ES2946546T3

ES2946546T3 - Biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo y método de fabricación del mismo

Info

Publication number: ES2946546T3
Application number: ES17914494T
Authority: ES
Inventors: Yoon Jeong Park; Chong-Pyoung Chung; Jue-Yeon Lee; Ju Yeon Chae
Original assignee: Seoul National University R&DB Foundation; Nibec Co Ltd
Current assignee: SNU R&DB Foundation; Nibec Co Ltd
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: KR20180137763A; US20210138111A1; CN110997023A; KR102183048B1; WO2018235984A1; EP3643333A1; EP3643333A4; EP3643333B1

Abstract

La presente invención se relaciona con un biomaterial integral para la regeneración de un tejido óseo y un método de fabricación del mismo y, más particularmente, con un biomaterial integral para la regeneración de un tejido óseo, que comprende una infraestructura compuesta por una proteína de matriz extracelular y un mineral óseo, y una supracapa compuesta por una proteína de matriz extracelular y un método para fabricar la misma. El biomaterial integral para la regeneración de un tejido óseo según la presente invención tiene la ventaja de que la infraestructura compuesta por una proteína de matriz extracelular y un componente mineral óseo reproduce un entorno de tejido óseo natural para facilitar la regeneración de nuevos huesos y particularmente, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo y método de fabricación del mismo

[Campo técnico]

La presente invención se refiere a un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo y a un método para prepararlo, y, más particularmente, a un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo que incluye una estructura inferior que consta de una proteína de matriz extracelular y un mineral óseo y una capa superior que consiste en una proteína de matriz extracelular y a un método para preparar el mismo.

[Técnica anterior]

El tejido periodontal que soporta los dientes consiste en gran medida en hueso alveolar, tejido conjuntivo que constituye la membrana periodontal entre el hueso alveolar y el diente, tejido epitelial y tejido del ligamento periodontal. La pérdida de hueso alveolar debido a la progresión de la periodontitis se acompaña de pérdida de tejido del ligamento periodontal, y la recuperación normal del hueso alveolar y del tejido del ligamento periodontal es imposible debido al crecimiento excesivo de tejido conjuntivo en el sitio de pérdida de tejido después del tratamiento periodontal. Adicionalmente, incluso cuando se genera hueso nuevo, el tejido del ligamento periodontal puede no estar normalmente diferenciado, lo que da como resultado la pérdida de la función dental. Por tanto, para abordar estos problemas, se utiliza una membrana de barrera artificial junto con un injerto de sustitución ósea como cirugía de regeneración ósea alveolar. Cuando un material de injerto óseo se usa solo, existe el inconveniente de que el material de injerto óseo es difícil de mantener en un sitio de injerto y, por lo tanto, se induce la regeneración del tejido usando un método de relleno de un sitio de pérdida ósea con un material de injerto óseo y colocando una membrana de protección (barrera) sobre el mismo y suturando la membrana (véase la Figura 1). Cuando se utilizan al mismo tiempo un material de injerto óseo y una membrana de barrera, el material de injerto óseo implantado en el lado inferior y la membrana de barrera en el lado superior deben estar en estrecho contacto entre sí para facilitar la regeneración ósea, aumentando así la tasa de éxito del injerto óseo. Por el contrario, si hay un espacio entre el material de injerto óseo y la membrana de barrera, la tasa de éxito de la regeneración ósea se reduce. Sin embargo, la aplicación de productos separados de un material de injerto óseo y una membrana de barrera hace imposible lograr un contacto cercano perfecto entre los dos productos. Por tanto, si se desarrolla un producto integrado que tiene tanto un material de injerto óseo como una función de membrana de barrera, se puede aumentar la tasa de éxito de la regeneración ósea. Puede ser posible obtener simultáneamente osteoconductividad del material de injerto óseo y un efecto preventivo del tejido conjuntivo de la membrana de barrera en un solo producto y, por lo tanto, puede mejorarse la comodidad de uso (véanse las Figuras 2A y 2B).

Hasta hace poco, el material de injerto utilizado con más frecuencia para la cirugía de regeneración ósea incluye un material de injerto óseo autógeno, un material de injerto óseo alogénico, un material de injerto óseo xenogénico y un material de injerto óseo sintético, pero el hueso autógeno requiere una cirugía secundaria para la recolección de hueso, por lo que es difícil obtener dicho hueso, el hueso alogénico es problemático por la posibilidad de contaminación con una enfermedad, y el hueso sintético tiene una biocompatibilidad baja con el tejido óseo natural y, por lo tanto, el hueso xenogénico se usa ampliamente.

