ITVR20110069A1

ITVR20110069A1 - Metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o loro aggregati e biomateriale ottenuto con lo stesso

Info

Publication number: ITVR20110069A1
Application number: IT000069A
Authority: IT
Inventors: Francesco Bucciotti; Marzio Piccinini; Vincenzo Maria Sglavo
Original assignee: Eurocoating S P A
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-07
Also published as: BR112013025876A2; US9931301B2; US20140072641A1; ES2658920T3; EP2694122B1; WO2012137174A2; WO2012137174A3; EP2694122A2

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo: “METODO PER LA REALIZZAZIONE DI UN BIOMATERIALE A BASE DI CALCIO FOSFATO SOTTO FORMA DI GRANULI E/O LORO AGGREGATI E BIOMATERIALE OTTENUTO CON LO STESSO”.

CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o loro aggregati utilizzabili in campo biomedicale come riempitivi ossei, per l’aumento della massa ossea, come sigillamento di protesi ortopediche interne, per il rilascio di farmaci e/o medicamenti e/o altre sostanze benefiche per l’organismo, eccetera.

La presente invenzione riguarda inoltre il biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o loro aggregati ottenuti secondo tale metodo.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Nel settore dei biomateriali, in particolare dei biomateriali riassorbibili utilizzabili in ambito biomedicale, in special modo nel settore ortopedico e chirurgico, sono attualmente impiegati, per la maggior parte, biomateriali ceramici e/o polimerici utilizzati sostanzialmente per fissare protesi o come sostituti ossei, per riempire cavità o lacune di varia origine e tipologia.

L’uso dei materiali ceramici a base di calcio fosfato nella rigenerazione ossea, sotto forma di microparticelle iniettabili, ha avuto un notevole sviluppo negli ultimi anni grazie alle buone risposte biologiche ottenute da tali materiali e alle loro adeguate proprietà meccaniche.

I composti a base di calcio fosfato, inoltre, sono noti ed utilizzati nelle applicazioni biomedicali grazie alla loro composizione chimica simile alla frazione inorganica minerale del tessuto osseo, caratteristica che li rende biocompatibili, bioattivi ed osteoconduttvi, nel senso che stimolano la rigenerazione ossea e lo scambio ionico molecolare con il tessuto stesso.

Ad esempio, il brevetto US 7326464 descrive dei microgranuli porosi di calcio fosfato a partire da una polvere di idrossiapatite e di beta-tricalciofosfato, a cui sono aggiunti additivi organici o inorganici quali deflocculanti, plastificanti, leganti, agenti porogeni, eccetera, insieme a vari tipi di agenti gelificanti.

Tali materiali, tuttavia, presentano alcuni inconvenienti, in quanto le metodologie utilizzate per la loro realizzazione sono molto complesse e laboriose; la porosità è ottenuta grazie all’ aggiunta di agenti porogeni e non è insita nel processo stesso, inoltre alcuni parametri o soluzioni utilizzati non soddisfano appieno le necessità richieste dal settore specifico.

Inoltre, Tutilizzo e Γ incenerimento di porogeni polimerici, come Tacido poliacrilico (PPA), possono produrre un residuo solido carbonioso nocivo che può rimanere nel granulo al termine della sinterizzazione. Inoltre, Tutilizzo non controllato di prodotti organici può comportare una trasformazione di fase della polvere iniziale durante il trattamento termico e quindi ottenere una composizione dei microgranuli diversa da quella voluta.

SCOPI DELL’INVENZIONE

II compito tecnico della presente invenzione è quindi quello di migliorare lo stato della tecnica.

Nell’ambito di tale compito tecnico, costituisce uno scopo della presente invenzione mettere a punto un metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o loro aggregati in materiale biocompatibile adatti ad interfacciarsi con tessuti organici senza creare reazioni avverse nel tessuto stesso o a livello sistemico.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è di mettere a punto un metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o loro aggregati in materiale biocompatibile, poroso e riassorbibile nel tessuto con cui viene ad interfacciarsi ed utilizzabile nel settore della rigenerazione ossea, come riempitivo osseo e per il rilascio di farmaci o altre sostanze, eccetera.

Uno scopo ancora ulteriore della presente invenzione è di mettere a punto un metodo che sia semplice da realizzare, con la possibilità di utilizzare i materiali al momento in commercio.

Uno scopo ancora ulteriore della presente invenzione è di mettere a punto un metodo che sia economico e di facile ripetibilità.

Questi ed altri scopi sono tutti raggiunti da un metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e loro aggregati in materiale biocompatibile secondo una o più delle rivendicazioni allegate 1-14. Nell’ambito di tale compito tecnico, costituisce uno scopo della presente invenzione mettere a punto un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o aggregati di granuli in materiale biocompatibile adatti ad interfacciarsi con tessuti organici senza creare reazioni avverse nel tessuto stesso o a livello sistemico.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è di mettere a punto un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o aggregati di granuli in materiale biocompatibile porosi e riassorbibili nel tessuto con cui vengono ad interfacciarsi ed utilizzabili nel settore della rigenerazione ossea, come riempitivo osseo e per il rilascio di farmaci o altre sostanze, eccetera.

Uno scopo ancora ulteriore della presente invenzione è di mettere a punto un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o aggregati di granuli che siano semplici da realizzare, con la possibilità di utilizzare i materiali al momento in commercio.

Uno scopo ancora ulteriore della presente invenzione è di mettere a punto un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o aggregati di granuli che siano economici e dalle caratteristiche altamente riproducibili.

