MX2013002049A - Fabricacion de implantes mediante aditivo de procesamiento de luz digital continuo. - Google Patents

Abstract

Un proceso para fabricar mediante aditivo un implante reabsorbible que será implantado en un paciente, en donde el proceso incluye proporcionar una resina, que incluye un material líquido polimerizable mediante luz. El proceso incluye además accionar un aparato de fabricación mediante aditivo para exponer una cantidad de la resina a la luz, para curar al menos parcialmente la cantidad de resina expuesta, para formar una capa del implante reabsorbible y accionar el aparato de fabricación mediante aditivo para exponer al menos cierta cantidad de resina adicional a la luz, para curar al menos parcialmente la cantidad de resina adicional expuesta para formar una capa adicional del implante reabsorbible y para sobrecurar al menos parcialmente las capas curadas previamente para originar al menos cierto enlace intercapa entre las capas curadas previamente y la capa adicional.

Description

FABRICACIÓN DE IMPLANTES MEDIANTE ADITIVO DE PROCESAMIENTO DE LUZ DIGITAL CONTINUO Referencia Cruzada con Solicitudes Relacionadas La presente solicitud reclama el beneficio de las Solicitudes de Patente Provisional Norteamericana Nos. 61/373,353, presentadas el 20 de agosto del 2010 y 61/491,194, presentadas el 29 de mayo del 2011, las cuales están incorporadas a la presente invención como referencia.

Aviso de Fondos de la Federación La presente invención se elabora con el soporte gubernamental de acuerdo con la concesión No. R01-DE013740 otorgada por el Instituto Nacional de Salud (National Institutes of Health (NIH)). El gobierno tiene ciertos derechos en la presente invención.

Antecedentes de la Invención Los implantes pueden ser diseñados para coincidir con algún defecto en el tejido de un paciente. La forma del implante puede ser determinada midiendo primero el área o volumen del defecto dentro del paciente. Posteriormente el implante puede ser diseñado mediante, por ejemplo, un diseño auxiliado por computadora (CAD) a la luz del área o volumen defectuoso medido. Posteriormente el implante puede ser fabricado.

Los factores para tomar en cuenta cuando se diseñan y fabrican implantes incluyen geometría adecuada para proporcionar un ajuste adecuado dentro del paciente, y en el caso de andamios de diseño de tejido, para facilitar el crecimiento y la infiltración vascular en el tejido huésped.

Las características geométricas funcionales del andamio, pueden ser diseñadas para afectar la adhesión, proliferación y maduración celular. Las características de superficie que interactúan directamente con las células incluyen rugosidad y porosidad del andamio. Las estructuras rugosas, porosas pueden facilitar la carga celular, el crecimiento del neotejido y el crecimiento interno del tejido huésped. El diseñador puede manipular la geometría porosa para controlar tanto las propiedades mecánicas del implante en su totalidad, así como la porosidad, sinuosidad, permeabilidad y volumen de poro total del espacio del poro. Muchos andamios de diseño de tejido pueden requerir poros que fluctúan en tamaño entre 200 y 1600 micrómetros con características de superficie tales como la forma de la abertura del poro, del orden de 50 a 500 micrómetros. Convencionalmente, estas características pueden haber sido obtenidas, si existen, mediante la inclusión de partículas tales como cristales de fosfato de tricalcio en la resina de la cual se podrá fabricar el andamio. Sin embargo, pueden surgir cuestiones con respecto a la capacidad de reabsorción de los cristales en el cuerpo del huésped. Otra característica geométrica importante puede ser la orientación oblicua de las estructuras del poro, de modo que el tejido huésped no encuentre una pared o barrera en el andamio, lo cual es más probable cuando las estructuras del poro se construyen en forma ortogonal, que cuando los poros o canales se orientan hacia el tejido huésped. El diseñador del implante puede desear orientar los canales del poro dentro de un andamio, de modo que se abran hacia el tejido huésped, para facilitar de esta forma el crecimiento del nuevo tejido en el implante, y la incorporación activa del implante en el tejido huésped .

La fabricación de implantes o andamios mediante aditivo con estas características mecánicas y geométricas, requiere niveles de precisión relativamente altos. Por ejemplo, la precisión hace que sea más probable crear estructuras de poro internas complejas, tal como las descritas anteriormente, así como otras.

Los factores adicionales para tomar en cuenta cuando se diseñan y fabrican implantes o andamios son, una resistencia y dureza adecuadas de la parte, para manejar y transmitir tensión mecánica. En algunos casos, la resistencia y la dureza deben ser ponderadas contra la necesidad de que el implante o andamio sea reabsorbible o tenga la capacidad de romperse en el cuerpo del huésped. La manipulación del peso molecular del polímero con frecuencia niveles de reabsorción versus resistencia del implante, con pesos moleculares mayores siendo con frecuencia más fuertes, y pesos moleculares inferiores siendo con frecuencia más reabsorbibles. Sin embargo, el manejo postcuración de los andamios o implantes de peso molecular bajo, puede ser problemático y por lo tanto el método de conversión ideal puede minimizar cualquier manejo postcuración necesario.

Aunque la conversión estereolitográfica de los implantes y andamios ha sido demostrada, las limitaciones en los dispositivos comercialmente disponibles da como resultado niveles de precisión relativamente bajos.

Por ejemplo, la precisión y resolución de los dispositivos de conversión estereolitográfica convencionales, pueden no permitir que los dispositivos produzcan características de la superficie del andamio o implante tales como poros y aberturas de poros en el extremo bajo de la escala de geometría óptima. Y no obstante, que los dispositivos de conversión estereolitográfica convencionales pueden tener la capacidad de producir estructuras de poro orientadas en forma ortogonal en implantes y andamios, pueden proporcionar una resolución insuficiente para producir poros orientados en forma oblicua.

Además, la conversión estereolitográfica también puede tener otras diversas limitaciones dentro del contexto de la fabricación de implantes o andamios.