En el caso de las membranas de barrera, se ha informado que las membranas de barrera se han utilizado para inducir la regeneración del tejido periodontal de manera efectiva durante los últimos 20 años (J. Gottlow, et al., J. Clin. Perio, 13, (1986) pp. 604~616), y desde entonces, se han llevado a cabo investigaciones sobre la inducción y regeneración de tejidos utilizando diversos materiales como membranas de barrera. Recientemente, entre la membranas de barrera biodegradables, las membranas de barrera hechas de colágeno son las más utilizadas, pero tienen limitaciones tales como una resistencia mecánica débil y un contacto cercano incompleto con un material de injerto óseo.

Al mismo tiempo, los huesos y los dientes del cuerpo humano contienen aproximadamente un 80 % de minerales y agua y un 20 % de materia orgánica, y el 80 % de la materia orgánica consiste en proteínas de colágeno y el 20 % de la misma consiste en proteínas no colágenas. Estos componentes proteicos no solo contribuyen a mantener la producción de tejido duro y la resistencia y elasticidad estructural, sino que también actúan como matriz para inducir la adhesión de células formadoras de tejido duro, como los osteoblastos, y para orientar los componentes iónicos inorgánicos que constituyen los componentes del tejido duro (Anselme, Osteoblast adhesion on biomaterials, Biomateriales, 21 (7): 667-81,2000).

Los materiales de injerto óseo derivados de hueso xenogénico existentes contienen solo componentes minerales, de los cuales se ha eliminado las proteínas por completo y, por lo tanto, no tienen la misma estructura que el hueso natural. Para abordar este problema, se está desarrollando un biomaterial al que se introducen las proteínas que constituyen el tejido óseo, tal como colágeno. Sin embargo, es imposible preparar un biomaterial estable simplemente mezclando colágeno y un material de injerto óseo, y los métodos de preparación de biomateriales existentes tienen limitaciones en la preparación de un biomaterial que tenga una función de membrana de barrera.

Al mismo tiempo, se ha intentado un método para preparar por separado una capa superior y una estructura inferior y unir la capa superior y la estructura inferior a través de un enlace covalente usando un agente de reticulación químico en la etapa de producto final, pero la reacción de reticulación apenas ocurre en estado de fase sólida, por lo que no se puede formar un enlace suficiente, y cuando se permite que un producto absorba suficientemente una solución salina fisiológica o se hidrate con ella para su uso, hay un problema como la separación entre la capa superior y la estructura inferior. Adicionalmente, cuando se utiliza un agente de reticulación químico, no debe quedar ningún agente reticulante químico en el producto, pero si se queda, se puede producir toxicidad en el sitio del injerto y, por lo tanto, el agente de reticulación químico muestra un efecto adverso en términos de seguridad. Adicionalmente, cuando la estructura inferior y la capa superior se implantan por separado, se genera un espacio entre las dos estructuras y, por lo tanto, el tejido conjuntivo puede infiltrarse no solo desde el lado superior sino también desde la superficie lateral hacia el mismo, interfiriendo así con un proceso de regeneración ósea procedente del lado inferior, lo que da como resultado una eficiencia de regeneración ósea significativamente reducida. El documento US 2016/106885 A1 divulga un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo, comprendiendo el biomaterial integrado: una estructura inferior que comprende una proteína de matriz extracelular y un componente mineral óseo; y una capa superior que comprende colágeno. No hay indicación de la cantidad específica de colágeno y la relación entre la parte inferior y superior del implante.

Por tanto, para abordar los problemas descritos anteriormente, existe la necesidad de desarrollar un biomaterial integrado que no solo realice un entorno de tejido óseo, pero también tiene una función de membrana de barrera capaz de prevenir la infiltración del tejido conjuntivo.

Por tanto, como resultado de haber realizado intensos esfuerzos para abordar los problemas convencionales descritos anteriormente, los inventores de la presente invención desarrollaron un biomaterial integrado al que se unen orgánicamente la matriz extracelular y los componentes minerales óseos para tener una composición similar a la de los tejidos óseos, y con una función de membrana de barrera, y confirmaron que tal biomaterial integrado tiene una excelente efecto sobre la regeneración ósea, completando así la presente invención.

[Divulgación]

[Problema técnico]

Por tanto, la presente invención se ha realizado en vista de los problemas anteriores, y es un objetivo de la presente invención proporcionar un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo que no solo realiza un entorno de tejido óseo, pero también previene la infiltración de tejidos conjuntivos para exhibir de ese modo una capacidad de regeneración de tejido óseo maximizada y un método para preparar el mismo.

