ES2973340T3 - Material híbrido de hidrogel, método de su preparación y aplicación - Google Patents
Material híbrido de hidrogel, método de su preparación y aplicación Download PDFInfo
- Publication number
- ES2973340T3 ES2973340T3 ES20754841T ES20754841T ES2973340T3 ES 2973340 T3 ES2973340 T3 ES 2973340T3 ES 20754841 T ES20754841 T ES 20754841T ES 20754841 T ES20754841 T ES 20754841T ES 2973340 T3 ES2973340 T3 ES 2973340T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- silica particles
- sol
- materials
- functionalized
- amino groups
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims abstract description 10
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 17
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 claims description 12
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 claims description 12
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 claims description 11
- AZKVWQKMDGGDSV-BCMRRPTOSA-N Genipin Chemical compound COC(=O)C1=CO[C@@H](O)[C@@H]2C(CO)=CC[C@H]12 AZKVWQKMDGGDSV-BCMRRPTOSA-N 0.000 claims description 10
- AZKVWQKMDGGDSV-UHFFFAOYSA-N genipin Natural products COC(=O)C1=COC(O)C2C(CO)=CCC12 AZKVWQKMDGGDSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 9
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 claims description 9
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 claims description 9
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 102000002260 Alkaline Phosphatase Human genes 0.000 description 10
- 108020004774 Alkaline Phosphatase Proteins 0.000 description 10
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 8
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 7
- 239000012890 simulated body fluid Substances 0.000 description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 6
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000007515 enzymatic degradation Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 4
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 4
- 102000029816 Collagenase Human genes 0.000 description 3
- 108060005980 Collagenase Proteins 0.000 description 3
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229960002424 collagenase Drugs 0.000 description 3
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 3
- 125000005372 silanol group Chemical group 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 208000020084 Bone disease Diseases 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004166 bioassay Methods 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 238000013043 cell viability test Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000007734 materials engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004072 osteoblast differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000003319 supportive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/40—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
- A61L27/44—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix
- A61L27/446—Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material having a macromolecular matrix with other specific inorganic fillers other than those covered by A61L27/443 or A61L27/46
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/14—Macromolecular materials
- A61L27/26—Mixtures of macromolecular compounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L89/00—Compositions of proteins; Compositions of derivatives thereof
- C08L89/04—Products derived from waste materials, e.g. horn, hoof or hair
- C08L89/06—Products derived from waste materials, e.g. horn, hoof or hair derived from leather or skin, e.g. gelatin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/28—Compounds of silicon
- C09C1/30—Silicic acid
- C09C1/3063—Treatment with low-molecular organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/08—Treatment with low-molecular-weight non-polymer organic compounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/80—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special chemical form
- A61L2300/802—Additives, excipients, e.g. cyclodextrins, fatty acids, surfactants
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
- A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2203/00—Applications
- C08L2203/02—Applications for biomedical use
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
- Cosmetics (AREA)
Abstract
Se divulga un material híbrido de hidrogel biocompatible útil en medicina regenerativa, en particular en la reconstrucción de tejido óseo y un método para su preparación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Material híbrido de hidrogel, método de su preparación y aplicación
La invención se refiere al campo de la ingeniería de materiales, y más en particular a materiales híbridos de hidrogel inyectables bioactivos estructuralmente estables, aplicables para uso en ingeniería de tejidos.
La fabricación de biomateriales novedosos diseñados para fines de ingeniería de tejidos y que se dirige a la reconstrucción de tejido óseo, es todavía un desafío significativo para la medicina regenerativa [1, 2]. Los estudios dirigidos al desarrollo y la producción de soportes de células bioactivos son especialmente importantes debido a las posibilidades de utilizar el potencial terapéutico de tales materiales en la reconstrucción de defectos óseos causados por accidentes, enfermedades del hueso, así como alteraciones en el tejido óseo causadas por procesos de envejecimiento [3]. Los hidrogeles biopoliméricos inyectables son candidatos extremadamente prometedores para aplicaciones de soporte debido a una variedad de propiedades distintivas [4, 5, 6].
El fin de la invención es proporcionar un material biopolimérico que sería particularmente adecuado para uso en medicina regenerativa, especialmente en la reconstrucción de tejido óseo. Es particularmente deseado que el material asegure la aceleración del proceso de mineralización y que sirva como una biomatriz conveniente para la colonización por células osteoblastos. El objeto de la invención es un material híbrido de hidrogel biocompatible y un método de producción del mismo, definido en detalle en las reivindicaciones adjuntas. Las implementaciones de la invención demostradas en la presente solicitud es un producto en forma de un material híbrido de hidrogel, caracterizado en que se obtuvo por entrecruzamiento simultáneo, con un agente de entrecruzamiento biocompatible, que es genipina, de una matriz de hidrogel biopolimérico compuesto de colágeno, quitosano y ácido hialurónico y dispersado en partículas de sílice con superficies intencionalmente modificadas, modificadas con grupos amino.
