MX2011007029A

MX2011007029A - Compuestos mixtos bioactivos de polimero y vidrio y metodo para elaborar los mismos.

Info

Publication number: MX2011007029A
Application number: MX2011007029A
Authority: MX
Inventors: James P Murphy; Marissa M Darmoc; Theodore D Clineff; Matthew B Havener; Zachary S Szczerbinski
Original assignee: Orthovita Inc
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-07-20
Also published as: EP2381897A1; US9662821B2; US20150273751A1; US20170232147A1; AU2009333252A1; CA2748361C; IL213455A0; CA2748361A1; US10307511B2; EP2381897B1; US20100168798A1; EP2381897A4; IL213455A; AU2009333252B2; WO2010077948A1

Abstract

La presente invención se refiere generalmente a compuestos mixtos de polímero y vidrio y, más particularmente, a implantes bioactivos; la presente invención también se refiere a métodos para elaborar compuestos mixtos bioactivos; los compuestos mixtos bioactivos encuentran utilidad en una variedad de aplicaciones clínicas de carga incluyendo espina dorsal, procedimientos ortopédicos y dentales.

Description

COMPUESTOS MIXTOS BIOACTIVOS DE POLÍMERO Y VIDRIO Y MÉTODO PARA ELABORAR LOS MISMOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Biomateriales se han utilizado como implantes en el campo de la columna vertebral, ortopedia y odontología incluyendo trauma, reparación de fractura, cirugía reconstructiva y reconstrucción borde alveolar, por más de un siglo. Aunque los implantes de metal han sido los implantes predominantes de elección para estos tipos de aplicaciones de carga, cerámicas adicionales y materiales poliméricos no reabsorbibles se han empleado en los últimos veinticinco años, debido a su biocompatibilidad y propiedades físicas.

Poliéteretercetona (PEEK) es un biomaterial de uso frecuente en implantes médicos. Por ejemplo, PEEK puede ser moldeada en formas preseleccionadas que poseen propiedades de carga. PEEK es un termoplástico con excelentes propiedades mecánicas, incluyendo un módulo de Young de aproximadamente 3.6 GPa y una resistencia a la tracción de aproximadamente 100 MPa. PEEK es semi-cristalina, se funde a aproximadamente 340°C, y es resistente a la degradación térmica. Tales materiales termoplásticos, sin embargo, no son bioactivos, osteoproductivos u osteoconductivos.

Procedimientos convencionales no proveen efectivamente un material o un método para producir el material que combina un polímero biocompatible, tal como PEEK con un vidrio bioactivo que tiene un tamaño de partícula de más de una miera. Además, estos procedimientos no incorporan un material o describen un método para producir un material de implante bioactivo que combina PEEK y vidrio bioactivo de varios tamaños de partícula y que tiene las propiedades estructurales y mecánicas apropiadas para soportar las tensiones necesarias para su uso en implantes espinales y ortopédicos.

Una combinación de polímeros que incluyen PEEK y vidrio cerámico Combeite, un vidrio bioactivo, por lo general se ha descrito en Patentes de E.U.A. No. 5,681 ,872, No. 5,914,356 y No. 6,987,136, cada una de los cuales se asigna al cesionario de la presente invención y se incorpora en este documento como referencia en su totalidad. Se ha descubierto, sin embargo, que métodos convencionales de combinación de poliarilétercetonas, tal como PEEK y vidrios bioactivos, como vidrio cerámico bioactivo Combeite, por ejemplo, combinación usando un extrusor de tornillo, resulta en una reacción entre PEEK y el vidrio cerámico Combeite que- se forma de un material que tiene propiedades que inhiben el funcionamiento del extrusor. En algunos casos, la reacción hace que la combinación de materiales bioactivos, tales como vidrio, cerámicos, vidrio cerámicos, con PEEK, o polímeros similares de la familia de poliarilétercetona, un desafío que usa procesamiento convencional. Los intentos para combinar PEEK y un vidrio bioactivo sin el uso de un extrusor de tornillo se han hecho. Por ejemplo, publicación de patente internacional WO 2008/039488, que se asigna al cesionario de la presente invención, se describe un método para mezclar PEEK y un vidrio bioactivo seguido por una etapa de moldeo por compresión para formar un artículo. Aunque este procedimiento exitoso produce un artículo bioactivo, la homogeneidad del artículo bioactivo, en parte, se basa en PEEK y el vidrio bioactivo que se procesa en forma de polvo de modo que el tamaño de partícula de inicio de PEEK y el tamaño de partícula del vidrio bioactivo se ¡guala cercanamente. Además, los métodos de moldeo por compresión, tal como este descrito no son ideales para la preparación de material a granel a gran escala.

Es deseable, por lo tanto, tener un procedimiento que emplea exitosamente un extrusor cuando se producen compuestos mixtos bioactivos tales como, por ejemplo, PEEK y Combeite, porque el equipo es fácilmente disponible y puede manejar altos rendimientos (por ejemplo, en el orden de cincuenta libras por hora). Además, es deseable tener un procedimiento que produce pellas homogéneas que pueden ser re-procesadas o moldeadas por inyección a la forma deseada (a diferencia de los procedimientos de moldeo por compresión que están sujetos a la variabilidad en homogeneidad, variabilidad en distribución de vidrio bioactivo, mayor probabilidad de imperfecciones estructurales, tienen bajos rendimientos, y se limitan a pequeñas formas netas). En consecuencia, existe una necesidad en la técnica de un método de preparación de un compuesto mixto bioactivo en el que un vidrio bioactivo, como 45S5 o Combeite, se mezcla con un polímero para producir un compuesto mixto bioactivo homogéneo. También hay una necesidad en la técnica de un método de preparación de un compuesto mixto homogéneo bioactivo que facilita el uso de diferentes tamaños de partículas PEEK en combinación con varios tamaños de partícula de vidrio bioactivo (en el que los tamaños de partículas respectivas pueden ser mal emparejadas). Además, también existe una necesidad en la técnica de un método de preparación de un compuesto mixto bioactivo en lotes grandes que además se pueden procesar para producir implantes de forma que tienen las propiedades mecánicas adecuadas para soportar las fuerzas requeridas de implantes espinales, ortopédicos y dentales. La presente invención satisface estas necesidades.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se entiende mejor a partir de la siguiente descripción detallada cuando se lee junto con las figuras acompañantes. Se hace hincapié en que, de acuerdo con la práctica común, las varias características de las figuras no están a escala. Por el contrario, las dimensiones de las varias características son de forma arbitraria ampliadas o reducidas para mayor claridad. Se incluyen las siguientes figuras: La figura 1 provee una vista isométrica de una modalidad de un implante cervical 10.

La figura 2 proporciona una vista frontal que ilustra el lado anterior del implante cervical 10.

La figura 3 proporciona una vista lateral que ilustra el lado medial del implante cervical 10.

Las figuras 3a y 3b proporcionan vistas laterales que ilustran el implante cervical 10 con y sin ángulo lordótico, respectivamente.

La figura 4 ofrece una vista plana que ilustra la forma sustancialmente trapezoidal de las superficies superior e inferior del implante cervical 10.

La figura 5 proporciona una vista detallada del implante cervical 10, con un material de injerto sintético.

La figura 5a y 5b proporciona una vista isométrica y superior, respectivamente, de otra modalidad de un implante cervical 10a.

La figura 6 proporciona una vista isométrica de una placa cervical y montaje de sujetador 100.

La figura 7 proporciona una vista isométrica de un implante cervical con una placa cervical y montaje de sujetador 100.

La figura 8 proporciona otra vista del implante cervical con la placa cervical y montaje de sujetador 100.

La figura 9 proporciona una vista isométrica de una modalidad de un accesorio de conexión 110 que puede ser utilizado junto con el implante cervical 10 o 10a.

La figura 10 proporciona una vista isométrica de otra modalidad de un accesorio espaciador 120 que puede ser utilizado junto con el implante cervical 10 o 10 a.

La figura 11 proporciona una vista isométrica del accesorio conector 110 y el accesorio espaciador 120 que se pueden utilizar para igualar dos implantes cervicales 10 o 10 a.

La figura 12 proporciona una vista isométrica de una modalidad del implante de fusión intersomática lumbar anterior (ALIF) 130.

La figura 13 proporciona una vista frontal que ¡lustra el lado anterior del implante ALIF 130.

La figura 14 proporciona una vista lateral que ilustra el lado medial o lado lateral del implante ALIF 130.

La figura 15 proporciona una vista isométrica de una modalidad alternativa del implante ALIF 200.

La figura 16 proporciona una vista isométrica del implante ALIF 200 que incluye una función de sujeción.

La figura 17 proporciona una vista frontal del implante ALIF y una función de sujeción.

La figura 18 proporciona una vista lateral del implante ALIF y una función de sujeción.

La figura 19 proporciona una vista en sección transversal del implante ALIF y una función de sujeción.

La figura 20 proporciona una vista isométrica de una modalidad del implante de la fusión intersomática lumbar posterior (PLIF) 240.

La figura 21 proporciona una vista isométrica, lateral de otra modalidad del implante PLIF 240.

La figura 22 proporciona una vista isométrica de aún otra modalidad del implante PLIF 240.

La figura 22a proporciona una vista isométrica de una modalidad de un implante de fusión intersomática lumbar transforaminal (TLIF) x1.

La figura 22b proporciona una vista plana superior e inferior del implante x1.

La figura 22c proporciona una vista isométrica de una modalidad de un implante TLIF que ilustra dos aberturas laterales.

La figura 22d proporciona una vista plana que ilustra las aberturas x12 y x13 y huecos a los lados anterior y posterior del implante TLIF.

La figura 23 proporciona una vista isométrica de una modalidad del instrumento de distracción en paralelo que acopla el implante ALIF 130.

La figura 24 proporciona una vista lateral del instrumento de distracción en paralelo 310 que acopla el implante ALIF 130.

La figura 25 proporciona una vista detallada del par de horquillas superior 320 e inferior 330 del instrumento de distracción en paralelo 310.

La figura 26 proporciona una vista detallada, isométrica del instrumento de distracción paralelo 310.

La figura 27 proporciona una vista isométrica del instrumento de distracción en paralelo 310 que ilustra el extremo 340 o mango del instrumento.

La figura 28 proporciona una vista isométrica de una modalidad de la herramienta de inserción del implante 350.

La figura 29 proporciona una visión detallada de la punta de la herramienta de inserción del implante 350.

La figura 30 proporciona una vista isométrica de otra modalidad de la herramienta de inserción del implante 350 que presenta una punta roscada.

La figura 31 proporciona una vista detallada, isométrica de la herramienta de inserción del implante 350 cerca para acoplar el implante ALIF 130.

La figura 31a ofrece una vista isométrica de otra modalidad de la herramienta de inserción del implante 350 que presenta una punta roscada que se puede avanzar vía la rotación del adelantador 380 o perilla de extremo girable 380a.

La figura 32 proporciona una vista isométrica de la herramienta de inserción del implante 390 antes acoplar el implante cervical 10.

La figura 33 proporciona una vista isométrica de la herramienta de inserción del implante 390 que acopla el implante cervical 10.

La figura 34 proporciona una vista lateral de la herramienta de inserción del implante 390 que inserta el implante cervical 10 entre dos cuerpos vertebrales.

La figura 35 proporciona una vista lateral de otra modalidad de la herramienta de inserción del implante 410 que inserta el implante cervical 10 entre dos cuerpos vertebrales.

La figura 36 proporciona una vista plana de una modalidad de fórceps 440.

La figura 37 proporciona una vista detallada, plana de los fórceps 440 que acoplan implante cervical 10.

La figura 38 proporciona una vista isométrica de los fórceps 440 que acoplan el implante cervical 10.

La figura 39 proporciona una vista detallada, isométrica de los fórceps 440 que acoplan el implante cervical 10.

La figura 40 proporciona una vista isométrica, detallada de una modalidad de la herramienta de inserción 470 de la presente invención.

La figura 41 proporciona una vista isométrica de la herramienta de inserción montada 470.

La figura 42 proporciona una vista isométrica de otra modalidad de la herramienta de inserción 500.

La figura 43 proporciona una vista isométrica detallada de una modalidad de la herramienta de inserción 500 de la presente invención que acopla el implante cervical 10.

La figura 44 proporciona una vista isométrica de la herramienta de inserción 500 y una modalidad del martillo impactador 510 de la presente invención.

La figura 45 proporciona una vista isométrica de la herramienta de inserción 500 y el implante cervical 10 que se inserta entre dos cuerpos vertebrales.

La figura 46 proporciona una vista lateral de la herramienta de inserción 500 y el implante cervical 10 que se inserta entre dos cuerpos vertebrales.

Las figuras 47a hasta 47c proporcionan una vista frontal de la herramienta de inserción 500 se utiliza para ajusfar la posición del implante 10 entre los dos cuerpos vertebrales.

La figura 47d ofrece una vista lateral que ilustra un instrumento raspador y1 de la presente invención que se utiliza para dar forma a la placa final antes de la inserción del implante.

La figura 48 proporciona vistas isométricas de una modalidad de las herramientas de implante de prueba de la presente invención.

La figura 49 proporciona una vista detallada, isométrica del implante de prueba de la figura. 48.

La figura 50 proporciona una vista isométrica de una modalidad del bloque de impacto del injerto 540 de la presente invención.

La figura 51 proporciona una vista isométrica del bloque de impacto del injerto 540 y herramienta de fórceps 440 que acopla el implante cervical 10.

La figura 52 proporciona una vista isométrica del bloque de impacto del injerto 540 y la inserción de material de injerto en el implante cervical 10.

La figura 53 es un ejemplo de otra modalidad de un cuerpo formado en la forma de un implante espinal de cuerpo vertebral de acuerdo con la presente invención.

La figura 54 es un ejemplo de otra modalidad de un cuerpo formado en la forma de un implante espinal de cuerpo vertebral de acuerdo con la presente invención mostrado con un material de injerto en el centro del implante.

La figura 55, figura 56, figura 57 muestra varias clavijas óseas para fusión espinal en el lugar en el cuerpo vertebral (cuerpo vertebral se muestra en línea discontinua).

La figura 58 es un ejemplo de una modalidad de un cuerpo formado en la forma de un implante de cadera ortopédico de acuerdo con la presente invención.

Las figuras 59a y 59b representan la inserción de clavijas en la cadera femoral en un fémur (fémur mostrado en línea discontinua en cada figura).

Las figuras 60a hasta 60d representan diferentes formas de clavijas para uso ortopédico.

Las figuras 61a y 61 b ¡lustran una modalidad del material de la presente invención formado en una forma de manguito y se utiliza por el injerto impactado para acomodar un implante artificial que dicha forma de manguito que se atornilla, une o sujeta o de otra manera une en el lugar.

La figura 62 ilustra una modalidad del material de la presente invención formado en forma de bloque o manguito y se utiliza para la reparación o reemplazo de defectos a granel en los defectos óseos, oncológicos o aumento de los tornillos.

La figura 63 es un ejemplo de una modalidad de un cuerpo formado en forma de tornillos de acuerdo con la presente invención.

La figura 64 es un ejemplo de una modalidad de un cuerpo formado en forma de placas ortopédicas de acuerdo con la presente invención.

Las figuras 65a, 65b y 65c muestran espaciadores vertebrales corticales sintéticos o dispositivos intersomáticos comprendidos del material de la presente invención. Las figuras. 65b y 65c son en forma de anillos.