[Solución técnica]

De acuerdo con la presente invención, los objetivos anteriores y otros pueden lograrse mediante la provisión de un biomaterial integrado para la regeneración del tejido óseo, comprendiendo el biomaterial integrado: una estructura inferior que incluye colágeno y un componente mineral óseo; y una capa superior que incluye colágeno, en donde la relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior oscila entre 0,13-1,3:1.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, los objetivos anteriores y otros pueden lograrse mediante la provisión de un uso de un biomaterial integrado para la regeneración del tejido óseo, comprendiendo el biomaterial integrado: una estructura inferior que incluye colágeno y un componente mineral óseo; y una capa superior que incluye colágeno, en donde la relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior oscila entre 0,13-1,3:1.

Divulgado, pero que no forma parte de la presente invención, se proporciona un método de regeneración de tejido óseo que incluye la implantación, en un individuo que necesita regeneración de tejido óseo, un biomaterial integrado que comprende: una estructura inferior que incluye una proteína de matriz extracelular y un componente mineral óseo; y una capa superior que incluye una proteína de matriz extracelular.

De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para preparar un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo que comprende: una estructura inferior que incluye colágeno y un componente mineral óseo; y una capa superior que incluye colágeno, comprendiendo el método: (a) moldear una mezcla de estructura inferior que incluye partículas de colágeno y minerales óseos; (b) alinear una estructura de la mezcla de estructura inferior que incluye colágeno y partículas de mineral óseo; (c) colocar sobre ella una capa superior que incluya colágeno; (d) unir la capa superior y la estructura inferior; (e) liofilizar la estructura resultante; y (f) reticular térmicamente el colágeno de la capa superior, en donde la relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior oscila entre 0,13-1,3:1.

[Descripción de los dibujos]

Los anteriores y otros objetivos, características y otras ventajas de la presente invención se comprenderán más claramente a partir de la siguiente descripción detallada tomada en combinación con los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista esquemática que ilustra un procedimiento general de injerto óseo, en donde, después de llenarse primero con un material de injerto óseo, se coloca una membrana de barrera y se sutura;

la figura 2A es una vista esquemática de un biomaterial integrado en el que se integran un material de injerto óseo y una función de membrana de barrera, la figura 2B es una imagen de microscopio electrónico de barrido diferencial de un biomaterial integrado en el que se integran un material de injerto óseo y una función de membrana de barrera, y la FIG. 2C ilustra un proceso de regeneración ósea utilizando material de injerto y una membrana de barrera por separado o un biomaterial integrado en el que se integran un material de injerto óseo y una función de membrana de barrera;

la figura 3 ilustra imágenes de microscopio de barrido diferencial que muestran biomateriales integrados preparados de acuerdo con los Ejemplos 1, 2 y 3, en donde las flechas indican una capa de colágeno;

la figura 4 ilustra los resultados de observar el grado de degradación de una capa superior de colágeno de cada uno de los biomateriales integrados de los Ejemplos 1, 2 y 3 por colagenasa, en donde las flechas indican una capa de colágeno; y

la figura 5 ilustra los resultados de observar el grado de regeneración ósea de cada uno de los biomateriales integrados de los Ejemplos 1, 2 y 3 después de ser implantados en sitios con defectos óseos de conejos, en donde las flechas indican una capa de colágeno, G indica un material de injerto óseo y NB indica hueso nuevo.

[Descripción detallada de ejemplos de realización]

A menos que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido comúnmente por un experto habitual en la materia a la que pertenece la invención. Por lo general, la nomenclatura utilizada en el presente documento es bien conocida en la técnica y se utiliza comúnmente.

En la presente invención, se confirmó que, cuando un biomaterial integrado preparado mediante la formación de una capa superior formada por una proteína de matriz extracelular sobre una estructura inferior que consiste en una proteína de matriz extracelular y un mineral óseo se utiliza como material de injerto óseo, la estructura inferior crea un entorno de tejido óseo para facilitar la regeneración de hueso nuevo, y la capa superior permite que el material de injerto óseo se mantenga estable en un sitio de defecto óseo y crea un entorno de tejido óseo natural en un sitio de injerto al evitar la infiltración de tejido epitelial o tejido conjuntivo, maximizando así la capacidad de regeneración del tejido óseo.

Adicionalmente, el biomaterial integrado se puede preparar induciendo la unión física entre las dos estructuras en un proceso de preparación inicial sin usar un reactivo adicional como un agente de reticulación químico, distintas de las materias primas principales y, por lo tanto, pueden evitarse los problemas de toxicidad causados por un agente de reticulación químico y una capa superior y una capa inferior no se separan entre sí incluso después de la hidratación para lograr así también la estabilidad estructural.

Adicionalmente, en comparación con un caso en el que, cuando se implantan por separado una estructura inferior y una capa superior, el tejido conjuntivo se infiltra en un espacio entre las dos estructuras y, por lo tanto, interfiere con un proceso de regeneración ósea, el biomaterial integrado no tiene espacio entre las dos estructuras y, por lo tanto, el tejido conjuntivo no se infiltra en una superficie lateral del mismo, de modo que el proceso de regeneración ósea que procede de la parte inferior del mismo se induce de forma suave y efectiva (véase la figura 2C).