Por ejemplo, los dispositivos estereolitográficos convencionales utilizan un láser para polimerizar las capas. El láser apunta hacia abajo en la parte superior de un tanque de polímero líquido. Se coloca un elevador dentro del tanque y extrae la parte hacia abajo conforme se convierte, capa por capa. La velocidad de extracción normalmente no es lo suficientemente rápida para extraer en forma simultánea todos los pixeles de la capa, lo cual puede hacer difícil controlar la sobrecuración y costura entre las capas conforme se convierte el implante o andamio.

Asimismo, los dispositivos de estereolitografía convencionales pueden no proporcionar una forma de modular la cantidad de energía en un punto versus otro dentro de una capa, por ejemplo, para controlar la profundidad de la polimerización y el nivel de resistencia de la sobrecuración.

Además, los dispositivos de estereolitografía convencionales pueden requerir el uso de una cuchilla limpiadora para alisar la resina entre cada capa para proporcionar una superficie plana. Los polímeros altamente viscosos pueden presentar aspectos de confiabilidad para esta herramienta de aplanamiento.

Además, la polimerización estereolitog ráfica de andamios de polímero reabsorbibles utilizando polímeros de bajo peso molecular, presenta algunos desafíos. Los dispositivos de conversión estereolitográfica convencionales con frecuencia requieren un manejo postconversión para completar la curación del andamio o implante, lo cual puede ser muy difícil y puede dar como resultado la distorsión o destrucción del andamio o implante de polímero de bajo peso molecular.

Breve Descripción de las Figuras Los dibujos adjuntos, los cuales están incorporados en, y constituyen una parte de la especificación, ilustran diversos sistemas, métodos, etc., de ejemplo, que ilustran diversas modalidades de ejemplo de los aspectos de la presente invención. Se podrá apreciar que los límites de los elementos ilustrados (por ejemplo, cuadros, grupos de cuadros u otras formas) en las figuras, representan un ejemplo de los límites. Un experto en la técnica podrá apreciar que se puede diseñar un elemento como múltiples elementos o que múltiples elementos pueden ser diseñados como un elemento. Se puede implementar un elemento mostrado como un componente interno de otro elemento, como un componente externo y viceversa. Además, los elementos pueden no ser dibujados a escala.

La figura 1, ilustra un dispositivo de luz digital continuo (cDLP) para la fabricación de un implante mediante aditivo.

La figura 2, ilustra una gráfica de ejemplo que traza las longitudes de onda versus la magnitud de la absorción/emisión de luz para un iniciador, una fuente de luz y una tinta.

La figura 3, ilustra un andamio de estructura porosa de ejemplo.

La figura 4, ilustra una estructura porosa de ejemplo que incluye poros que son oblicuos.

La figura 5, ilustra vistas isométricas, frontales y superiores de un andamio de ejemplo.

La figura 6, ilustra un método para fabricar un andamio de diseño de tejido para implante en un paciente, y promover el crecimiento de tejido.

La figura 7, ilustra un proceso para la fabricación de un implante mediante procesamiento de luz digital continua, que será implantado en un paciente.

Descripción Detallada de la Invención Procesamiento de Luz Digital Continuo La figura 1, ilustra un dispositivo de procesamiento de luz digital continua (cDLP) 100 para la fabricación mediante aditivo de un implante IMP. El dispositivo 100 incluye un proyector de dispositivo de microespejo (DMD) 110. Un DMD consiste en una formación de microespejos que controlan la intensidad de luz proyectada en cada pixel de la imagen de la capa, para polimerizar en forma efectiva cada voxel (pixel volumétrico) de cada capa del implante IMP. El término "continuo" en el procesamiento de luz digital continua, indica que todos los voxeles dentro de la capa pueden ser proyectados en forma simultánea, en forma opuesta a dibujarse en forma sucesiva (es decir, moviendo el rayo láser) de voxeles que ocurren en otros métodos de fabricación mediante aditivo, tal como estereolitograf ía . La fabricación mediante aditivo a base de cDLP proyecta múltiples voxeles que pueden agregarse a una capa de implante completa como una imagen o "máscara de voxel". Esto permite que toda la capa sea curada en forma simultánea (es decir, curación continúa).

El proyector 110 proyecta luz 120 a través de una placa de base transparente traslúcida 130 arriba de la cual se encuentra una resina 140, que incluye un material líquido polimerizable mediante luz. La exposición a la luz 120 origina que la resina 140 se cure o polimerice al menos parcialmente para formar capas del implante IMP. En la modalidad ilustrada, el dispositivo 100 incluye además una placa de construcción 150 a la cual se adhiere en forma operativa el implante IMP. La placa de construcción 150 se adhiere en forma operativa a un motor (no mostrado), cuya operación, cambia o eleva en forma sucesiva la placa de construcción 150 fuera de la placa de base 130, conforme la luz 120 cura o polimeriza en forma sucesiva la resina 140, para formar cada capa del implante IMP. La luz 120 polimeriza o sobrecura en forma adicional las capas convertidas previamente, para construir o coser capas polimerizadas recientemente de las capas previas.

En una modalidad, el dispositivo cDLP 100 es el dispositivo UV Perfactory® producido por envisionTEC (Gladbeck, Alemania). En otra modalidad, el dispositivo cDLP 100 puede ser un dispositivo cDLP además del dispositivo UV Perfactory® producido por envisionTEC.

Precisión y Resolución En una modalidad, cada mascara de voxel proyectada también utiliza irradiación espacialmente variante, lo que significa que a cada pixel se le puede asignar un diferente valor de intensidad de luz. Los beneficios de asignar a cada pixel un valor de intensidad diferente, incluyen la capacidad de variar los rangos de curación dentro de una capa, y permitir métodos de alisamiento análogos a los encontrados en el procesamiento de imágenes. En una modalidad, el dispositivo cDLP 100 está equipado con un Módulo de Resolución Incrementada (ERM) (no mostrado) que duplica en forma efectiva la resolución dentro de la capa (x-y) a través de un proceso similar al desplazamiento de pixeles, una técnica que incrementa la resolución real de los dispositivos, mediante el movimiento de los microespejos en fracciones de un pixel en las direcciones "x" y "y".