Las figuras 66a hasta 66c representan clavijas óseas corticales sintéticas o dispositivos intersomáticos comprendidos del material de la presente invención.

La figura 67 es otra forma de espaciador sintético cortical comprendido del material de la presente invención.

La figura 68 es un dispositivo ¡ntersomático vertebral cortical sintético comprendido por el material de la presente invención.

La figura 69 es un cuerpo formado sintético para la restauración de los huesos. Los compuestos mixtos bioactivos de la presente invención 270a se combinan con una porción de fosfato de calcio 272a para dar lugar a un cuerpo formado cortico-canceloso bioactivo.

La figura 70 es un anillo cortical sintético comprendido del material de la presente invención.

La figura 71 es una varilla cortical sintética para restauración ortopédica comprendida del material de la presente invención.

Las figuras 72a y 72b ilustran otra modalidad de la presente invención utilizada como un implante craneomaxilofacial, de reconstrucción cigomática y mandibular.

Las figuras 73a y 73b ilustran una modalidad del material de la presente invención formado en una forma de bloque y se utiliza como una reconstrucción de la meseta tibial que se atornilla, une, fija, sujeta, ancla o de otra manera une en el lugar.

La figura 74 es un ejemplo de una modalidad de un cuerpo formado en la forma de un implante dental de acuerdo con la presente invención.

La figura 75a y la figura 75b ilustran una modalidad de la presente invención utilizada como un manguito en el que un diente, se atornilla, une, fija, sujeta, ancla, o de otra manera une en el lugar.

La figura 76 representa una serie de fotografías del microscopio electrónico de barrido (SEM) de varias modalidades de muestra de la presente invención que comprende PEEK y vidrio cerámico Combeite (<53 µ?t?) antes de la inmersión en el fluido corporal simulado (SBF).

La figura 77 representa una serie de fotografías SEM de las muestras mostradas en la figura 76 después de la inmersión en SBF durante 3 días.

La figura 78 representa una serie de fotografías SEM de las muestras mostradas en la figura 76 después de la inmersión en SBF durante 7 días.

La figura 79 representa una serie de fotografías SEM de ciertas muestras mostradas en la figura 76 después de la inmersión en SBF durante 14 días.

La figura 80 representa una serie de fotografías SEM de ciertas muestras mostradas en la figura 76 después de la inmersión en SBF durante 21 días.

La figura 81 representa una fotografía SEM que muestra una vista en sección transversal de una modalidad ejemplar de la presente invención que comprende 60% de PEEK y 40% vidrio cerámico Combeite (<53 µ??) después de la inmersión en SBF durante 21 días junto con un espectro de espectroscopia de energía dispersiva (EDS) de las capas que confirman el crecimiento de fosfato de calcio (CaP).

La figura 82 representa una serie de fotografías SEM de ciertas muestras mostradas en la figura 76 después de la inmersión en SBF durante 28 días.

La figura 83 representa una serie de fotografías SEM de varias modalidades de muestra de la presente invención que comprenden PEEK y vidrio cerámico (90 a 150 µ??) antes y después de la inmersión en SBF durante 14 días.

La figura 84 representa fotografías SEM de una modalidad ejemplar del cuerpo formado de compuesto mixto de la presente invención que comprende 80% de PEEK y 20% vidrio cerámico Combeite (90 a 150 µp?) antes y después de la inmersión en SBF durante 7 días.

La figura 85 representa fotografías SEM de una modalidad ejemplar del cuerpo formado de compuesto mixto de la presente invención que comprende 70% de PEEK y 30% de vidrio cerámico Combeite (90 a 150 µp?) antes y después de la inmersión en SBF durante 7 días.

La figura 86 representa imágenes microCT y reconstrucciones 3- D de una modalidad ejemplar de la presente invención que comprende 80% de PEEK y 20% de vidrio cerámico Combeite (90 a 150 µG?).

La figura 87 representa imágenes microCT y reconstrucciones 3-D de una modalidad ejemplar de la presente invención que comprende el 70% de PEEK y 30% de vidrio cerámico Combeite (90 a 150 µ??).

La figura 88 representa la máxima fuerza cortante interfacial en la inferíase material-hueso de diversas modalidades de la presente invención después de 12 y 24 semanas de la implantación en un hueso largo ovino.

La figura 89 es una imagen histológica después de la implantación in vivo de una clavija comprendida del material de la presente invención que muestra el hueso adyacente y crecimiento en el implante sin intervención de tejido fibroso.

La figura 90 es una imagen histológica después de la implantación in vivo de otra clavija comprendida del material de la presente invención que muestra el hueso adyacente y crecimiento en el implante sin intervención de tejido fibroso.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a compuestos mixtos bioactivos de polímero biocompatible y vidrio y, más particularmente, a implantes. La presente invención se refiere también a métodos de fabricación de compuestos mixtos bioactivos. La presente invención además se refiere a métodos de reparación o fusión ósea; métodos de reemplazo de articulaciones enfermas o disfuncionales; métodos de implantación de compuestos mixtos bioactivos de polímero y vidrio, y métodos para facilitar el bloqueo mecánico de los implantes de compuesto mixto con hueso.

La presente invención proporciona compuestos mixtos bioactivos, y métodos para la fabricación de compuestos mixtos bioactivos, que comprenden materiales para implantes bioactivos y biocompatibles para la formulación de los cuerpos formados de unión y bloqueo mecánicamente al hueso. La presente invención también proporciona compuestos mixtos bioactivos y métodos para producir implantes formados que tienen las propiedades mecánicas adecuadas para soportar las fuerzas requeridas de implantes espinal, ortopédico y dental. La presente invención además proporciona métodos para la preparación de compuestos mixtos bioactivos que comprenden un polímero biocompatible, tal como, por ejemplo, polléterétercetona (PEEK), y un vidrio bioactivo tal como, por ejemplo, vidrio cerámico Combeite. La presente invención también se proporciona para cuerpos formados preparados a partir de estos materiales que se utilizan en una amplia gama de aplicaciones clínicas.

En una modalidad, la presente invención proporciona compuestos mixtos bioactivos que incluyen un polímero biocompatible en combinación con un vidrio bioactivo. Como se usa aquí, el término "polímero biocompatible" se refiere a un polímero que, cuando se introduce en un sistema vivo, será compatible con el tejido vivo o el sistema vivo (por ejemplo, por no ser sustancialmente tóxico, nocivo, o que no causar rechazo inmunológico). El polímero biocompatible puede ser seleccionado de tal manera que funcione para reforzar el compuesto mixto con el fin de, por ejemplo, incrementar la capacidad de carga de los compuestos mixtos.

El polímero biocompatible utilizado en la presente invención es preferiblemente un polímero sintético. Ejemplos de polímeros sintéticos biocompatibles que son adecuados para su uso en la presente invención, solos o en combinación incluyen, polimetilmetacrilato, poliarilétercetonas (PAEKs), incluyendo poliéterétercetona (PEEK) y poliarilétercetona-étercetonacetona (PEKEKK), poliuretano, poli(L-láctico), poli(D, L-láctico), poli (L-co-D.L-láctico), poliglicólido, poli(láctico-co-glicólido), poli (hidroxilbutirato), poli(hidroxivalerato), policarbonato tirosina-derivado, polianhidrido, poliortoester, polifosfaceno, poli(dioxanona), poli(s-caprolactona), y poligliconato. Otros polímeros similares conocidos en la técnica se pueden usar y varias combinaciones de los polímeros se pueden incluir en la composición para ajustar las propiedades de la composición como se desea. En las modalidades preferidas de la presente invención, los polímeros en la familia de PAEK, incluyendo PEEK son los polímeros biocompatibles preferidos.

El peso molecular del polímero biocompatible puede variar dependiendo de la aplicación deseada. Pesos moleculares preferidos de los polímeros incluyen de aproximadamente 50,000 a aproximadamente 750,000, de aproximadamente 50,000 a aproximadamente 500,000 y de aproximadamente 70,000 a aproximadamente 400,000 Daltons. En algunas modalidades, cuando PEEK se utiliza como el polímero biocompatible, PEEK puede ser PEEK de alto peso molecular (es decir, 110,000-120,000), PEEK de peso molecular medio (es decir, 100,000-110,000) o PEEK de peso molecular bajo (es decir, 70,000 -100,000). Por ejemplo, PEEK de peso molecular alto puede ser preferido para los procedimientos en los que la carga de vidrio es baja, mientras que PEEK de peso molecular bajo puede ser más preferido para procedimientos en los que la carga de vidrio es alta. PEEK de peso molecular bajo también puede ser preferido para aplicaciones donde el implante moldeado final posee características de diseño complejas o requiere repetir las etapas de re-fundido. De manera alternativa, el polímero biocompatible por si mismo puede ser un PEEK de peso molecular medio o un compuesto mixto de PEEK de peso molecular alto y bajo. El polímero biocompatible preferido puede tener una velocidad de flujo fundido (ASTM D1238) de 1 g/10 min a 60 g/10 min. En ciertas modalidades, el polímero tiene un peso molecular alto y la velocidad de flujo fundido es de 2 a 5 g/10 min. En otras modalidades, el polímero tiene un peso molecular bajo y la velocidad de flujo fundido de 18-50g/10min. Los ejemplos no limitantes representativos de polímeros PEEK incluyen lnvibio®s PEEK-OPTIMA® LT1 (peso molecular alto), PEEK-OPTIMA ® LT2 (peso molecular medio), PEEK-OPTIMA ® LT3 (peso molecular bajo), MOTIS ™, PEEK -CLASSIX ® (Invibio, Ltd., Lancashire, Reino Unido; Invibio, Inc., West Conshohocken, PA), polímeros PEEK de Evonik Degussa Corporation (Parsippany, NJ), PEEK Altera™ de Medshape Solutions, Inc. (Atlanta, GA) y Zeniva™ de Solvay Advanced Polymers, LLC (Alpharetta, GA).

El componente de polímero biocompatible de la presente invención se puede utilizar en un amplio intervalo de tamaños de partículas. Por ejemplo, el polímero biocompatible puede tener un tamaño de partícula de aproximadamente 4 µ??? a aproximadamente 4,000 µ??. En una modalidad preferida de la presente invención, el tamaño de partícula varía de aproximadamente de 1000 µ?? a aproximadamente 4,000 µ?t?. En dichas modalidades, el polímero biocompatible se obtiene normalmente en forma de granulos o pellas de un proveedor comercial antes de ser mezclado con el vidrio bioactivo de acuerdo con los métodos de la presente invención.

Vidrios bíoactivos y vidrios cerámicos se caracterizan por su capacidad para formar un enlace directo con el hueso. Un material basado en el polímero PEEK, o tipos similares de polímeros de la familia de PEEK que incluyen las propiedades de unión del hueso de un vidrio bioactivo, puede ser deseable. Mediante la incorporación de vidrio bioactivo en la matriz del polímero, un material de compuesto mixto se forma el cual cuando se implanta provoca una reacción bioactiva y conduce a la formación de hueso y la aposición ósea directa sobre la superficie del implante, por lo general sin intervenir en el tejido fibroso. Se ha determinado particularmente que vidrio bioactivo en el intervalo de tamaño de aproximadamente 50 µ?t? a aproximadamente 300 µ?t?, y, más particularmente, de aproximadamente 90 µ?? a aproximadamente 150 µ?t? facilita el bloqueo mecánico del material de compuesto mixto con el hueso, de manera que el hueso crece en la superficie del compuesto mixto bioactivos en el sitio de la partícula bioactiva.

El vidrio bioactivo utilizado en la presente invención puede ser cualquier material cerámico que contienen alcalinos (vidrio, vidrio cerámico o cristalino) que reacciona como se pone en contacto con los fluidos fisiológicos, incluyendo pero sin limitarse a, sangre y suero, lo que conduce a la formación de hueso. En modalidades preferidas, los vidrios bioactivos, cuando se colocan en fluidos fisiológicos, forman una capa de apatita en su superficie. Como se usa aquí, "bioactivo" se refiere a la formación química de una capa de fosfato de calcio (amorfa y parcialmente cristalina, o cristalina) a través de intercambio iónico entre el líquido que rodea y el material de compuesto mixto. Bioactivo también describe materiales que, cuando se someten a la implantación ¡ntracorporeal, provocan una reacción. Tal reacción conduce a la formación de hueso, el apego en o adyacente al implante, y/o formación de hueso o aposición directamente al implante, por lo general sin intervención de tejido fibroso.

Preferiblemente, el componente de vidrio bioactivo de la presente invención comprende las regiones de morfología de cristalitos Combeite. Dicho vidrio bioactivo se denomina en este documento como "vidrio cerámico Combeite". Ejemplos de vidrios bioactivos preferidos adecuados para su uso en la presente invención se describen en las patentes de E.U.A. No. 5,914,356 y No. 5,681 ,872, cada uno de los cuales se incorpora por referencia en este documento en su totalidad. Otros materiales bioactivos apropiados incluyen vidrio 45S5 y composiciones que comprenden silicato de calcio-fósforo-sodio y silicato de calcio-fósforo. Composiciones de vidrio bioactivo adicionales que pueden ser adecuados para su uso en la presente invención se describen en la patente de E.U.A. No. 6,709,744, incorporada en este documento para referencia. Otros vidrios bioactivos adecuados incluyen borosilicato, sílice y wollastonita. Vidrios bioactivos adecuados incluyen, pero no se limitan a, materiales que contienen sílice, borato y fosfato. Se entiende que algunos materiales de vidrio bioactivo que no contienen alcalinos están dentro de la esencia de la invención. Vidrios bioactivos, como se define en este documento, no incluyen los materiales de fosfato de calcio, por ejemplo hidroxiapatita y fosfato de tricalcio. Sin embargo, además del vidrio bioactivo, la composición de la invención pueden incluir adicionalmente otros agentes tales como materiales de fosfato de calcio.

En modalidades preferidas de la presente invención, el vidrio bioactivo es vidrio cerámico Combeite (también conocido como "Combeite"). Combeite es un mineral que tiene la composición química Na4Ca3Si6Oi6(OH)2. Se ha encontrado que el uso de vidrio bioactivo en las composiciones de restauración, cuyos vidrios bioactivos incluyen cristalitos Combeite en una estructura de vidrio cerámico (por lo tanto, vidrio cerámico Combeite), de acuerdo con la presente invención da origen a restauraciones espinales, ortopédicas y dentales superiores.

Es preferible que las partículas de vidrio cerámico Combeite que forman parte o la totalidad del componente de vidrio bioactivo de la presente invención comprenden al menos aproximadamente 2% en volumen de cristalitos Combeite. Partículas de vidrio cerámico Combeite que contienen porcentaje más altos de cristalitos son más preferidas y el porcentaje de volumen de aproximadamente 5% a aproximadamente 50% de los cristalitos se desea especialmente. Será apreciado que las partículas de vidrio cerámico Combeite de la presente invención son heterogéneos en cuanto a que comprenden una estructura, amorfa vitrea que tienen cristalitos o regiones de cristalinidad Combeite dispersos por todo el material.

Se prefiere que las partículas heterogéneas de vidrio cerámico Combeite tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 1 µ?? a aproximadamente 500 µ??. En algunas modalidades de la presente invención, el vidrio cerámico Combeite tiene un tamaño de partícula promedio de menos de aproximadamente 300 µ??. En otras modalidades de la presente invención, el vidrio cerámico Combeite tiene un tamaño de partícula promedio de partícula de menos de 150 µ??. En aún otras modalidades de la presente invención, el vidrio cerámico Combeite tiene un tamaño de partícula promedio de menos de 53 µ??.

