiempo de endurecimiento, exoterma, resistencia de compresión, resistencia flexural biaxial y respuestas de módulo es: Y = P1X1 P2X2 P3X3 P4X4 P12X1X2 P13X1X3 P14X1X4 P23X2X3 P24X2X4 e en la que X1 a X4 representan factores de composición, los coeficientes P1-4 representan el efecto de los factores de composiciones individuales, X1-4; P12-24, son los coeficientes de regresión que representan los efectos de interacciones de dos vías entre los factores de composición y e es al residuo. A partir de los coeficientes estimados de un modelo cuadrático presentado en valores seudo y reales, se puede obtener el efecto de cada componente. Se desarrollaron modelos de experimento de mezcla relacionando las variables de respuesta con las proporciones de los seudo-componentes. Las proporciones de seudo-componentes (z/) se calculan como se muestra a continuación:

z¿ = (x¡ ~ L¡)/( 1 - YX)

en la que Xi representa las proporciones del componente original, L representa la restricción de enlace inferior (límite) para el componente iésimo, L representa la suma de todas las restricciones de enlace inferiores (límites) para todos los componentes en el diseño, y 1 representa la mezcla total. Los seudocomponentes son combinaciones de los componentes originales (reales), que re-escalan la región de composición restringida de manera que la proporción mínima permisible de cada seudo-componente sea nula. Esta transformación puede proporcionar un modelo de estimación más preciso en comparación con el uso del sistema de componentes real, y como tal los coeficientes obtenidos en base al escalado del seudo-componente se denominan en el presente contexto de la discusión como se muestra a continuación. La validez del modelo, en términos de puntos de datos experimentales frente a datos calculados y la representación gráfica (diagramas de contorno), no obstante, se presenta en términos de la codificación del componente real. Cuando se han modelizado diferentes características de respuesta y1, y2,...yn en las proporciones del mismo conjunto de componente q, se implementó la función de factibilidad para identificar donde es posible al mejor conjunto global de conjunto de propiedades (tal como tiempo de trabajo, resistencia de compresión y resistencia flexural biaxial y módulo) en el espacio de diseño de composición.

Tabla 1. Diseño de Composiciones de Mezcla

ZnO SrO SÍO2 GeO2 ZrO2 Na2O CaO

DG200 0,36 0,04 0,48 0 0 0 0,12

DG201 0,36 0,04 0 0,447 0,0335 0,0335 0,087

DG202 0,36 0,04 0 0,48 0 0 0,12

DG203 0,36 0,04 0,215 0,215 0,05 0,05 0,07

DG204 0,36 0,04 0,48 0 0,05 0,05 0,02

DG205 0,36 0,04 0 0,38 0,05 0,05 0,12

DG206 0,36 0,04 0,447 0 0,0335 0,0335 0,087

DG207 0,36 0,04 0,38 0 0,05 0,05 0,12

DG208 0,36 0,04 0 0,48 0,05 0,05 0,02

DG209 0,36 0,04 0,215 0,215 0,025 0,025 0,12

DG210 0,36 0,04 0,223 0,223 0,0335 0,0335 0,087

DG211 0,36 0,04 0,24 0,24 0,025 0,025 0,07

Ejemplo 2 - Producción de vidrio

Se pesó medio mol de cada componente usando una balanza analítica (ABJ 120-4m, Kern & Sohn GmBH, Alemania) usando calidades analíticas de óxido de cinc, carbonato de estroncio, sílice, óxido de germanio, circonia, carbonato de sodio y carbonato de calcio (Sigma-Aldrich, Oakville, CAN). Para cada composición de la Tabla 1, se pesaron las cantidades de cada componente para obtener la relación deseada. Se mezclaron las composiciones en forma de polvo en un mezclador mecánico (mezclador en seco de cubierta gemelar, Patterson-Kelly, EE.UU.) durante 1 hora y posteriormente se secaron en un horno a 100 °C durante 1 hora. Posteriormente, se introdujeron las composiciones en crisoles de platino de 50 ml (Alpha Aesar, EE.UU.) y se sometieron a combustión entre 1480 °C y 1520 °C durante 1 hora en un horno de alta temperatura (Carbolit RHF 1600, Reino Unido). Se retiró el vidrio fundido y se enfrió en agua desionizada a temperatura ambiente y se secó durante la noche en un horno a 100 °C. Se trituró la frita resultante usando un molino de bolas planetario (Pulverisette 7, Fritsch GmbH, Alemania) y se tamizó (Cole-Palmer, Montreal, Canadá) para obtener un polvo de vidrio con un tamaño de partícula menor de 45 |jm.

Los vidrios preparados incluyeron los que no contenían germanio con fines de comparación y modelización. El presente procedimiento produjo vidrios que contenían y no contenían germanio (Tabla 1), que son ejemplos representativos del espacio de composición completo por medio de las restricciones anteriormente mencionadas. Estas composiciones de ejemplo se pueden evaluar para adivinar las contribuciones específicas de SiO2, GeO2, ZrO2/Na2O y CaO con respecto a las propiedades de interés.

Ejemplo 3 - Caracterización de vidrios

Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC): Se analizaron todos los polvos con DSC (Q200 DSC, TA Instruments, Grimsby, ON) para determinar la temperatura de transición vítrea (Tg). El presente procesó implicó de 45 a 50 mg de polvo colocado en cazoletas cerradas de acero inoxidable, mientras que la cazoleta de referencia permaneció vacía. Se calentaron las muestras a una tasa de 10 °C/minuto hasta una temperatura máxima de 725 °C. Se usó el soporte lógico de la Serie Q (TA Instruments, Grimsby, CAN) para determinar Tg, la temperatura correspondiente al punto de inflexión entre las dos mesetas identificadas por el usuario antes y después del episodio de transición vítrea endotérmica. La Tg medida se muestra a continuación en la Tabla 2:

Tabla 2. Temperaturas de Transición Vítrea

Composición Tg[°C]

DG200 676,4

DG201 593

DG202 605,2

DG203 612,7

DG204 656,93

DG205 601,28

DG206 644,53

DG207 640,24

DG208 581,76

DG209 624,17

DG210 612,23

DG211 621,87

Difracción de rayos X (XRD): se analizaron los 12 vidrios con difracción de rayos-X (XRD) para determinar si los vidrios eran materiales amorfos. Las mediciones de XRD para las partículas se llevaron a cabo usando un difractómetro INEL CPS-120 con un detector sensible de posición curvada acoplado a un generador de rayos X (40 kV; 35 mA) y equipado con tubo de rayos-X con diana de cobre (Cu). Se prepararon las muestras por medio de compresión de los polvos de vidrio en el interior de obleas de acero cuadradas huecas. Un monocromador en la trayectoria del haz incidente limita las longitudes de onda que impactan en la muestra hasta Cu Kal, a2. El haz de rayos-X inciden en la muestra a aproximadamente 6° y el detector sensible de posición curvada recoge todos los rayos-Z dispersados en el intervalo de ángulo de barrido de 10°<29<100° Los resultados confirmaron que los vidrios eran amorfos. Los diagramas XRD se proporcionan en las Figuras 1-12.