Las propiedades únicas de la conversión cDLP permiten una precisión incrementada definida como la similitud del implante o andamio resultante con la forma encontrada en el archivo de diseño, o CAD. Una fuente de precisión incrementada está en la resolución en plano (x-y), lo cual es una función de la magnificación del lente proyector, y la resolución del chip DLP. Los tamaños de pixeles pueden ser de 75 micrómetros o menos. ERM, el desplazamiento de pixel, alisado, o combinaciones de los mismos pueden incrementar en forma adicional la resolución en plano en un factor de al menos 2.

El dispositivo cDLP 100 proporciona además precisión incrementada debido a la resolución incrementada entre plano o (z). La resolución entre plano (z) es controlada, entre otros factores, por el motor (no mostrado), que cambia la placa construida 150 entre capas en serie. En una modalidad, el dispositivo 100 tiene un motor con la capacidad de incrementos de 50 micrómetros y tan pequeños como de 15 micrómetros. La resolución entre plano (z) puede ser controlada en forma adicional controlando la profundidad de penetración de la luz 120 para limitar la energía de polimerización en la resina 140 o las capas del implante IMP convertidas previamente.

Un modelo del dispositivo UV Perfactory® tiene un motor con la capacidad de incrementos de 50 micrómetros y un lente de 60 milímetros, que proporciona una resolución nativa en plano (x-y) de 71 micrómetros y 35.5 micrómetros utilizando desplazamiento de pixeles. Por lo tanto este modelo del dispositivo UV Perfactory® tiene la capacidad de polimerizar en forma continúa voxeles de 35.5 x 35.5 x 50 um. Otro modelo del dispositivo UV Perfactory® podría tener un lente de 75 milímetros que puede proporcionar una resolución en plano 42 micrómetros nativa de (x-y) y una resolución de 21 micrómetros con un desplazamiento de pixeles.

Material Polimerizable mediante Luz El proceso cDLP controla propiedades mecánicas y otras propiedades del implante IMP resultante, en parte, controlando el peso molecular del material polimerizable mediante luz. La manipulación del peso molecular del material ajusta la resistencia del implante resultante IMP, con pesos moleculares mayores, generalmente siendo más fuertes. Por lo tanto, para aplicaciones en donde el implante IMP puede contener una tensión mecánica significativa, el material polimerizable mediante luz puede ser elegido de modo que la parte convertida, pueda manejar y transmitir en forma conveniente la tensión mecánica.

En aplicaciones tales como implantes o andamios, las cuales están proyectadas para implantación en el cuerpo de un paciente, es importante que los componentes del implante o andamio incluyan el material polimerizable mediante luz, así como cualesquiera iniciadores, tintas, solventes y otras sustancias que serán biocompatibles, lo que significa que el implante no posee riesgo sustancial de lesión o toxicidad a las células, tejidos u órganos vivos, y no posee un riesgo sustancial de eliminación a través del sistema inmune. En algunos casos, es posible utilizar ciertos componentes no biocompatibles. Sin embargo, normalmente pueden ser biocompatibles completamente eliminados o convertidos antes del implante. Por ejemplo, se pueden utilizar algunos químicos no biocompatibles durante el proceso de fabricación, aunque serán eliminados completamente antes del implante.

En aplicaciones tales como andamios de construcción de tejido, la capacidad de reabsorción del andamio, la capacidad de la parte para romperse en el cuerpo del huésped, es una consideración muy importante. Es importante para la regeneración del tejido, tal como huesos, que el andamio se reabsorba en respuesta a la maduración celular y al tejido huésped de ingreso. Es importante la reabsorción de andamio bien sincronizada para una integración exitosa de la vasculatura para permitir un remodelado desencadenado y la incorporación en el huésped del neotejido. Por lo tanto, la reabsorción de andamio predecible es importante, incluyendo rangos predecibles de pérdida de propiedades del material, rangos predecibles de degradación de andamio (por ejemplo, puede ser útil para elegir polímeros que se fracturen o erosionen en rangos predecibles en lugar de degradarse en volumen) y rangos predecibles de desplazamiento de pH.

La resistencia y rigidez del andamio debe ser ponderada contra rangos de capacidad de reabsorción del andamio. La manipulación del peso molecular del material generalmente ajusta los niveles de reabsorción versus la resistencia del andamio con pesos moleculares superiores que dan como resultado andamios más fuertes pero menos reabsorbibles, y pesos moleculares inferiores que dan como resultado andamios más débiles pero más reabsorbibles. Los polímeros de bajo peso molecular con frecuencia tienen la capacidad de romperse en forma segura, y ser reabsorbidos dentro del cuerpo. En general, los polímeros reabsorbibles con frecuencia son de muy bajo peso molecular en comparación con polímeros utilizados en aplicaciones automotrices, de espacio aéreo e industriales comunes. Los polímeros reabsorbibles normalmente tienen un peso molecular inferior tan bajo como de 2 a 3 órdenes de magnitud inferior al de los polímeros utilizados en dichas aplicaciones.

Además de ser reabsorbible, idealmente, el implante resultante puede tener una suficiente "resistencia verde" para permitir la limpieza postconversión del material no polimerizado de la estructura del implante incluyendo sus poros. La resistencia verde se define como la resistencia del implante convertido inmediatamente después de que ocurre cDLP, aunque antes de que el material no polimerizado sea lavado, y antes de cualquier postcuración, tal como exposición a caja de luz UV o curación a base de calor.

En una modalidad, el proceso cDLP de la presente descripción utiliza el polímero reabsorbible poli(fumarato de propileno) o PPF como el material polimerizable mediante luz. PPF incorpora la mayor parte de las características del material polimerizable mediante luz descritas anteriormente, incluyendo bajo peso molecular, no toxicidad y capacidad de reabsorción. En otra modalidad, el proceso cDLP de la presente descripción utiliza un material polimerizable mediante luz reabsorbible además de PPF. Aún en otra modalidad el proceso cDLP de la presente descripción utiliza un material polimerizable mediante luz que aunque no es reabsorbible, es biocompatible o bioneutral. En una modalidad, el material líquido polimerizable mediante luz tiene un peso molecular de aproximadamente 4,000 Daltons o menos. En otra modalidad, el material líquido polimerizable mediante luz o curable mediante luz, tiene un peso molecular de aproximadamente 1,200 Daltons o menos. Aún en otra modalidad, el material curable mediante luz tiene un peso molecular dentro del rango de 1,000 Daltons y 20,000 Daltons.