Varios intervalos de tamaño de partícula promedio de vidrios cerámicos Combeite particulares se han encontrado para ser preferidos cuando se practica con la presente invención. El primer intervalo es menor o igual a 53 µ??. El siguiente intervalo de tamaño de partícula promedio es menor o igual a 90 µ?t?. El tercer intervalo de tamaño de partícula promedio es de aproximadamente 90 µ?? a 150 µ??. El cuarto intervalo de tamaño de partícula promedio es menor o igual a aproximadamente 150 µ??. Se prevé que, en ciertas modalidades de la presente invención, las partículas bioactivas son nanopartículas. También se contempla que una mezcla de partículas bioactivas de los diferentes tamaños de partícula promedio puede ser utilizada.

Los métodos de determinación de tamaños de partículas son conocidos en la técnica. Algunos métodos incluyen el paso de las partículas a través de varios tamices para determinar intervalos de tamaño de partícula generales. Otros métodos incluyen la dispersión de luz láser, y aún otros son conocidos por las personas con experiencia en la técnica. Determinación del tamaño de partícula se realiza convenientemente por tamizado y se puede utilizar aquí. Tamaño de partícula también se puede determinar vía el análisis de imagen SEM. Será apreciado que la recitación de los promedios o intervalos de tamaño no significa que se excluyan todas las partículas con una dimensión ligeramente superior o inferior. Por el contrario, los tamaños de partículas se definen de forma práctica y en el contexto de esta invención.

De acuerdo con algunas modalidades preferidas, las mezclas de vidrio cerámico Combeite puede ser útil como el componente de vidrio bioactivo de la presente invención. Por lo tanto, un número de diferentes vidrios cerámicos Combeite se puede preparar con diferentes propiedades, tales como tamaño de cristalitos Combeite, porcentaje de cristalitos Combeite, tamaños de partículas del vidrio cerámico Combeite, y lo similar. También es preferible, en algunos casos mezclar vidrio cerámico Combeite, de acuerdo con la presente invención con otros agentes que son consistentes con los objetivos a obtenerse. Por lo tanto, una amplia variedad de otros agentes se pueden así emplear mientras la composición de la invención comprende vidrio bioactivo que equivale al menos aproximadamente 5% en peso de la composición. La composición de otro agente también puede incluir agentes radiopacificantes tales como los conocidos en la técnica.

En ciertas modalidades, el componente de vidrio bioactivo puede estar en forma de fibras, filamentos o hilos. Es preferible que los diámetros de estas fibras y filamentos es de aproximadamente 1 µ?t? a aproximadamente 500 µp?.

En algunas modalidades, el vidrio bioactivo comprende al menos un metal alcalino tal como, por ejemplo, litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, francio, o combinaciones de estos metales. En otras modalidades, sin embargo, el vidrio bioactivo tiene poco o nada de metal alcalino. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el vidrio bioactivo tiene 30% o menos de metal alcalino. En otras modalidades, el vidrio bioactivo tiene 25% o menos de metal alcalino. En aún otras modalidades, el vidrio bioactivo tiene 20% o menos de metal alcalino. En aún otras modalidades, el vidrio bioactivo tiene 15% o menos de metal alcalino. En otras modalidades, el vidrio bioactivo tiene 10% o menos de metal alcalino. En aún otras modalidades, el vidrio bioactivo tiene 5% o menos de metal alcalino. En aún otras modalidades, el vidrio bioactivo tiene sustancialmente nada de metal alcalino. Sin pretender ser unido por cualquier teoría particular, se cree que la presencia de ciertos metales puede catalizar la polimerización adicional del polímero biocompatible, tal como, por ejemplo, PEEK, con lo que (1) incrementa su peso molecular y/o (2) incrementar su grado de densidad de entrelazamiento/entrelazado. Cualquier evento incrementa la viscosidad del polímero y puede aprovechar el equipo utilizado para procesar el material de compuesto mixto. Como tal, un vidrio bioactivo con un bajo porcentaje de metales alcalinos se puede utilizar para prevenir fallas de equipos y/o permitir un alto porcentaje de vidrio bioactivo a ser utilizado.

En modalidades ejemplares de la presente invención, el vidrio bioactivo tiene propiedades osteoproductivas. Como se utiliza en este documento, "osteoproductivo" se refiere a la capacidad de permitir la proliferación de osteoblastos, lo que permite la regeneración ósea. "Osteoproductivo" también se puede definir como conductor a un procedimiento en el que se coloniza una superficie bioactiva por las células madre osteogénicas y que resulta en el llenado más rápido de defectos que los producidos por los materiales meramente osteoconductivos. Vidrio cerámico es un ejemplo de un material osteoproductivo, bioactivo.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el material de compuesto mixto compuesto puede comprender hasta aproximadamente 50% de vidrio bioactivo. En ciertas modalidades, el vidrio bioactivo está presente en una cantidad de aproximadamente 5 a 50% en peso de material de compuesto mixto compuesto. En otras modalidades, el vidrio bioactivo está presente en una cantidad de aproximadamente 15 a 30% en peso de material de compuesto mixto compuesto. En aún otras modalidades, el vidrio bioactivo está presente en una cantidad de aproximadamente 20 a 30% en peso de material de compuesto mixto compuesto. En modalidades en las que se utiliza un polímero biocompatible de peso molecular bajo, vidrio bioactivo puede estar presente en porcentajes en peso más altos, tal como 60% en peso de material de compuesto mixto compuesto.

En algunas modalidades de la presente invención, un agente de acoplamiento se añade a la mezcla del polímero biocompatible y el vidrio bioactivo. El agente de acoplamiento actúa como un agente de unión entre el polímero biocompatible y el vidrio bioactivo que se traduce en tensión/resistencia a la flexión incrementados de los compuestos mixtos bioactivos. Ejemplos no limitantes de agentes de acoplamiento adecuados para su uso en la presente invención incluyen, por ejemplo, silano, agentes de acoplamiento basados en titaio y zirconio, específicamente, organotitanato, compuestos de amina multifuncionales tal como sulfona de 4-aminofenilo, compuestos azo, tal como ácido 4 -cianovalérico, y sus combinaciones. El agente de acoplamiento preferido es uno que incluye grupos multifuncionales que son capaces de unirse químicamente con un grupo funcional del polímero biocompatible y unión del vidrio bioactivo. El vidrio bioactivo puede ser recubierto con el agente de acoplamiento antes de ser combinados/mezclados con el polímero biocompatible. De manera alternativa, el vidrio bioactivo y el polímero biocompatible puede ser individualmente recubiertos con el agente de acoplamiento antes de ser combinados.

También de acuerdo con la presente invención, al menos otro agente se puede añadir a la mezcla del polímero biocompatible y vidrio bioactivo. Estos agentes pueden comprender, al menos parcialmente, las fibras de refuerzo. Ejemplos no limitantes de otros agentes incluyen carbón, vidrio, material radiopaco, vidrio de bario, material reabsorbible, estroncio, nitrato de estroncio, vidrios de estroncio-calcio, -zinc-silicato, plata, apatita de calcio, silicato de calcio o mezclas de estos materiales. En ciertos aspectos de la invención, el otro agente es sulfato de bario, vidrio de bario-boroaluminosilicato (BBAS), sílice o fibras de e-vidrio. En algunas modalidades, los otros agentes incluyen marcadores radiopacos situados en lugares predeterminados dentro del implante formado para ayudar en la visualización del implante una vez en el cuerpo. Por ejemplo, las figuras 5a y 5b muestran marcadores de aleación de titanio (TÍ-6AI-4V ELI) incorporados en el cuerpo formado de compuestos mixtos. En ciertas modalidades, el otro agente puede comprender fosfato de calcio que tiene macro-, meso- y microporosidad. Más preferiblemente, la porosidad de fosfato de calcio está interconectada. La preparación de formas preferidas de fosfato de calcio para el uso en la presente invención se describe en patentes de E.U.A. No. 6,383,519 y No. 6,521 ,246, incorporada en esta solicitud para referencia en su totalidad. Un producto de fosfato de calcio ejemplar es sustituto de injerto óseo Vitoss® (disponible de Orthovita, Inc. de Malvern, PA). Al menos un agente se puede incorporar dentro del compuesto mixto bioactivo, o en el caso de que un implante formado sea utilizado para llenar las cavidades del implante. Por ejemplo, cuando se utiliza con un implante espinal formado, el otro agente puede estar presente dentro de la cavidad central del implante para facilitar la fusión de los cuerpos vertebrales adyacentes (Figura 54).

Además de otros agentes, materiales de aumento óseo o cementos óseos se pueden utilizar junto con el compuesto mixto bioactivo en aplicaciones donde se requiere refuerzo adicional. Por ejemplo, en ciertas fracturas de huesos primero se requiere que ciertas porciones de la fractura se estabiliza con un material de aumento óseo antes de colocar el implante de • compuesto mixto bioactivo de la presente invención. De manera alternativa, en ciertos procedimientos de fusión espinal, primero se desea tratar profilácticamente las vértebras adyacentes, antes de colocar el implante espinal bioactivo de la presente invención en el espacio del disco entre las dos vértebras, si la densidad ósea parece debilitada debido a un traumatismo o enfermedad tal como osteoporosis. Un producto de aumento óseo ejemplar es material de aumento óseo Cortoss ® (disponible en Orthovita, Inc. de Malvern, PA).

En una modalidad preferida de la presente invención, un compuesto mixto bioactivo se forma al combinar un polímero biocompatible con un vidrio bioactivo como se describe en la presente invención. El polímero biocompatible preferiblemente tiene un tamaño de partícula que varía de 400 µ?? a 4,000 µ?t? y comprende de aproximadamente 60 a 90% en peso de la composición de compuesto mixto y el vidrio bioactivo tiene un intervalo de tamaño de partícula de aproximadamente 1 µ?? a aproximadamente 500 µ?t? y comprende de aproximadamente 10 a 40% en peso de la composición de compuesto mixto. El uso de PEEK de peso molecular bajo se ha determinado para facilitar el procesamiento del compuesto mixto.

Se ha encontrado que el uso de PEEK de peso molecular bajo y PEEK de peso molecular particularmente bajo que tiene un tamaño de partículas grande (por ejemplo, partículas de 400 µ?t? a 4,000 µ??) que se utiliza en la modalidad preferida de la presente invención inesperadamente permite el procesamiento usando extrusión, permite la homogeneidad del compuesto mixto que se logra incluso cuando el tamaño de las partículas de PEEK no es igual equitativamente con el tamaño de las partículas de vidrio bioactivo, y mejora la fidelidad estructural. Además, el uso de partículas PEEK de peso molecular bajo junto con vidrio bioactivo como se describe aquí, resulta en un bioactivo novedoso, la composición que une huesos que tiene propiedades físicas adecuadas para su uso en una variedad de procedimientos quirúrgicos espinales, ortopédicos y dentales.

La presente invención también proporciona un método para preparar un compuesto mixto bioactivo, el método comprende las etapas de: a) adición de un formador de compuesto de un polímero biocompatible y un vidrio bioactivo para formar un material de compuesto mixto extruible, en donde i. el vidrio bioactivo tiene un tamaño de partícula de aproximadamente 1 ?? ? aproximadamente 500 µ??; ii. el cristal bioactivo está presente en el material de compuesto mixto extruible en una cantidad de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% en peso, y b) la aplicación de la energía (por ejemplo, calorífica, vibracional, de radiofrecuencia, microondas, etc., o sus combinaciones) al matenal de compuesto mixto extruible para mezclar el polímero biocompatible y el vidrio bioactivo, y c) la extrusión de un compuesto mixto bioactivo. La presente invención también proporciona un método para preparar un compuesto mixto bioactivo, el método comprende las etapas de: a) la adición de un formador de compuesto de un polímero biocompatible; b) la aplicación de la energía (por ejemplo, calorífica, vibracional, de radiofrecuencia, microondas, etc, o sus combinaciones) al polímero biocompatible por un período de tiempo y temperatura para formar un polímero fundido, c) la adición al polímero fundido de un vidrio bioactivo para formar un material de compuesto mixto, en donde i. el vidrio bioactivo tiene un intervalo de tamaño de partícula de aproximadamente 1 µ?t? a aproximadamente 500 µ??; ii. el vidrio bioactivo está presente en el material de compuesto mixto extruible en una cantidad de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% en peso, y d) permitir que el material de compuesto mixto viaje debajo de la longitud del barril calentado por el tiempo adicional para fundir la mezcla del polímero biocompatible y el vidrio bioactivo, y e) la extrusión de un compuesto mixto bioactivo homogéneo. El compuesto mixto bioactivo puede ser extruído en forma de películas, láminas, varillas, y lo similar, aunque preferiblemente el compuesto mixto bioactivo se extruye y se forman pellas, tal que las pellas se pueden volver a procesar para formar la forma deseada. En una modalidad, el compuesto mixto bioactivo se extruye en pellas (por ejemplo, pellas de compuesto mixto bioactivo homogéneas) en el intervalo de tamaño de aproximadamente 400 µ?t? a aproximadamente 4000 µ?t?. En otra modalidad, el compuesto mixto bioactivo puede ser extruído en pellas en el intervalo de tamaño de aproximadamente 1000 µ?? a aproximadamente 4000 µ?t?.

Se debe notar que la etapa de adición de vidrio bioactivo al polímero se puede realizar en las distintas etapas del procedimiento de formación de compuesto. Por ejemplo, el vidrio bioactivo se puede mezclar con el polímero antes de añadir la mezcla al formador de compuesto. El vidrio bioactivo también se puede añadir con una segunda tolva comente abajo una vez que el polímero ha viajado una distancia adecuada a lo largo de la longitud del barril de tal manera que sea lo suficientemente blando o de tal manera que este en un estado completamente fundido. Más preferentemente, el vidrio bioactivo se añade al polímero fundido en un punto corriente abajo tal que la mezcla de polímero-vidrio sólo viaja la distancia del barril que es necesaria para producir una mezcla homogénea antes de la extrusión. Será apreciado que existen numerosos tipos formadores de compuestos conocidos en la técnica con variación de diámetros de barril, longitudes de barril, y tipos de tornillo. Preferiblemente, el método de la presente invención utiliza un extrusor de doble tornillo y el vidrio bioactivo se añade al polímero una vez que el polímero se encuentra en un estado completamente fundido, usualmente después de haber viajado al menos 50% de la longitud del barril. Sin embargo, se debe apreciar que el método de la presente invención se puede utilizar con cualquier combinación de diámetro de barril, longitud de barril, o tipo de tornillo mediante la modificación de la distancia corriente abajo que el vidrio bioactivo se añade al polímero.

En otras modalidades, el polímero biocompatible y el vidrio bioactivo (así como otros componentes, si están presentes) se pueden mezclar en seco por un período de tiempo y bajo condiciones suficientes para lograr la homogeneidad sustancial de la mezcla. Como se usa aquí, el término "mezclado en seca" se refiere a la mezcla de los componentes en estado seco, es decir, en ausencia de agua líquida añadida o solvente orgánico. La mezcla en seco del vidrio bioactivo con gránulos de polímero biocompatible o pellas se puede realizar utilizando cualquiera de los métodos conocidos en la técnica per se, que incluyen molido, bobinado, mezclado, sonicación, vibración o agitación. En una modalidad, la mezcla se mezcla en rodillos de aproximadamente una a aproximadamente dos horas. Como se usa aquí, los términos "homogeneidad" y "homogénea" describe una composición que es sustancialmente uniforme en la estructura y/o composición a través de esta. El término "sustancialmente homogéneo" debe entenderse en el contexto de la invención y no debe ser tomado como un absoluto.