Ejemplo 4 - Recocido de vidrio

Se recocieron los vidrios para liberar las tensiones internas con la red de vidrio y mejorar la manipulación de las características descritas por Neve, et al.. Se recocieron los 12 vidrios en el horno a temperaturas 30 °C por debajo de sus respectivas temperaturas de transición. Se llenaron levemente crisoles de platino limpios con los polvos de vidrio y se colocaron en el horno una vez que la temperatura del horno alcanzó el estado estacionario. Se controlaron las temperaturas usando un termopar de tipo-K de alta temperatura (Omega, Laval, CAN), conectado a un termómetro digital (Omega, Laval, CAN). Se dejaron las muestras a temperatura durante 3 horas, después de los cual se apagó el horno y se dejaron enfriar las muestras en el horno durante la noche. Se retiraron las muestras de vidrio recocido y se transfirieron a frasquitos de vidrio desechables de 20 ml y se colocaron en un desecador a temperatura ambiente para el almacenamiento.

Ejemplo 5 - Preparación del cemento

Se prepararon los cementos mezclando polvo de vidrio con solución acuosa de poli(ácido acrílico) (PAA); Mw = 12.700 (E6, Advanced Healthcare Limited, Kent, Reino Unido) sobre almohadillas de mezcla dentales usando una espátula dental. Durante todos los experimentos la relación de polvo con respecto a líquido fue de 2:1,5, una relación coherente con la bibliografía de GPCs para vertebroplastia (como se muestra en las referencias 5-7). La solución de PAA fue un polvo de PAA al 50 %, en peso, y agua destilada. Todos los pesos y volúmenes se midieron con ± 0,001 mg y ± 0,001 ml, respectivamente.

Ejemplo 6 - Determinación del Tiempo de trabajo (WT) para los cementos

Se determinó el tiempo de trabajo del cemento de acuerdo con el procedimiento explicado en ISO 9917 - Dentistry -Water based cements (véase referencia 8). Se define el tiempo de trabajo como el “período de tiempo, medido a partir del comienzo de la mezcla, durante el cual es posible manipular un material dental sin un efecto negativo sobre sus propiedades”. Se midieron las cantidades apropiadas de polvo de vidrio y líquido PAA en una almohadilla de mezcla dental para preparar 0,4 g de cemento. Se puso en marcha el cronómetro y se mezclaron homogéneamente los componentes a mano usando una espátula dental hasta lograr una solución homogénea, sin signos visuales de polvo d PAA. Se trabajó el cemento líquido con la espátula dental hasta que espesó hasta una viscosidad similar a la de goma de mascar, momento en el que se detuvo el cronómetro. Cada uno de los 12 cementos se sometió a ensayo 3 veces, registrándose el valor promedio como el tiempo de trabajo. Los resultados se explican en la Tabla 3 y la Figura 13. Los tiempos de trabajo clínicamente útiles están entre 5 y 10 minutos. Como se puede apreciar en DG200, el GPC libre de aluminio predicado muestra ausencia de este intervalo y, con ello, resulta impráctico para uso clínico.

Ejemplo 7 - Determinación del Tiempo de endurecimiento (ST) para los cementos

Se evaluaron también los tiempos de endurecimiento siguiendo ISO 9917. Los aparatos usados para el presente procedimiento se listan a continuación:

molde de aluminio de 8 mm x 10 mm x 5 mm, con lados cubiertos por una capa fina de gelatina de petróleo placa de aluminio de 75 mm x 100 mm x 8 mm enrollada en papel de aluminio

cabina mantenida a una temperatura de (37±1)° C

aguja Gilmore con una masa de 453 g y una punta de indentador plano con un diámetro de 1,1 mm

lentes de aumento x2

Se preparó un gramo de cemento y se introdujo en un molde, se colocó sobre la placa de aluminio. Al final de la mezcla, se puso en marcha el cronómetro. Sesenta segundos después del final de la mezcla, se colocó el conjunto en la cabina. Sesenta segundos antes del tiempo de trabajo del material, se elevó suavemente el conjunto hacia arriba de manera que la superficie del cemento presionara la punta del indentador. Este procedimiento se repitió intermitentemente hasta que el cemento fue capaz de tomar el peso completo del indentador durante 5 s, al tiempo que se hacia una indentación completa circular en el cemento. El procedimiento de indentación continuó después cada 30s hasta que la punta de indentación falló para preparar una impresión circular completa en la superficie del cemento cuando se observó con 2x aumentos. Se detuvo el cronómetro, y se registró el tiempo transcurrido. Se repitió el presente procedimiento dos veces más comenzando el procedimiento de indentación 3 minutos antes del tiempo registrado anterior. Se sometió a ensayo la composición de cemento tres veces y se tomó el tiempo de endurecimiento como valor promedio. Los resultados se muestran en la Tabla 3 y la Figura 14. DG 204 no experimentó endurecimiento. Los tiempos de endurecimiento útiles en el endurecimiento clínico dependen de la aplicación. Para algunas aplicaciones, alrededor de 18 minutos es un tiempo de endurecimiento útil.

Tabla 3.

Ejemplo 8 - Determinación de la Exoterma de endurecimiento (EX) para cementos

Se usaron tres termopares de tipo T (Omega, Laval, CAN) con juntas de referencia en agua con hielo a 0 °C. Se usaron dos termopares para medir las temperaturas de cemento, mientras que se usó el tercero para medir la temperatura ambiente. Las pinzas de cocodrilo ligadas al termopar conducen a los conectores BNC que se alimentaron en el interior de un panel de conector BNC (BNC-2120, Naitonal Instruments, Vaudreuil-Dorion, CAN), conectadas a una tarjeta de adquisición de datos Ni-PCI-6035 (National Instruments, Vaudreuil-Dorion, CAN). Se usó LabView 9.0 (National Instruments, Vaudreuil-Dorion, CAN) para construir un programa con el fin de obtener las tensiones de los tres termopares, calcular las temperaturas, mostrar gráfica y numéricamente las temperaturas en tiempo real, y registrar los datos de los dos termopares de cemento con el fin de separar los archivos de texto. El programa toma datos a una tasa de 5000 Hz, registrando 500 muestras a la vez. Se encontró la tensión promedio (V) de estas muestras y se calculó la temperatura (T) en grados Celsius de acuerdo con la ecuación de termopar de tipo-T:

donde

a0 = 0,100860910

ai = 25727,94369

a2 = -767345,8295

aa = 78025595,81

a4 = -9247486589

a5 = 6.97688 E+11

a6 = -2,66192 E+13

ay = 3,94078 E+14

Se repitió el procedimiento cada 0,1 s hasta detener la recogida de datos.