Questi ed altri scopi sono tutti raggiunti da un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli e/o aggregati di granuli secondo una o più delle rivendicazioni allegate 15-20.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 illustra un’immagine ottenuta al microscopio elettronico a scansione (SEM) di un granulo secondo la presente invenzione;

la figura 2 illustra un’immagine ingrandita ottenuta al microscopio elettronico a scansione (SEM) del granulo di figura 1;

la figura 3 illustra un’immagine ottenuta al microscopio elettronico a scansione (SEM) di una versione di un granulo secondo la presente invenzione; la figura 4 illustra un’immagine ottenuta al microscopio elettronico a scansione (SEM) di una ulteriore versione di un granulo secondo la presente invenzione;

la figura 5 illustra un’immagine ottenuta al microscopio ottico di una ancora ulteriore versione di granuli secondo la presente invenzione sotto forma di aggregati di granuli;

la figura 6 illustra una ulteriore versione di un granulo secondo la presente invenzione;

la figura 7 illustra uno schema del dispositivo utilizzato per il metodo secondo la presente invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE DELL’INVENZIONE

Nella presente trattazione, per biomateriale si intende un materiale biocompatibile in grado di interfacciarsi con un sistema biologico allo scopo di aumentare, trattare o sostituire un qualunque tessuto, organo o funzione del sistema stesso.

La presente invenzione riguarda un metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli 10 e/o loro aggregati 100 riassorbibili.

Tale metodo comprende le fasi di predisporre almeno una polvere ceramica a base di calcio fosfato e di predisporre almeno una soluzione acquosa comprendente un polisaccaride naturale. Tale polisaccaride naturale può essere alginato di sodio o chitosano o una miscela degli stessi e viene disciolto nella soluzione acquosa stessa.

Il metodo comprende inoltre una fase di preparare una sospensione ceramica 30 ottenuta tramite miscelazione della polvere ceramica sotto forma di calcio fosfato nella suddetta soluzione acquosa comprendente un polisaccaride naturale.

Tale polvere ceramica comprende calcio fosfato con un rapporto calcio su fosforo (Ca/P) compreso tra 1 e 2, come ad esempio idrossiapatite (HA) e/o idrossiapatite calcio deficiente (HACaD) e/o beta-tricalciofosfato (β-TCP) e/o tetratricalcio fosfato (TTCP) e/o alfa-tricalciofosfato (α-TCP) e/o miscele degli stessi.

I granuli 10 e/o i loro aggregati 100 ottenuti a partire dalla sospensione ceramica 30 sopra descritta, a seconda della tipologia di polvere ceramica in essi contenuta, potranno essere chimicamente costituiti da una sola fase, come ad esempio granuli 10 e/o loro aggregati 100 costituiti solo da HA o β-TCP, o da più fasi comprese nel range percentuale 5-95%, come ad esempio granuli 10 e/o loro aggregati 100 costituiti da HA e β-TCP in composizione 60-40%. La possibilità di miscelare polveri ceramiche diverse all’interno dello stesso granulo 10 (ad esempio β-TCP e HA, eccetera) permette di ottenere granuli 10 con la composizione chimica bifasica desiderata. Tale composizione chimica bifasica può essere, nel granulo finale, diversa dal rapporto delle polveri iniziali, vale a dire può presentare un rapporto finale delle polveri ceramiche variato rispetto a quello inizialmente fornito, a causa dei processi subiti dal granulo stesso, quali l’essiccazione, il lavaggio e l’eventuale sinterizzazione.

Tali polveri ceramiche presentano una granulometria compresa tra 0,5 micron e 200 micron. La granulometria della polvere iniziale è importante perché permette di modulare la microporosità interna e la consistenza del granulo stesso, come meglio descritto nel prosieguo. In generale, maggiore è la dimensione della polvere, maggiore è la microporosità interna ma minore sarà la consistenza del granulo stesso.

La soluzione acquosa, alla quale viene aggiunta la polvere ceramica sotto forma di calcio fosfato allo scopo di ottenere la sospensione ceramica 30, è una soluzione acquosa nella quale viene precedentemente disciolto almeno un polisaccaride naturale in percentuali comprese tra 0,1 e 5%.

Tale polisaccaride naturale può essere, ad esempio, alginato di sodio o chitosano disciolto in una soluzione acquosa di acido acetico con una concentrazione compresa tra 0, 1 e 5%.

La concentrazione della polvere ceramica in forma di calcio fosfato può variare tra 1-200 g/1.

L’alginato di sodio, ad esempio, è un composto chimico formato dal sale di sodio dell'acido alginico; gli alginati, in generale, sono sali che derivano dalla parete cellulare di alghe brune dalle quali viene estratto l'acido alginico, un polimero naturale dell'acido D-mannuronico e dell’ acido guluronico, che può essere convertito nel suo sale (alginato) di sodio o di calcio. Il primo, solubile in acqua, è usato come addensante e stabilizzante nelTindustria alimentare e farmaceutica. Il secondo, insolubile, trova impiego in medicamenti ed in garze emostatiche.

L’alginato viene utilizzato per le sue proprietà reologiche adatte allo scopo e alla sua capacità di formare idrogel relativamente stabili in varie condizioni.

II chitosano è un polisaccaride adatto allo scopo.

La suddetta fase di miscelazione della polvere ceramica sotto forma di calcio fosfato con la soluzione acquosa determina T ottenimento di una sospensione ceramica 30 omogenea.

L’almeno una sospensione ceramica 30 così ottenuta viene fatta passare ed estrusa attraverso almeno un ugello 38, tramite la nota tecnologia denominata “estrusione a goccia” o “droplet extrusion”.