La funcionalización de las superficies con grupos amino permitió la unión covalente de partículas de sílice con la red polimérica de hidrogel durante el entrecruzamiento con genipina - un agente capaz de entrecruzar mediante la formación de enlaces covalentes con grupos amino primarios. El material bioactivo obtenido es un material híbrido homogéneo, en donde partículas de sílice bioactivas están permanentemente unidas con una matriz biopolimérica. La unión covalente de las nanopartículas de sílice con la matriz elimina un problema serio que es la separación de fases de partículas y su difusión incontrolada a tejidos en condicionesin vivo,observada en una situación cuando las partículas no están inmovilizadas.
El material híbrido según la invención se puede usar para la reconstrucción de defectos óseos ortopédicos, dentales. Se puede introducir en un defecto con un método no invasivo (inyección) y gelificar de una manera controlada, y después de cumplir su función terapéutica se degradará enzimáticamente (como se mostró) con la formación de productos biocompatibles.
Sorprendentemente, el material según la invención proporciona aceleración de los procesos de mineralización y es una biomatriz adecuada para la colonización por células de tipo osteoblasto. En ensayos biológicos realizados en el material híbrido de hidrogel según la invención, se reveló que el material retiene su biocompatibilidad, así como la capacidad de apoyar la adhesión, proliferación y mantener el fenotipo de células de tipo osteoblasto (MG-63).
En el presente documento a continuación, se muestran ejemplos de la invención.
Ejemplo 1. Preparación de material híbrido de hidrogel.
La preparación del material híbrido de hidrogel según la invención comprende dos etapas sustanciales, descritas en detalle a continuación en el apartado 1 y el apartado 2.
1. Preparación de partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino
Las partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino se obtuvieron con un método sol-gel. Se añadieron 1,0 ml de tetraetoxisilano (TEOS) y 0,1 ml de aminopropiltrietoxisilano (APTES) secuencialmente a una mezcla compuesta de etanol (5,1 ml) y agua (5 ml). La mezcla resultante se mezcló usando un agitador magnético durante 30 minutos a temperatura ambiente. El material obtenido se centrifugó y después se purificó lavando con etanol y centrifugando. El ciclo lavado con etanol/centrifugación se repitió cuatro veces. El material se secó en una cámara de vacío a 60°C. Después de la purificación, se obtuvo un polvo blanco.
2. Preparación del material híbrido
El material híbrido se obtuvo como resultado del entrecruzamiento simultáneo con genipina de una mezcla de biopolímeros (colágeno, quitosano y ácido hialurónico) y partículas de sílice modificadas en superficie. Se mezclaron volúmenes apropiados de soluciones de biopolímeros: 590 pl de solución de colágeno (Kol) (una solución en ácido clorhídrico con una concentración en el intervalo de 3,5-4,1 mg/ml - en la forma que proporciona el suministrador BD Biosciences) con 193 pl de solución de quitosano (Ch) (una solución con el 1% p/p en ácido acético al 1%) con 48 pl de solución de ácido hialurónico (HA) (una solución con el 1% p/p en tampón fosfato (PBS) 10x (con una composición de: NaCl (c = 1,37 M), KCl (c = 27 mM), Na<2>HPO<4>(c = 43 mM), KH<2>PO<4>(c = 14 mM), pH ajustado a 7,4 con ácido clorhídrico concentrado (c = 35%) solución de HCl). El sol obtenido se sometió a agitación vigorosa y después se añadieron 0,3 ml de dispersión acuosa de partículas de sílice funcionalizadas a una concentración adecuada (S1 = 16,6 mg/ml, S2 = 8,3 mg/ml, S3 = 1,7 mg/ml). La mezcla se agitó otra vez y después se añadieron 169 pl de solución de genipina (una solución con una concentración de 20 mM, preparada en<p>B<s>10x) y se incubó a 37°C hasta el entrecruzamiento completo. El material obtenido está en forma de hidrogel. La proporción en peso de los biopolímeros en el material obtenido era: Kol:Ch:HA - 50:40:10. Usando tres concentraciones diferentes de dispersiones de partículas de sílice, se obtuvieron tres tipos de materiales híbridos: KolChHA S1, KolChHA S2 y KolChHA S3. Como un material control, se obtuvo un hidrogel con una composición de biopolímeros análoga, pero sin la adición de las partículas de sílice (KolChHA).
Ejemplo 2. Propiedades fisicoquímicas del material híbrido de hidrogel obtenido y de los sustratos usados para su preparación.
1) Propiedades fisicoquímicas de las partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino
La figura 1 muestra un esquema de la preparación de las partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino.
La preparación de partículas de sílice funcionalizadas se confirmó con métodos espectroscópicos, su morfología y parámetros porosimétricos también se determinaron. La figura 2 muestra una comparación de los espectros de FTIR y XPS obtenidos para el material sintetizado. Las bandas visibles en el espectro de FTIR (Fig. 2A) confirman la presencia tanto de grupos silanol como de grupos amina. Una banda intensa, estrecha a 1027 cm-1 deriva de las vibraciones de flexión Si-O, mientras el pico a 779 cm-1 de las vibraciones de tensión Si-O-Si, siendo ambas características de la sílice. La banda a 942 cm-1 se puede asignar al grupo Si-OH, mientras el pico a 1523 cm-1 deriva del grupo NH<2>-. La banda a 1626 cm-1 se puede asignar al H<2>O adsorbida, mientras la banda ancha extensa encontrada en el intervalo 2600-3650 cm-1 es una yuxtaposición de bandas derivadas de partículas de agua adsorbidas, grupos OH- presentes en la superficie de la muestras y grupos amino.