En una modalidad, el material de compuesto mixto extruible se forma al añadir el polímero y el vidrio bioactivo a un formador de compuesto, tal como, por ejemplo, un extrusor de un tornillo o de doble tornillo, donde se mezclan fundidos y se extruyen para formar un compuesto mixto bioactivo. Es un aspecto de la presente invención que el polímero biocompatible se mezcla fundido con el vidrio bioactivo. Como se usa aquí, el término "mezclado fundido" o "formación de compuesto" se refiere a la mezcla de los componentes usando calor y agitación. Por ejemplo, el polímero biocompatible se puede formar en compuesto al colocar en un extrusor de tornillo, la fusión a través de calor y luego añadir el vidrio bioactivo al extrusor después de que el polímero biocompatible se funde. El polímero biocompatible también se puede mezclar en seco con el vidrio bioactivo como se detalla anteriormente para formar un material de compuesto mixto extruible. En una modalidad preferida, el polímero biocompatible y vidrio bioactivo se mezclan sin el uso de líquidos/fluidos tal como agua o solventes orgánicos que incluyen etanol. En otras modalidades, el uso de un solvente se prohibe en el sentido de que el solvente puede causar daños irreparables al extrusor. De esta manera, la presente invención difiere de la publicación de patente internacional WO 2008/039488, asignada al cesionario de la presente invención, ya que la publicación de patente internacional WO 2008/039488 se centra en el uso de un solvente para mezclar el polímero biocompatible y vidrio bioactivo de tamaño de partícula similar. Al eliminar el uso de un solvente, el vidrio bioactivo mantiene su bioactividad inherente y no es pre-lixiviados. Varios métodos formación de compuesto del material se puede utilizar para incrementar el porcentaje de vidrio bioactivo y/o permitir el re-calentamiento posterior del material de compuesto mixto. Por ejemplo, usando un extrusor de tornillo único se reduce el esfuerzo cortante. Al reducir el tiempo de contacto entre el vidrio bioactivo y el polímero en el formador de compuesto también permitirá que un mayor porcentaje de vidrio bioactivo se incorpore, por ejemplo, al añadir el vidrio bioactivo en un punto corriente abajo en el barril una vez que el polímero sea ya fundido. Es preferible utilizar un formador de compuesto de tornillo doble para producir el compuesto mixto bioactivo de la presente invención, debido a la homogeneidad incrementada del compuesto mixto resultante. Más preferentemente, el vidrio bioactivo se añade al extrusor de doble tornillo usando una segunda tolva en un punto corriente abajo en el barril donde el polímero se encuentra ya en un estado fundido. La segunda tolva se coloca a lo largo de la longitud del barril de manera que el vidrio bioactivo viaja la distancia más corta posible en contacto con el polímero fundido para producir un compuesto mixto mezclado homogéneamente, en general menos de 50% de la longitud del barril. Un ejemplo no limitante de un formador de compuesto que se puede usar para un compuesto de polímero biocompatible y componentes de vidrio bioactivo de la presente invención es el extrusor de doble tornillo Leistritz 40 mm.

En el extrusor de la composición es primero mezclada fundida usando, por ejemplo, dos tornillos de alto esfuerzo y se forma en un cordón continuo de compuesto mixto bioactivo, que se forma en pellas además en gránulos de moldeo (pellas). La mezcla fundida generalmente promueve la uniformidad en la dispersión de PEEK y el vidrio bioactivo y facilita el uso de diversos tamaños de partículas (por ejemplo, partículas de PEEK pueden variar en tamaño desde el tamaño de las partículas de vidrio bioactivo) mientras aún producen un compuesto mixto homogéneo. La temperatura necesaria para fundir la mezcla del polímero biocompatible y el vidrio bioactivo dependerá normalmente de la temperatura de fusión del polímero biocompatible que se usa. Por ejemplo, cuando el polímero biocompatible es PEEK, en general, la temperatura de mezclado de fundido será al menos 340°C, por lo general de aproximadamente 340 a 400°C. Bajo esta condición, PEEK es lo suficientemente fluida en la composición y recubre de manera uniforme el componente de vidrio bioactivo.

La cantidad de torque requerida para extruir la mezcla fundida del formador de compuesto dependerá de un número de factores tales como, por ejemplo, la viscosidad inherente del polímero biocompatible, las RPM (revoluciones por minuto), la capacidad inherente del extrusor, y el tipo y cantidad de vidrio bioactivo. Por ejemplo, el cuadro 1 demuestra el efecto de dichos factores en un torque para un extrusor de doble tomillo TSK 21 mm Theysohn (Theysohn Extruders, Korneuburg, Austria) a una temperatura de barril de 380°C. Se puede apreciar que el torque y RPM requeridos para PEEK de peso molecular bajo son relativamente no afectados por el porcentaje de relleno de vidrio. El torque y RPM requeridos para extruir compuestos mixtos de peso molecular alto incrementan con cantidades incrementadas de vidrio bioactivo. Este efecto es más pronunciado con partículas de vidrio bioactivo de tamaño más pequeño.

CUADRO 1 obtenido de Victrex, West Conshohocken, PA. = obtenido de Invibio Biomaterial Solutions, West Conshohocken Las pellas/gránulos de compuestos bioactivos están listos para moldeado por inyección inmediatamente después del procedimiento de extrusión o después de un período de almacenamiento. El extrudado resultante es un compuesto mixto bioactivo que puede ser el último artículo moldeado, como en el caso de un artículo moldeado por inyección o un tubo extruido, hoja o recubrimiento, o se puede picado en pellas/gránulos de moldeado para posterior procedimiento de fusión en el artículo deseado. Un ejemplo no limitante de un moldeador que se puede emplear para moldear las pellas compuestas de la presente invención es el moldeador de Cincinnati Roboshot S2000Í B de 55 toneladas.

El compuesto mixto bioactivo se puede moldear utilizando técnicas de moldeo convencional, incluyendo la compresión y moldeado por inyección. Además, las técnicas de maquinización convencionales se pueden utilizar para formar un cuerpo de implante integral, bioactivo, formado, tales como las modalidades ejemplares representadas en las figuras. El compuesto mixto bioactivo se puede moldear por inyección en un cuerpo de implante conformado. Preferentemente, el compuesto mixto bioactivo se puede moldear en una forma casi neta tal como aquella después de ser trabajada en máquina adicionalmente, se prepara un cuerpo formado de implantación. Por ejemplo, el compuesto mixto bioactivo se puede moldear para formar una forma genérica, por ejemplo un cilindro, bloque u ovoide, que luego se trabaja en máquina a una forma de implante preseleccionada.

En un típico procedimiento de moldeado por inyección de termoplásticos, las pellas mixtas bioactivas se calientan a una temperatura a la que el compuesto mixto se funde y se inyecta el compuesto mixto fundido en un molde seguido de enfriamiento a temperatura ambiente o por debajo de ésta. Como alternativa, las pellas mixtas bioactivas se pueden moldear por compresión para formar el cuerpo de implante. En esta modalidad, un molde se rellena con las pellas mixtas y una presión de, por ejemplo, aproximadamente 1 a aproximadamente 400 MPa se aplica para formar un implante bioactivo o una forma genérica adecuada para el trabajo en máquina adicionalmente. También se puede utilizar el calor suficiente para fundir al menos un componente del compuesto mixto. Además de utilizar calor para fundir al menos un componente del compuesto mixto, energía vibracional, de radiofrecuencia, o de microondas, o combinaciones de estas energías, se pueden utilizar para fundir al menos un componente del compuesto mixto.

En otra modalidad de la presente invención, el polímero bioactivo y el vidrio bioactivo se puede agregar directamente a un moldeador de inyección sin realizar primero una etapa de formanción de compuesto. En esa modalidad, el método de la invención comprende las etapas de: agregar en un estado sólido el polímero biocompatible y el vidrio bioactivo a un moldeador de inyección para formar un compuesto mixto bioactivo formado, en donde el vidrio bioactivo tiene un tamaño de partícula de alrededor de 1 pm a alrededor de 500 pm; y el vidrio bioactivo está presente en el compuesto mixto en una cantidad de aproximadamente 5 a aproximadamente 50% en peso; la aplicación de energía al moldeador de inyección para formar una mezcla de fusión del polímero biocompatible y el vidrio bioactivo; y la inyección de la mezcla de fusión en un molde para formar el compuesto mixto bioactivo formado. El polímero biocompatible y el vidrio bioactivo se pueden añadir al moldeador por inyección pre-mezclado o se puede añadir por separado. Por cualquiera de los métodos de adición, el polímero biocompatible y el vidrio bioactivo se mezclan en estado fundido en el moldeador de inyección.

Una vez que el compuesto mixto bioactivo se ha moldeado en su forma final, el compuesto mixto moldeado bioactivo preferentemente se somete a una etapa de acabado para exponer aún más el vidrio bioactivo. Ejemplos de técnicas de acabado incluyen, por ejemplo, fresado, corte, perforación y/o lijado del cuerpo formado. Además, la exposición del vidrio bioactivo se puede lograr a través de descargas de arena, tratamientos de plasma, grabado y similares. Modalidades preferidas de la presente invención tienen alrededor del 3% a aproximadamente 30% de exposición del área superficial de vidrio bioactivo. Esta cantidad de exposición superficial permite que la reacción bioactiva inicie en la partícula de vidrio para esparcirse uniformemente por la superficie mixta. Esta cantidad de vidrio bioactivo expuesto además provee una rugosidad superficial para el implante que es favorable para la unión del hueso y la remodelación de las partículas de vidrio en la superficie provoca un enclavamiento mecánico entre el implante y el hueso recién formado.

Estructuras de implante mixto bioactivo previstas por la presente invención incluyen compuestos mixtos homogéneos preparados por la mezcla de un polímero biocompatible como, por ejemplo, PEEK, con vidrio bioactivo, según los métodos descritos. En algunas modalidades, la distancia media de partícula a partícula (por ejemplo, separación media de partículas de vidrio bioactivo como se mide desde los bordes de las partículas) en todo el volumen y a lo largo de la superficie es aproximadamente 80 mieras a aproximadamente 180 mieras. Por ejemplo, la distancia media de partícula a partícula en una modalidad, en la que el compuesto mixto bioactivo es 80% en peso de polímero de alto peso molecular y 20% en peso de vidrio bioactivo (con un tamaño de partícula de 90 pm a 150 pm), puede ser entre aproximadamente 140 pm a aproximadamente 180 pm. En otra modalidad, en que el compuesto mixto bioactivo es del 70% en peso de polímeros de bajo peso molecular y 30% en peso de vidrio bioactivo (con un tamaño de partícula de 90 pm a 150 pm) la distancia media de partícula a partícula puede ser entre aproximadamente 100 pm a aproximadamente 140 pm. También en el ámbito de la presente invención están los compuestos mixtos bioactivos que comprenden un gradiente de material bioactivo. Por ejemplo, el gradiente puede variar a lo largo de una o más dimensiones. En otro ejemplo, puede haber mayores concentraciones de material bioactivo en una o más partes del compuesto mixto bioactivo, en comparación con otras partes. También se contempla compuestos mixtos que comprenden capas de uno o más tipos o concentraciones de material bioactivas, mientras al menos una capa esté de acuerdo con la invención. Estructuras preparadas a partir de estos compuestos mixtos pueden tener una parte bioactiva del compuesto mixto en una o más ubicaciones específicas, tal que el material bioactivos se produzca cuando las especificaciones de diseño se destinen a la unión de hueso. En otras modalidades, estructuras preparadas con los compuestos mixtos de la presente invención pueden tener materiales bioactivos adheridos a la superficie. En otras modalidades de la presente invención, las estructuras se pueden recubrir de materiales descritos y dichos recubrimientos pueden ser útiles en implantes metálicos, poliméricos, o implantes de cerámica.

Compuestos mixtos bioactivos y cuerpos con forma de la presente invención, elaborados de los compuestos mixtos preferentemente demuestran propiedades mecánicas y de carga adecuadas para uso en procedimientos espinales, ortopédicos y odontológicos. Compuestos mixtos bioactivos y cuerpos con forma de la presente invención, elaborados de los compuestos mixtos también preferentemente demuestran bioactividad.

Un compuesto mixto formado, bioactivo de acuerdo con la presente invención puede colocarse en o cerca de hueso para proporcionar estabilidad a la carga y unión micromecánica al material óseo. Después de algún tiempo en el cuerpo, el material implantado comenzará a adherirse a la interfaz de tejido óseo, aumentando la dureza y resistencia del sistema de implante.

Se apreciará por aquellos especializados en la técnica que los compuestos mixtos bioactivos de la presente invención se pueden utilizar en una amplia variedad de procedimientos restaurativos y quirúrgicos incluyendo aquellos que involucran los tejidos de hueso sometidos a grandes fuerzas. Un ejemplo es la reparación o fusión de vértebras de la columna vertebral. Dolor de espalda baja a veces se puede atribuir a la ruptura o degeneración de discos intervertebrales lumbares debido a la enfermedad degenerativa de disco, espondilolistesis isquémica, síndrome post laminectomía, trastornos deformativos, traumatismos, tumores y similares. Este dolor puede resultar de la compresión de raíces nerviosas de la médula espinal por discos dañados entre las vértebras, el colapso del disco y los efectos adversos resultantes de cargar la mayoría de peso del paciente a través de una articulación vertebral inestable dañada. Para remediar esto, se pueden insertar implantes espinales entre los cuerpos vertebrales para estabilizar y apoyar la articulación y facilitar la fusión por medio de la unión del hueso de Unión. Figuras. 1-5b, 12-22d, 53-57, 65-68 y 70 representan modalidades ilustrativas de implantes de columna vertebral que comprenden materiales biocompatibles y bioactivos. Los dispositivos de las figuras 1-5 y 5a-5b por ejemplo, se pueden utilizar en los procedimientos de fusión cervical en el que un enfoque quirúrgico anterior se utiliza con frecuencia para colocar el dispositivo entre las vértebras adyacentes; considerando que los dispositivos de las figuras 12-22d por ejemplo, se pueden utilizar en los procedimientos de fusión lumbar en la que se pueden utilizar un enfoque quirúrgico anterior o posterior.

Implantes cervicales El material de implante bioactivo se puede formar en una variedad de formas para su uso en la implantación de hueso, como implantación espinal o dispositivos de fijación espinal. En una modalidad, el material de implante se forma preferentemente en un dispositivo de implante cervical.