In tale metodologia, T almeno una sospensione ceramica 30 viene fatta fuoriuscire dall’almeno un ugello 38, di dimensioni comprese tra i 50 e 2000 micron, in un flusso laminare 32, il quale viene perturbato, tramite mezzi 34 che determinano una perturbazione fisica o tramite qualsiasi altro procedimento atto allo scopo, e frammentato in gocce 36. La frequenza di perturbazione è compresa tra 100-150 Hz.

Le gocce 36 di sospensione ceramica 30 cadono e, quindi, vengono immerse in una soluzione di reticolazione o crosslinking 40 avente un pH compreso tra 3 e 12; tale soluzione di reticolazione o crosslinking 40 comprendente un sale e/o un polisaccaride ad una concentrazione che può variare tra 0,01 M a 3 M. Preferibilmente, i valori di pH sono compresi tra 4,5 e 9 e/o le concentrazioni variano nell’intervallo tra 0,01 M e 0,1 M.

Tale sale può comprendere cloruro di calcio, e/o acetato di zinco e/o cloruro di stronzio e/o tripolifosfato di sodio e tale polisaccaride può comprendere un polisaccaride naturale come il chitosano e/o il sodio alginato.

In una versione dell’invenzione, la soluzione di reticolazione o crosslinking 40 utilizzata comprende cloruro di stronzio e/o acetato di zinco. La reticolazione delle gocce 36 mediante l’utilizzo di cloruro di stronzio avviene, come per il cloruro di calcio, con sostituzione degli ioni sodio, propri dell’alginato, con gli ioni stronzio presenti in soluzione. Poiché la dimensione di questi ioni (Ca<++>e Sr^) è simile, la porosità ottenuta sarà simile a quella ottenuta reticolando i granuli 10 in una soluzione di cloruro di calcio, con il vantaggio tuttavia di sostituire gli ioni sodio dell’alginato con gli ioni stronzio della soluzione, i quali, rispetto agli ioni calcio, posseggono proprietà migliori dal punto di vista della osteointegrazione in quanto favoriscono la formazione degli osteoblasti e riducono l’attività degli osteoclasti. Nel caso di utilizzo di una soluzione di reticolazione o crosslinking 40 comprendente ioni zinco, essi hanno una dimensione ionica inferiore rispetto agli ioni stronzio e calcio. Si ha, pertanto, anche in questo caso, una sostituzione degli ioni sodio propri dell’alginato, ma la reticolazione delle gocce 36 risulta più lenta, con la possibilità di ottenere una porosità risultante meno distribuita e con dimensioni maggiori rispetto al caso precedente.

In ulteriori versioni dell’ invenzione, possono essere utilizzate, come soluzioni di reticolazione o crosslinking 40, altre soluzioni contenenti nitrati o solfati sia di zinco che di stronzio.

Nella soluzione di reticolazione o crosslinking 40, le gocce 36 di sospensione 30 a base di calcio fosfato e di polisaccaride si consolidano e gelificano assumendo una conformazione di particelle 42. Tali particelle 42 possono presentare qualsiasi conformazione, quale, ad esempio, “a goccia” o sostanzialmente sferoidale o forme differenti e possono essere regolari o non regolari. Inoltre, la distribuzione di conformazioni di tali particelle 42 può essere casuale.

I due meccanismi principali che avvengono in questa fase e che possono anche essere concomitanti, sono la gelificazione ionotropica, ossia lo scambio ionico tra il polisaccaride naturale presente nelle gocce 36 e la soluzione di reticolazione o crosslinking 40, e la complessazione polielettrolitica, ossia la combinazione di due polimeri o sali con valenza opposta, che avviene anch’essa tra il polisaccaride presente nelle gocce 36 e la soluzione di reticolazione o crosslinking 40. Questi due meccanismi permettono la formazione istantanea di un gel e quindi la formazione dei granuli 10 stessi.

In questa fase è essenziale il controllo del pH della soluzione di reticolazione o crosslinking 40. Esso, infatti, influenza il grado e la velocità di gelificazione e, inoltre, la composizione finale del granulo 10 stesso. Un pH molto acido, ad esempio compreso tra 1 e 5, infatti, può sciogliere il calcio fosfato e quindi aumentare gli ioni presenti nella soluzione di reticolazione o crosslinking 40 e quindi incrementare T efficacia della reticolazione del gel.

Le particelle 42 che istantaneamente si formano nella soluzione di reticolazione o crosslinking 40 permangono e sono lasciate indurire nella stessa per tempi diversi compresi tra 1 minuto e 24 ore, per esempio circa 30-45 minuti o alcune ore. Le dimensioni di tali particelle 42 possono essere controllate regolando la velocità del flusso di estrusione, la frequenza di vibrazione o applicando un flusso d’aria coassiale che limita la divergenza del flusso da una linea verticale. In tale periodo, avviene il completamento della gelificazione del polisaccaride contenuto nelle particelle 42 a partire dall’esterno fino all’interno delle stesse.

Nella tabella 1 sono illustrate le varie composizioni possibili di soluzione di reticolazione o crosslinking nel caso di granuli 10 e/o aggregati 100 realizzati rispettivamente con alginato di sodio o chitosano.