Con el fin de hacer un análisis más completo de la composición de superficie del material obtenido, se realizó un análisis usando espectroscopía fotoelectrónica (XPS). La figura 2B muestra el espectro obtenido, con los picos visibles que se pueden asignar a O1s (531,1 eV), N1s (402,6 eV), C 1s (286,5 eV), Si 2s (155,1 eV) y Si 2p (103,5). Las señales derivadas de N1s y C1s se pueden considerar diagnósticas para la funcionalización de superficie usando APTES, porque las partículas de sílice obtenidas con TEOS no contienen estos elementos. El análisis de la composición de superficie del material mostrado en la tabla 1 demostró que se obtuvieron estructuras SiCON con composición atómica del 78%, 3%, 7% y 12% para O, N, C y Si, respectivamente. La composición atómica teórica se calculó mientras se asumía que la estructura química de las partículas de sílice funcionalizadas era resultante de la proporción molar TEOS:APTEs (10:1) usada en la síntesis. Al comparar los datos experimentales y teóricos, se puede observar un mayor nivel de oxígeno, que puede estar producido por la presencia de grupos silanol expuestos en la superficie, formados como resultado de la policondensación parcial de los precursores empleados.
La figura 2 muestra una comparación de los espectros de FTIR (A) y XPS (B) obtenidos para las partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino.
Tabla 1. Resultados de XPS para la composición de superficie elemental (%) para partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino.___________________________________________________________________________________Composición de superficie
elemental (%) O1s N1s C1s Si2p
Datos experimentales78 3 7 12
Datos teóricos49 2 5 44
Además, se determinaron los diámetros hidrodinámicos, así como los potenciales de superficie (zeta) para las partículas obtenidas. Los datos reunidos se resumieron en la tabla 2. Un diámetro hidrodinámico medio de las partículas obtenidas de medidas de DLS es aproximadamente 607 nm, con un índice de dispersión, DI = 0,3. El potencial zeta de las partículas obtenidas era positivo (35 mV) como resultado de la protonación de los grupos amino encontrados en el esqueleto de APTES, que es otro resultado que verifica la funcionalización eficaz.
Tabla 2. Resumen de los datos obtenidos para partículas de sílice funcionalizadas: diámetro hidrodinámico (dz), índice de dispersión (DI), potencial zeta (Z), así como parámetros porosimétricos, incluyendo: área de superficie específica (SBET), volumen (Vmes) y diámetro (Dmes) de los mesoporos._____________________________________________dz [nm] DI Z [mV] Sb e t [m<2>/g] Vm e s (BJH) [cm<3>/g] Dm e s (BJH) [nm]607 ± 23 0,3 35 ± 1 24 0,14 23
La morfología del material obtenido se determinó usando microscopía electrónica de barrido (MEB). La figura 3 muestra las microfotografías obtenidas de las partículas de sílice funcionalizadas, en donde se pueden ver dos poblaciones de partículas. Las más grandes tienen un diámetro de aproximadamente 400 nm mientras las partículas más pequeñas tienen un diámetro de aproximadamente 100 nm. Las partículas más pequeñas (indicadas con flechas en la figura 3B) tienen una tendencia a agregar alrededor de objetos mayores.
Basado en las medidas del isotermo de adsorción de nitrógeno, se determinaron los parámetros que caracterizan la porosidad para las partículas obtenidas (Tabla 2). El área de superficie específica (S<bet>) se midió basado en el modelo de Brunauer-Emmett-Teller (BET), así como el tamaño y volumen de los poros. Se encontró que las partículas de sílice funcionalizadas se caracterizan por un área de superficie específica de 24 m2/g y que tienen mesoporisidad sustancial (0,14 cm3/g).
2) Propiedades fisicoquímicas del material híbrido.
La figura 4 muestra un esquema de la preparación del material híbrido. Usando tres concentraciones diferentes de la dispersión de las partículas de sílice, se obtuvieron tres tipos de materiales híbridos: KolChHA S1, KolChHA S2 y KolChHA S3 con sus composiciones mostradas en la tabla 3.
Tabla 3. Resumen de las composiciones de los materiales híbridos obtenidos (Kol - colágeno, Ch - quitosano, HA -ácido hialurónico).____________________________________________________________________________________Tipo de material Proporción en peso Concentración de partículas de sílice Kol:Ch:HA funcionalizadas [mg/ml]KolChHA S1 50:40:10 16,6
KolChHA S2 50:40:10 8,3
KolChHA S3 50:40:10 1,7
La microestructura de los sistemas híbridos obtenidos se caracterizó usando MEB. El análisis de las microfotografías obtenidas (Fig. 5) muestra la presencia de partículas de sílice en cada uno de los sistemas preparados.
La figura 5 muestra las microfotografías de MEB obtenidas para los materiales híbridos resultantes, el material KolChHA S1 (A), el material KolChHA S2 (B) y el material KolChHA S3 (C).