Para validar el sistema, se llevaron a cabo dos procedimientos de ensayo. En primer lugar, para investigar la exactitud del sistema, se colocaron tres termopares en un vaso de precipitados de agua en ebullición y se registraron las temperaturas hasta que la temperatura se estabilizó en el punto de ebullición. Se compararon estas temperaturas frente a las mediciones de temperatura de un termómetro digital calibrado de exactitud conocida (HH508 con termopar tipo-K, Omega, Laval, CAN).

Se preparó un gramo de cemento y se introdujo en un molde de plástico (diámetro 15 mm x 10 mm). Se insertaron los termopares en el centro del bolo de cemento y se dejaron hasta que la temperatura alcanzó un máximo y disminuyó más de 1 °C a partir de la temperatura máxima. Se representaron los datos y se analizaron usando Python 2.6.6.2 (Python Software Foundation, www.python.org). Se llevó a cabo este procedimiento tres veces para cada una de los 12 cementos. Se tomó la temperatura máxima como las temperaturas más elevada lograda por el cemento durante cualquiera de los tres ensayos. La temperatura máxima se muestra en la Tabla 3. La Figura 15 ilustra los perfiles de exoterma para las muestras. Como se puede apreciar, las muestras de ensayo alcanzan temperaturas máximas relativamente bajas en comparación con los cementos alternativos en el marcado, que alcanzan 60-120 °C. Como se ha mencionado anteriormente, las temperaturas elevadas pueden conducir a daño en los tejidos sanos circundantes y, con ello, resultan indeseables.

Ejemplo 8 - Análisis estadístico y efecto de evaluación de la modelización de los componentes sobre el tiempo de trabajo, tiempo de endurecimiento y exoterma de endurecimiento

Análisis estadístico - Se lleva a cabo cada experimento por triplicado y se analizó usando un soporte lógico Prism 5.0 (GraphPad software, Inc.). Los resultados se expresan como media ± desviación típica de las determinaciones por triplicado. Se llevó a cabo análisis de varianza de un componente (ANOVA) seguido de un ensayo post hoc de Tukey para comparaciones entre los grupos. El nivel de significación se ajusta a p < 0,05. Los resultados se muestran en las Tablas 4-6 y las Figuras 16-19. Las Figuras 16a-B ilustran los diagramas de contorno 3D (A) y 2D (B) que muestran el efecto de la composición de vidrio variable dentro de los confines del espacio de diseño y el tiempo de endurecimiento resultante en base al modelo de regresión. Estos diagramas quedan confinados dentro del espacio de diseño en el que el componente A SiO2 varía a partir de una fracción de 0-0,48 moles, el componente B GeO2 varía a partir de una fracción de 0-0,48 moles, el componente D CaO varía a partir de una fracción de 0,02 0,12 moles, y ZrO2/Na2O se fija en una fracción de 0,1 moles. Las Figuras 17a-B ilustran los cambios en el tiempo de trabajo basándose en el modelo de regresión para las mismas variaciones de composición que las Figuras 16a-B. Las Figuras 18a-B ilustran los diagramas de contorno 3D (A) y 2D (B) que muestran el efecto de la composición de vidrio variable dentro de los confines del espacio de diseño y el tiempo de endurecimiento resultante en base al modelo de regresión. Estos diagramas están confinados dentro del espacio de diseño donde el componente A SiO2 varía a partir de una fracción de 0-0,48 moles, el componente B GeO2 varía a partir de una fracción de 0-0,48 moles, el componente C ZrO2/Na2O varía a partir de una fracción de 0-0,10 moles, y CaO se fija en una fracción de 0,12 moles. Las Figuras 19a-B ilustran los cambios en el tiempo de trabajo basándose en el modelo de regresión para las mismas variaciones de composición que las Figuras 18a-B.

Tabla 4A. Ecuaciones de Regresión en términos de L seudocomponentes y valores de R2 y ANOVA

_____________________________
puesta._____________________________

Resumido ANOVA

Respuesta Modelo Regresión R2 R2adj. R2pred. P F

Valor

386,56 * SiO2 0,9872 0,9648 0,9240 0,0013 44,06 Tiempo +589,09 * GeO2

Trabajo -627,88 * ZrO2/Na2O

(s) +7462,16 * CaO

1196,78 * SiO2 * GeO2

-10890,71 * SiO2 * CaO

-9956,51 * GEO2 * CaO

-13144,13 * ZrO2/Na2O * CaO

1568,67 * SiO2 0,9168 0,8337 0,8056 0,0099 11,02 Tiempo +2569,36 * GeO2

Endurec. + 146,00 * ZrO2/Na2O

(s) -6774,50 * CaO

2,797E+5 ^{* SiO2 * GcO2 *}

_ZrO2/Na2O

-1,262E+5 * SiO2 * GeO2* CaO

Tabla 4B. Modelo de tiempo de trabajo de regresión de tiempo de trabajo para los componentes reales así m m i n m l i m n r imi n i i n l m l x rm .

continuación

Tabla 5. ANOVA abstraído para los modelos sianificativos (para tiempo de trabajo (i), tiempo de n r imi n ii v x rm iii inv i n l r n i .

continuación

Tabla 6. Sumario de los efectos de interacción y principal significativos (positivos y negativo) asociados con los factores de composición (orden de efectos significativos: del mayor al menor), f representa efectos ositivos re resenta efectos ne ativos .

Ejemplo 9 - Determinación de radioopacidad de cementos

También se calculó la raidioopacidad de 12 cementos de acuerdo con ISO 9917 (véase referencia 8). Se prepararon lotes de cemento y se introdujeron en moldes de aluminio (diámetro 14 mm x 1,7 mm) y se cubrió cada cara con papel de acetato y se fijó el conjunto completo colocándose en un horno a 37 °C durante 1 hora. Se determinó la radioopacidad de cada material por medio de irradiación de grupos de 3 muestras a lo largo de una cuña de pasos de aluminio (12 pasos, 1,3 mm a 12,6 mm de grosor) a una distancia de 400 nm bajo 70 kV y 7 mA, usando una fuente de rayos-X Phot-X n (Belmont Equipment, Somerset, NJ). Se expusieron las muestras de ensayo sobre película dental Kodak Insight 10-41 (Carestrem Dental, Vaughan, ON). Se encontró la densidad óptica de cada material y paso de aluminio usando un Densitómetro QAS (Picker International, Highland Heights, OH, EE.UU.). Se encontró cada "espesor de aluminio equivalente” de los cementos dividiendo el espesor de la muestra entre el espesor del paso de aluminio con una densidad óptica equivalente. En los casos en los que la densidad cayó entre dos pasos, se tomó el paso de mayor espesor, como por medio del procedimiento ISO 9917. La Figura 20 ilustra el promedio de cuatro mediciones para cada muestra. Todas las muestras superaron la norma ISO 9917 de espesor equivalente de 1 mm de aluminio.