Por tanto, una realización de la presente invención se refiere a un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo que comprende una estructura inferior que incluye colágeno y un componente mineral óseo y una capa superior que incluye colágeno, en donde la relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior oscila entre 0,13-1,3:1.

Lo divulgado en la presente invención, pero que no forma parte de ella, se refiere al uso de un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo, comprendiendo el biomaterial integrado: una estructura inferior que incluye una proteína de matriz extracelular y un componente mineral óseo; y una capa superior que incluye una proteína de matriz extracelular.

Lo divulgado pero que no forma parte de la presente invención se refiere a un método para regenerar tejido óseo, que comprende implantar, en un individuo que necesita regeneración de tejido óseo, un biomaterial integrado que comprende: una estructura inferior que incluye una proteína de matriz extracelular y un componente mineral óseo; y una capa superior que incluye una proteína de matriz extracelular.

Otra realización de la presente invención se refiere a un método para preparar el biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo, que comprende: (a) moldear una mezcla de estructura inferior que incluye partículas de colágeno y minerales óseos; (b) alinear una estructura de la mezcla de estructura inferior que incluye colágeno y partículas de mineral óseo; (c) colocar sobre ella una capa superior que incluye una proteína de matriz extracelular; (d) unir la capa superior y la estructura inferior; (e) liofilizar la estructura resultante; y (f) reticular térmicamente el colágeno de la capa superior, en donde la relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior oscila entre 0,13-1,3:1.

En la presente invención, la capa superior, incluido el colágeno, debe unirse orgánicamente a la estructura inferior, incluido el colágeno y un componente mineral óseo, que es un biomaterial similar al tejido óseo, y no debe separarse del mismo cuando se aplica in vivo. Adicionalmente, ya que la capa superior que incluye colágeno debe mantenerse durante al menos una semana cuando se implanta in vivo, el grado de degradación por una proteasa como la colagenasa debe ser del 10% (p/p) o menos con respecto al peso total. En la presente invención, en todos los biomateriales integrados preparados según los Ejemplos 1 a 3, la tasa de degradación del colágeno de la capa superior por la colagenasa estuvo en el intervalo de 2,41 % (p/p) a 5,90 % (p/p) en el punto de dos semanas después de la degradación del colágeno, a partir de lo cual se confirmó que la retención de la capa superior como membrana barrera podría durar una semana o más.

En el proceso (a) de la presente invención, se llena un molde con una mezcla de estructura inferior que incluye partículas de colágeno y minerales óseos y se moldea.

En el proceso (b) de la presente invención, la alineación de la estructura de la estructura inferior mezcla de colágeno y partículas minerales óseas significa que los enlaces hidrofóbicos, los enlaces de hidrógeno, o similares, se forman entre las cadenas de proteínas a medida que la distancia entre las cadenas de proteínas se vuelve más estrecha, alineando así la disposición de la cadena de proteínas, lo que da como resultado la estabilización estructural.

La concentración de colágeno utilizada en el proceso (c) de la presente invención oscila entre el 0,5 % (p/p) y el 10 % (p/p), más preferentemente en el intervalo de 2 % (p/p) a 5 % (p/p), con respecto a una concentración total del biomaterial.

El proceso (d) de la presente invención es un proceso de unión de la capa superior (es decir, colágeno) y la estructura inferior (es decir, una mezcla que incluye colágeno y partículas de minerales óseos) mediante gelificación usando una base fuerte, y la base fuerte puede seleccionarse del grupo que consiste en hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de calcio, hidróxido de bario, hidróxido de amonio, carbonato de calcio, carbonato de potasio y amoníaco, pero la presente invención no se limita a los mismos.

El proceso (e) de la presente invención se puede realizar congelando a -1,5 °C durante 2 horas o más, seguido de congelación a -20 °C a una velocidad de congelación de 1 °C/min, pero se puede aplicar un método de liofilización usado comúnmente en la técnica.

El proceso (f) de la presente invención pretende extender el tiempo de degradación mediante el tratamiento deshidrotérmico del colágeno de la capa superior, y la reticulación térmica se puede realizar mediante el tratamiento ^{del mismo a 140 °C a 160 °C durante 48 horas a}168 ^horas.

Al mismo tiempo, el método de preparación del biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo puede incluir además, después del proceso (e), (g) añadir un material funcional antimicrobiano o antiinflamatorio; y (h) liofilización.