La humectabilidad de superficie de los materiales obtenidos se ensayó basado en los resultados de las medidas del ángulo de contacto. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla 4. El análisis de los datos recogidos indica que la adición de partículas de sílice funcionalizadas a la matriz de polímero produce que la superficie de estos materiales se vuelva más hidrofílica, demostrado por los valores más bajos del ángulo de contacto comparado con el material sin partículas de sílice (KolChHA). El material que tiene el mayor nivel de partículas de sílice (KolChHA S1) se caracteriza por la superficie más hidrofílica. Las superficies de los materiales con menor concentración de partículas de sílice (KolChHA S2 y KolChHA S3) muestran un grado similar de humectabilidad. La hidrofilicidad aumentada se puede explicar por la presencia de partículas de sílice funcionalizadas híbridas en la superficie de materiales híbridos, que tienen grupos amino hidrofílicos expuestos en la superficie (confirmado por el análisis de XPS).
Tabla 4. Valores del ángulo de contacto para los materiales obtenidos________________________
Tipo de material Valor del ángulo de contacto [°]
KolChHA 87,2 ± 2,5
KolChHA S1 68,6 ± 1,6
KolChHA S2 76,9 ± 2,4
KolChHA S3 76,5 ± 1,7
También se determinó el grado de hinchamiento (SD) para los materiales híbridos obtenidos. El experimento se realizó en condiciones fisiológicas (pH = 7,4; temperatura = 37°C), con los resultados mostrados en la figura 6. Se puede ver que la concentración de partículas de sílice funcionalizadas tiene un impacto significativo en las características de hinchamiento de los materiales estudiados - el SP disminuye al subir sus niveles. En el caso del material con la mayor concentración de partículas (KolChHA S1), el grado de hinchamiento es sustancialmente menor en comparación con el material control (KolChHA). Este resultado indica que las partículas de sílice tienen un efecto sobre la rigidez de la estructura del hidrogel. Además, la funcionalización de las partículas de sílice que permite la unión covalente a una red polimérica contribuye al aumento de la densidad de la red en materiales híbridos y de esta manera produce una disminución en el SD. En el caso de los materiales KolChHA S2 y KolChHA S3, no se observó un cambio significativo en las características de hinchamiento en comparación con el hidrogel de KolChHA.
La figura 6 muestra el grado de hinchamiento en condiciones fisiológicas para los materiales obtenidos.
Ejemplo 3. Gelificación controlada del sol obtenido de la mezcla de biopolímeros y partículas de sílice funcionalizadas en superficie.
Con el fin de confirmar la posibilidad de emplear los sistemas híbridos desarrollados como materiales inyectables, se hicieron medidas reológicas, que mediante seguimiento de los cambios en el módulo de elasticidad (G') en el tiempo permitieron la verificación de la transición de la fase sol a gel. Los valores de G' medidos después de 10, 30 y 60 minutos de experimento se muestran en la figura 8 (el experimento se realiza a 37°C, después de la adición de solución de genipina al sol, como se describe anteriormente). Al principio del proceso de gelificación (después de 10 minutos), los valores de G' para todos los materiales están en niveles bajos (en el intervalo de 2-5 Pa) lo que confirma su condición viscoelástica y su forma inyectable. Los valores de G' aumentan sustancialmente después de 30 minutos y alcanzan valores máximos a los 60 minutos desde el inicio del proceso de entrecruzamiento (formación de gel). Por tanto, la comparación de los valores de G' al principio (sol) y al final (gel) del experimento reológico, demuestra que los materiales desarrollados pueden servir como materiales inyectables. Al mismo tiempo se puede concluir que la presencia de partículas de sílice funcionalizadas con grupos de superficie que permiten su incorporación mediante entrecruzamiento en la estructura del hidrogel, no impide el proceso de formación de gel. Los datos obtenidos revelaron un potencial de inyectabilidad de los materiales híbridos desarrollados que es particularmente significativo debido a la facilidad de su implantación en las potenciales aplicaciones de ingeniería de tejidos.
Ejemplo 4. Propiedades bioactivas de los materiales híbridos obtenidos.
Considerando las potenciales aplicaciones de los materiales híbridos obtenidos como soportes en ingeniería de tejido óseo, se estudiaron sus características bioactivas. Para este fin, se realizó un experimento de biomineralizaciónin vitroen condiciones de fluido corporal simulado (SBF). Los datos de la bibliografía indican que los materiales capaces de formar una capa de apatita en su superficie en SBF también experimentarán biomineralización en un cuerpo vivo proporcionando de esta manera la integración eficaz del soporte con el hueso natural. Se estudió una capacidad de los materiales desarrollados para iniciar el proceso de nucleación de apatita en un experimento que implica su incubación de 7 días en SBF a 37°C. A continuación, los materiales se analizaron usando dos técnicas: MEB y EDS. La figura 9 muestra las microfotografías de MEB obtenidas y la tabla 5 resume las proporciones de calcio a fósforo (Ca/P) determinadas por EDS para la fase mineral formada en la superficie de los materiales.