Ejemplo 10 - Ensayo de Compresión in vitro

Se llevaron a cabo ensayos de resistencia de compresión de acuerdo con ISO 9917 (véase referencia 8). Se mezcló cemento (0,800 g de vidrio, 0,300 g de PAA, 0,300 ml de H2O) y se introdujo en un molde con separación de acero inoxidable con 5 cilindros (diámetro de 4 mm x 6 mm). Antes del llenado, se revistió el molde con una pulverización de revestimiento de molde de silicio para facilitar la retirada de la muestra. Se fijó el molde lleno entre dos placas de acero inoxidable con papel de acetato para separa el cemento de las placas. El conjunto fijado se introdujo en un horno a 37 °C durante 1 horas. Tras la retirada del horno, se rompió el conjunto, se retiró el cemento instantáneo y se trituraron los extremos de las muestras usando un papel de carburo de silicio de grano 400. Se retiraron las muestras de los moldes y se colocaron en frasquitos de plástico rellenos con 100 ml de agua destilada. Se incubaron los frasquitos que contenían las muestras de ensayo en un horno a 37 °C durante 1, 7, 30 y 180 días. Se produjeron 240 muestras en total, 5 muestras de ensayo para cada una de los 12 tipos de cemento para 4 períodos de incubación diferentes.

Se llevó a cabo el ensayo de compresión usando un sistema de ensayo mecánico Instron 3344 (Instron, Norwood, MA, EE.UU.) con una célula de carga de 2 kN. Se retiraron las muestras del agua y se midieron sus diámetros (dc) usando calibres digitales, tomados como valor promedio de dos mediciones hasta lo más próximo a 0,01 mm, 90° aparte. Se colocaron las muestras coaxialmente en la fijación de ensayo entre dos piezas de papel de filtro húmedo (véase Figura 21). Se trituraron las muestras a una velocidad de cruceta de 1 mm/minuto. Se registraron los datos de desplazamiento-carga con un soporte lógico Bluehill 2 (v2.25) (Instron, Norwood, MA, EE.UU.). Se calculó la resistencia de compresión (Oc) por medio de Oc = 4P/nd2c, donde P fue la carga máxima hasta rotura (N). La Figura 22 muestra los resultados de resistencia de compresión tras períodos de incubación de 1, 7, 30 y 180 días. La resistencia de compresión de GPC comparables carentes de aluminio es de 30 a 50 MPa.

Ejemplo 11 - Ensayo in vitro de módulo flexural biaxial y flexural biaxial

Se mezcló cemento (0,500 g de vidrio, 0,188 g de PAA, 0,188 ml de H2O) y se introdujo en exceso en un moldeo de Teflón (diámetro de 15 mm x 1 mm). Se fijó el molde lleno entre dos placas de acero inoxidable con papel de acetato para separar el cemento de las placas. Se colocó el conjunto fijado en un horno a 37 °C durante 1 hora. Tras la retirada del horno, se rompió el conjunto, se retiró el cemento instantáneo y se trituraron los extremos de las muestras usando papel de silicio húmedo de tamaño de grano 400. Se retiraron las muestras de los moldes y se colocaron en frasquitos de plásticos rellenos con 10 ml de agua destilada. Se incubaron los frasquitos que contenían las muestras de ensayo en un horno a 37 °C durante 1, 7, 30 y 180 días.

Se llevó a cabo el ensayo flexural biaxial de forma similar a Williams et al. (véase referencia 9) y se usó un sistema de ensayo mecánico Instron 3344 con una célula de carga de 2 kN, equipado con una fijación de ensayo flexural biaxial (véase Figura 23). La fijación de ensayo flexural biaxial se diseñó de acuerdo con ISO 6872 (véase referencia 11), y se modificó para el uso con las ecuaciones descritas por Williams et al. (véase referencia 9), que emplea una carga puntual a partir de un soporte de bola en lugar de una carga plana a partir de un clavo. Consiste en 3 soportes de bola de acero de 3 mm dispuestos para formar un anillo de soporte (diámetro de 11 mm) y un pistón con un soporte de bola de 3 mm para proporcionar una carga puntual. Se retiraron las muestras del agua y se midieron sus diámetros (df) usando calibres digitales, tomados como valor promedio de dos mediciones hasta el valor más próximo a 0,01 mm, 90° aparte. Se colocaron las muestras de ensayo coaxialmente en el centro de la fijación de ensayo y se introdujeron a una velocidad de cruceta de 1 mm min-1. Tras la fractura, se retiraron los fragmentos de muestra de ensayo y se registró el espesor (t) en el punto de fractura. Se registraron los datos de desplazamiento de carga con un soporte lógico Bluehill 2. Se calculó la resistencia flexural biaxial (Of) usando:

0,52 j 0,48 ]

Donde v es relación de poisson del cemento y r es el radio del diámetro de soporte. Cuando v = 3, la ecuación se convierte en

La resistencia flexural biaxial medida a 1,7, 30 y 180 días se muestra en la Figura 24. Como se puede apreciar, son similares a los GPC carentes de aluminio comparables conocidos de -6-11 MPa.

El módulo flexural biaxial ® se calcula usando un procedimiento producido por Higgs et al. (véase referencia 10) tras 1,7, 30 y 180 días de incubación. Los datos de cada ensayo se registraron y analizaron usando Phyton 2.6.6.2 para determinar la pendiente (S) de la curva de carga-desplazamiento. Esta se usó posteriormente para calcular el módulo como se muestra a continuación:

Bc = -0,0642 - 2,1900 m~3 (0,5687 3,254 m~ 3) (1 - v2)

+ [-0,3793 11,0513 r n 3 (0,5223 -7,8535

Bc es el centro de la función de desviación y rf es el radio de la muestra de ensayo. El módulo de cada muestra de ensayo se calculó cuyo valor promedio fue el módulo flexural biaxial del material. El ensayo a 180 días se llevó a cabo para DG 202, DG 205 y DG 208. Como se puede apreciar a partir de los resultados de la Figura 25, las muestras GPC son más rígidas que los GPC conocidos pero comparables en cuanto a rigidez con los cementos óseos alternativos conocidos. El intervalo de módulo de los cementos óseos alternativos es de 1200 a 1600 MPa y el intervalo de módulo para GPC conocidos es de 100 a 500 MPa.

Ejemplo 12- Análisis de Elementos Finitos (FE)

Se usó un modelo FE de vértebra individual bajo carga de compresión para la presente invención. El modelo FE vertebral se publicó previamente por parte de Tyndyk et al. A partir de datos de tomografía computerizada, pero se modificó para la presente investigación. Específicamente, el modelo se simplificó para aislar la vértebra L4, que consistía en una cubierta ósea cortical, núcleo óseo trabecular y arco vertebral completo con elementos posteriores (Figura 26).