Viscosidad Algunos materiales líquidos polimerizables mediante luz, tales como PPF son altamente viscosos. En cDLP, puede resultar una capa faltante si no es suficiente la resina 140 disponible arriba de la placa de base 130 o si se forman burbujas de aire en la capa debido a una viscosidad excesiva de la resina 140 que incorpora el material líquido polimerizable mediante luz. Las resinas viscosas también pueden requerir una pausa más larga entre las capas, ya que se requiere más tiempo para el flujo dentro de espacios huecos dejados en las áreas en donde se curó la capa previa.

El uso de un solvente puede aliviar estos tejidos reduciendo la viscosidad de la resina. Sin embargo, el uso de un solvente puede afectar la rigidez del implante o andamio, con mayores cantidades de solvente que hace al implante menos rígido. Idealmente, la viscosidad de la resina puede ser reducida sin sacrificar la rigidez del implante. Además, cualquier sustancia utilizada para reducir la viscosidad de la resina puede tener que poseer parte de las mismas características descritas anteriormente para el material líquido polimerizable mediante luz, incluyendo no toxicidad.

En una modalidad, en donde el material líquido polimerizable mediante luz utilizado en la resina 140 es PPF, se agrega fumarato de dietilo (DEF) a la resina 140 para reducir la viscosidad de la resina. DEF es un precursor de monómero para PPF. Este monómero se retícula en el implante o andamio resultante, y una vez reticulado posee desde poco riesgo hasta ningún riesgo de toxicidad. En una modalidad, la proporción de DEF a PPF es de 1:1 en peso. En una modalidad, la proporción de DEF a PPF es de 1:2 en peso. En una modalidad, la proporción de DEF a PPF es de 1:3 en peso. En otra modalidad la proporción de DEF a PPF es menor a 1:3 en peso. Aún en otra modalidad, la sustancia utilizada para reducir la viscosidad de la resina es una sustancia diferente a DEF. En una modalidad, no se agrega sustancia a la resina para reducir la viscosidad de la misma.

Iniciador Se agregan fotoiniciadores a la resina incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz para promover la reacción de polimerización. En una modalidad, se utiliza óxido de bis(2 ,4,6-trimetilbenzoil)fenilfosfina (BAPO) con el nombre comercial de Irgacure 819 (BASF (Ciba Specialty Chemicals)) como el iniciador. En una modalidad, el porcentaje en peso del iniciador es una resina que incluye el material líquido polimerizable mediante luz está dentro del rango de 0.5% y 1.0%. En otra modalidad, el porcentaje en peso del iniciador en una resina, incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz está dentro del rango de 1.0 a 2.0%. En otra modalidad, el porcentaje en peso de iniciador en una resina incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz está dentro del rango de 2.0 a 3.0%. En otras modalidades, el porcentaje en peso del iniciador en una resina que incluye el material líquido polimerizable mediante luz es menor a 0.5% o mayor a 3.0%.

Tinta Tal como se describió anteriormente, la resolución entre plano (z) del proceso cDLP puede ser controlado en forma adicional controlando la profundidad de penetración de la energía de luz de polimerización en el material líquido polimerizable mediante luz, siendo en capas de implante curadas o previamente curadas. Se puede desear cierto nivel de penetración de luz en las capas convertidas previamente, para asegurar la sobrecuración o costura entre las capas, también conocida como unión intercapa. Sin embargo, si la luz penetra demasiado profunda, las capas curadas previamente pueden sobrecurarse dando como resultado características no deseadas del implante o andamio resultante.

Una propiedad de la tinta elegida para tomar en consideración, es su capacidad de permanecer suspendida en la resina a lo largo del proceso de conversión. Para algunas tintas, puede ser necesario detener el proceso y volver a agitar la resina, si la tinta se deposita fuera.

En una modalidad, se agrega una tinta a la resina incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz para controlar al menos en parte la profundidad de penetración mediante la energía de luz de polimerización en las capas del andamio o implante, y por consiguiente ayudar a controlar la unión intercapa. En una modalidad, la tinta posee algunas de las mismas características descritas anteriormente para el material líquido polimerizable mediante luz incluyendo no toxicidad. Por ejemplo, las tintas, tales como tinta de azo cromo, que pueden proporcionar control adecuado de la profundidad de penetración de la energía de luz de polimerización dentro de las capas del andamio o implante, pueden ser tóxicas y por lo tanto no serán adecuadas para las aplicaciones de implante.

Ya que la tinta utilizada en el paquete de tinta-iniciador probablemente será incorporada en el andamio, puede ser útil utilizar tintas que también puedan influenciar de manera positiva la rugosidad de la superficie del andamio, actuar como un compuesto bioactivo tal como un antibiótico, o afectar de otra manera el ambiente de degradación del andamio (es decir amortiguar el pH, si pudiera ser de otra forma demasiado ácido o básico). En una modalidad, una tinta utilizada es hiclato de doxiciclina. En otra modalidad, una tinta utilizada es anfotericina B.

En una modalidad, se agrega dióxido de titanio (Ti02) a la resina, incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz como una tinta, para controlar al menos en parte la profundidad de penetración de la energía de luz de polimerización del andamio o implante. En otra modalidad, se agregan a la resina una tinta además de Ti02 o una combinación de tintas incluyendo tintas además de Ti02, incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz para controlar al menos en parte la profundidad de penetración de la energía de luz de polimerización en las capas del andamio o implante. Aún en otra modalidad, no se agrega tinta a la resina, incluyendo el material líquido polimerizable mediante luz.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 1, en una modalidad, el proyector DMD 110 proyecta luz 120 hacia arriba a través de la placa de base 130, arriba de la cual se encuentra una resina 140 que incluye una tinta. La tinta limita la profundidad de penetración de la luz 120, para incrementar de esta forma el control de la profundidad de curación de cada voxel individual. La concentración de la tinta utilizada puede variar para controlar la profundidad de penetración de luz 120.