Polisaccaride Gelificante

Cloruro Acetato Cloruro di Tripolfosfato Alginato Chitosano di calcio di zinco stronzio di sodio di sodio

Alginato di

sodio

X X X X X X X X

X X

X X X X X X X

X X X

Chitosano

X X

Dopo la fase di permanenza nella soluzione di reticolazione o crosslinking 40, si ottengono delle particelle 42 non completamente consolidate, che vengono lavate in acqua o altro liquido adatto per rimuovere Γ eccesso di materiale, quale ad esempio la soluzione di reticolazione o crosslinking 40. Il controllo della fase di lavaggio è particolarmente importante nel processo perché consente di eliminare eventuali impurezze che potrebbero generare delle fasi estranee non volute nella composizione del granulo 10 finale.

Tali particelle 42 sono quindi essiccate in stufa a 37°C per 10-12 ore. Per velocizzare il processo produttivo Tessiccazione può anche avvenire in forno a microonde ad una temperatura compresa tra 30 e 60°C per un intervallo di tempo compreso tra 1 e 2 ore.

Durante la fase di essiccazione avviene T eliminazione della componente liquida contenuta nelle particelle 42. Tale componente liquida può essere composta in parte dalla soluzione acquosa nella quale viene miscelata la polvere ceramica, e/o in parte dalla soluzione di reticolazione o crosslinking 40 e/o in parte dalla soluzione di lavaggio utilizzata nella fase di lavaggio stesso di tali particelle 42.

La fase di essiccazione è molto importante qualora si vogliano produrre agglomerati 100 di granuli 10. Durante l' essiccazione, infatti, se i granuli 10 vengono separati opportunamente in un contenitore apposito, in modo manuale o automatizzato e allo scopo di evitare il contatto tra gli stessi, si avrà la produzione di granuli singoli; viceversa, se i granuli 10 umidi vengono lasciati in contatto, o più opportunamente vengono manipolati e compattati in modo automatizzato o manuale al fine di avere aggregati, si ha la formazione di agglomerati 100 di dimensioni maggiori o uguali ai 1000 micron.

I granuli 10 e/o agglomerati 100 presentano in questa fase una microporosità formata da pori 12 di dimensioni micrometriche. Tale microporosità si crea all’ interfaccia tra polvere ceramica e polisaccaride gelificato a causa della presenza di una microporosità intrinseca in tali materiali e poiché il polisaccaride gelificato copre parzialmente la superficie esterna delle particelle che costituiscono la polvere ceramica stessa.

Dopo la fase di essiccazione può seguire una ulteriore fase nella quale i granuli 10 e/o agglomerati 100 di granuli 10 vengono sinterizzati ad una temperatura compresa nelTintervallo tra 500°C e 1500°C per un tempo compreso tra 1 e 6 ore. La morfologia dei granuli 10 dopo sinterizzazione è visibile nelle figure 1-4.

II tempo di sinterizzazione e la temperatura sono molto importanti perché permettono di ottenere la composizione e la consistenza desiderate influendo anche sulla microporosità.

In generale, anche la dimensione della polvere di calcio fosfato influisce sulla porosità dei granuli 10 e/o agglomerati 100: infatti, maggiore è la dimensione della polvere, maggiore è la microporosità interna, ma minore sarà la consistenza del granulo stesso. Questo avviene perché il collo o neck che si forma in fase di sinterizzazione tra una particella di polvere iniziale e l’altra sarà più piccolo.

Tale fase di sinterizzazione determina T indurimento ed il consolidamento del materiale che forma ciascun granulo 10 e/o agglomerato 100 e al contempo, determina la bruciatura, con conseguente eliminazione, del materiale organico contenuto all’interno di ciascun granulo 10 e/o agglomerato 100 e che nel caso specifico è costituito da un gel di polisaccaridi originatosi in seguito alla reticolazione del polisaccaride della sospensione ceramica 30 all’interno della soluzione di reticolazione o crosslinking 40, quale ad esempio alginato, chitosano o una combinazione di alginato-chitosano o chitosano-tripolifosfato. L’eliminazione del gel di polisaccaridi permette di ottenere, nel granulo 10, una microporosità formata da pori 12 interconnessi e di dimensioni micrometriche comprese tra 0,1 micron e 100 micron. Tale microporosità, un ingrandimento della quale è visibile in figura 2, grazie alle ridotte dimensioni dei pori 12 che la costituiscono può essere sostanzialmente distribuita nell’intero volume del granulo 10 e offrire un’area superficiale specifica più elevata.

Le dimensioni della porosità, oltre che da altri parametri del processo, dipendono anche dalla granulometria delle polveri di calcio fosfato utilizzate inizialmente: in particolare utilizzando polveri di granulometria differente, si ottengono valori di porosità differenti, con pori di diverse dimensioni.

In una versione dell’invenzione, i granuli 10 e/o gli aggregati di granuli 100 vengono inseriti alTinterno delTorganismo umano subito dopo la fase di essiccazione e successiva sterilizzazione. Tale fase di sterilizzazione può essere effettuata tramite raggi gamma, beta, ossido di etilene, autoclave o altre metodologie adatte allo scopo.

In tal caso, quindi, non avviene la fase di sinterizzazione con conseguente eliminazione della porzione organica del polisaccaride contenuto negli stessi.

Tale porzione organica non eliminata dalla fase di sinterizzazione simula la porzione organica presente nell’osso, accelerando in tal modo i processi di rigenerazione ossea. Il gel di polisaccaride si comporta come un gel amorfo di macro-molecole di origine glucidica nel quale si formeranno le fibre di collagene che formano il tessuto connettivale che ricopre e rende flessibile l’osso stesso. La porosità dei granuli 10 dipende anche dalla soluzione di reticolazione o crosslinking 40 che viene utilizzata. Usando soluzioni diverse, come ad esempio una soluzione di cloruro di calcio o acetato di zinco, è possibile ottenere granuli con microporosità interna differente perché lo ione coinvolto, in questo esempio lo ione calcio o lo ione zinco, ha dimensioni differenti nella gelificazione ionotropica. In figura 4 è possibile vedere la porosità di un granulo 10 ottenuto per reticolazione all’interno di una soluzione di cloruro di calcio, mentre in figura 3 quella di un granulo 10 ottenuto in una soluzione di acetato di zinco.