En la presente invención, la proteína de matriz extracelular de la estructura inferior y la capa superior es colágeno. Como tal colágeno, puede usarse uno derivado de un ser humano o un animal. En el caso del colágeno, es preferible utilizar el tipo 1 o el tipo 3 aislado de piel de cerdo.

En la presente invención, el componente mineral óseo puede ser uno o más seleccionados del grupo que consiste en polvo mineral óseo derivado de un organismo vivo que se origina a partir de hueso alogénico o de hueso xenogénico, hidroxiapatita sintética y micropolvo de fosfato tricálcico.

En la presente invención, se puede variar la proporción del componente mineral óseo a la proteína de la matriz extracelular, y el contenido del componente mineral óseo es preferentemente del 80 % en peso o más, más preferentemente, en el intervalo de 80 % en peso a 95 % en peso, con respecto al peso total del biomaterial integrado. El contenido total de la proteína de la matriz extracelular de la estructura inferior y la proteína de la matriz extracelular de la capa superior es preferentemente del 5 % en peso o más, más preferentemente, en el intervalo de 5 % en peso ^a20 ^{% en peso, con respecto al peso total del biomaterial integrado.}

Al mismo tiempo, una proporción de cantidad (relación en peso) de la proteína de matriz extracelular de la capa superior a la proteína de matriz extracelular de la estructura inferior varía de 0,13-1,3: 1, y en particular, cuando la relación de contenido (relación en peso) de la proteína de la matriz extracelular de la capa superior a la proteína de la matriz extracelular de la estructura inferior es de 0,5:1, es el más preferible en términos de un aumento significativo en la formabilidad del hueso nuevo. En este caso, cuando el contenido de colágeno de la capa superior sea inferior a 0,13 partes en peso con respecto a 1 parte en peso del colágeno de la estructura inferior, la capa superior es ^{demasiado delgada (alrededor de}200 ^{pm o menos) y, por lo tanto, no puede funcionar como una membrana de barrera}para prevenir la infiltración del tejido conjuntivo y, en consecuencia, este caso no es adecuado para su uso como biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo. Cuando el contenido de colágeno de la capa superior sea superior a 1,3 partes en peso con respecto a 1 parte en peso del colágeno de la estructura inferior, la concentración del colágeno de la capa superior es demasiado mayor que la del colágeno en la estructura inferior, exhibiendo así una mayor densidad, y por lo tanto en los procesos de colocación de la capa superior y unión de la capa superior a la estructura inferior, una interfaz entre la capa superior y la estructura inferior se vuelve poco clara debido a la diferencia de densidad, y el mineral óseo incluido en la estructura inferior se introduce en la capa superior de tal manera que una capa de proteína de matriz extracelular de la capa superior no puede actuar adecuadamente como una membrana de barrera y, por lo tanto, este caso no es adecuado para su uso como biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo.

En la presente invención, la capa superior que incluye colágeno tiene preferentemente un espesor de 20 % a 35 % del espesor total del biomaterial. Preferentemente, el espesor de la capa superior está en el intervalo de 0,5 mm a 1,5 mm y el espesor de la estructura inferior está en el intervalo de 1 mm a 6 mm. Más preferentemente, el espesor de la capa superior puede ser de 1 mm y el espesor de la estructura inferior puede oscilar entre 2 mm y 4 mm, pero la presente invención no se limita a los mismos.

El biomaterial integrado según la presente invención puede comprender además un material funcional antimicrobiano o antiinflamatorio, y el material funcional antimicrobiano o antiinflamatorio puede ser, pero sin limitación, uno cualquiera o más seleccionados del grupo que consiste en un agente antimicrobiano, un antibiótico y un péptido o proteína con función antiinflamatoria.

En la presente invención, el agente antimicrobiano puede ser, pero sin limitación, etilendiaminotetraacetato de sodio, clorofilina de cobre y sodio, un material sintético que contenga flúor o cloro, como el fluoruro de sodio o el cloruro de bencetonio, ácido carboxílico aromático incluyendo ácido benzoico y similares, alantαna o acetato de tocoferol.

En la presente invención, el antibiótico puede ser, pero sin limitación, minociclina, tetraciclina, doxiciclina, clorohexidina, ofloxacina, tinidazol, ketoconazol o metronidazol.

El péptido antimicrobiano puede ser un péptido derivado de p-defensina humana, y el péptido antimicrobiano puede seleccionarse de péptidos que tienen las secuencias de aminoácidos de SEQ ID NO: 1 a 3, pero la presente invención no se limita a las mismas.