La cantidad de tinta presente en la resina 140, afecta la cantidad de energía que se imparte a la reacción de polimerización.

La tinta limita la profundidad de polimerización, lo que permite la opción de utilizar mayores niveles de irradiación, sin perder la resolución en la dirección z. La capa actual puede ser curada en un alto nivel de energía sin sobrecu ración excesiva de las capas convertidas previamente. El uso de mayores niveles de energía de luz en esta forma, puede incrementar la resistencia verde del implante.

Paquete de Tinta-Iniciador La figura 2 ilustra una gráfica de ejemplo que traza la longitud de onda versus la magnitud de la absorción/emisión de luz del iniciador, la fuente de luz y la tinta. La función primaria de la tinta es bloquear la luz. Para muertas tintas, esto se puede lograr mediante absorción de luz. Para otras tintas, esto se logra mediante reflexión o dispersión de luz. Por lo tanto la tinta competirá con el iniciador por los fotones. El área entre las líneas a y b en la figura 2, es el área en donde el proceso cDLP tiene el más alto control con respecto a la profundidad de la penetración de luz y la cantidad de energía de polimerización impartida al iniciador. La luz de una longitud de onda a la parte izquierda de la línea a, puede no ser bloqueada por la tinta. La luz de una longitud de onda hacia la derecha de la línea b puede no originar la polimerización adecuada de la resina.

Para reducir en forma adicional la profundidad de penetración de la luz, la cantidad de tinta en la resina puede ser incrementada. Sin embargo, también puede ser necesario incrementar la cantidad de iniciador presente conforme se incrementa la cantidad de tinta. Por lo tanto, la tinta y el iniciador forman un "paquete de tinta-iniciador" debido a que la cantidad de cada uno incluida en la resina, puede depender de la cantidad de la otra. La gráfica de la figura 2, es de ejemplo y se pueden utilizar otras longitudes de onda del iniciador, fuente de luz o tinta, para obtener como resultado una gráfica diferente.

En una modalidad, la concentración de la tinta en la resina es de entre 1 y 5% en peso, para reducir la profundidad de penetración de la luz aproximadamente a 120 micrómetros con capas de 50 micrómetros y 70 micrómetros de sobrecuración para las capas convertidas previamente. En otra modalidad, la concentración de la tinta en la resina es de entre 0.01 y 0.2% en peso en la resina. En otra modalidad, la concentración de tinta en la resina es de entre 0.2 y 0.5% en peso en la resina. Aún en otra modalidad, la concentración de tinta en la resina es inferior a 0.01% o superior a 5% en peso. En una modalidad, la sobrecuración de las capas previas se selecciona para estar dentro del rango de entre 10% y 300%.

Andamios Un diseño de andamio puede incluir una forma externa que se ajusta en forma precisa a un sitio con defecto específico del paciente. Además, el diseño puede requerir estructuras tridimensionales complejas.

La figura 3, ilustra un andamio de ejemplo 300. El andamio 300 incluye poros 310a-c que son ortogonales o están en ángulos rectos con las capas del andamio 300. La geometría tridimensional de los andamios, incluyendo espacios internos, puede ser importante para la carga de las células y ei establecimiento de canales vasculares. En una modalidad, un andamio incluye poros o canales internos. En una modalidad, el diámetro de poros y canales en el andamio es de entre 150 micrómetros y 1 milímetro. En otra modalidad, el diámetro de poros y canales en el andamio es de entre 50 micrómetros y 1.6 milímetros. En otras modalidades, el diámetro de poros y canales en el andamio es menor a 50 micrómetros o mayor a 1.6 milímetros. El modelado de los poros del andamio en estos rangos, puede requerir compensación en el CAD para corregir, entre otros factores, la contracción postcuración de los implantes o la expansión debido a la humedad originada por el cultivo de la célula preimplante o el propio implante.

Además de los parámetros del diseño del andamio que se relacionan con el tamaño de poro, el diseño puede requerir estructuras de poro complejas que facilitan la carga celular, crecimiento de neotejido y crecimiento interno del tejido huésped. Por ejemplo, el diseño puede requerir que los poros o canales se abran hacia el tejido huésped en el sitio del defecto, para permitir el crecimiento interno del tejido antes de la degradación completa del implante. La conversión más precisa hace que sea más probable que se creen estructuras de poro internas complejas.

La figura 4, ilustra un andamio de estructura de poro de ejemplo 400. El andamio 400 incluye poros 410a-c que son oblicuos. El término oblicuo se define como cualquier dirección que no es paralela a las direcciones x, y, y z, a través de los cual los andamios se convierten utilizando las técnicas de fabricación mediante aditivo descritas anteriormente. La construcción oblicua puede ser importante para asegurar que los tejidos del huésped no encuentren una pared (barrera) en el andamio, lo cual es más probable cuando las estructuras del poro se construyen en forma ortogonal que cuando los poros y/o canales se orientan hacia el tejido huésped. El diseñador del implante puede desear orientar los poros y/o canales dentro de un andamio, de modo que se abran hacia el tejido del huésped, para facilitar de esta forma el crecimiento del nuevo tejido en el implante y la incorporación activa del implante en los tejidos del huésped .

Los dispositivos de fabricación mediante aditivo con resolución de voxel dentro del rango de 100 a 1000 micrómetros, pueden tener la capacidad de proporcionar estructuras de poro, orientadas en forma casi ortogonal, sin embargo, pueden proporcionar una resolución insuficiente para producir poros orientados en forma oblicua en estos rangos. La resolución del dispositivo cDLP es tal que es posible la conversión de estructuras que tienen poros orientados en forma oblicua.

Además, en aplicaciones de andamio de diseño de tejido, en donde la meta inicial es la adhesión celular, se puede modificar la superficie hidrofóbica de PPF a través de descarga de brillo de radiofrecuencia (RFGD) o enjuagando el implante en suero para proporcionar la absorción de proteína. La adhesión celular también se puede transmitir a través de otros factores incrustados en la superficie que mimetizan los componentes de matriz extracelular. Esto incluye rugosidad de la superficie, lo cual puede incluir ¡ndentaciones y protuberancias que tienen diámetros que fluctúan de 1 nanómetro a 100 micrómetros, así como el cumplimiento del material.