Nel caso di agglomerati di granuli 100, dopo essiccazione e/o sinterizzazione si avrà sia una macroporosità 14 tra granulo e granulo, sia una microporosità interconnessa sul singolo granulo. La macroporosità 14 favorisce la vascolarizzazione del granulo stesso e una migliore e più veloce ricrescita dell’osso nel difetto.

La possibilità di produrre agglomerati 100 è molto importante perché permette di riempire in modo ottimale lacune ossee di grandi dimensioni. Inoltre la resistenza meccanica dell’agglomerato sarà garantita dalla presenza di colli o neck tra granulo e granulo che si sono formati durante la fase di sinterizzazione stessa.

La metodologia applicata secondo la presente invenzione per realizzare granuli 10 e/o aggregati di granuli 100 risulta pertanto molto semplice, economica e pratica. La fase di sterilizzazione sopra descritta può essere eventualmente effettuata dopo la fase di sinterizzazione.

Nella versione in cui il polisaccaride naturale utilizzato per la soluzione acquosa di partenza è il sodio alginato, un altro fattore che influenza sia la porosità 12 che la gelificazione dei granuli 10 è la tipologia di alginato utilizzato e, in particolare, il rapporto di acido guluronico/acido mannuronico (G/M) presente nello stesso. Se il rapporto G/M è maggiore di 1, la gelificazione istantanea è favorita perché l’acido guluronico ha una catena polimerica più complessa e ramificata rispetto all’acido mannuronico. Una gelificazione così prodotta comporta una maggiore reticolazione del gel e quindi una microporosità 12 di dimensioni maggiori, ma meno uniformemente distribuita all’interno del granulo 10.

Durante tale fase di eventuale sinterizzazione avviene, inoltre, l’aggregazione delle particelle ceramiche che compongono i granuli. In tal modo è possibile conferire agli stessi dimensioni e forme omogenee. Tale caratteristica conferisce una più facile migrazione del tessuto osseo all’ interno degli stessi.

Le composizioni chimiche dei granuli così ottenuti dipendono dalle tipologie di polveri di calcio fosfato utilizzate per la preparazione della sospensione ceramica 30 di partenza. In particolare, tali composizioni possono essere formate da uno o più calcio fosfati con rapporto Ca/P compreso tra 1 e 2.

Un vantaggio del metodo secondo la presente invenzione consiste nella sua semplicità, sia per quanto riguarda i componenti utilizzati che le fasi per la realizzazione dei granuli e/o agglomerati stessi. Sono assenti solventi organici o oli, permettendo così il recupero delle particelle che costituiscono i granuli senza la necessità di effettuare delle fasi ulteriori di lavaggio.

Il metodo secondo una versione dell’invenzione, inoltre, comprende una fase di addizione di sostanze cosiddette “dopanti” quali, ad esempio, zinco, magnesio, stronzio, eccetera, in modo da conferire proprietà biologiche migliorate ai granuli stessi.

L‘almeno uno ione dopante viene aggiunto alla soluzione di reticolazione o crosslinking 40 mediante l’utilizzo di sali contenenti l’almeno uno ione con cui si vuole dopare la composizione del granulo 10 stesso. Un esempio di sali sono acetato di zinco e/o cloruro di stronzio. Un altro modo per aggiungere i dopanti è quello di aggiungere dei composti, come ad esempio ossido di magnesio (MgO) e/o ossido di zinco (ZnO), alla polvere ceramica iniziale di calcio fosfato.

Il ruolo dei dopanti è molto importante per migliorare l’osteointegrazione del sostituto osseo e la rigenerazione dell’osso stesso. E’ importante controllare la composizione chimica del granulo dopato per evitare che ci siano concentrazioni eccessive di dopanti, le quali potrebbero risultare tossiche per l’organismo (ad esempio, una percentuale di ZnO maggiore di 1.5 % in peso).

I granuli di materiale biocompatibile possono essere utilizzati in forma iniettabile e, in tal caso, le loro proprietà di fluidità durante l’iniezione sono maggiormente prevedibili grazie alla forma e alle dimensioni regolari di tali particelle. Per favorire l’iniettabilità, i granuli 10 e/o i loro aggregati 100 possono anche essere addizionati con altri biomateriali organici e inorganici, ad esempio con gel di varia tipologia, al fine di rendere più facile il riempimento di difetti ossei e garantendo una maggiore stabilità dei granuli 10 e/o degli agglomerati 100 una volta inseriti nelle lacune stesse.

II metodo, secondo una ulteriore versione dell’invenzione, prevede la possibilità di produrre granuli 20 e/o loro aggregati 200 bifasici costituiti da un nucleo centrale di un primo materiale 16 e un guscio esterno in un secondo materiale 18. I granuli 20 e/o i loro aggregati 200 possono inoltre comprendere più fasi ed essere costituiti da un nucleo centrale di un primo materiale 16 e almeno un guscio esterno in un secondo materiale 18.