Se representó el aumento de cemento como volumen de tipo barril con orientación vertical, ubicado en el centro del hueso trabecular, equivalente a aproximadamente un 16 % del volumen del vertebral. Se construyó el modelo, y se completó el pos-procesado usando Altair Hyperworks 11.0 (Altair Engineering Canada Ltd., Toronto, Canadá). Las condiciones de frontera consistieron en una fuerza de compresión axial 1000N distribuida uniformemente a través de la superficie superior, y se fijó la superficie inferior en todos los 6 grados de libertad. Se usan estas condiciones de frontera en la bibliografía que pertenece a investigaciones FE de VP. Se tomaron las propiedades materiales de hueso, y los materiales de aumento a partir de datos publicados previamente mostrados a continuación en la Tabla 7. La Figura 27 ilustra los modelos resueltos de elementos finitos para ningún control aumentado, y modelos aumentados con Zn-GPC, Simplex. Cortoss, Spineplex, DG202, DG205 y DG208. Los elementos posteriores se ocultan por motivos de claridad.

Tabla 7

Se completó la verificación de la malla metálica por medio de un estudio de convergencia de tensión de von Mises en una ubicación específica, dando lugar a un modelo de 20.546 elementos; con un tamaño promedio de 1,4 mm. Tyndyk et al. Validaron experimentalmente el modelo original, y se validó el modelo actual cualitativamente por medio de comparación con otros modelos en la bibliografía, mostrando una buena concordancia con respecto a la magnitud y distribución de tensión.

Se usó el modelo para producir datos para vértebras sanas con cada uno de los siguientes siete materiales de implante; DG202, Dg 205, DG208, Dg200, Simplex P®, Cortoss®, Spineplex® (materiales comerciales, usados clínicamente, todos de Stryker International) y controles no aumentados. La escala de carga de cada ensayo se ajustó hasta un límite inferior de 0,00 MPa y un límite superior de 3,00 MPa (von Mises), englobando el intervalo de tensión mínima los resultados de todos los modelos resueltos, permitiendo una comparación cualitativa de tensión por todo el cuerpo vertebral entre los diferentes materiales de implante. Se registraron las mediciones cuantitativas para tres regiones: el hueso cortical, el hueso trabecular y el implante de cemento de ambos modelos sanos. El modelo se seccionó a lo largo del plano transversal a la mitad de altura del cuerpo vertebral y se registró la tensión de los nodos expuestos a través de todas las tres regiones, se calculó el valor promedio y se comparó usando análisis estadístico de ANOVA donde p = 0,01. Los resultados se muestran en las Figuras 28-30.

Los resultados del análisis de elementos finitos muestran que cuanto más rígido es el material de cemento, más carga toma el implante de cemento, y menos toma el hueso cortical y trabecular. La rigidez de los cementos de la serie DG en orden creciente es: DG208 < DG 202 < DG 205. Los materiales de la serie DG tienen un módulo mayor que el de GPC de cinc-silicato (Zn-GPC), lo cual tiene como resultado una distribución de carga significativamente diferente dentro del cuerpo vertebral. El módulo del cemento de la serie DG también es mayor que el de los materiales comerciales (Simplex, Cortoss y Spineplex), no obstante, DG208 produce patrones de carga estadísticamente similares en la vértebra aumentada al material comercial Spineplex. DG202 y DG205 producen ambos patrones de carga estadísticamente diferentes en comparación con todos los tres materiales comerciales. Los puntos importantes de estos datos son los cementos de la serie DG y son estadísticamente diferentes de los materiales descritos de la patente de Estados Unidos N°. 7.981.972, todavía comparable con los materiales clínicamente usados actuales.

Ejemplo 12 - Evaluación Biológica In vitro de materiales

Preparación de Extractos de Material para Análisis in vitro: Se evalúa la citocompatibilidad in vitro ya que pertenece a cada material (tanto el vidrio de la serie DG como el cemento de la serie DG) llevando a cabo un ensayo MTT con evaluaciones sobre la base de exposición indirecta por medio del uso de los extractos.

Preparación del Extracto de vidrio. Se transfirieron 0,1 gramos de cada polvo de vidrio medido hasta una precisión de ± 0,001 g con una balanza analítica Kern y Sohn GmbH (modelo ABJ 120-4M) a tubos de polipropileno de fondo redondo BD Falcon TM de 14 ml. Posteriormente, se introdujeron los vidrios en un autoclave a vacío en un Esterilizador de Vapor Primus General Purpose (Primus Sterilizer Company, Inc., Omaha, NE) durante 15 minutos a 121 °C. Se prepararon las muestras de cada vidrio por triplicado para cada uno de los tres períodos de tiempo de incubación: 24 horas, 7 días y 30 días. Se añadieron asépticamente 10 ml de agua de cultivo tisular (Sigma-Aldrich, lote n° RNBB6914 y RNBC1419) a cada muestra de vidrio esterilizado, y se taparon herméticamente los frasquitos. Se colocaron los frasquitos de muestra en vertical en soportes para tubos de ensayo Nalgene® 5970 de 16 mm (Thermo Scientific) y se incubaron a 37 °C en un Baño de Agua de Agitación SW 22 (Julabo EE.UU., Inc., Allentown, PA) con una velocidad de agitación uniaxial de 2 Hz. Al completar cada período de tiempo de incubación, se retiraron las muestras del baño de agua y se decantaron los extractos asépticamente en jeringas de filtro de 0,2 micrómetros dentro de una cabina de seguridad biológica SterilGARD® III Advance clase II. Se recogieron los filtrados en tubos de polipropileno de 14 ml estériles, se taparon herméticamente y se almacenaron en sentido vertical a 4 °C para análisis posterior.

Preparación de Extracto de Cemento. Se formaron cementos de ionómero-vidrio por medio de mezcla de polvo de vidrio recocido con un 50 % en peso de solución acuosa de un poli(ácido acrílico) de 25.000 dalton con una relación de polvo:líquido de 2:1,5. Se tomaron los cementos con espátula y se introdujeron en moldes de disco de teflón de 7 mm de diámetro x 1 mm, se fijaron entre placas de aluminio planas usando tornillos, y se permitió el endurecimiento en un entorno de temperatura ambiente de 37 °C durante una hora. Tras el endurecimiento, se retiraron los discos de cemento de los moldes, y se transfirieron a tubos de polipropileno de fondo redondo BD Falcon™ de 14 ml. El resto del procedimiento de preparación de extracto es idéntico al usado para preparar los extractos de vidrio.