Una vez adherida, la meta es probablemente desplazarse hacia una proliferación celular y eventualmente la maduración conforme se integra el tejido huésped. Además del efecto que tiene la tinta en la rugosidad de la superficie, se pueden agregar a la resina que se encuentra en el dispositivo de fabricación mediante aditivo, cristales de fosfato de tricalcio. Sin embargo, como con la tinta, dependiendo de la solubilidad, el tamaño del cristal y la tendencia a la agregación, puede ser difícil mantener estos cristales suspendidos en la resina en una concentración relativamente constante a lo largo de todo el proceso de conversión de andamio.

Las características del diseño de andamio, tal como grosor de la pared, afectan la macro distribución de la deformación, y pueden ser optimizadas para resistir un trauma. Además, puede ser necesario contraequilibrar el proceso de reabsorción deseado con la necesidad de que el implante sea cargado durante la regeneración de tejido. La necesidad de localizar las partes que contienen deformación de un andamio, puede necesitar la consideración de regiones que carecen de porosidad o regiones convertidas con materiales compuestos, algunos de los cuales pueden no degradarse.

Postconversión La precisión de la parte final, puede depender de la limpieza de la parte postconversión. Esto puede ser necesario para eliminar cualquier resina no curada residual que pudiera reticularse postconversión. La elección de procedimientos de lavado, a su vez depende de la integridad mecánica de la resina, ya que se cura mediante el proceso cDLP o resistencia verde. Las partes que se convierten en forma precisa pero permanecen suaves, pueden quedar dañadas por un manejo inadecuado o por el uso de solventes agresivos. Una vez limpia, se puede incrementar la resistencia de la parte final mediante postcuración en un baño de UV.

Ejemplo 1 Una primera modalidad está enfocada en la calibración del sistema de fabricación mediante aditivo cDLP para convertir en forma precisa los andamios con propiedades de reabsorción predecibles, adhesión y proliferación celular, incorporación de huésped y regeneración de tejido.

La figura 5, ilustra vistas isométricas, frontales y superiores, respectivamente, de un andamio de ejemplo 500. La meta de estudio de calibración fue calibrar el sistema cDLP para la fabricación mediante aditivo de andamios con la geometría de "placa y poste" del andamio 500. En la modalidad, el andamio de prueba cilindrica tuvo 6.0 milímetros de diámetro y 12.4 milímetros de longitud. El diámetro de los canales verticales 510 fue de 800 micrómetros. Las placas 520 tuvieron 400 micrómetros de grosor y 800 micrómetros de separación entre sí. Los postes 530 entre las placas, tuvieron 600 micrómetros de diámetro. La calibración del proceso cDLP consistió en al menos seis pasos.

El primer paso en el procedimiento de calibración fue polimerizar capas simples de resina cDLP, incluyendo PPF, DEF, BAPO, y la tinta. Existen al menos tres variables para estudiar: concentración de la tinta, concentración del iniciador, y duración de irradiación. Otros factores que podrían variarse, pueden ser el peso molecular del polímero y la polidispersidad, así como el nivel de irradiación (es decir, la cantidad y rango en el cual se aplica la luz). La meta fue tener un grosor de capa que asegure una sobrecu ración adecuada entre las capas, siendo aún lo suficientemente delgada para permitir un tamaño de paso "z" deseado y la generación de geometrías precisas. La resolución en x, y, y z determinará la precisión de la geometría de superficie de poro externa e interna deseada.

El segundo paso fue asegurar que las propiedades del material de la configuración de la resina elegida, proporcionen andamios útiles. En algunos casos los andamios serán cargados con células y/o factores de crecimiento y serán inmediatamente implantados. En otros casos, los andamios serán cultivados previamente (por ejemplo, en un bioreactor) antes del implante.

El tercer paso implica el uso de la resina para formar un parche "encendido" en la placa de la base en el elevador superior del dispositivo cDLP. Para esta modalidad, no tuvimos la capacidad de curar directamente un parche encendido en la placa construida. Por consiguiente, el parche encendido fue obtenido sobrecurando la resina en la placa de base. El parche de la resina sobrecurada posteriormente fue transferido a la placa transferida y curado en la placa utilizando un baño de UV (Procure™ 350, 3D Systems) seguido de calentamiento con una pistola de calor. Se utilizó calor para asegurar que el centro del parche se curara hacia la plataforma de construcción subyacente, ya que el contenido de la tinta de la resina podría evitar la penetración UV en los bordes del parche. Se tuvo cuidado de permitir que la capa y la plataforma calentada se enfriaran para evitar una curación acelerada, cuando el parche se volvió a introducir en el aparato. Este procedimiento permitió que se curaran los andamios directamente en la resina PPF, en lugar de la propia plataforma de metal.

El cuarto paso implicó la transferencia del archivo de CAD del andamio al dispositivo cDLP para conversión. El archivo CAD puede contener estructuras de soporte que abarcan el espacio entre el andamio y el parche quemado. Las estructuras de soporte elevan lo suficientemente arriba el parche quemado, para permitir que la resina circule entre el parche quemado y el andamio durante la conversión del andamio y para permitir el lavado de la resina no polimerizada después de dicho procedimiento.

El primer paso implicó convertir el andamio de capas múltiples, tal como se describió anteriormente.

El sexto paso implico probar los andamios tanto in vitro como in vivo. Las pruebas in vitro incluyen pruebas mecánicas, ambientes biológicos sin células o tejidos y ambientes biológicos con células, factores de crecimiento y/o tejidos.

Se preparó un PPF de 1200 Daltons, se sintetizó y purificó de acuerdo con métodos conocidos. En síntesis, se hicieron reaccionar DEF (Acros, Pittsburgh, PA) y propilenglicol (Acros) en una proporción molar 1:3 con hidroquinona y cloruro de zinc, como un inhibidor de reticulación y un catalizador, respectivamente. Esta reacción creó el intermediario, bis(hidroxipropil) y etanol como un subproducto. Posteriormente el intermediario de transesterificó bajo vacío para producir poli(fumarato de propilen) y propilenglicol como un subproducto. El PPF posteriormente se purificó y se utilizó cromatografía de permeabilidad de gel para calcular el peso molecular promedio en número (Mn = 1200Da).