SEQ ID NO: 1(BD3-3): G-K-C-S-T-R-G-R-K-C-C-R-R-K-K

SEQ ID NO: 2 (BD3-3-M1): G-K-C-S-T-R-G-R-K-C-M-R-R-K-K

SEQ ID NO: 3 (BD3-3-M2): G-K-C-S-T-R-G-R-K-M-C-R-R-K-K

[Ejemplos]

En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con mayor detalle con referencia a los siguientes ejemplos. Estos ejemplos se proporcionan únicamente con fines ilustrativos, y será evidente para los expertos en la materia que el alcance de la presente invención no se considera limitado por estos ejemplos. Por tanto, el alcance sustancial de la presente invención debe estar definido por las reivindicaciones adjuntas.

Ejemplo 1: Biomaterial integrado en el que se integran la estructura inferior formada por partículas minerales óseas derivadas de hueso bovino y colágeno, y la capa superior de colágeno (biomaterial integrado: 7,7 % de colágeno contenido, concentración de colágeno de la capa superior: 0,5 %)

Se prepararon partículas minerales de hueso derivadas de hueso bovino para tener un tamaño de partícula de 0,4 mm a 0,8 mm. Se mezclaron 27 g de un componente mineral óseo con 50 ml de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 4,0 % (p/v) (2 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M, y se llenó un molde con la mezcla resultante, y se la estructura inferior se alineó en un banco limpio. Por separado, se dispensaron sobre la mezcla 50 ml de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 0,5 % (p/v) (0,25 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M para formar una capa superior de colágeno. El peso del colágeno utilizado fue del 7,7 % (p/p) del peso total. Después de dispensar la capa superior de colágeno, la capa se dejó en un banco limpio durante un cierto período de tiempo. La capa resultante se dejó en vapor de amoníaco saturado con amoníaco acuoso al 25 % al 30 % durante 3 horas o más para que se gelificara y luego se lavó con agua purificada para neutralizar el pH.

Después del lavado, el producto resultante se congeló a -1,5 °C durante 2 horas o más y luego se congeló a -20 °C a una velocidad de congelación de 1 °C/min. Después de confirmar que el biomaterial integrado estaba completamente congelado a -20 °C, la liofilización se realizó durante 48 horas. el biomaterial integrado liofilizado se entrecruzó en un horno de vacío a 140 °C durante 120 horas, completando así la preparación de un biomaterial integrado.

Ejemplo 2: Biomaterial integrado en el que se integran la estructura inferior formada por colágeno y partículas minerales óseas derivadas de hueso bovino y la capa superior de colágeno (biomaterial integrado: 10,0 % de colágeno contenido, concentración de colágeno de la capa superior: 2,0 %)

Se prepararon partículas minerales de hueso derivadas de hueso bovino para tener un tamaño de partícula de 0,4 mm a 0,8 mm. Se mezclaron 27 g de un componente mineral óseo con 50 ml de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 4,0 % (p/v) (2 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M, y se llenó un molde con la mezcla resultante, y se la estructura inferior se alineó en un banco limpio. Por separado, se dispensaron sobre la mezcla 50 ml de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 2,0 % (p/v) (1 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M para formar una capa superior de colágeno. El peso del colágeno utilizado fue del 10,0 % (p/p) del peso total. Después de dispensar la capa superior de colágeno, la capa se dejó en un banco limpio durante un cierto período de tiempo. La capa resultante se dejó en vapor de amoníaco saturado con amoníaco acuoso al 25 % al 30 % durante 3 horas o más para que se gelificara y luego se lavó con agua purificada para neutralizar el pH. Después del lavado, el producto resultante se congeló a -1,5 °C durante 2 horas o más y luego se congeló a -20 °C a una velocidad de congelación de 1 °C/min. Después de confirmar que el biomaterial integrado estaba completamente congelado a -20 °C, la liofilización se realizó durante 48 horas. el biomaterial integrado liofilizado se entrecruzó en un horno de vacío a 140 °C durante 120 horas, completando así la preparación de un biomaterial integrado.

Ejemplo 3: Biomaterial integrado en el que se integran la estructura inferior formada por colágeno y partículas minerales óseas derivadas de hueso bovino y la capa superior de colágeno (biomaterial integrado: 14,3 % de colágeno contenido, concentración de colágeno de la capa superior: 5,0 %)

Se prepararon partículas minerales de hueso derivadas de hueso bovino para tener un tamaño de partícula de 0,4 mm a 0,8 mm. Se mezclaron 27 g de un componente mineral óseo con 50 ml de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 4,0 % (p/v) (2 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M, y se llenó un molde con la mezcla resultante, y se la estructura inferior se alineó en un banco limpio. Por separado, se dispensaron 50 ml (2,5 g de colágeno) de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 5,0 % (p/v) (2,5 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M sobre la mezcla para formar una capa superior de colágeno. El peso del colágeno utilizado fue del 14,3 % (p/p) del peso total. Después de dispensar la capa superior de colágeno, la capa se dejó en un banco limpio durante un cierto período de tiempo. La capa resultante se dejó en vapor de amoníaco saturado con amoníaco acuoso al 25 % al 30 % durante 3 horas o más para que se gelificara y luego se lavó con agua purificada para neutralizar el pH. Después del lavado, el producto resultante se congeló a -1,5 °C durante 2 horas o más y luego se congeló a -20 °C a una velocidad de congelación de 1 °C/min. Después de confirmar que el biomaterial integrado estaba completamente congelado a -20 °C, la liofilización se realizó durante 48 horas. el biomaterial integrado liofilizado se entrecruzó en un horno de vacío a 140 °C durante 120 horas, completando así la preparación de un biomaterial integrado.