Tabla 5. Proporción Ca/P determinada por EDS para la fase mineral formada en la superficie de los materiales después de incubación de 7 días en SBF.
Tipo de material Proporción Ca/P
KolChHA -KolChHA S1 1,29 ± 0,03
KolChHA S2 1,29 ± 0,08
KolChHA S3 -
Los resultados obtenidos claramente sugieren que las partículas de sílice funcionalizadas hacen los materiales híbridos obtenidos KolChHA S1 y KolChHA S2 bioactivos. Solo en el caso de estos materiales se puede observar biomineralización, evidenciada por la formación de una nueva fase mineral con una estructura y una proporción Ca/P típicas para apatita. Para el material control (KolChHA), así como el material híbrido con la menor concentración de partículas (KolChHA S3) la biomineralización no se produce. Por tanto, se puede concluir que los materiales híbridos KolChHA S1 y KolChHA S2 tienen propiedades bioactivas.
Ejemplo 5. Propiedades biológicas de los materiales híbridos obtenidos.
También se investigaron las propiedades biológicas de los materiales híbridos obtenidos, incluyendo su biocompatibilidad, capacidad de apoyar adhesión, proliferación y actividad fosfatasa alcalina (ALP) para células de tipo osteoblasto MG-63 cultivadas en la superficie de estos materiales.
La figura 10 muestra la proliferación de células MG-63 después de 1, 3 y 7 días de cultivo en la superficie de los materiales ensayados (A), y la actividad fosfatasa alcalina (ALP) para las células MG-63 después de 3 y 7 días de cultivo en la superficie de los materiales ensayados.
Los resultados de las pruebas de viabilidad celular (el ensayo de azul Almar) realizados después de 1, 3 y 7 días de cultivo (Fig. 10A) demostraron que la presencia de partículas de sílice funcionalizadas permanentemente asociadas con la red polimérica no deteriora la biocompatibilidad de los materiales híbridos, ni su capacidad para apoyar la proliferación de células MG-63 en comparación con el material control KolChHA.
La fosfatasa alcalina (ALP) es una proteína de formación de hueso que es un marcador para fases tempranas de la diferenciación de osteoblastos. Debido a la función fisiológica de ALP también desempeña el papel de una conformación de fenotipo y marcador de mineralización de osteoblastos. La actividad ALP en las células MG-63 cultivadas sobre los materiales estudiados se determinó el día 3 y 7 de cultivo, con los resultados mostrados en la figura 10B. En el caso de todos los materiales híbridos, así como el material control, se observó una tendencia similar para un aumento en actividad después de 7 días de experimento. Además, los niveles de ALP tanto el día 3 como el 7 de cultivo eran significativamente mayores en comparación con la actividad ALP de células en una placa de cultivo.
También se estudiaron la morfología y adhesión de las células MG-63 después de 3 días de cultivo en la superficie de los materiales. Para este fin, las células se fijaron y evaluaron usando la técnica de MEB. La figura 11 muestra las microfotografías de MEB (Fig. 11A) que demuestran la morfología de células fijadas, así como un gráfico que muestra su área de superficie media (estimada basada en las microfotografías de MEB). Basado en el análisis de microfotografía se puede observar que las células se adhieren bien tanto a la superficie de los materiales híbridos como al hidrogel control. En todas las superficies ensayadas, las células tienen formas alargadas que puede indicar una estructura compacta y bien entrecruzada de los materiales estudiados. El área de superficie media estimada para las células tiene valores similares para todos los materiales que confirma cualitativamente que la morfología celular en los materiales estudiados es similar. Por tanto, estos datos demuestran que la presencia de partículas de sílice funcionalizadas no tiene un efecto perjudicial sobre la adhesión celular.
Ejemplo 6. Degradación enzimática del material híbrido.
El proceso de degradación se estudió en PBS, así como en presencia de una enzima - una colagenasa. La figura 7 muestra los cambios en la masa de los materiales durante la incubación en tampón PBS (Fig. 7A) y en presencia de colagenasa (Fig. 7B). La mayor pérdida en masa se produce después del primer día de degradación e implica todos los materiales estudiados. En los siguientes días solo se observaron ligeras variaciones de masa. En el caso de los materiales híbridos KolChHA S1 y KolChHA S2, el curso del proceso de degradación a lo largo del experimento es similar a la degradación para el material control KolChHA (los cambios no son estadísticamente significativos). Esto sugiere que la presencia de partículas de sílice funcionalizadas a las concentraciones más alta (1) y media (2) no tiene impacto en la velocidad de pérdida en la masa de hidrogel. La falta de diferencias significativas en la pérdida en masa además confirma la eficacia de incorporación de las partículas de sílice funcionalizadas en la red polimérica, porque de otra forma la 'liberación' de sílice de la red de hidrogel se debería manifestar en una mayor pérdida en masa para los sistemas híbridos obtenidos. El material con la menor concentración de partículas de sílice (KolChHA S3) durante casi el tiempo entero a lo largo del experimento muestra una pérdida en masa relativamente mayor cuando se compara a los otros materiales estudiados. Después de terminar el experimento (después de 21 días) los valores para la masa restante para todos los materiales son similares, con el grado de degradación de la muestra del 37 al 48%.