Se utilizó dióxido de titanio R320 TiOz (Sachtleben White Plains, NY) el cual es un cristal de 320 nanómetros. Una capa de 133 micrómetros de PPF Ti02 al 4.8% (rango probado: 0 a 4.8%), 2% de BAPO (rango probado 0.5 a 2%), 33% de DEF (rango probado: 33 y 50%), y un nivel de irradiación de 200 mW/dm2 durante 300 segundos (se probaron 60s y 300s). Se observó una dispersión lateral (por ejemplo, en x y y) de polimerización más allá de los límites de la capa proyectados. Esta área incrementó más rápidamente en mayores concentraciones de Ti02, especialmente con entrada de luz incrementada en dichas altas concentraciones de tinta. El área de dispersión lateral no fue tan gruesa o tan fuertemente curada como el área de exposición esperada. Con el objeto de cuantificar este fenómeno, se agregó un paso extra al procedimiento de calibración de prueba de curación normal. Además de medir el grosor de la capa curada, es decir, la dimensión z, las dimensiones x-y también fueron medidas.

El procedimiento de prueba de curación utilizó un pequeño patrón de prueba en forma cuadrada de exposición UV. En cada incremento de concentración T¡02, se registraron la longitud y ancho de la capa delgada con forma cuadrada curada. Además, la longitud y ancho del área curada total, incluyendo las áreas afectadas por la polimerización lateral, también fueron medidos. Con estos datos, fue posible calcular el porcentaje de sobrecu ración . Las medidas de longitud y ancho, o "x" y "y", fueron promediadas para cada parte, y este proceso se repitió tres veces (n = 3) para cada concentración Ti02 y BAPO.

El primer intento produjo una construcción incompleta y una membrana de material polimerizado que se formó en la placa de base. Esto se corrigió mediante: (1) deformación regular de la resina polimerizada , (2) limpieza regular de la placa de base, y (3) monitoreo de la placa de base a lo largo del ciclo de construcción de 16 horas. La limpieza del polímero no polimerizado del espacio de poro interno de los andamios, fue un procedimiento simple que utiliza un baño de alcohol ultrasónico. Los andamios se hicieron agudos en los 80 micrómetros.

La profundidad de polimerización (micrómetros) se caracterizó como una función de la concentración de dióxido de titanio (% en peso) de cinco diferentes combinaciones de concentración de BAPO (% en peso) y tiempo de exposición(s). A partir de estas pruebas, se determinó que la concentración de dióxido de titanio al 2% en peso con BAPO al 2% en peso y un tiempo de exposición de 60s, puede producir una profundidad promedio de polimerización igual a 133.3 micrómetros. Estas configuraciones por consiguiente podrían ser utilizadas para construirse en capas de 50 micrómetros con 83.3 micrómetros de sobrecuración. Se utilizó una irradiación de 200 mW/dm2.

El alto índice de refracción del Ti02, originó dispersión de luz. Aunque esta dispersión está en todas las direcciones, en lugar de únicamente en la dirección z, la cantidad de curación de la capa sólida continuó ocurriendo únicamente en la dirección z. No hubo sobrecuración de intercapa en otras direcciones, ya que no hubieron capas adicionales para las partes laterales y las capas arriba de la ubicación actual, las cuales todavía no existían. La concentración en incremento de Ti02, condujo a una cantidad incrementada de la sobrecuración lateral. Se llevaron a cabo pruebas utilizando una irradiación de 200 mW/dm2 y un tiempo de exposición de 300 s. Se probaron dos niveles de BAPO para cada concentración de dióxido de titanio.

Los dispositivos cDLP utilizados pueden proporcionar precisiones nativas de hasta 13 micrómetros en z y 71 micrómetros en x e y, y hasta de 35.5 micrómetros cuando se utiliza un software de desplazamiento de pixel o alisado. Esta es una resolución suficiente para preparar implantes específicos del paciente. Esta resolución es lo suficientemente alta, de modo que las características de la superficie (por ejemplo, rugosidad de la superficie) pudieran ser convertidas a escalas ideales para que las células respondan.

Utilizando PPF de 1200 Daltons, se tuvo la capacidad de utilizar un dispositivo cDLP para convertir las capas tan delgadas como de 60 micrómetros. Los andamios altamente precisos resultantes, es probable que permitan mejorías en el modelado, predicción y diseño eventual de los parámetros de adhesión, proliferación, maduración y reabsorción de la célula específica del andamio. El uso de un paquete iniciador de tinta, permite la producción de características de muy alta precisión, con suficiente resistencia verde para permitir la eliminación postconversión agresiva de la resina no polimerizada y el manejo.

Ejemplo 2 Esta modalidad fue implementada en el dispositivo UV Perfactory® que tiene un lente de 60 milímetros. Fue necesaria una cantidad de tinta relativamente pequeña (por ejemplo, 0.01 a 0.2% en peso) de masa de resina en general. La tinta utilizada en este estudio estuvo en una concentración mayor que normalmente se utiliza en aplicaciones industriales, de hasta el 0.5% de la masa de polímero general. Es importante que la tinta sea biocompatible. En este estudio, se utilizó una tinta azo de cromo amarillo. La cantidad de iniciador utilizada en este estudio fue del 2% de Irgacure® 819 (BASF (Ciba), Florham Park, NJ). La sustancia utilizada en este estudio para reducir la viscosidad de la resina fue fumarato de dietilo (DEF), el precursor del monómero de PPF.