Las figuras 1 a 4 ilustran diversos aspectos de una modalidad del implante cervical 10 de la presente invención. El implante 10 puede variar en tamaño para acomodar las diferencias en la anatomía del paciente. El implante 10 está compuesto por un lado anterior 60, un lado posterior 70 opuesto al lado anterior 60 y un par de paredes laterales opuestas 40. El lado anterior 60, el lado posterior 70 y las paredes laterales 40 generalmente son curvadas hacia afuera en sección transversal. Los lados curvos son convexos como se ve desde el exterior del implante 10. El lado anterior 60, el lado posterior 70 y las paredes laterales 40 se unen en puntos que generalmente definen, en sección transversal, un trapezoide. La sección transversal, como se usa en este documento, es el plano perpendicular al eje z. Como se utiliza en el presente, un trapezoide es un cuadrilátero con dos lados paralelos, o cualquier forma que tenga la forma de un trapezoide. La presente invención emplea formas geométricas para ilustrar una modalidad preferida, pero la presente invención no se limita a esa forma. Más bien, la presente invención abarca ampliamente cualquier variación en las formas reclamadas dentro del espíritu de la descripción, incluyendo, por ejemplo, las configuraciones en las que emergen gradualmente con lados adyacentes y las formas no uniformes que varían de acuerdo con la sección transversal o longitudinal.

El implante también comprende una superficie superior 20 y una superficie inferior 30 que es generalmente opuesta a la superficie superior 20. Las superficies superior 20 e inferior 30 también pueden ser convexas o curvas hacia afuera, en la sección transversal longitudinal. La curvatura y la forma de cada lado otorga la compatibilidad anatómica superior de implante. Las superficies maximizan también el contacto con hueso cortical para minimizar el hundimiento del implante en las placas finales.

Las superficies superior 20 e inferior 30 además incluyen una pluralidad de proyecciones 25, preferentemente onduladas o en forma festoneada (es decir, punta con valles redondeados), para agarrar las vértebras adyacentes. El diseño de diente de forma festoneado elimina la concentración de carga que suele asociarse con otros diseños de diente y distribuye más uniformemente las cargas fisiológicas compresivas del hueso al implante. Las proyecciones 25 pueden ser sustancialmente uniformes, nervaduras que sobresalen hacia afuera. Un experto en la materia puede reconocer estas proyecciones 25 como ser sustancialmente uniformes, que sobresalen hacia arriba, nervaduras alargadas separadas por canales cóncavos. En modalidades alternativas, las proyecciones 25 se disponen al azar o, en otras palabras, situadas en varias direcciones. Estas proyecciones 25 pueden también ser espigas que sobresalen hacia afuera. La forma tipo onda de las proyecciones 25 aumenta el área superficial del implante para máximo contacto vertebral. Además, las proyecciones onduladas 25 proporcionan una resistencia significativa a la expulsión y retropulsión. En algunas modalidades preferidas, las proyecciones 25 tienen una inclinación angular de entre 1.75 grados a 1.9 grados, una profundidad mínima de 0.055 cm, y un radio interior de aproximadamente 0.055 cm. Otros tamaños dimensionales de las proyecciones 25 no se desvían de la presente invención incluyendo espigas que sobresalen hacia afuera.

Las figuras 3a y 3b ilustran dos modalidades alternativas de la presente invención. Figura 3a muestra el implante 10 en donde la pared del lado anterior 60 tiene mayor altura que la pared del lado posterior 70. El implante 10 de la figura 3a tiene un ángulo lordótico. Figura 3b ilustra el implante 10 que no tiene un ángulo lordótico en donde la altura de la pared del lado anterior 60 es igual a la altura de la pared del lado posterior 70. Debido a la variedad de maquinaciones que se pueden usar para hacer los implantes de la presente invención, pueden existir diminutas variaciones en la altura de los lados anteriores 60 y posteriores 70 que no los hace que tengan exactamente la misma altura. Ángulos lordóticos preferibles caen en el intervalo de aproximadamente -20 grados a aproximadamente +20 grados.

En la figura 4, el implante 10 tiene una forma trapezoidal definida por las paredes laterales 40, lados anterior 60 y posterior 70. Esta forma maximiza contacto con hueso cortical. En modalidades preferidas, las superficies superior 20 e inferior 30 son idénticas sustancialmente en tamaño y forma. La forma permite a un experto en la técnica colocar material de injerto en un hueco importante 35 bordeado por las paredes laterales 40, lados anterior 60 y posterior 70. Este hueco principal 35 se forma en el cuerpo del implante y está en comunicación con al menos una de las superficies superior o inferior. Una modalidad preferida tiene el hueco principal 35 con una abertura con salida que está en comunicación con las superficies superior 20 e inferior 30.

El implante también tiene una función de manejo que puede comprender por al menos un par de huecos laterales alargados 43 y 53 para recibir fórceps y un hueco frontal 63 para la recepción de una herramienta de impacto. "Hueco", como se usa en este documento, describe una hendidura ahuecada que generalmente define una depresión en una superficie, por ejemplo, como se define como 43, 53 y 63 en las figuras 1-3. El hueco frontal 63 se puede utilizar junto con el lado anterior 60 y abertura frontal 65 para comunicarse con un portador de herramienta o herramienta de inserción. El hueco frontal 63 se puede alargar con un eje principal que es sustancialmente transversal. El hueco frontal 63 puede tener una abertura, la abertura frontal 65, formado ahí. Esta función de manejo permite el manejo y la inserción del implante espinal mediante instrumentos como fórceps. En algunas modalidades, la función de manejo consiste sólo del hueco frontal 63. En las figuras 1 a 3, las paredes laterales 40 además comprenden huecos laterales 43 y 53 que pueden coincidir con un instrumento para ayudar en la inserción o extracción del implante. Las paredes laterales 40 también incluyen al menos una abertura 45 (figuras 1 y 3) para permitir que el líquido entre en los huecos principales 35 después de la inserción. Material de injerto se pueden suministrar con sangre y otros fluidos biológicos a través de las aberturas 45. En otras modalidades, la función de manejo consiste de sólo los huecos laterales 43 y 53. Las superficies de estos huecos se pueden texturizar con un material antideslizante para evitar el desprendimiento de la herramienta de inserción.

En las figuras 1 y 2, el hueco frontal se utiliza para impedir la rotación del implante. El hueco frontal 63 y una abertura frontal 65 pueden coincidir con una herramienta de inserción de implante. El hueco frontal 63 puede estar formado por otras geometrías adecuadas para evitar que el implante gire en el extremo de la herramienta de inserción del implante durante la inserción o eliminación del implante. En algunas modalidades, la abertura frontal 65 se puede enroscar para coincidir con una herramienta de inserción de implante correspondiente. En otras modalidades, el hueco frontal 63 y/o abertura frontal 65 se elimina.

Figura 5 proporciona una vista esquemática del implante mixto bioactivo 10 mostrando un agente adicional agregado al agente de material mixto de implante de injerto 80 que se coloca en el hueco mayor 35. Material de injerto puede estar formado por material de aloinjerto, material de autoinjerto o materiales sintéticos que tienen propiedades similares a los materiales de aloinjerto o autoinjerto. El material de injerto sintético preferiblemente se compone de material biocompatible, osteoconductor, osteoinductor u osteogénico para facilitar la formación de una columna de fusión sólida en la columna vertebral del paciente. Un ejemplo de dicho material de un injerto sintético es el Sustituto de Injerto Óseo Vitoss® (disponible de Orthovita, Inc. de Malvern, PA). Para fomentar la fusión ósea, el material de fosfato de calcio Vitoss® puede estar saturado con el aspirado de médula ósea del paciente, o material terapéutico como factor de crecimiento, proteínas, aspirado de médula ósea, enzimas y otros materiales como los descritos en la Patente de E.U.A. No. 7,045,125. Así, el implante mixto bioactivo se pueden incorporar en esta o estar en comunicación con otros agentes para ayudar en la fusión de vértebras adyacentes. Cabe señalar que en modalidades preferidas, el lado posterior 70 no tiene una abertura a través de este. Esta faceta del diseño es una característica de seguridad aplicada para evitar fugas de materiales de injerto en los huecos principales 35 en el canal espinal.

Las figuras 5a y 5b muestran una modalidad alterna de un implante espinal. Similar al implante de la figura 1 , el implante 10a de las figuras 5a y 5b tiene una forma generalmente trapezoidal y un hueco importante que tiene una abertura con salida que está en comunicación con las superficies superior e inferior. El implante también tiene una función de manejo que puede estar formado por al menos un par de huecos laterales alargados para recibir fórceps y un hueco frontal para la recepción de una herramienta de inserción/impacto. El hueco frontal se puede utilizar junto con los huecos laterales y/o abertura frontal para comunicarse con un portador de implante o herramienta de inserción; sin embargo, a diferencia del implante de la figura 1 , el implante de las figuras 5a y 5b no tiene aberturas laterales. El implante también incluye un marcador de titanio - agente radiopaco 800a para proporcionar al cirujano con marcas radiopacas en la inserción y mientras el implante está en el cuerpo.

Las figuras 6 a 8 muestran una placa 90 y un montaje sujetador 100 que se puede utilizar junto con el implante de 10. La placa y montaje sujetador pueden facilitar la fusión de vértebras adyacentes estabilizando el implante en su lugar entre las vértebras. Sujetadores 100 pueden comprender tornillos, pasadores, grapas y similares. Se insertan en aberturas en la placa 90 para acoplar los cuerpos vertebrales adyacentes. Tras la inserción, un par de sujetadores se inserta en el cuerpo vertebral superior y un par se inserta en el cuerpo vertebral inferior.

Las figuras 9 a 11 muestran accesorios 110 y 120 que se utilizan para conectar uno o más implantes 10 como se muestra en la figura 11. Accesorios 110 y 120 se pueden utilizar en los procedimientos de corpectomía en donde el cirujano elimina una o más vértebras y necesita restaurar la espina dorsal a su altura anterior. En la figura 9, el accesorio 110 tiene dos extremos macho que pueden acoplar, por ejemplo, las huecos principales 35 de implante 10 o el extremo hembra del accesorio 120. En la figura 10, el accesorio 120 tiene un extremo macho 123 y un extremo hembra que permite a los implantes unirse como se muestra en la figura 11. Los accesorios 110 y 120 se pueden unir junto con los implantes 10 a través de un ajuste rápido o por compresión de ajuste a través de una o más lengüetas flexibles, sujetadores, adhesivos u otros medios.

Kits de instrumentos de prueba se pueden utilizar con el implante espinal de la presente invención para ayudar a determinar el tamaño correcto del implante final para cada paciente. Ejemplos no limitantes de tales kits incluyen los instrumentos spinal Elements® Crystal ® Cervical Cage System y Crystal®.

Implantes de Fusión de Intercuerpo Lumbar Anterior (ALIF) El material bioactivo de la presente invención también se puede formar en un implante adecuado para procedimientos ALIF. Dispositivos de implante ALIF son generalmente adecuados para la implantación en las regiones lumbares de la espina dorsal.

Las figuras 12 a 14 representan una modalidad del implante ALIF 130 de la presente invención. Como el implante cervical de la presente invención, el implante 130 puede estar en una variedad de diferentes tamaños para adaptarse a las diferencias en la anatomía del paciente o la ubicación de la espina dorsal donde el implante 130 se insertará. El cuerpo puede formar sustancialmente la forma de un óvalo en la sección transversal longitudinal. El implante es un cuerpo compuesto por una sustancia bioactiva y que además comprende: un lado anterior 180, un lado posterior 190 opuesto al lado anterior 180 y un par de paredes laterales opuestas 160, dichas paredes laterales 160 siendo generalmente curvas hacia afuera o en general en "forma de C." Los lados anterior 180 y posterior 190 pueden ser paralelos y en otros son curvados hacia afuera. El implante también tiene una superficie superior 140 y una superficie inferior 150, ambas superficies acopladas con las paredes laterales 160. La superficie superior 140 y la superficie inferior 150 forman proyecciones plurales 145 para mejorar la interacción con un cuerpo vertebral sintético o natural. Al menos un hueco importante 135 se forma en el cuerpo en comunicación con al menos uno de la superficie superior 140 y la superficie inferior de 150.

También en las figuras 12 y 14, las superficies superior 140 e inferior 150 además incluyen una pluralidad de proyecciones 145, preferentemente onduladas o de forma festoneada, para agarrar las vértebras adyacentes. Estas proyecciones comparten las mismas características de la pluralidad de proyecciones 25 señaladas en la descripción del implante cervical.

La figura 14 ilustra una modalidad de la presente invención. La figura 14 muestra el implante 130 que tiene un ángulo lordótico. El ángulo lordótico oscila entre -20 grados y +20 grados.

Similar al implante cervical 10, el implante ALIF tiene un hueco importante 135 que forma una abertura con salida. Esta forma maximiza el contacto con el hueso cortical en las regiones torácica y lumbar. En modalidades preferidas, las superficies superior 140 e inferior 150 son idénticas sustancialmente en tamaño y forma. Los principales huecos 135 también maximizan las posibilidades de la fusión porque un injerto de agente adicional o material reabsorbible se puede embalar dentro del implante 10. Cabe señalar que en modalidades preferidas, el lado posterior 190 no tiene una abertura a través de este. Esto es para evitar la fuga de materiales de injerto del hueco principal 135 en el canal espinal.

El implante también tiene una función de manejo que comprende huecos 147 y 157 a lo largo de superficies superior 140 e inferior 150 que se extienden de los lados anterior 180 y posterior 190 que actúan como carriles de guía y al menos un hueco 185 en las paredes anterior o paredes laterales 160 para la recepción de una herramienta de impacto. Las figuras 12 y 13 muestran los huecos 147 y 157 que actúan como carriles de guía. Los carriles de guía coinciden con un instrumento, tal como un instrumento de distracción paralelo, para ayudar en la inserción o extracción del implante. La pluralidad de carriles de guía mantiene el implante de forma segura y puede hacer que el cirujano inserte el implante más uniformemente.

La figura 12, muestra el implante 130 que tiene un hueco frontal 183 utilizado como un hueco anti-rotación y una abertura frontal 185. El hueco frontal 183 y la abertura 185 comparten las mismas características que el hueco frontal 63 y la abertura frontal 65 del implante cervical como se ha descrito anteriormente.

La figura 15 proporciona una vista isométrica de una modalidad alternativa 200 del implante ALIF de la presente invención. Implante 200 incluye un poste 210 que divide el hueco principal 135 en dos aberturas con salida para proporcionar apoyo durante el impacto anterior del implante durante la inserción. Un poste 210 que tiene las superficies superior 140 y inferiores 150 con proyecciones 145 separa las aberturas con salida.

Las figuras 16 a 19 proporcionan otra modalidad de la presente invención en donde un implante 215 ALIF o implante 200 además incluye una función de fijación. La función de fijación comprende al menos una abertura con salida 220 en comunicación con el lado anterior 180 y la superficie superior 140 o inferior 150 para la inserción de sujetadores 230 que se comunican con un cuerpo vertebral sintético o natural por debajo o por encima del implante. Esta función incluye una pluralidad de aberturas 220 en el lado anterior del implante 200 para la recepción de sujetadores 230. Sujetadores 230 pueden incluir, pero no se limitan a, tornillos, pasadores, clavos o cualquier otro dispositivo de fijación. En ciertas modalidades preferidas, las aberturas 220 están en ángulo para permitir que los sujetadores 230 se muevan en diferentes ángulos arriba o abajo y hacia adentro. Un ángulo en algunas modalidades que se pueden preferir es inferior a aproximadamente 90 grados. En otros, y ángulo de aproximadamente 45 grados se puede preferir. Sujetadores 230 ayudan a fijar el implante 215 ya que el sujetador inclinado hacia arriba se inserta en el cuerpo superior vertebral y el sujetador inclinado hacia abajo se inserta en el cuerpo inferior vertebral.