Per la produzione di granuli 20 di questo tipo vengono preparate almeno due sospensioni ceramiche 30 di materiali diversi, in cui si possono differenziare sia le polveri che le soluzioni in cui esse sono disperse. In generale, per gli scopi previsti, vengono utilizzate polveri ceramiche a base di calcio-fosfato, con rapporto di calcio su fosforo (Ca/P) diverso, come ad esempio HA e β-TCP, disperse in soluzioni acquose con polisaccaridi naturali, quali ad esempio il sodio alginato o il chitosano o miscele degli stessi. Le almeno due sospensioni così preparate vengono estruse in un flusso laminare composito formato da un flusso laminare interno della prima soluzione ceramica del primo materiale 16, il quale viene, parzialmente o totalmente ricoperto da almeno un flusso laminare di almeno una seconda sospensione ceramica formata da almeno un secondo materiale 18, ottenendo gocce 36 comprendenti un nucleo centrale formato dal primo materiale 16 a base di calcio-fosfato e almeno un guscio esterno formato dall’ almeno un secondo materiale 18 a base di calcio-fosfato. Il secondo materiale 18 può avere un rapporto calcio su fosforo diverso da quello del primo materiale 16.

Tale estrusione può ad esempio essere realizzata attraverso almeno un ugello coassiale che permette di incapsulare una sospensione, che costituirà il nucleo centrale 16, alTintemo dell’altra, che costituirà il guscio esterno 18.

Il flusso laminare composito viene perturbato, come indicato precedentemente, e le gocce 36 così ottenute vengono immerse in una soluzione di reticolazione o crosslinking 40, ad esempio costituita da tripolifosfato o dalle altre sostanze più sopra elencate.

Quando il flusso laminare composito viene frammentato in gocce 36 si ha la formazione di particelle concentriche composte dagli almeno due materiali diversi, in cui il primo materiale 16 è interno e Talmeno un secondo materiale 18 costituisce almeno un guscio esterno che circonda il nucleo composto dal primo materiale 16. Tale formazione avviene grazie alla differente viscosità e tensione superficiale delle almeno due sospensioni ceramiche 30 coinvolte.

In un esempio di tale forma di realizzazione, i materiali che costituiscono il nucleo centrale 16 e il guscio esterno 18 possono essere due calcio fosfati con diversa velocità di riassorbimento, dando origine ad un biomateriale che modula la ricrescita dell’ osso nel tempo.

La stessa metodologia operativa può anche essere utilizzata per inserire dei farmaci a rilascio controllato all’ interno dei granuli sfruttando la loro microporosità intrinseca.

In tal caso, la fase di estrudere avviene tramite estrusione di una sospensione di un farmaco o medicamento e di almeno una sospensione ceramica 30 in un flusso laminare composito formato dal flusso laminare interno della sospensione di un farmaco e/o medicamento, il quale viene ricoperto da almeno un flusso laminare di almeno una sospensione ceramica 30, ottenendo gocce 36 comprendenti un nucleo centrale formato dal farmaco e/o medicamento e almeno un guscio esterno formato dalTalmeno una sospensione ceramica 30. Tale estrusione può avvenire, ad esempio, attraverso un ugello coassiale.

I granuli e/o i loro aggregati, secondo la presente invenzione, possono pertanto essere utilizzati per il rilascio di farmaci o di altre sostanze, come riempitivi ossei, per sigillare protesi, eccetera.

La presente invenzione si riferisce inoltre ad un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli 10, 20 e/o di agglomerati 100, 200 di granuli riassorbibili essiccati comprendente almeno una polvere ceramica a base di calcio fosfato ed un polisaccaride naturale gelificato, in cui i granuli 10, 20 comprendono una microporosità formata da pori 12 di dimensioni micrometriche e/o in cui gli agglomerati 100, 200 comprendono ulteriormente una macroporosità 14 tra granulo e granulo, ottenibile secondo il metodo sopra descritto.

In una versione, la presente invenzione si riferisce inoltre ad un biomateriale a base di calcio-fosfato sotto forma di granuli 10, 20 e/o di agglomerati 100, 200 di granuli riassorbibili sinterizzati comprendente almeno una polvere ceramica a base di calcio fosfato, in cui i granuli 10, 20 comprendono una microporosità formata da pori 12 interconnessi, di dimensioni micrometriche comprese tra 0,1 micron e 100 micron, omogeneamente e sostanzialmente distribuiti nell’intero volume dei granuli 10, 20 stessi, e/o in cui gli agglomerati 100, 200 comprendono ulteriormente una macroporosità 14 tra granulo e granulo, ottenibile secondo il metodo sopra descritto.

Il polisaccaride gelificato è ottenuto tramite reticolazione del polisaccaride, presente in una sospensione ceramica 30, con un sale e/o un polisaccaride naturale, contenuto in una soluzione di reticolazione e/o crosslinking 40, come descritto precedentemente.

I granuli 10, 20 e/o gli agglomerati 100, 200 sono granuli 10, 20 e/o agglomerati 100, 200 induriti mediante sinterizzazione.

I granuli 10, 20 e/o gli agglomerati 100, 200 comprendono almeno una sostanza dopante quale ioni stronzio e/o zinco e/o magnesio e/o miscele degli stessi, eccetera, per aumentare l’osteointegrazione degli stessi.

I granuli 10, 20 e/o gli agglomerati 100, 200 comprendono un nucleo centrale formato da un primo materiale 16 a base di calcio-fosfato e almeno un guscio esterno formato da almeno un secondo materiale 18 a base di calcio fosfato, in cui il secondo materiale 18 può avere un rapporto calcio su fosforo diverso da quello del primo materiale 16.

I granuli 10, 20 e/o gli agglomerati 100, 200 comprendono un nucleo centrale formato da un primo materiale 16 a base di un farmaco e/o medicamento e almeno un guscio esterno formato da almeno un secondo materiale 18 a base di calciofosfato.