Ejemplo comparativo 1: Biomaterial que consiste solo en estructura inferior, que consiste en partículas minerales de hueso derivadas de hueso bovino y colágeno (biomaterial: 6,90% de colágeno contenido, concentración de colágeno de la capa superior: 0 %)

Se prepararon partículas minerales de hueso derivadas de hueso bovino para tener un tamaño de partícula de 0,4 mm a 0,8 mm. Se mezclaron 27 g de un componente mineral óseo con 50 ml de una solución de colágeno derivado de piel de cerdo al 4,0 % (p/v) (2 g de colágeno) disueltos en ácido acético 0,5 M, y se llenó un molde con la mezcla resultante, y se la estructura inferior se alineó en un banco limpio. El peso del colágeno utilizado fue del 6,90 % del peso total. Después de dispensar la capa superior de colágeno, la capa se dejó en un banco limpio durante un cierto período de tiempo. La capa superior de colágeno se gelificó con una base fuerte y luego se lavó con agua purificada para neutralizar el pH. Después del lavado, el producto resultante se congeló a -1,5 °C durante 2 horas o más y luego se congeló a -20 °C a una velocidad de congelación de 1 °C/min. Después de confirmar que el biomaterial integrado estaba completamente congelado a -20 °C, la liofilización se realizó durante 48 horas. el biomaterial integrado liofilizado se entrecruzó en un horno de vacío a 140 °C durante 120 horas, completando así la preparación de un biomaterial integrado. Las cantidades de material de injerto óseo y colágeno utilizadas se muestran en la Tabla 1 a continuación.

T l 11

continuación

Ejemplo experimental 1: Observación de la estructura del biomaterial integrado preparado

Los biomateriales integrados preparados según los Ejemplos 1 a 3 y nuestro producto comercial (OCS-B Xenomatrix Collagen, NIBEC, Corea) como control se observaron utilizando un microscopio electrónico de barrido diferencial. Cada mimético con estructura de tejido se recubrió con platino y se observó con un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-SEM, Jeol, S-4700, Japón).

La figura 3 es un conjunto de imágenes de microscopio de barrido diferencial de los biomateriales integrados de los Ejemplos 1 a 3. Se observó que los componentes de colágeno y mineral óseo se mezclaron uniformemente en las estructuras compuestas preparadas en los Ejemplos 1 a 3, y se confirmó que la estructura inferior que consiste en mineral óseo y colágeno y la capa superior de colágeno estaban firmemente unidas entre sí sin un espacio vacío entre ellos.

Ejemplo experimental 2: Prueba de degradación por colagenasa

Se contenían 20 ug/ml de colagenasa (0,247 U/mg de liofilizado) en una solución de HBSS (solución salina), y los biomateriales integrados de los Ejemplos 1 a 3 se dejaron durante un cierto período de tiempo y se examinó el grado de degradación de los mismos.

a: peso antes de la prueba de degradabilidad (g)

b: peso después de la prueba de degradabilidad (g)

* Dado que la colagenasa no degrada el material del injerto óseo, no afecta a la tasa de degradación del colágeno.

Después de 2 semanas, se analizó la actividad de degradación del colágeno en la capa superior de colágeno y la estructura inferior (una mezcla de material de injerto óseo y colágeno), que son toda la estructura y los resultados mostraron una degradación de un máximo de 6.90 % como máximo y al menos 1 % con respecto al peso antes de la prueba. Considerando que la tasa de degradación del colágeno en la estructura inferior fue del 1 % en el control, la tasa de degradación del colágeno solo en la capa superior de cada uno de los Ejemplos 1 a 3 fue de 2,41 % a 5,90 %, respectivamente, obtenida por sustracción del 1 %.

Se confirmó que la capa superior de colágeno se mantuvo hasta 2 semanas, y en los Ejemplos 2 y 3, la tasa de degradación de la capa superior de colágeno se mantuvo en un 3 % o menos.

El grado de degradación según la concentración de colagenasa se muestra en la Tabla 2 a continuación.