Implantes de Fusión de Intercuerpo Lumbar Posterior (PLIF) También se puede formar el material bioactivo de la presente invención en un implante adecuado como para los procedimientos PLIF.

Dispositivos de implante de PLIF son generalmente adecuados para la implantación en las regiones lumbares de la espina dorsal.

El implante de PLIF 240 de la presente invención puede estar en una variedad de diferentes tamaños para adaptarse a las diferencias en la anatomía del paciente o la ubicación en la espina dorsal. Como ilustran las figuras 20 a 22, el implante 240 comprende un lado anterior 290 y un lado posterior 300 que es paralelo y opuesto al lado anterior 290; un lado lateral 280 y un lado medial 270 con un lado siendo curvo hacia afuera y el otro siendo curvo hacia adentro; y una superficie superior 250 y una superficie inferior 260, cada una de las superficies superior 250 e inferior 260 incluyendo proyecciones plurales 255 para mejorar la interacción con un cuerpo vertebral sintético o natural. Las proyecciones 255 son similares en geometría a las protuberancias en los implantes cervicales y de ALIF de la presente invención.

El implante también comprende un hueco importante 245 formado en el cuerpo creando una abertura con salida longitudinal en comunicación con las superficies superior 250 e inferior 260, al menos un hueco menor 275 formado en el cuerpo creando una abertura con salida latitudinal en comunicación con los lados laterales 280 y mediales 270, ambas aberturas con salida en comunicación entre sí. La convergencia de estas aberturas con salida forma una cavidad dentro del implante en el cual el material de injerto se puede colocar. Esta cavidad formada por las aberturas con salida promueve el crecimiento óseo y la fusión entre los cuerpos vertebrales adyacentes. La abertura 245 se puede embalar con material de injerto para promover el crecimiento óseo y fusión. Materiales de injerto adecuados para este propósito incluyen alguno de los materiales descritos aquí. Sangre y otros fluidos biológicos se pueden proporcionar al material de injerto a través de los huecos menores 275.

El implante también incluye una función de manejo que incluye un par de huecos anteriores 273 formados en puntos donde el lado anterior 290 se comunica con los lados lateral 280 y medial 270. Los huecos anteriores 273 se utilizan para la recepción de un manipulador. También hay un par de huecos posteriores 283 formados en puntos donde el lado posterior 300 se comunica con los lados laterales 280 y mediales 270. La función de manejo incluye también una abertura frontal 295 formada en el lado anterior 290. La función de manejo facilita la manipulación y la inserción del implante espinal en un espacio intervertebral.

Las figuras 20 y 22 ilustran el implante 240 que tiene un ángulo lordótico. El ángulo lordótico oscila entre -20 grados y +20 grados. En otras modalidades, el lado anterior 300 y lado posterior 290 son de la misma altura y no tienen ningún ángulo lordótico.

En las figuras 20 a 22, los huecos anteriores 273 y posteriores 283 pueden coincidir con un instrumento, como fórceps, para agregar en la inserción o extracción del implante. Las aberturas frontal 295 y posterior 305 también permiten que el implante 280 se agarre y coincidan "con una herramienta de inserción. En algunas modalidades, los lados medial 270 y lateral 280 además pueden constar de al menos un hueco menor 275 (o 285) para permitir que el líquido entre en el interior del implante después de la inserción.

El implante 240 puede incluir además una abertura 295 en el lado posterior 300, que preferentemente está roscado internamente para dar cabida a una herramienta de inserción, pero que no se extienda completamente a través del espesor de la pared posterior. Esta faceta del diseño es una característica de seguridad aplicada para evitar fugas de materiales de injerto y similares, que se pueden colocar en el interior hueco del implante, en el canal espinal.

El implante 240 se puede utilizar solo o junto con un implante complementario. Los dos implantes pueden colocarse a lo largo uno de otro como en una imagen de espejo con los lados mediales 270 envarando uno con otro. Esta configuración permite que el material de injerto de hueso se coloque entre dos implantes 240 y proporciona máximo contacto entre el hueso natural y los implantes.

Implantes de Fusión Intercuerpo Lumbar Transforaminal (TLIF) También se puede formar el material bioactivo de la presente invención en un implante (figuras 22a-22) adecuado para procedimientos de TLIF. Dispositivos de implante TLIF son generalmente adecuados para la implantación en las regiones lumbares de la espina dorsal.

En otra modalidad de la presente invención (figura 22a), el implante de TLIF x1 de la presente invención puede ser en una variedad de diferentes tamaños para adaptar las diferencias en la anatomía del paciente o la ubicación de la espina dorsal donde se insertará el implante x1. El implante de TLIF x1 puede ser una variedad de diferentes tamaños para adaptar las diferencias en la anatomía del paciente o la ubicación en la espina dorsal.

Como ¡lustran las figuras 22a a 22d, el implante 1x comprende un lado anterior x6 y un lado posterior x7 que es paralelo y opuesto al lado anterior x6 y un lado lateral x8 y un lado medial x9 con al menos un lado siendo curvo hacia afuera. El implante también comprende una superficie superior x2 y una superficie inferior x3, cada una de las superficies superior x2 e inferior x3 incluyendo proyecciones plurales x4 para mejorar la interacción con un cuerpo vertebral sintético o natural. Proyecciones onduladas x4 son similares a los implantes cervicales de ALIF y PLIF de la presente invención.

Superficie superior y superficie inferior x2 y x3 además definen al menos un hueco principal x5 para promover el crecimiento óseo y fusión entre los cuerpos vertebrales adyacentes. Los huecos principales x5 crean una abertura con salida longitudinal en comunicación con las superficies superior x2 e inferior x3. Los huecos principales x5 se pueden empacar de material de injerto para promover aún más el crecimiento óseo y fusión. Materiales de injerto adecuados para este propósito incluyen alguno de los materiales descritos aquí.

Como ilustran las figuras 22a a 22d, los lados anterior x6 y posterior x7 generalmente son planos y paralelos. Algunas modalidades preferidas, el lado lateral x8 es curvo hacia afuera y el lado medial x9 es curvo hacia adentro.

El implante también incluye una función de manejo compuesta por un par de huecos anteriores x11 formados en puntos donde el lado anterior x6 lado se comunica con los lados laterales x8 y mediales x9 y un par de huecos posteriores x10 formados en puntos donde el lado posterior x7 se comunica con los lados laterales x8 y mediales x9. Los pares de huecos (x10 y x11) se pueden utilizar para la comunicación con un manipulador o instrumento, tal como fórceps. La función de manejo también incluye una abertura frontal x14 formada en el lado anterior x6 y una abertura posterior formada en el lado posterior x7 ambos se comunican con una abertura con salida. Esta abertura con salida también está en comunicación con la cavidad formada en el implante espinal por las aberturas con salida longitudinales y latitudinales. La función de manejo facilita el manejo y la inserción del implante espinal en un espacio intervertebral.

En ciertas modalidades (figura 22c), lados lateral x8 y medial x9 pueden comprender además al menos una abertura x12 y x13 para permitir que entre fluido en el interior del implante después de la inserción para proporcionar material de injerto colocado en el centro del implante con la sangre u otros fluidos biológicos. Las figuras 22c y 22d muestran una modalidad del implante con dos aberturas laterales x12 y x13 por pared. Sin embargo, debe entenderse que el implante no tenga aberturas laterales, o puede tener varias aberturas con poros múltiples a lo largo de la longitud.

El implante x1 puede incluir además una abertura x14 en los lados anterior x6 y posterior x7 que se pueden roscar internamente para dar cabida a una herramienta de inserción. El hueco frontal x14 puede tener una inclinación interna para coincidir con un instrumento de inserción con inclinación.

Como se muestra en la figura 22c, la superficie superior e inferior y puede ser curvas hacia afuera. Además, el implante puede tener una forma de cuña tal que hay un ángulo lordótico. El ángulo lordótico puede ser igual que los descritos anteriormente en otras modalidades de la invención. En algunas modalidades la altura de la pared del lado anterior x6 es mayor que la altura de la pared del lado posterior x7. Como alternativa, la altura de estas paredes puede ser igual.

El implante de TLIF de la presente invención está diseñado para acoplar el borde cortical de las vértebras, la parte más fuerte de las vértebras y, como tal, la estabilidad biomecánica aumenta. Además, la colocación de este tipo de implante es generalmente menos invasivo y menos destructiva que otros procedimientos y puede ser rentable, ya que se utiliza sólo un implante.

Instrumentación quirúrgica La presente invención también proporciona instrumentación quirúrgica para ayudar en la inserción, la colocación o la eliminación de los implantes de la presente invención.

Las figuras 23 a 27 ilustran diversos aspectos del instrumento paralelo de distracción 310 de la presente invención. El instrumento de distracción paralelo 310 es adecuado para la inserción del implante de ALIF de la presente invención. El instrumento 310 incluye un par de horquillas superior 320 e inferior 330 que coinciden con los rieles de guía del implante de ALIF. Por ejemplo, las figuras 23 y 24 muestran el instrumento 310 acoplando el implante 130 vía la horquilla superior 320 que acopla los rieles de guía 147 en la superficie superior 140 del implante 130 y horquilla inferior 330 acoplando los rieles de guía 157 en la superficie inferior 50 del implante 130. Una vez que el instrumento 310 mantiene el implante de forma segura en su lugar, el cirujano puede insertar el implante en el espacio intervertebral. A la inserción del instrumento 310 con el implante, el mango 340 (véase la figura 27) del instrumento 310 se oprime para accionar los dos pares de horquillas 320 y 330 de manera paralela. En una modalidad alternativa, una herramienta de inserción además puede deslizarse entre el instrumento 310 para colocar el implante en el espacio intervertebral. El instrumento 310 además incluye una bisagra de tijera y enganche de trinquete para permitir la actuación más rápida que los topes del estilo tradicional del tomillo del estado de la técnica y una liberación más rápida. Una vez que se acciona el instrumento 310, un dispositivo del tipo que se muestra en la figura 28-32 puede pasar por las horquillas 320 y 330 y tornillo en apertura 185 del implante.

Las figuras 28 a 31 ilustran diversas características de un implante de inserción y herramienta de impacto 350. La herramienta 350 puede ser adecuada para la inserción o eliminación de los implantes cervicales, ALIF y PLIF de la presente invención. En consecuencia, las dimensiones de la herramienta 350 pueden variar según el implante que se inserta. La herramienta 350 incluye una punta 360 que consta de un material absorbedor de choque que puede resistir el impacto, como una punta RADEL® y un cuerpo robusto que consta de un material como el metal y un mango de agarre 353. La punta 360 puede ser modular para que sea removible del cuerpo de la herramienta de 350. La punta 360 tiene una proyección 363 que coincide con la convexidad anti-rotación del implante. La punta 360 además incluye al menos una apertura 365, preferiblemente una apertura central que permite un "alambre guía" con una punta de rosca 370 para avanzar. En algunas modalidades, la punta roscada 370 avanza a través de la abertura 365 a la rotación del adelantador 380 adyacente al mango de la herramienta 353 (véase figuras 28 y 30). La punta roscada 370 y proyección 363 en la punta de herramienta 360 coincide con la apertura roscada y convexidad anti-rotación del implante para permitir la inserción o extracción del implante.

La figura 31a muestra una vista isométrica de otra modalidad de la herramienta de inserción de implante 350 destaca una punta de rosca que puede avanzar a través de una rotación de la adelantador 380 o de la perilla terminal girable 380a.

Las figuras 32 a 34 ilustran diversas características de otra modalidad de una herramienta de inserción e impacto 390 de la presente invención. La herramienta 390 coincide a ras con la cara de implante y permite el impacto en el extremo opuesto de la punta. Similar a la herramienta 350, la herramienta 390 tiene una punta 400 que consta de un material absorbedor de choque tal como RADEL® y un cuerpo robusto que se compone de un metal y un mango de agarre. La punta 400 tiene una proyección 403 que coincide con la convexidad anti-rotación del implante. La punta 400 además puede incluir al menos una abertura de 405, preferiblemente una abertura central, que permite un "alambre guía" con una punta de rosca para avanzar.

La figura 35 ilustra una modalidad alternativa de la herramienta de inserción e impacto de implante 410 de la figura 30 que incluye una punta de impacto limitante 420. La punta de impacto limitante 420 tiene topes 430 que permiten al cirujano medir que tanto la punta 420 y el implante se desplazan en la dirección anterior a posterior con respecto a los cuerpos vertebrales. La altura de los topes 430 en dirección vertical puede ser cualquier altura que impide que la herramienta 410 vaya entre cuerpos vertebrales adyacentes. La punta de impacto limitante 420 puede ser modular o extraíble de la herramienta 410. La punta 420 puede hacerse con una longitud de tope establecida que oscila entre aproximadamente 2 mm a aproximadamente 4 mm para permitir que el cirujano mida que tanto en el espacio intervertebral se inserta el implante.

Las figuras 36 a 39 ilustran diversos aspectos de fórceps 440 de la presente invención que se pueden utilizar para la inserción de los implantes, como los implantes cervicales 10 de la presente invención. Fórceps 440 se pueden utilizar como una alternativa a las herramientas de inserción e impacto 350 y 390 de la presente invención. Fórceps 440 son generalmente de forma de tijeras y con dos aberturas en el mango para dar cabida a los dedos del cirujano. Fórceps 440 pueden incluir botones 450 en el interior de cada punta 445 para coincidir con las aberturas en los lados mediales y laterales del implante 10. La punta 445 puede incluir además almohadillas de absorción de choque 460 que se componen de un material como RADEL® para amortiguar el implante si los fórceps 440 se utilizan también para el impacto.

Las figuras 40 y 41 proporcionan una vista esquemática e isométrica de una herramienta de inserción y de impacto 470 que es adecuada para uso con cualquiera de los implantes de la presente invención. La herramienta 470 puede proveerse con una punta modular 480 que puede hacerse de un material de absorción de choque, tal como pero sin limitarse a RADEL®, que se asegura a la herramienta 470 con un sujetador 490 o por otros medios. Esto permite que la punta 480 se reemplace después del desgaste debido al uso repetido. Alternativamente, la herramienta de inserción e impacto puede ser integral con el cuerpo de la herramienta y el mango como la herramienta 500 en la figura 42. Preferiblemente la punta de la herramienta 470 o 500 es redonda y con bordes lisos. En uso, la herramienta de inserción e impacto 500 se coloca a ras contra el implante 10 (véase la figura 43) y, a continuación, inclinarse a través del martillo de impacto 510 para ajustar la posición del implante (véase las figuras 44a a 47c). La herramienta de impacto e inserción permite que el cirujano se concentre en distintos puntos de contacto, como el aspecto medial, el aspecto lateral o el centro del implante para la colocación medial, lateral y anterior a posterior del implante (véase figuras 45 a 47c).

La figura 47d muestra una vista lateral de un raspador y1 de la presente invención utilizado en la preparación de la placa final. El raspador y1 está en la forma del implante que se inserta para el contorno de la placa final para acomodar el implante eventual que se inserta y provee buen contacto entre el hueso de la placa final y el implante. Aunque la figura 47d muestra un raspador y1 con una pieza superior y2 en forma de un implante de tipo cervical, debe entenderse que la pieza superior y2 del raspador y1 puede estar en cualquier forma de implante incluyendo los tipos ALIF, PLIF y TLIF descritos aquí. Raspador y1 también incluye un mango y3 que puede ser integral o modular con la pieza superior y2, para agarrar y manipular el raspador y1. Las figuras 48 y 49 proporcionan una vista isométrica e isométrica detallada de las herramientas de prueba 520 con obturadores 530 de la presente invención. La herramienta 520 se utiliza después de la preparación del espacio intervertebral y antes de la inserción del implante para determinar el tamaño del implante para insertar. Obturadores 530 pueden ser modulares (es decir, de ajuste rápido o de chasquido en el extremo de la herramienta 520) o que se integra en la herramienta 520. Los obturadores 530 generalmente son del mismo tamaño y forma del implante. En la figura 49, el obturador 530 puede ser similar en tamaño y forma para el implante cervical 10 de la presente invención.