I granuli 10, 20 e/o gli agglomerati 100, 200 comprendono calcio fosfato con un rapporto calcio su fosforo (Ca/P) compreso tra 1 e 2, come ad esempio idrossiapatite (HA) e/o idrossiapatite calcio deficiente (HACaD) e/o betatricalciofosfato (β-TCP) e/o tetratri calcio fosfato (TTCP) e/o alfa-tricalciofosfato (α-TCP) e/o miscele degli stessi, determinando in tal modo granuli 10, 20 e/o agglomerati 100, 200 chimicamente costituiti da una sola tipologia di polvere o da più tipologie di polvere comprese nel range percentuale 5-95%.

I granuli 10, 20 presentano dimensioni comprese tra 10 e 2000 micron.

Si è così visto come l’invenzione raggiunge gli scopi proposti.

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall’ambito di protezione offerto dalle rivendicazioni che seguono.

Inoltre, alcune caratteristiche descritte per una variante della presente invenzione possono essere combinate con caratteristiche descritte per una diversa variante, senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la realizzazione di un biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli (10, 20) riassorbibili e/o di agglomerati (100, 200) di granuli riassorbibili comprendente le seguenti fasi: predisporre almeno una polvere ceramica a base di calcio fosfato, predisporre almeno una soluzione acquosa comprendente un polisaccaride naturale disciolto in detta soluzione acquosa, preparare almeno una sospensione ceramica (30) ottenuta tramite miscelazione di detta polvere ceramica in detta soluzione acquosa, estrudere detta almeno una sospensione ceramica (30) in un flusso laminare (32), frammentare in gocce (36) detto flusso laminare (32) di detta almeno una sospensione ceramica (30) tramite mezzi (34) che determinano una perturbazione fisica o tramite qualsiasi altro procedimento atto allo scopo, ottenendo dette gocce (36) formate da detta almeno una sospensione ceramica (30), immergere per caduta dette gocce (36) di detta sospensione ceramica (30) in una soluzione di reticolazione o crosslinking (40), far permanere dette gocce (36) in detta soluzione di reticolazione o crosslinking (40) con conseguente consolidamento e gelificazione di detto polisaccaride naturale, contenuto in detta sospensione ceramica (30), in detta soluzione di reticolazione o crosslinking (40) con ottenimento di un polisaccaride gelificato e assunzione, da parte di dette gocce (36), di una conformazione di particelle (42), lavare dette particelle (42) in acqua o altro liquido adatto per eliminare gli eccessi di materiale ed eventuali impurità; essiccare dette particelle (42) con separazione manuale o automatizzata di dette particelle (42), in modo da evitare il contatto tra esse, ottenendo detti granuli (10, 20) e/o con compattazione automatizzata o manuale di dette particelle (42), ottenendo detti agglomerati (100, 200) di granuli, caratterizzato dal fatto che in detta fase di essiccazione avviene la formazione di una microporosità formata da pori (12) di dimensioni micrometriche e/o di una macroporosità (14) tra granulo e granulo di detti agglomerati (100, 200).
2 Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di predisporre almeno una soluzione acquosa comprendente un polisaccaride naturale avviene sciogliendo in detta soluzione acquosa alginato di sodio o chitosano o una miscela degli stessi.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente una fase di sinterizzare detti granuli (10, 20) e/o detti agglomerati (100, 200) in cui avviene: l’eliminazione, mediante bruciatura, di detto polisaccaride gelificato, e/o l’indurimento ed il consolidamento di detti granuli (10, 20) e/o agglomerati (100, 200), e/o la formazione di una microporosità formata da pori (12) interconnessi, di dimensioni micrometriche comprese tra 0,1 micron e 100 micron sostanzialmente distribuiti nell’intero volume di detti granuli (10, 20) e/o di una macroporosità (14) tra granulo e granulo di detti agglomerati (100, 200), e/o in cui detta fase di sinterizzazione avviene ad una temperatura compresa tra 500°C e 1500°C e/o per un tempo compreso tra 1 e 6 ore.
4 Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente una fase di sterilizzazione effettuata tramite raggi gamma, beta, ossido di etilene, autoclave o altre metodologie adatte allo scopo.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di immergere dette gocce (36) avviene in detta soluzione di reticolazione o crosslinking (40) comprendente un sale, quale cloruro di calcio e/o acetato di zinco e/o cloruro di stronzio e/o tripolifosfato di sodio e/o eccetera e/o un polisaccaride naturale, quale alginato di sodio e/o chitosano e/o eccetera, e/o in detta soluzione di reticolazione o crosslinking (40) avente un pH compreso tra 3 e 12 o, preferibilmente, avente un pH compreso tra 4,5 e 9 e/o in detta soluzione di reticolazione o crosslinking (40) avente una concentrazione compresa tra 0,01 e 3 M o, preferibilmente, una concentrazione compresa tra 0,01 e 0,1 M.
6 Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di addizionare almeno una sostanza dopante, quale ioni stronzio e/o zinco e/o magnesio e/o miscele degli stessi, eccetera, per aumentare l’osteointegrazione di detti granuli (10, 20) e/o di detti agglomerati (100, 200).