La degradación enzimática se estudió durante 144 horas, en la figura 7B se representan los resultados obtenidos. Después de 4 horas de degradación enzimática, la pérdida en masa era aproximadamente el 35-50%. El siguiente cambio significativo se produjo después de 24 horas cuando los materiales perdieron aproximadamente el 65-80% de su masa inicial. Extender la incubación de los materiales con colagenasa a 144 horas no produjo cambios significativos adicionales en su masa. El análisis de la pérdida en masa para todos los materiales estudiados en un punto de medida determinado muestra un menor grado de degradación para el material con la mayor concentración de partículas de sílice (KolChHA S3). De forma similar a la degradación en PBS, ligeras variaciones en el curso de la degradación enzimática entre el material control (KolChHA) y los materiales híbridos pueden indicar inmovilización eficaz de las partículas de sílice funcionalizadas en la estructura de hidrogel.
Conclusiones:
Basado en los ensayos realizados, se pueden encontrar las siguientes ventajas inesperadas del material híbrido obtenido:
a) Estabilidad estructural de los materiales híbridos con una retención simultánea de una forma inyectable de sol de biopolímero. Los estudios fisicoquímicos realizados (grado de hinchamiento, humectabilidad, degradación) demostraron la eficacia de la incorporación de las partículas de sílice funcionalizadas en la red de biopolímero. Se obtuvo un material híbrido por primera vez en donde las partículas de sílice se han unido permanentemente a la matriz de la red biopolimérica, que sustancialmente mejora las características del sistema, en particular elimina el problema de la potencial separación de fases de las partículas y su difusión incontrolada a tejidosin vivo.Los estudios reológicos confirmaron que los materiales híbridos desarrollados se pueden preparar en forma de un sol y después de la adición de un agente de entrecruzamiento, genipina e incubación a 37°C transformar a gel que se corresponde con la posibilidad de su uso en una forma inyectable en condiciones fisiológicas. Este hecho es de una gran importancia cuando se considera el potencial de aplicación de los materiales híbridos obtenidos. Los materiales híbridos desarrollados pueden servir como soportes inyectables que después de introducirse a un sitio de defecto en el tejido en forma de sol viscoso experimentarían gelificaciónin situen condiciones fisiológicas con una velocidad controlada por la composición, en particular por la cantidad de genipina añadida.
b) Bioactividad de los materiales híbridos. Los ensayos realizados en condiciones que simulan plasma humano (SBF, fluido corporal simulado) confirmaron la bioactividad de los materiales híbridos: los sistemas KolChHA S1 y KolChHA S2. Basado en datos bibliográficos se pueden esperar las propiedades bioactivas para materiales que comprenden partículas de sílice que tienen grupo silanol Si-OH en su superficie [(1)J. Lewandowska-tañcucka, K. Mystek, A. Mignon, S. Van Vlierberghe, A. tatkiewicz, M. Nowakowska,Alginate-and gelatin-based bioactive photocross-linkable hybrid materials for bone tissue engineering,Carbohydrate polymers, (2017), 157, 1714-1722;(2)K. Li, H. Sun, H. Sui, Y. Zhang, H. Liang, X. Wu, Q. Zhao,Composite mesoporous silica nanoparticle/chitosan nanofibers for bone tissue engineering,RSC Adv. 5 (23) (2015) 17541-17549;(3)L. Keller, A. Regiel-Futyra, M. Gimeno, S. Eap, G. Mendoza, V. Andreu, Q. Wagner, A. Kyzot, V. Sebastian, G. Stochel, M. Arruebo y N. Benkirane-Jessel,Chitosan-based nanocomposites for the repair of bone defects,Nanomedicine 13 (7) (2017) 2231-2240]. Por tanto, no es obvio que tales propiedades se encontrarían en materiales híbridos en donde se introdujeron partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino. Además, era una preocupación si sustituir grupos silanol con grupos amino no limitaría la bioactividad de las partículas de sílice.
c) Se observó un aumento sustancial en el proceso de biomineralización (hasta 7 días) en comparación a la investigación previamente mostrada en donde se usaron partículas de sílice sin modificar a concentración análoga. En publicaciones ((1)J. Lewandowska-tancucka, S. Fiejdasz, t . Rodzik, M. Koziet, M. Nowakowska,Bioactive hydrogel-nanosilica hybrid materials: a potential injectable scaffold for bone tissue engineering,Biomedical Materials, (2015), 10(1), 015020;(2)J. Lewandowska-tancucka, S. Fiejdasz, t . Rodzik, A. tatkiewicz, M. Nowakowska,Novel hybrid materials for preparation of bone tissue engineering scaffolds,Journal of Materials Science: Materials in Medicine, (2015), 26(9), 231), la formación de la fase mineral se observó solo después de 21 días de incubación en SBF.
d) Retener la biocompatibilidad, así como la capacidad para fomentar la adhesión, proliferación y mantenimiento del fenotipo para células de tipo osteoblasto (MG-63). Los estudios biológicosin vitrorealizados mostraron que la presencia de partículas de sílice funcionalizadas permanentemente unidas a la red polimérica no deteriora la biocompatibilidad de los materiales híbridos (en comparación con el material control KolChHA) ni la capacidad de apoyar adhesión, proliferación y también mantener el fenotipo de células de tipo osteoblasto (MG-63).