Las figuras 50 a 52 ilustran diversos aspectos de la vista del bloque de impacto de injerto y portador de implante/herramienta 540 de la presente invención. El bloque de injerto impacto 540 comprende una pluralidad de huecos 550 de diferentes tamaños para adaptarse a diversos tamaños de implantes de la presente invención. Bloque 540 permite que otros agentes tales como material de injerto se embalen en el interior hueco del implante.

La figura 53 representa otra modalidad de un implante espinal de material de la presente invención mostrando la flexibilidad del material mixto bioactivo a ser maquinizado o moldeada en un diseño intrincado.

La figura 54 es un ejemplo de otra modalidad de un implante espinal del cuerpo vertebral del material de la presente invención e incluyendo un material de injerto en el centro del implante. En esta modalidad, el anillo mixto tiene una primera porción 210a comprende de material mixto bioactivo (por ejemplo, polímeros biocompatibles y vidrio bioactivo) de la presente invención y una segunda porción 212a comprende un material adicional, preferiblemente un agente de fosfato de calcio poroso, inorgánico.

Las figuras 55, 56, 57 muestran varias cabillas óseas para la fusión espinal en lugar del cuerpo vertebral (cuerpo vertebral en fantasma), la cabilla de hueso de la figura 55 tiene una pluralidad de puertos, algunos de los cuales se muestran 224a. Material endurecible como materiales de aumento de hueso y cemento óseo se pueden inyectar en la cabilla, saliendo de los puertos para rodear parcialmente la cabilla 228a. Figura 56 representa otra canilla de hueso para la fusión espinal. Se muestra al final de un dispositivo o jeringa de inyección 226a. Material de aumento de hueso se muestra saliendo de los puertos de acceso 228a en la cabilla.

Reparación de hueso En otras modalidades de la presente invención, el compuesto mixto en forma de cuerpo se puede utilizar en una variedad de procedimientos ortopédicos, que involucran la restauración y reparación del hueso. Huesos largos constan de hueso cortical y hueso canceloso (metafiseal). El compuesto mixto de la presente invención puede formarse en un manguito de hueso cortical a través de maquinado o por otros medios. Aparatos ortopédicos, como juntas, varillas, pasadores, sujetadores de sutura, anclas, dispositivos de reparación, remaches, grapas, tachuelas, tornillos ortopédicos y tornillos de interferencia y un número de otras formas se pueden formar del material mixto bioactivo en, y por sí mismo o utilizados junto con dispositivos convencionales que son conocidos en la técnica. Dichos cuerpos formados, mixtos, bioactivos, pueden utilizarse junto con geles, pastas, cementos o fluidos biocompatibles y técnicas quirúrgicas que son conocidos en la técnica. Así, un tornillo o pasador conformado por el material mixto bioactivo de la presente invención se puede insertar é un hueso roto en la misma forma que actualmente se insertan metal o tornillos poliméricos y pasadores. La bioactividad del material dará lugar a osteogénesis con resultados beneficiosos médicos o quirúrgicos.

El material mixto bioactivo de la presente invención también se puede conformar en otros dispositivos ortopédicos, incluyendo, sin limitarse a, hojas, placas de hueso y sistemas de placas de huesos, andamios de hueso, sustitutos de injerto de hueso, cabilla de hueso y otros dispositivos útiles para fijar el hueso dañado, por ejemplo, por trauma o cirugía.

En algunos aspectos de la presente invención, se puede utilizar el cuerpo formado de compuesto mixto en procedimientos ortopédicos como artroplastia de cadera y fijación de fractura total. Artroplastia total de cadera es un procedimiento quirúrgico en el que la articulación de la cadera se sustituirá por una prótesis. Tal cirugía de reemplazo de la articulación se lleva a cabo para aliviar el dolor de artritis o fijar daño severo de la articulación severo como parte del tratamiento de fractura de cadera. La articulación de la cadera comprende el fémur y el acetábulo. El fémur termina en el extremo proxímal en una cabeza femoral de forma generalmente esférica. El acetábulo coopera · con el fémur por servir como una cavidad que permite la articulación con la cabeza femoral. Con un implante de cadera, la cabeza femoral es separado o disecado para exponer el canal intramedular femoral. El tallo del implante de cadera quirúrgicamente se implanta dentro del canal femoral intramedular de fijación al mismo ya sea por cemento de hueso, material de aumento de hueso o por un ajuste de prensa. El extremo proxímal del implante de cadera termina en una cabeza esférica. Un conjunto de copa se lleva en la cabeza esférica para acoplamiento y articulación con el acetábulo. Figura 58 representa una modalidad ilustrativa de un implante de cadera ortopédica que comprende el material biocompatible y bioactivo de la presente invención. El implante puede en parte o completamente comprender del compuesto mixto.

Las figuras 59a y 59b muestran la inserción de cabillas de cadera femoral 330a en un fémur, se muestra en fantasma, que requieren restauración. Los puertos de acceso 332a permiten la inyección de material endurecióle, como material de aumento de hueso o cemento óseo, en la cabilla y, a través de los puertos, alrededor de la cabilla para efectuar la fijación en la cabeza del fémur. Las figuras 60a a través de d son formas diferentes de cabillas 330a del tipo útil para la cadera u otra reconstrucción. Los puertos de acceso opcionales 332a están presentes en las figuras 60b y 60d.

Las figuras 61a y 61b muestran el uso del material de la presente invención como un manguito receptáculo 100a que se inserta en el cuerpo para facilitar un reemplazo de cadera bipolar. La cavidad 02a se trabaja en máquina en el manguito 100a para dar cabida a la inserción de un implante o prótesis de articulación de bola 103a. Un cirujano ortopédico taladra una cavidad o surco en el hueso 101a para recibir el manguito 100a. El manguito 100a a continuación, se fija al hueso circundante a través de un material de aumento de hueso o capa de cemento de hueso 104a u otros medios. En el lado acetabular, una superficie de articulación de cabeza femoral se mantiene dentro de una cavidad preparada por el material de la presente invención 100a y una capa de cemento de hueso. Una copa de polietileno de alto peso molecular o copa de material de tipo similar, 105a se utiliza para facilitar la articulación con la cabeza de la prótesis 103a. El implante de articulación de bola o prótesis 103a así se inserta en una copa 105a para facilitar el movimiento de la articulación.

La figura 62 muestra el material dentro de un fémur humano que se utiliza como un bloque 92a para restauración o reparación voluminosa de defectos voluminosos en defectos de hueso o de oncología, o como un manguito 94a para un aumento ortopédico de tornillo, varilla o pasador 98a. Artículo 99a representa una placa ortopédica fijada por el artículo de dispositivo ortopédico 98a. La capa de cemento óseo 96a rodea y soporta el manguito 94a en su lugar. Estos dispositivos de tornillo, varilla y placa se pueden hacer de metal grado médico o de otro material, o pueden estar formados por el material mixto bioactivo de la presente invención. Por ejemplo, la figura 63 representa una modalidad ilustrativa de esos tornillos de hueso que comprenden de material biocompatible y bioactivo de la presente invención; y la figura 64 representa una modalidad ilustrativa de esas placas de hueso que comprende el material biocompatible y bioactivo de la presente invención.

Las figuras 65a a 65c representan otras modalidades de espaciador vertebral cortical sintético o dispositivo de intercuerpo. Material duro 240a preferentemente material mixto de acuerdo con la invención, forma los separadores y anillos. En algunas modalidades una pluralidad de regiones forma el cuerpo formado, como se muestra en la figura 65c. En la presente invención el material mixto bioactivo 240a forma una parte exterior del anillo, mientras un agente poroso, especialmente un material poroso de fosfato de calcio 242a forma una parte interna del cuerpo.

Las figuras 66a a 66c representan todavía otras modalidades de cabillas de hueso cortical sintético o dispositivos de anticuerpo 250a . Las cabillas pueden tener puertos de acceso 252a para surgimiento de material endurecible cuando ese material es inyectado en el orificio 254a con un dispositivo de jeringa. Las cabillas y dispositivos pueden ser materiales mixtos como se establece en el presente documento. Figura 67 es otra forma de espaciador cortical. El espaciador tiene una porción externa dura relativamente 260a formada por el material mixto bioactivo de la presente invención 262a junto con una porción interna 262a derivada de fosfato de calcio (o un agente similar).

La figura 68 es un dispositivo de intercuerpo vertebral cortical sintético de otra forma.

La figura 69 representa una forma de llenado del defecto cortico-canceloso sintético para restauración de hueso. El compuesto mixto bioactivo de la presente invención 270a se combina con una porción a base de fosfato de calcio o de otro tipo similar de agente osteoinductivo 272a para dar lugar a otra modalidad de un cuerpo formado, bioactivo, mixto.

La figura 70 es un anillo cortical sintético. El compuesto mixto bioactivo de la presente invención puede tener una abertura central o la abertura puede llenarse, por ejemplo con sustitutos de injerto de hueso o agentes osteoinductivos. El anillo también puede tener una parte interna formada otro agente.

La figura 71 muestra una varilla cortical sintética compuesta por el material mixto bioactivo de la presente invención para restauración ortopédica.

La figura 72a muestra el material de la presente invención preparado de conformidad con una modalidad de la presente invención, que se trabaja a máquina o moldeada para dimensiones específicas del paciente. La figura 72b describe el uso del material que se forma con la configuración de un implante craneomaxilofacial 76a, una reconstrucción zigomática 72a o un implante mandibular 74a.

La figura 73a representa una obturación 80a del material de la presente invención. La figura 73b ¡lustra la obturación 80a que se inserta en un sitio de excavación 83a en una rodilla humana, por debajo del fémur 81a y por encima de la tibia 82a, para su uso en una reconstrucción de la meseta tibial. La obturación 80a se mantiene en su lugar o se estabiliza mediante una capa de cemento óseo 84a.

Implantes dentales El compuesto mixto bioactivo también pueden formarse en la forma de un implante craneomaxilofacial puede encontrar particular utilidad en una variedad de procedimientos dentales incluyendo la utilización como un implante dental. Implantes dentales 1000 pueden colocarse en la maxila o mandíbula para formar una conexión estructural y funcional entre el hueso vivo (figura 74).

La figura 75a muestra el material de la presente invención en la forma de un manguito 60a. Artículo 62a representa la cavidad excavada que puede formarse a través de maquinado o por otros medios. Artículo 64a presenta una pluralidad de roscados que pueden estar cubiertos con cemento óseo o una variedad de materiales osteoinductivos y/o osteoinductivos. Figura 75b muestra el magüito 60a insertado en el hueso de mandíbula 66a y goma 67a. El manguito 60a se puede fijar en su lugar mediante pasadores, cemento óseo u otros medios mecánicos de adherencia. Un implante artificial de dientes o implantes dentales 68a se pueden atornillar en el manguito 60a al acolar los roscados 64a.

Los cuerpos formados se pueden modificar en varias maneras para aumentar o disminuir su fuerza física y otras propiedades para dar a esos cuerpos aún más modos de empleo. En general, la presente invención es extraordinariamente amplia ya que pueden formarse fácilmente cuerpos conformados, bajo condiciones cuidadosamente controlables y con enorme flexibilidad. Junto con algunas modalidades de la presente invención, se emplean técnicas de formación sobre los cuerpos formados mixtos bioactivos de la presente invención. Así, dichos cuerpos pueden ser maquinizados, presionados, estampados, perforados, enlistonado o tratado mecánicamente de otra forma para adoptar una forma particular tanto externa como internamente. Formas preformadas se pueden formar de acuerdo con la invención del que se pueden cortar o formar configuraciones. Por ejemplo, se puede maquinizar un manguito ortopédico para un tornillo óseo de un bloque de material hecho por la presente, y el mismo bifurcado para roscas de tornillo o lo similar.

Además de los implantes formados descritos anteriormente, ciertos aspectos de la presente invención proveen kits que contienen los implantes formados estériles en envasado estéril junto con instrumental adecuado para insertar o implantar el implante formado.

A lo largo de esta descripción, diversos aspectos de la invención se presentan en un formato de intervalo. Debe entenderse que la descripción en formato de intervalo es sólo por comodidad y brevedad y no debe interpretarse como una limitación inflexible sobre el alcance de la invención. En consecuencia, la descripción de una gama debe considerarse que ha descrito específicamente todos los sub-intervalos posibles así como valores numéricos individuales dentro de ese intervalo. Por ejemplo, la descripción de un intervalo tal como de 1 a 6 debe considerarse que específicamente ha descnto sub-intervalos tales como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6 etc., así como números individuales dentro de ese intervalo, por ejemplo, 1 , 2, 2.3, 34, 5, 5.7 y 6. Esto se aplica independientemente de la amplitud del intervalo.

EJEMPLOS Objetos adicionales, ventajas y características nuevas de esta invención serán aparentes para los expertos en la técnica después de un examen de los siguientes ejemplos de la invención. Los ejemplos se incluyen para demostrar más claramente la naturaleza global de la invención. Los ejemplos son ejemplares, no restrictivos, de la invención.

Bioactividad Muestras se mezclan en un estado sólido, sin la adición de un solvente. Los materiales se mezclan en seco completamente por volteretas en rodillos por aproximadamente dos horas hasta que se observe una mezcla homogénea. El compuesto mixto se añade a un extrusor de barril y émbolo que se establece en una temperatura adecuada para fundir el polímero. El extrusor de barril y émbolo se utiliza para rellenar un molde de disco precalentado. Se quita la muestra moldeada y se utiliza una sierra de perforación para ahuecar la muestra de disco circular más pequeña. Esta muestra se tritura, a continuación, en la parte superior e inferior para exponer aún más el vidrio bioactivo.

Muestras moldeadas se hacen de varios compuestos mixtos de PEEK y vidrio cerámico bioactivo Combeite en diversos tamaños de partículas según el procedimiento descrito anteriormente. Ambos discos (diámetro = 12 mm) y cilindros (diámetro = 5 - 6.5 mm) se utilizan para la prueba. Las muestras se suspenden en fluido de cuerpo simulado a 37°C durante 3, 7, 14, 21 y 28 días.