Cultivo celular de fibroblastos. Se usaron fibroblatos de ratón inmortalizados (NIH-3T3; Colección Tisular de Tipo Americano, Manassa, VA) con pases 15-20 para los experimentos. Se cultivaron las células en matraces de cultivo tisular de 75 cm2 en Medio Eagle Modificado de Dulbecco (DMFM) complementado con un 5 % de suero de ternera fetal (FCS; inactivado térmicamente a 56 °C durante 60 minutos). Se mantuvieron los matraces en una atmósfera humidificada a 37 °C y un 10 % de CO2. No se usaron antibióticos durante las subdivisiones rutinarias o para los experimentos de cultivo celular con el fin de evitar la alteración del metabolismo celular. En la confluencia, se descartó el medio y se añadieron 1,5 ml de solución de EDTA tripsina al 0,25 % (Sigma-Aldrich, EE.UU. n° lote 1196474) al matraz de cultivo tisular, posteriormente se dejó durante 5 a 10 minutos para desligar las células. Se añadieron 8,5 ml de DMEM-NCS al 5 % a la tripsina-EDTA-solución celular. Se transfirió 1 ml de la presente solución a matraces de cultivo estériles; se añadieron 19 ml de medio nuevo a cada uno y se incubaron las células diluidas a 37 °C para crecimiento y uso posterior. (Se sometieron las células a pase semanalmente de esta forma). Se analizó una muestra de la solución celular restante en cuanto a densidad celular usando un hemocitómetro Bright-line (Hauser Scientific, Horsham, PA). Se diluyó una parte de la solución celular con solución de DMEM-NCS al 5 % para un valor resultante de 1x104 células por ml de solución en la preparación para uso inmediato.

Evaluación de la viabilidad celular (ensayo MTT). Se sembraron células NIH-3T3 (200 pl) a una densidad de 1 x 104 células/ml en placas de 96 pocillos (CoStar, Corning, Canadá). Se usó un medio de cultivo cargado de células como control negativo, que ocupada una de las filas de los pocillos en cada placa de cultivo (n = 12). El medio de cultivo celular en ausencia de células proporcionó un control de blanco en una columna de una placa de 96 pocillos adicional (n = 8). Se incubaron las placas de blanco y sembradas a 37 °C durante 24 horas. Tras la incubación, se añadieron 20 pl de agua de cultivo tisular estéril a cada pocillo de control, blanco y negativo, al tiempo que se añadieron 20 pl del extracto de muestra a los pocillos para el ensayo de la viabilidad celular. Se sometió a ensayo cada tipo de extracto tres veces (n = 3 extractos por condición) con un análisis de viabilidad celular de n = 7 para cada extracto individual. Se incubaron las placas de nuevo durante 24 horas a 37 °C. Se prepararon 1 ml de bromuro de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT) de 5 mg/ml en una solución tampón de fosfato de 0,01 M a pH 7,4 (Sigma-Aldrich, EE.UU. N° lote 028K8214) protegió con un papel de aluminio, y se almacenó a 4 °C. Tras la segunda incubación de 24 horas de las placas, se añadieron 22 pl de esta solución MTT (una cantidad equivalente a un 10 % en volumen del contenido del pocillo) a cada pocillo. Se incubaron las muestras durante otras 3 horas a 37 °C. Posteriormente se sometieron los contenidos líquidos de las placas a transferencia sobre toalla, y se añadieron 100 pl de sulfóxido de dimetilo (DMSO, Sigma-Aldrich, EE.UU., lote n° 14196PMV) a cada pocillo de las células. Se protegieron las placas con papel de aluminio y se agitó en una placa rotatoria. Se leyeron los valores de densidad óptica espectrofotométrica (absorción) usando un lector de placas Bio-TekTM Synergy HT equipado con KCF Kineticalc para Windows (Versión 3.2, Rev. N° 2, Bio Tek Instruments, Inc.). Se llevó a cabo una corrección de longitud de onda a 977 y 900 nm; se leyeron las placas a 492 nm. Se calculó la viabilidad celular de acuerdo con 2.1 (adaptado a partir de ISO 10993-5) en comparación con el control negativo (agua de cultivo tisular sembrado) que se ajustó en un 100 % de viabilidad celular:

% Viabilidad celular = 100%(OD492e/OD492c)

En la que:

OD492e es el valor medio de la densidad óptica medida de los pocillos de extracto experimentales;

OD492c es el valor medio de la densidad óptica medida de los pocillos de control negativo.

La Figura 31 demuestra el ensayo de viabilidad de los extractos de vidrio tras incubación a 24 horas, 7 días y 30 días, en comparación con un control negativo de agua de cultivo celular sembrado ajustado a un 100 % de viabilidad. Todos los cementos sometidos a ensayo demostraron elevada viabilidad celular. Las Figuras 32a-C demuestran viabilidad de los extractos de cemento tras 24 horas, 7 días y 30 días.

Análisis de producto de degradación. Se diluyó 1 ml de cada uno de los extractos de vidrio y cemento hasta 7,5 ml con HNO3 al 2 % (v/v). Se prepararon patrones de calibración analíticamente en concentraciones que variaron de 0,001 mg/l a 50 ml/l en HNO3 al 2 % (v/v) a partir de soluciones de reserva de patrones analíticos de 1000 mg/l de cinc, estroncio, silicio, germanio, circonio, sodio y calcio (Perkin Elmer Atomic Spectroscopy Standards). Se aplicó espectroscopía de emisión óptica de plasma con acoplamiento inductivo (ICP-OES) usando un espectrómetro de emisión óptica Perkin Elmer Optima 8000 equipado con un soporte lógico WinLab32 ICP. Se determinaron las concentraciones de extracto diluidas frente a curvas de calibración empíricas para los siguientes iones, listados junto con sus respectivas longitudes de onda de emisión: Zn (206,200 nm), Sr (407,771 nm), Si (251,611 nm), Ge (209,426 nm), Zr (343,823 nm), Na (589,592 nm) y Ca (317,933 nm). Las Figuras 33a-D proporcionan los datos de degradación para Zn, Ge, Zr y Sr, respectivamente, tras 1, 7 y 30 días para los extractos de cemento. Las Figuras 34a-C proporcionan los datos de degradación para Ge, Sr y Zn, respectivamente, tras 1, 7 y 30 días para los extractos de vidrio.