Referencias:
1. R. Mishra, T Bishop, I. L. Valerio, J. P Fisher, D. Dean, The potential impact of bone tissue engineering in the clinic, Regen. Med. 11 (6) (2016) 571-587.
2. M. Liu, X. Zeng, Ch. Ma, H. Yi, Z. Ali, X. Mou, S. Li, Y Deng, N. He, Injectable hydrogels for cartilage and bone tissue engineering, Bone Res. 5 (2017) 17014.
3. J. Nourmohammadi, F. Roshanfar, M. Farokhi, M. H. Nazarpak, Silk fibroin/kappa-carrageenan composite scaffolds with enhanced biomimetic mineralization for bone regeneration applications, Mater. Sci. Eng. C. 76 (2017) 951-958.
4. H. Tan, K. G. Marra, Injectable, biodegradable hydrogels for tissue engineering applications, Materials 3 (3) (2010) 1746-1767.
5. K. Y. Lee, D. J. Mooney, Hydrogels for tissue engineering, Chem. Rev. 101 (7) (2001) 1869-1879.
6. A. Gilarska et al, Colloids and Surfaces B, Biointerfaces 170 (2018) 152-162.
Claims (7)
- REIVINDICACIONESi. Un método de preparación de un material híbrido de hidrogel,caracterizado en quecomprende las siguientes etapas:a) se obtienen partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino usando un método sol-gel, b) las partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino obtenidas en la etapa a) se suspenden en sol que comprende una mezcla de soluciones de colágeno, quitosano y ácido hialurónico, preferiblemente en una proporción en peso de colágeno:quitosano:ácido hialurónico de 50:40:10, en donde preferiblemente el contenido de las partículas de sílice funcionalizadas en el sol no es menos de 1,9 mg/ml del sol, preferiblemente desde 1,9 a 3,8 mg/ml del sol,c) la suspensión obtenida en la etapa b) se somete a una reacción de entrecruzamiento con genipina.
- 2. El método según la reivindicación 1,caracterizado en queen la etapa a), se hace reaccionar tetraetoxisilano con aminopropiltrietoxisilano en presencia de agua y etanol, en donde la reacción se realiza en un exceso de tetraetoxisilano, preferiblemente con una proporción en volumen tetraetoxisilano:aminopropiltrietoxisilano de 10:1, y después el material obtenido se separa y opcionalmente se lava y seca proporcionando un polvo incoloro.
- 3. El método según la reivindicación 1,caracterizado en queen la etapa b), el sol se obtiene mezclando:- de 12 a 13 volúmenes de una solución de colágeno en ácido clorhídrico a una concentración en el intervalo de 3,5 a 4,1 mg/ml,- aproximadamente 4 volúmenes de una solución de quitosano en una concentración del 1% p/p en ácido acético al 1%,- aproximadamente 1 volumen de una solución de ácido hialurónico en una concentración del 1% p/p en tampón fosfato PBS 10x.
- 4. El método según la reivindicación 1,caracterizado en queen la etapa b), el sol obtenido se mezcla con una suspensión acuosa de partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino, preferiblemente en una cantidad que proporciona su concentración en el sol de no menos de 1,9 mg/ml del sol, preferiblemente desde 1,9 a 3,8 mg/ml del sol.
- 5. El método según la reivindicación 1,caracterizado en queen la etapa c), la suspensión obtenida en la etapa b) se mezcla con una solución de genipina en PBS 10x, preferiblemente en una cantidad que proporciona su concentración de no menos de 0,6 mg/ml de la suspensión.
- 6. Un material híbrido de hidrogel,caracterizado en quecomprende un hidrogel que es una mezcla de colágeno, quitosano y ácido hialurónico entrecruzados con genipina, preferiblemente en una proporción en peso de colágeno:quitosano:ácido hialurónico de 50:40:10, junto con partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino suspendidas en el mismo, en donde las partículas de sílice funcionalizadas con grupos amino están covalentemente unidas a los polímeros que forman el hidrogel y el contenido de las partículas de sílice funcionalizadas no es menos de 1,9 mg/ml, preferiblemente desde 1,9 a 3,8 mg/ml del sol final.