Con referencia a la figuras 76-83, compuestos mixtos que comprenden PEEK y porcentajes de peso variable de vidrio cerámico Combeite (con < 53 mieras de tamaño de partícula promedio) se preparan mediante los métodos expuestos. Estudios in vitro de bioactividad se realizan con los compuestos mixtos, preparados como se indica, utilizando el método de Kokubo, How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity, Biomaterials (2006) 27:2907-2915. Después de inmersión en SBF durante 3 días, la formación de una cantidad significativa de fosfato de calcio se puede observar el 60% en peso de PEEK y 40% en peso de muestra Combeite (60/40) y formación de fosfato de calcio puede verse en el 70% en peso de . PEEK y 30% en peso de muestra Combeite (70/30) (figura 71). Refiriéndose a las figuras 78-80, se puede observar el desarrollo de grandes cantidades del fosfato de calcio para cada una de las muestras con el tiempo; la cantidad de vidrio cerámico bioactivo Combeite en la muestra proporcionalmente influye en la velocidad a las cuales se forma fosfato de calcio. La figura 82 muestra que, después de 28 días, una cantidad significativa de fosfato de calcio se forma en el 80% en peso de PEEK y 20% en peso de muestra de Combeite (80/20) y empieza a formarse en el 90% en peso de PEEK y 10% en peso de muestra Combeite (90/10). Figura 81 muestra un corte transversal de la capa bioactiva de la muestra 60/40 después de 21 días junto con un análisis atómico de las capas. Figura 81 también muestra la importancia de la interfaz del vidrio bioactivo y su relación con la capa bioactiva. En comparación, una muestra de 100% PEEK, sin el componente bioactivo, no da lugar a la formación de fosfato de calcio (figuras 76-78).

También en comparación, la figura 83 muestra el desarrollo de fosfato de calcio durante 14 días en muestras de PEEK y Combeite, para lo cual el tamaño promedio de partícula de Combeite es aproximadamente 90 a 150 µ?t?. De la comparación de la figura 83 con 79, es evidente que se ha desarrollado una importante cantidad de fosfato de calcio en la muestra 90/10 (90 a 150 µ??) después de 14 días, pero no se desarrolla fosfato de calcio en la muestra 90/10 (< 53 µ?t?) en el mismo período de tiempo. Esto sugiere que bioactividad puede personalizarse alterando el tamaño del vidrio bioactivo.

Cuerpos formados mixtos se fabrican según el método preferido de la presente invención. Polímero PEEK y vidrio activo Combeite (90-150 µ?t?) se forman en pellas mediante un tornillo doble, extrusor de tolva dual. Las pellas mixtas resultantes entonces se moldean por inyección en artículos conformados casi forma neta y se trabajan en máquina además para producir implantes espinales formados. Figuras 84 y 85 muestran la bioactividad in vitro de dos modalidades ejemplares del implante espinal formado mixto después de la inmersión en fluido corporal simulado por un período de 7 días.

Prueba mecánica Muestras se realizan con diversos grados de vidrio bioactivo PEEK y Combeite y se someten a una serie de pruebas para evaluar las propiedades mecánicas de las muestras. Estas muestras se forman por pre-mezclado (seco), se agregan a una tolva sencilla y se mezcla en estado fundido en un extrusor de tornillo sencillo (abertura de troquel Quad; 6.35 cm en la zona 5; pre-mezcla con tolva; agua spritz; máquina de labios, granulador; clasificador). Pellas mixtas resultantes luego se moldearon por inyección a formas estandarizadas para pruebas (moldeador de inyección Bengel de 55 toneladas; molde familiar 3-Up para muestras de tracción y flexión (corte de muestras de flexión a la mitad para pruebas de impacto Izod).

El cuadro 2 muestra las propiedades mecánicas de diversos materiales fabricados de conformidad con el método de procesamiento de tolva sencilla /tornillo sencillo de la presente invención.

CUADRO 2 *valores publicados Muestras adicionales se forman en pellas mixtas por Foster Corporation usando un extrusor de tornillo doble de 30-40 mm con un sistema de alimentación de tolva doble. Las pellas mixtas resultantes fueron luego moldeadas por Spectrum a formas estandarizadas para las pruebas mediante una máquina de moldeado de inyección hidráulica de 50-80 toneladas. El cuadro 3 muestra las propiedades mecánicas de 80/20 de material fabricado de acuerdo al método de procesamiento de tornillo doble/tolva doble de la presente invención en comparación con PEEK 100% (450G).

CUADRO 3 *valores publicados También se realizan pruebas de fatiga axial dinámica de muestras de implante espinal PEEK/Combeite. Los implantes espinales se conforman de material mixto bioactivo de la presente invención (material (90-150 µ?t? vidrio) de bajo peso molecular 70/30), similar en diseño al implante que se muestra en la figura 5a con un ángulo lordótico de 7 grados (anterior a posterior). El objetivo de este ensayo es determinar la capacidad del material para manejar repetidos ciclos de carga y descarga en un entorno simulado in vivo. Las pruebas se realizan a 37 0 en solución salina amortiguada de fosfato (PBS) (por ejemplo, bajo condiciones simuladas in vivo). El implante es capaz de resistir ciclos de 5 millones a una carga aplicada de 2000 Newtons (N) con ningún fallo observado. Los resultados muestran que el material mixto de la presente invención puede soportar muchos ciclos de carga y descarga como normalmente se experimenta en el uso clínico.

Caudal de fusión El caudal de fusión (MFR) de diversos materiales mixtos bioactivos fabricados de conformidad con los métodos de la presente invención en diversas instalaciones de formación de compuestos se mide con un plastómetro de extrusión, siguiendo los métodos de ASTM D1238-04c (procedimiento A). Estos resultados se muestran en el cuadro 4 en relación con los caudales de fusión de los materiales de polímero PEEK 100% (LT1 , 450 G, LT3, 150 G). Estos resultados muestran que cuando se incrementa el porcentaje de vidrio bioactivo, sensiblemente se reduce el caudal de fusión del material mixto resultante.

CUADRO 4 Caudal de flujo Tiempo de medición Descripción (g/10min) (seg) PEEK grado médico 100% LT1 (PEEK de alto peso molecular) 2 60 PEEK grado técnico 100% 450G (PEEK de alto peso molecular) 2 60 80/20 (450G/90-150 µ?t?) tornillo doble formado en Foster 0.59 60 80/20 (450G/90-150 µ??) tornillo doble formado en Polymers Center 0.94 180 80/20 (450G/90-150 µ??) tornillo sencillo formado en Infinity 0.08 300 70/30 (450G/90-150 µp?) tomillo doble formado en Foster 0.067 600 80/20 (LT1/ <53 µ??) tornillo doble formado en Polymers Center 0.12 300 80/20 (450G/ <53 µ??) tornillo doble formado en Polymers Center 0.1 300 PEEK grado médico 100% LT3 (PEEK de bajo peso molecular) 18 60 PEEK grado técnico 100% 150G (PEEK de bajo peso molecular) 24 60 77/23 (LT3/ 90-150 µp\) tornillo doble formado en Foster 13 60 70/30 (150G/90- 50 µ?? µ??) tornillo sencillo formado en Infinity 2.7 60 60/40 (150G/ <90) tornillo doble formado en Polymers Center 1.2 180 "Foster" - Foster West Corporation, North Las Vegas, NV "Infinity" - Infinity Compounding, Logan, NJ "Polymer Center" - Polymers Center of Excellence, Charlotte, NC Homogeneidad El contenido de cenizas de varias formulaciones fabricadas (en múltiples instalaciones de formación) de acuerdo con los métodos de la presente invención se mide de acuerdo a un procedimiento B modificado de ASTM D5630-06. Dos gramos de material mixto granulado se incinera a 900C durante 3 horas (probados por triplicado). Los resultados de esta prueba del contenido de cenizas se muestran en el cuadro 5 y demuestran la mayor precisión y disminución de variabilidad de materiales compuestos con un tornillo doble, extrusor de doble tolva con respecto a la formulación objetivo.

CUADRO 5 Análisis de Micro-CT de varios materiales mixtos bioactivos de la presente invención se realiza para demostrar la homogeneidad de vidrio dentro de la matriz de polímero y cuantificar la exposición del área superficial de las partículas de vidrio bioactivo. Todas las muestras se analizan en un sistema Scanco Medical pCT 40 con un nivel de energía de rayos x de 70Kvp y un tamaño de voxel isotrópico de 6 pm. Análisis de partícula (fracción de volumen, tamaño, distribución) se realiza con el software Scanco en paquete en el sistema de microCT. Imágenes son binarizadas para separar las partículas de polímero utilizando un valor umbral fijo. Imágenes representativas y reconstrucciones 3D de dos modalidades ejemplares de la presente invención pueden verse en las figuras 86 y 87. El cuadro 6 muestra el % de volumen y % del área superficie de vidrio para estas dos modalidades.

CUADRO 6 Pruebas de desempeño in vivo de compuestos mixtos bioactivos Varias formulaciones de implantes mixtos de vidrio cerámico PEEK y Combeite de conformidad con los métodos de la presente invención se implantan en la región diafisaria de los huesos largos de ovejas (tibia y metatarso). Los artículos de prueba de compuesto mixto bioactivo son LT1 80/20/< 53um vidrio bioactivo (80/20), 80/20 LT1/90-150um vidrio bioactivo (80/20L), 70/30 LT1/<53um vidrio bioactivo (70/30), 60/40/<90um (60/40 M) vidrio bioactivo. El artículo de control negativo es de 100% PEEK Optima LT1 y el artículo de control positivo es titanio limpiado con chorro de granalla. La rugosidad de la superficie de muestras representativas de animales se mide utilizando un explorador de micro láser sin contacto y se muestra en el cuadro 7.

CUADRO 7 Se realiza una prueba de expulsión después de 12 y 24 semanas de implantación para medir la fuerza de corte interfacial entre los materiales implantados y el hueso adyacente como una medida de bioactividad y unión de los huesos. Después de la extirpación, tibias y metatarsos se seccionan en muestras individuales, cada uno conteniendo sitio 1 defecto. Se quita todo el exceso de tejido y los especímenes son cortados por la mitad para exponer la cara medial del implante. Un pasador de compresión de 5 mm se utiliza para aplicar una fuerza axial a una velocidad de desplazamiento constante de 1 mm/min. La carga y desplazamiento se registran. La tensión de corte interfacial se calcula mediante la siguiente ecuación: _ F max s = nDt donde, Fmax es la máxima fuerza de expulsión, D es el diámetro del implante (5 mm) y t es el espesor cortical (promedio de 4 mediciones).

Se realizó análisis estadístico mediante software Minitab. Una prueba de normalidad de Ryan-Joiner se lleva a cabo para confirmar la distribución normal de los datos. Una prueba ANOVA de una vía se utiliza para evaluar la interacción entre la formulación y la fuerza de corte interfacial. El método de Dunnett para comparaciones de tratamiento vs control se utiliza para evaluar la importancia entre los grupos de prueba de compuesto mixto bioactivo versus el control PEEK 100% en un intervalo de confianza de 95%.

Los resultados de la prueba mecánica de expulsión se muestran en la figura 88. Todas las fórmulas de los compuestos mixtos bioactivos tienen fuerza de corte interfacial al menos dos veces mayor en comparación con el control de polímero 100% en 12 y 24 semanas. A las 12 semanas, todas las formulaciones mixtas bioactivas excepto 80/20 tienen significativamente una unión ósea más fuerte que PEEK 100% (p < 0.05). A las 24 semanas materiales mixtos bioactivos 70/30 y 60/40 exhiben fuerza de corte interfacial significativamente mayor en comparación con PEEK 100% (p < 0.05). Estas formulaciones también exhiben mayor fuerza de corte interfacial promedio más alta en comparación al titanio limpiado con chorro de granalla, a pesar de la rugosidad de la superficie superior del implante de titanio.

Las figuras 89 y 90 son imágenes representativas histológicas demostrando la naturaleza de unión del hueso del compuesto mixto bioactivo durante la implantación in vivo de cabillas conformadas por el material de la presente invención en hueso de carnero. Hueso nuevo se muestra junto al implante sin intervención de tejido fibroso. Por ejemplo, para los implantes de la figura 89 (histología de un implante 60/40 LT3/< 90pm) y la figura 90 (histología de un implante 80/20 ?_?1/90-150µ?t?), hueso nuevo 2004 se observa que crece en el implante 2000 en lugares a lo largo de la interfase 2002 donde el vidrio está en el intervalo de tamaño de alrededor de 50 mieras a alrededor de 100 micrones, proporcionando de este modo un bloqueo mecánico entre el hueso hospedero 2010 y el implante mixto bioactivo 2000.

Aunque ilustrada y descrita antes con referencia a determinadas modalidades específicas y ejemplos, la presente invención sin embargo, no pretende ser limitada a los detalles que se muestran. Más bien, pueden hacerse diversas modificaciones en los detalles en el alcance y gama de los equivalentes de las reivindicaciones y sin apartarse del espíritu de la invención. Expresamente está destinado, por ejemplo, que todos los intervalos ampliamente recitados en este documento incluyen dentro de su alcance todos los intervalos más estrechos que caen dentro de los intervalos más amplios.

Las descripciones de cada patente, solicitud de patente, y publicación citada en el presente documento se incorporan aquí por referencia en su totalidad.

Aunque esta invención ha sido descrita con referencia a modalidades específicas, es evidente que otras modalidades y variaciones de esta invención pueden ser ideadas por otros expertos en la técnica sin apartarse el verdadero espíritu y alcance de la invención. Las reivindicaciones anexadas pretenden interpretarse para incluir todas estas modalidades y variaciones equivalentes.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un compuesto mixto bioactivo, que comprende: un polímero poliarilétercetona y vidrio bioactivo; en donde el polímero poliarilétercetona tiene un intervalo de tamaño de más de 400 µ?? a 4000 µ?t?, un peso molecular de 100,000 a 120,000 y comprende de 70% a 80% en peso de la composición mixta, y en donde el vidrio bioactivo tiene un intervalo de tamaño de partícula de 1 µ?? a 500 µ?t?, y comprende de 20% a 30% en peso de la composición mixta.

2.- El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el polímero poliarilétercetona es poliéterétercetona (PEEK).

3.- El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el polímero poliarilétercetona tiene un tamaño que varía de 100 µ?t? a 4000 µ?t?.

4. - El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio bioactivo es 45S5 o vidrio cerámico Combeite.

5. - El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el vidrio bioactivo tiene un tamaño de partícula que varía de 50 µ?? a 250 µ??t?.

6. - El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el compuesto mixto no es reabsorbible.

7. - Un implante espinal que comprende el compuesto mixto bioactivo de la reivindicación 1.

8.- Un compuesto mixto bioactivo, que comprende: poliéterétercetona (PEEK) y un vidrio bioactivo; en donde la PEEK tiene un intervalo de tamaño de 400 µ?t? a 4000 µ??, un peso molecular de 100,000 a 120,000 y comprende de 70% a 80% en peso de la composición mixta; y en donde el vidrio bioactivo tiene un intervalo de tamaño de partícula de 50 µ?t? a 250 µ?t?, y comprende de 20% a 30% en peso de la composición mixta.

9. - El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el vidrio bioactivo es 45S5 o vidrio cerámico Combeite.

10. - El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la PEEK tiene un intervalo de tamaño de 1000 µ?? a 4000 µ??.

11. - El compuesto mixto de conformidad con la reivindicación 0, caracterizado además porque el compuesto mixto no es reabsorbible.

12. - Un implante espinal, que comprende: un compuesto mixto bioactivo que comprende poliéterétercetona (PEEK) y un vidrio bioactivo; en donde la PEEK tiene un tamaño que varía de 1000 µ?t? a 4000 µ?t?, un peso molecular de 100,000 a 120,000 y comprende de 70% a 80% en peso de la composición mixta, y en donde el vidrio bioactivo es 45S5 o vidrio cerámico Combeite, tiene un intervalo de tamaño de partícula de 50 µ?? a 250 µ??, y comprende de 20% a 30% en peso de la composición mixta.