Evaluación de la citotoxicidad celular (ensayo LDH). También se evaluó la citotoxicidad celular en un ensayo LDH. Se mide el ensayo de lactato deshidrogenasa (LDH) por medio del ensayo colorimétrico de lactato deshidrogenasa (LDH) (TOX-7 (Código de Producto: 050M6079), Sigma-Aldrich, Canadá), de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. La cantidad de LDH en el medio es proporcionar al número de células muertas/sometidas a lisis presentes; por tanto, este ensayo se puede usar para estimar la muerte celular. Este ensayo mide la integridad de la membrana como función de la cantidad de LHD citoplasmático liberado al interior del medio. Brevemente, se prepara una mezcla de ensayo por medio de mezcla de cantidades iguales de sustrato de ensayo LDH (Número de Catálogo: L2402), cofactor (Número de Catálogo: L2527) y soluciones de colorante (Número de Catálogo: L2277). Para todos los cultivos (70 pl), se añade mezcla de ensayo al medio en una proporción de dos a uno en 4 placas de poliestireno tratadas con cultivo no tisular-96 (CoStar, Corning, Canadá). Cada placa corresponde a diluciones de medio de 25, 50, 75 y 100 %, respectivamente. Se incuban las muestras a temperatura ambiente en oscuridad (cada placa cubierta con papel de Al) y través de rotación suave en un cilindro, se detuvo la reacción de color por medio de HCl 1 N. Igual que en el ensayo MTT, se usa DMEM medio de cultivo FCS al 5 % agua de cultivo tisular estéril como control negativo y se usa medio de cultivo más agua de cultivo tisular estéril como control positivo. Se determina la absorbancia a 490 nm usando un lector de microplacas de multi-detección (Synergy HT, BIO-TEK), con corrección de fondo a 650 nm.

Análisis estadístico. Se llevó a cabo cada experimento por triplicado y se analizó usando un soporte lógico Prism 5.0 (soporte lógico GraphPad, Inc.) Los resultados se expresan como media ± desviación típica de las determinaciones por triplicado. Se llevó a cabo análisis de varianza de una vía (ANOVA) seguido de ensayo pos hoc de Tukey para las comparaciones entre grupos. El nivel de significación se ajustó a p < 0,05.

Ejemplo 13 - Optimización de cementos para liberación de germanio mínima y máxima

Como se ha mostrado anteriormente, se liberaron cinc, circonio y estroncio a concentraciones muy bajas durante todos los períodos de tiempo. Se libera germanio en cantidades más elevadas y, con ello, presentando una composición útil de germanio optimizada para liberación tanto mínima como máxima. Se modelizaron las respuestas usando ecuaciones de Scheffe cuadráticas (tiempo de trabajo y [Ge4+]) así como también cúbicas (tiempo de endurecimiento). Las formas generales de los polinomios se muestran a continuación:

en la que X corresponde a los factores de composición i-ésimos, q = 4, corresponde a los efectos de X individual, & representa el efecto de las interacciones de dos vías entre Xi y e es el residuo.

donde Y representa los coeficientes de la mezcla cúbica de los binarios X X (X-X) y fak representa los coeficientes de la mezcla cúbica de las ternas XiXjXi. La Tabla 8 proporciona los criterios de optimización para la maximización de la liberación de [Ge4+]. Los asteriscos indican la importancia de cada criterio, de forma que más asteriscos indican mayor importancia.

Tabla 8.

Usando los modelos y criterios anteriores, los cementos que optimizarían la liberación de germanio para cada uno de los criterios anteriores tienen lo siguiente:

Se añaden cinc y estroncio a cada una de las combinaciones anteriores. En una realización, esas adiciones son una fracción de 0,36 moles de ZnO y una fracción de 0,04 moles de SrO. En algunas realizaciones, la fracción combinada en moles de ZrO2/Na2O se logra proporcionando fracciones molares iguales de cada uno de ZrO2 y Na2O.

Cuando se usan el criterio 5 de la Tabla 8 y se tiene que minimizar la liberación de germanio, un vidrio óptimo tiene la composición:

En este caso también, se añaden cinc y estroncio y en una realización es en las cantidades de fracción de 0,36 moles de ZnO2 y fracción de 0,04 moles de SrO2. En algunas realizaciones, la fracción combinada en moles de ZrO2/Na2O se logra proporcionando fracciones molares iguales de cada uno de ZrO2 y Na2O.

Ejemplo 14 - Estudio cadavérico

Se desarticula un máximo de veinte vértebras torácicas cadavéricas, se limpian de tejidos blandos y se separan en cuatro grupos diferentes. Si el tamaño o las formas de los elementos posteriores de las vértebras evitan la carga de las muestras de ensayo en el interior de la fijación de ensayo de compresión, entonces se retiran los elementos posteriores, como ya han hecho otros en la bibliografía. Se registran las alturas anterior, posterior, lateral izquierda y derecha y se calcula el valor promedio para cada muestra de ensayo. Se forman impresiones de las superficies superior e inferior de cada vértebra usando un material de moldeo semi-curado, para garantizar la distribución uniforme de la carga de compresión. Se incuban las muestras de ensayo en agua a 37 °C durante 24 horas. Se introducen las muestras de ensayo en la máquina de ensayo mecánica Instron 3344 con sus respectivos moldes. Se comprimen las muestras de ensayo a una tasa de 0,5 mm/s hasta observar una reducción de un 25 % en la altura. Una pérdida de altura de un 25 % es parte de la definición clínica de fracturas por compresión de cuerpo vertebral. Para todas las muestras de ensayo, se registran la carga máxima y la rigidez. Se toma la carga máxima como la carga máxima durante el ensayo, y se toma la rigidez como la pendiente de la curva de fuerza-desplazamiento.

Se preparan cementos comerciales de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Los cementos divulgados en la presente memoria se preparan de acuerdo con el Ejemplo 5.

Se lleva a cabo un aumento en un máximo de 15 muestras de ensayo fracturadas, 5 para cada tipo de cemento. Se inyecta cemento a través de dos agujas de biopsia de calibre 11 en el interior del cuerpo vertebral. Se determina el volumen en el momento del ensayo, garantizando la administración del mismo volumen a cada muestra de ensayo. Los volúmenes típicos están entre 2 y 8 ml. Se incuban las muestras de ensayo en agua a 37 °C durante 24 horas. Se introducen las muestras de ensayo en la máquina de ensayo mecánico Instron 3344 con sus respectivos moldes. Se registran las alturas anterior, posterior, lateral izquierda y derecha y se calcula el valor promedio para cada muestra de ensayo. Se re-comprimen todas las muestras de ensayo (incluso los controles no aumentados, que actúan como controles no tratados) a una tasa de 0,5 mm/s hasta apreciar una reducción de altura de un 25 %. Una pérdida de altura de un 25 % es parte de la definición clínica de fracturas de compresión de cuerpo vertebral. Se toma la carga máxima posterior al tratamiento como la carga máxima durante el ensayo. La rigidez se toma como el gradiente de la curva de desplazamiento-fuerza antes del fallo. Los resultados de las muestras de ensayo aumentadas se normalizan usando las resistencias iniciales y la rigidez para determinar el cambio en porcentaje en la resistencia y rigidez de la pos inyección del cuerpo vertebral. Esto permite la comparación de rendimiento de los cementos novedosos con los controles comerciales, limitando la influencia de la variación de tamaño (T2 vs. T12) sobre la resistencia y la comparación de rigidez.

La resistencia y rigidez de cada uno se recoge a partir de todas las muestras para la compresión inicial, y la compresión tras el aumento. Estos datos se recogen usando un Sistema de Ensayo en Columna Individual Instron 3344, con un soporte lógico de ensayo de materiales Bluehill 2 (Instron, Norwodd, MA, EE.UU.).