- 7. El material híbrido de hidrogel según la reivindicación 6 u obtenido por el método según las reivindicaciones 1 5 para uso en medicina regenerativa, en particular en reconstruir tejido óseo.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428993A PL239179B1 (pl) | 2019-02-21 | 2019-02-21 | Hydrożelowy materiał hybrydowy oraz sposób jego otrzymywania i zastosowanie |
| PCT/PL2020/050019 WO2020171723A2 (en) | 2019-02-21 | 2020-02-21 | Hydrogel hybrid material, method of its preparation and application |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2973340T3 true ES2973340T3 (es) | 2024-06-19 |
Family
ID=72050910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES20754841T Active ES2973340T3 (es) | 2019-02-21 | 2020-02-21 | Material híbrido de hidrogel, método de su preparación y aplicación |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220047776A1 (es) |
| EP (1) | EP3927387B1 (es) |
| ES (1) | ES2973340T3 (es) |
| PL (1) | PL239179B1 (es) |
| WO (1) | WO2020171723A2 (es) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL244455B1 (pl) | 2020-08-26 | 2024-01-29 | Univ Jagiellonski | Wielofunkcyjny, hydrożelowy materiał hybrydowy, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie w leczeniu ubytków kostnych |
| PL441996A1 (pl) * | 2022-08-11 | 2024-02-12 | Uniwersytet Jagielloński | Wielofunkcyjny, hydrożelowy materiał hybrydowy, w szczególności do stosowania w leczeniu ubytków kostnych oraz sposób jego otrzymywania |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102188746B (zh) * | 2010-03-11 | 2013-08-14 | 北京益而康生物工程开发中心 | 人工细胞外基质及其应用 |
-
2019
- 2019-02-21 PL PL428993A patent/PL239179B1/pl unknown
-
2020
- 2020-02-21 WO PCT/PL2020/050019 patent/WO2020171723A2/en unknown
- 2020-02-21 US US17/426,629 patent/US20220047776A1/en active Pending
- 2020-02-21 EP EP20754841.3A patent/EP3927387B1/en active Active
- 2020-02-21 ES ES20754841T patent/ES2973340T3/es active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3927387B1 (en) | 2023-12-06 |
| US20220047776A1 (en) | 2022-02-17 |
| PL239179B1 (pl) | 2021-11-08 |
| PL428993A1 (pl) | 2020-08-24 |
| EP3927387A2 (en) | 2021-12-29 |
| WO2020171723A3 (en) | 2020-10-22 |
| WO2020171723A2 (en) | 2020-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lewandowska-Łańcucka et al. | Genipin crosslinked bioactive collagen/chitosan/hyaluronic acid injectable hydrogels structurally amended via covalent attachment of surface-modified silica particles | |
| Zhang et al. | A novel mineralized high strength hydrogel for enhancing cell adhesion and promoting skull bone regeneration in situ | |
| Unnithan et al. | A unique scaffold for bone tissue engineering: An osteogenic combination of graphene oxide–hyaluronic acid–chitosan with simvastatin | |
| Jahan et al. | One-step fabrication of apatite-chitosan scaffold as a potential injectable construct for bone tissue engineering | |
| JP2010537763A (ja) | 生体活性のあるナノ複合体材料 | |
| ES2973340T3 (es) | Material híbrido de hidrogel, método de su preparación y aplicación | |
| Moatary et al. | Design and fabrication of novel chitin hydrogel/chitosan/nano diopside composite scaffolds for tissue engineering | |
| US20100178278A1 (en) | Formable bioceramics | |
| Zhang et al. | Preparation of chitosan/hydroxyapatite guided membrane used for periodontal tissue regeneration | |
| Liu et al. | Polysaccharide-halloysite nanotube composites for biomedical applications: a review | |
| Kim et al. | Preparation of a porous chitosan/fibroin-hydroxyapatite composite matrix for tissue engineering | |
| Sareethammanuwat et al. | Effects of beta‐tricalcium phosphate nanoparticles on the properties of a thermosensitive chitosan/collagen hydrogel and controlled release of quercetin | |
| Koh et al. | Modification of polyglutamic acid with silanol groups and calcium salts to induce calcification in a simulated body fluid | |
| Wei et al. | Biomineralization precursor carrier system based on carboxyl-functionalized large pore mesoporous silica nanoparticles | |
| Dourbash et al. | A highly bioactive poly (amido amine)/70S30C bioactive glass hybrid with photoluminescent and antimicrobial properties for bone regeneration | |
| Akiyama et al. | Tubular nanomaterials for bone tissue engineering | |
| Özcan et al. | Highly porous biocomposite scaffolds fabricated by chitosan/alginate/diatom for tissue engineering | |
| EP3609549A1 (en) | Connective tissues, such as bone, dentin or pulp, regenerative material comprising calcium silicate | |
| Chen et al. | Nano-SiO2 reinforced alginate-chitosan-gelatin nanocomposite hydrogels with improved physicochemical properties and biological activity | |
| Klara et al. | In vitro/ex vivo evaluation of multifunctional collagen/chitosan/hyaluronic acid hydrogel-based alendronate delivery systems | |
| Mohamed et al. | Fabrication of hydroxyapatite–aluminum silicate/chitosan-gelatin biocomposites with In-Vitro application by preosteoblast cells (MC3T3-E1) | |
| Zeimaran et al. | Engineering stiffness in highly porous biomimetic gelatin/tertiary bioactive glass hybrid scaffolds using graphene nanosheets | |
| Bhat et al. | Polymer/silica Composites Fabricated by Sol-Gel Technique for Medical Applications. | |
| EP4204028A1 (en) | Multifunctional, hydrogel hybrid material, the method of its preparation and the use in the treatment of bone losses | |
| Bayattork et al. | Enhanced formation of bioactive and strong silk–bioglass hybrid materials through organic–inorganic mutual molecular nucleation induction and templating |