T l 2

*1) Tasa de degradación del colágeno en la estructura integrada (incluyendo tanto la capa superior de colágeno como la estructura inferior)

*2) Tasa de degradación del colágeno utilizado en la preparación de la capa superior de colágeno

La figura 4 ilustra imágenes de microscopio electrónico de barrido diferencial que muestran superficies de los biomateriales integrados de los ejemplos 1 a 3 y control, en donde las imágenes se adquirieron después de completar la prueba de degradación para identificar el grado de degradación del colágeno en la capa superior.

Ejemplo experimental 3: Prueba de regeneración ósea en animales

Se formó un defecto de 8 mm en el cráneo de conejos, y cada uno de los biomateriales integrados de los Ejemplos 1 a 3 y el biomaterial del Ejemplo Comparativo 1 como control se implantaron en él durante 8 semanas, y luego el grado de formación de hueso nuevo y se observó la capacidad de regeneración de los tejidos circundantes (véase la figura 5).

Cuando se implantó el biomaterial del Ejemplo 2, se formó más hueso nuevo que los otros grupos. Adicionalmente, el biomaterial integrado del ejemplo 2 mostró un aumento en el área de un hueso nuevo de aproximadamente un 50 % en comparación con el ejemplo comparativo 1. Los resultados de histomorfometría del mismo se muestran en la Tabla 3 que se expone a continuación.

T l 1

Si bien la presente invención se ha descrito en particular con referencia a realizaciones específicas de la misma, será obvio para los expertos en la materia que estas realizaciones ilustrativas se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente invención. Por tanto, el alcance sustancial de la presente invención debe estar definido por las reivindicaciones adjuntas y equivalentes de las mismas.

[Aplicabilidad industrial]

En un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo según la presente invención, una estructura inferior que consiste en proteínas de la matriz extracelular y componentes minerales óseos crea un entorno de tejido óseo natural y, por lo tanto, facilita la regeneración de un hueso nuevo y, en particular, una capa superior que consta de una proteína de matriz extracelular se coloca en una proporción adecuada y, por lo tanto, no solo evita la infiltración de tejido epitelial o tejido conjuntivo, sino que también maximiza la capacidad de regeneración del tejido óseo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un biomaterial integrado para la regeneración del tejido óseo, comprendiendo el biomaterial integrado: una estructura inferior que comprende colágeno y un componente mineral óseo; y una capa superior que comprende colágeno, en donde una relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior varía de 0,13-1,3: 1.

2. El biomaterial integrado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el componente mineral óseo comprende uno o más seleccionados entre el grupo que consiste en un polvo mineral óseo derivado de un organismo vivo procedente de hueso alogénico o de hueso xenogénico, de hidroxiapatita sintética y de micropolvo de fosfato tricálcico.

3. El biomaterial integrado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el contenido del componente mineral óseo oscila entre el 80 % en peso y el 95 % en peso con respecto al peso total del biomaterial integrado, o

en donde un contenido total del colágeno de la estructura inferior y del colágeno de la capa superior oscila entre el 5 % en peso y el 20 % en peso con respecto al peso total del biomaterial integrado.

4. El biomaterial integrado de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un material funcional antimicrobiano o antiinflamatorio.

5. Un método para preparar un biomaterial integrado para la regeneración de tejido óseo de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo el método los siguientes procesos:

(a) moldear una mezcla de estructura inferior que comprende colágeno y partículas de mineral óseo;

(b) alinear una estructura de la mezcla de estructura inferior que comprende colágeno y partículas de mineral óseo; (c) colocar sobre ella una capa superior que comprende colágeno;

(d) unir la capa superior y la estructura inferior;

(e) liofilizar la estructura resultante; y

(f) reticular térmicamente el colágeno de la capa superior, en donde una relación de cantidad (relación en peso) del colágeno de la capa superior al colágeno de la estructura inferior varía de 0,13-1,3: 1.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el componente mineral óseo comprende uno o más seleccionados de entre el grupo que consiste en un polvo mineral óseo derivado de un organismo vivo procedente de hueso alogénico o de hueso xenogénico, de hidroxiapatita sintética y de micropolvo de fosfato tricálcico.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el contenido del componente mineral óseo oscila entre el 80 % en peso y el 95 % en peso con respecto al peso total del biomaterial integrado.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que un contenido total del colágeno de la estructura inferior y del colágeno de la capa superior oscila entre el 5 % en peso y el 20 % en peso con respecto al peso total del biomaterial integrado.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la capa superior y la estructura inferior del proceso (d) se unen mediante gelificación utilizando una base fuerte.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el proceso (e) se realiza mediante reticulación térmica a 140 °C a 160 °C durante 48 horas a 168 horas.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende, además, después del proceso (e):

(g) añadir un material funcional antimicrobiano o antiinflamatorio; y

(h) liofilizar la estructura resultante.