Ejemplo 15 - Estuches

También se describe en la presente memoria estuches para la preparación de cemento óseo. Los estuches incluyen polvos de vidrio que tienen las relaciones divulgadas de componentes e instrucciones para la preparación de un cemento a partir del polvo de vidrio.

Aunque se ha descrito la invención anterior con cierto detalle por medio de la ilustración y ejemplo con fines de claridad de comprensión, resultará fácilmente evidente para el experto en la técnica a la luz de las consideraciones de la presente invención que determinados cambios y modificaciones se pueden llevar a cabo en la misma sin apartarse por ello del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Referencias:

1. Boyd, D., et al., Zinc-based glass polyalkenoate cements with improved setting times and mechanical properties. Acta biomaterialia, 2008. 4(2): p.425-31.

2. Rajmohan, N., P. Frugier, and S. Gin, Composition effects on synthetic glass alteration mechanisms: Part 1. Experiments. Chemical Geology, 2010. 279(3,Ái4): p. 106-119.

3. Angeli, F., et al., Influence of zirconium on the structure of pristine and leached sodalime borosilicate glasses: Towards a quantitative approach by 17° MQMAS NMR. Journal of Non-Crystalline Solids, 2008.

354(31): p. 3713-3722.

4. Neve, A.D., V. Piddock, and E.C. Combe, The effect of glass heat treatment on the properties of a novel poly- alkenoate cement. Clinical Materials, 1993. 12(2): p. 113-115.

5. Boyd, D., et al., Comparison of an experimental bone cement with surgical Simplex P, Spineplex and Cortoss. Journal of materials science. Materials in medicine, 2008. 19(4): p. 1745-52.

6. Clarkin, O., D. Boyd, and M.R. Towler, Strontium-based glass polyalkenoate cements for luting applications in the skeleton. Journal of biomaterials applications, 2010. 24(6): p.483-502.

7. Clarkin, O.M., D. Boyd, and M.R. Towler, Comparison of failure mechanisms for cements used in skeletal luting applications. Journal of materials science. Materials in medicine, 2009. 20(8): p. 1585-94.

8. ISO9917, Dentistry - Water-based cements, 2007.

9. Williams, J.A., R.W. Billington, and G.J. Pearson, The effect of the disc support system on biaxial tensile strength of a glass ionomer cement. Dental Materials, 2002. 18(5): p. 376-379.

10. Higgs, W.A.J., et al., A simple method of determining the modulus of orthopedic bone cement. Journal of biomedical materials research, 2001. 58(2): p. 188-195.

11. ISO6872, Dentistry - Ceramic materials, 2008.

12. Tsigkou O, Jones JR, Polak JM, Stevens MM. Differentiation of fetal osteoblasts and formation of mineralized bone nodules by 45S5 Bioglass ® conditioned médium in the absence of osteogenic supplements. Biomaterials. 2009;30:3542-50.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición que comprende:

un polvo de vidrio que comprende:

una fracción de 0,1-0,75 moles de GeO2;

una fracción de 0,11-0,53 moles de ZnO;

una fracción de 0,01-0,2 moles de CaO; y

una fracción de 0,02-0,48 moles de SO2;

en la que el polvo de vidrio comprende no más una fracción de 0,01 moles de aluminosilicatos, y está preferentemente libre de aluminosilicatos.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que el polvo de vidrio además comprende una fracción de 0,025-0,12 moles de SrO.

3. La composición de la reivindicación 1 o reivindicación 2 en la que el polvo de vidrio comprende además una fracción de 0,005-0,08 moles de cada uno de ZrO2 y Na2O.

4. La composición de cualquier reivindicación anterior en la que el polvo de vidrio comprende además una fracción de 0,005-0,04 moles de cada uno de ZrO2 y Na2O.

5. La composición de cualquier reivindicación anterior en la que el polvo de vidrio comprende además una fracción de 0,1-0,6, 0,2-0,5 o 0,35-0,50 en moles de GeO2.

6. La composición de cualquier reivindicación anterior en la que el polvo de vidrio comprende una fracción de 0,36 moles de ZnO.

7. La composición de cualquier reivindicación anterior en la que el polvo de vidrio comprende una fracción de 0,02 0,25 o 0,02-0,2 moles de SiO2.

8. La composición de la reivindicación 2 en la que el polvo de vidrio comprende una fracción de 0,04 moles de SrO.

9. La composición de cualquier reivindicación anterior en la que el polvo de vidrio comprende una fracción de 0,02 0,16, 0,02-0,12, 0,05-0,15 o 0,07-0,13 moles de CaO.

10. La composición de cualquier reivindicación anterior, en la que el polvo de vidrio comprende una fracción de 0,005-0,06, 0,01-0,055 o 0,02-0,04 moles de cada uno de ZrO2 y Na2O.

11. Una composición que comprende:

un polvo de vidrio que comprende

una fracción de 0,057 moles de SiO2, una fracción de 0,381 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,047 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,115 moles de CaO; o

una fracción de 0,130 moles de SiO2, una fracción de 0,350 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,029 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,091 moles de CaO;

una fracción de 0,021 moles de SiO2, una fracción de 0,0459 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,019 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,101 moles de CaO;

una fracción de 0,215 moles de SiO2, una fracción de 0,215 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,050 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,120 moles de CaO; o

una fracción de 0,318 moles de SiO2, una fracción de 0,162 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,032 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,088 moles de CaO;

en la que el polvo de vidrio además comprende componentes de cinc y estroncio, y los componentes de cinc y estroncio preferentemente comprenden una fracción de 0,36 moles de ZnO y una fracción de 0,04 moles de SrO; y en el que la fracción en moles combinada de ZrO2/Na2O es preferentemente igual a las fracciones en moles de ZrO2 y Na2O.

12. La composición de acuerdo con la reivindicación 11 en la que el polvo de vidrio comprende: una fracción de 0,215 moles de SiO2, una fracción de 0,215 moles de GeO2, una fracción combinada de 0,050 moles de ZrO2/Na2O y una fracción de 0,120 moles de CaO.

13. Una composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en combinación con una solución acuosa de aproximadamente un 40 % - 60 %, preferentemente un 50 % en peso de poli(ácido alquenoico), que preferentemente comprende poli(ácido acrílico), en el que la composición y la solución acuosa están en una relación de aproximadamente 2:1 a 1:1, para uso como cemento óseo, preferentemente en forma de cemento óseo inyectable, en el que el poli(ácido alquenoico) tiene un peso molecular promedio expresado en peso (Mw) de aproximadamente 1.150 a 1.500.000; de 1.150 a 383.000; de 1.150 a 114.000; o de 1.150 a 22.700; y preferentemente de aproximadamente 12.700.