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta fase di estrudere avviene tramite estrusione di almeno due sospensioni ceramiche (30) con rapporto di calcio su fosfato diverso in un flusso laminare composito formato da un flusso laminare interno di una prima soluzione ceramica di un primo materiale (16), il quale viene ricoperto da almeno un flusso laminare di almeno una seconda sospensione ceramica formata da almeno un secondo materiale (18), ottenendo gocce (36) comprendenti un nucleo centrale formato da detto primo materiale (16) a base di calcio-fosfato e almeno un guscio esterno formato da detto almeno secondo materiale (18) a base di calcio-fosfato.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 1 a 6, in cui detta fase di estrudere avviene tramite estrusione di una sospensione di un farmaco o medicamento e di almeno una sospensione ceramica (30) in un flusso laminare composito formato da un flusso laminare interno di detta sospensione di un farmaco e/o medicamento, il quale viene ricoperto da almeno un flusso laminare di almeno una sospensione ceramica (30), ottenendo gocce (36) comprendenti un nucleo centrale formato da detto farmaco e/o medicamento e almeno un guscio esterno formato da detta almeno una sospensione ceramica.
9. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di essiccare avviene in stufa a 37°C per 10-12 ore o in forno a microonde ad una temperatura compresa tra 30 e 60°C per un intervallo di tempo compreso tra 1 e 2 ore.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di predisporre detta polvere ceramica avviene selezionando calcio fosfato con un rapporto calcio su fosforo (Ca/P) compreso tra 1 e 2, come ad esempio idrossiapatite (HA) e/o idrossiapatite calcio deficiente (HACaD) e/o beta-tricalciofosfato (β-TCP) e/o tetratri calcio fosfato (TTCP) e/o alfatricalciofosfato (α-TCP) e/o miscele degli stessi, determinando in tal modo la produzione di granuli (10, 20) e/o agglomerati (100, 200) chimicamente costituiti da una sola tipologia di detta polvere o da più tipologie di detta polvere comprese tra 5-95%.
11. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di predisporre detta polvere ceramica avviene selezionando detta polvere avente una granulometria compresa tra 0,5 micron e 200 micron.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di predisporre detta soluzione acquosa è ottenuta sciogliendo nella stessa detto polisaccaride naturale in una percentuale compresa tra 0,1 e 5%.
13. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di predisporre detta soluzione acquosa è ottenuta sciogliendo in detta soluzione acquosa chitosano e acido acetico ad una concentrazione compresa tra 0,1 e 5%.
14. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta fase di preparare almeno una sospensione ceramica (30) avviene disperdendo in detta soluzione acquosa detta polvere ceramica ad una concentrazione compresa tra 1 e 200 g/1.
15. Biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli (10, 20) e/o di agglomerati (100, 200) di granuli riassorbibili essiccati, ottenibile secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, comprendente almeno una polvere ceramica a base di calcio fosfato ed un polisaccaride naturale in cui detto polisaccaride naturale è gelificato, in cui detti granuli (10, 20) comprendono una microporosità formata da pori (12) di dimensioni micrometriche e/o in cui detti agglomerati (100, 200) comprendono ulteriormente una macroporosità (14) tra granulo e granulo, oppure biomateriale a base di calcio fosfato sotto forma di granuli (10, 20) e/o di agglomerati (100, 200) di granuli riassorbibili sinterizzati, ottenibile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-14, comprendente almeno una polvere ceramica a base di calcio fosfato, in cui detti granuli (10, 20) comprendono una microporosità formata da pori (12) interconnessi, di dimensioni micrometriche e sostanzialmente distribuiti nell’intero volume di detti granuli (10, 20) e/o in cui detti agglomerati (100, 200) comprendono ulteriormente una macroporosità (14) tra granulo e granulo.
16. Biomateriale secondo la rivendicazione 15, in cui detti granuli (10, 20) e/o detti agglomerati (100, 200) comprendono almeno una sostanza dopante quale ioni stronzio e/o zinco e/o magnesio e/o una miscela degli stessi, eccetera, per aumentare l’osteointegrazione di detti granuli (10, 20) e/o di detti agglomerati (100, 200).
17. Biomateriale secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui detti granuli (10, 20) e/o detti agglomerati (100, 200) comprendono un nucleo centrale formato da un primo materiale (16) a base di calcio-fosfato o di un farmaco e/o medicamento e almeno un guscio esterno formato da almeno un secondo materiale (18) a base di calcio fosfato.
18. Biomateriale secondo una qualsiasi delle precedenti da 15 a 17, in cui detti granuli (10, 20) e/o detti agglomerati (100, 200) comprendono una polvere ceramica comprendente calcio fosfato con un rapporto calcio su fosforo (Ca/P) compreso tra 1 e 2, come ad esempio idrossiapatite (HA) e/o idrossiapatite calcio deficiente (HACaD) e/o beta-tricalciofosfato (β-TCP) e/o tetratri calcio fosfato (TTCP) e/o alfa-tricalciofosfato (α-TCP) e/o miscele degli stessi, determinando in tal modo granuli (10, 20) e/o agglomerati (100, 200) chimicamente costituiti da una sola tipologia di detta polvere o da più tipologie di detta polvere comprese nel range percentuale 5-95%, e/o in cui detta polvere ceramica presenta una granulometria compresa tra 0,5 micron e 200 micron e/o in cui detta polvere ceramica presenta una concentrazione compresa tra 1 e 200 g/1.
19. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 18, in cui detto polisaccaride naturale comprende alginato di sodio o chitosano o miscele degli stessi e/o in cui detto polisaccaride naturale presenta una percentuale compresa tra 0,1 e 5%.
20. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 19, in cui detti granuli (10, 20) presentano dimensioni comprese tra 10 e 2000 micron e/o detti agglomerati (100, 200) presentano dimensioni maggiori o uguali di 1000 micron.