El grosor de la placa diseñada (es decir en el software CAD) y el diámetro posterior fueron de 0.4 milímetros y 0.6 milímetros, respectivamente. Los andamios de diez placas generados tuvieron un grosor de placa promedio de 0.43 ± 0.02 milímetros, y un grosor posterior promedio de 0.63 ± 0.01 milímetros. La precisión de las características (es decir, baja desviación estándar) puede ser tan importante como la alta precisión. Estas características midieron ligeramente arriba de sus dimensiones diseñadas. Aunque las características de la presente invención fueron ligeramente mayores a lo anticipado, existen normalmente un efecto de contracción el cual se observa en la curación de fotopolímeros, lo cual da como resultado características que son más pequeñas, que el diseño. Este efecto puede ser resuelto en el sistema cDLP, mediante la manipulación de la distribución de energía para el voxel, y la estrategia utilizada en la exposición de un conjunto de datos de voxel simple. En el diseño de soportes de parte, es importante utilizar una geometría de soporte que se pueda distorsionar para evitar la contracción anisotrópica del andamio. Si la parte se adhiere firmemente a la placa en forma construida, la base no tiene la capacidad de contraerse, mientras que el resto del andamio se contrae, conduciendo a anisotropía en la cantidad de deformación. Debido a que se pueden asegurar las dimensiones entre plano a través de la traslación física de la plataforma de construcción y la sobrecuración , únicamente se necesitan corregir las dimensiones en plano (es decir, escaladas para corregir la contracción).

Ejemplo 3 Para esta modalidad, el dispositivo Perfactory utilizado tuvo un lente de 60 milímetros que proporciona una resolución nativa en plano de 71 micrómetros y 35.5 micrómetros utilizando un desplazamiento de pixel. Se utilizó el polímero de reabsorción, poli(fumarato de propileno) (PPF). Se agregó una tinta azo de cromo amarillo. El iniciador utilizado en esta modalidad fue Irgacure® 819 (BASF (Ciba), Florham Park, NJ). La sustancia utilizada para reducir la viscosidad de PPF fue fumarato de dietilo, el precursor de monómero de PPF. Las configuraciones de la energía entre plano fueron calibradas para lograr una altura de voxel de 120 micrómetros, cuando se utiliza una irradiación de 200 mW/drn2, y un tiempo de exposición de 120-240 s. La forma del andamio estuvo compuesta en un programa de Diseño Auxiliado por Computadora (CAD) y se convirtieron 6 andamios utilizando una exposición de 120 s. Posteriormente se convirtieron 2 andamios utilizando una exposición de 240 s. Se recolectaron 10 medidas del diámetro general de cada andamio, utilizando calibradores. El diámetro del andamio proyectado fue de 6 mm.

Los andamios (n = 6) convertidos utilizando la exposición de 120 s, tuvieron los siguientes diámetros: 5.83 ± 0.03, 5.83 ± 0.03, 5.85 ± 0.04, 5.82 ± 0.02, 5.83 ± 0.02, y 5.85 ± 0.03 mm. Los andamios (n = 2) convertidos utilizando la exposición de 240 s, tuvieron los siguientes diámetros: 6.03 ± 0.03 y 6.02 ± 0.02 mm. Los resultados de la exposición 240 s, mostraron menos contracción que las partes de exposición 120 s.

Ejemplo 4 Se utilizó un dispositivo UV Perfactory para convertir los andamios PPF cilindricos porosos con un diámetro de 6 milímetros y una longitud ya sea de 1.2 milímetros (N = 10) o 12.4 milímetros (N = 8), ya sea con una exposición de 2 o 4 minutos utilizando una geometría de "placa y poste". El Diseño Auxiliado por Computadora para este andamio fue convertido en capas con grosor de 50 micrómetros con una profundidad de curación de 120 micrómetros para asegurar una suficiente sobrecuración (enlace intercapa). Se agregaron al material primario PPF una tinta azo de cromo color amarillo, Irgacure® 819 (BASF [Ciba], Florham Park, NJ) iniciador y fumarato de dietilo, y se utilizaron para la producción de andamio. Se utilizó un calibrador 500-195-20 Mitutoyo (Aurora, IL) para medir las características del andamio. Los andamios de 12.4 milímetros fueron micro escaneados CT. Se generaron las imágenes de los andamios de 1.2 milímetros mediante microscopio de exploración de electrones (SEM).

El análisis cualitativo de las imágenes micro-CT, presentó una contracción anisotrópica, aunque predecible. El análisis cualitativo y las imágenes SEM, presentaron adelgazamiento en los márgenes de la capa. Los andamios de 1.2 milímetros presentaron un diámetro posterior observado promedio (esperado 0.4 mm) de 0.43 milímetros (0.02 desviación estándar) y un diámetro de placa observado promedio (esperado 0.6 mm) de 0.63 milímetros (0.01 desviación estándar). Los 12.4 milímetros (grupo de exposición de 4 min) presentaron un diámetro promedio (esperado 6 mm) de 6.03 milímetros (0.03 desviación estándar). La calibración precisa de la sobrecu ración asegura la construcción intercapa y una formación de las características de andamio más pequeñas, 400 micrómetros en este estudio.

Ejemplo 5 Se sintetizó poli(fumarato de propileno) (PPF) con un peso molecular promedio (Mn) de 1200 Daltons, utilizando el proceso de dos pasos descrito anteriormente. DEF se agregó en una proporción de Ig DEF/2g PPF para disminuir la viscosidad del material. El fotoiniciador BAPO (BASF (Ciba), Ludwigshafen , Alemania) fue agregado en una concentración de 5, 10 o 20 mg/g de masa de resina PPF/DEF combinada. Las concentraciones de dióxido de titanio utilizadas mediante la calibración variaron de 0 a 48 mg de T 02/g de PPF/DEF. Se utilizó rutilo de dióxido de titanio con un tamaño de partícula promedio de 300 nm (Sachtleben , Duisburg, Alemania). En la combinación, de los componentes aquí descritos, fue útil un orden en particular para agilizar el proceso de mezclado y lograr en forma más rápida la homogeneidad de la resina. BAPO se agregó primero a DEF, el cual tiene mucha menor viscosidad que PPF, y se mezcló hasta disolverse completamente. Posteriormente el PPF se calentó para disminuir su viscosidad antes de agregar la mezcla a DEF/BAPO. Se tuvo cuidado de evitar temperaturas excesivas (>70°C), lo cual puede originar que el polímero se reticule. Una vez que se prepara la mezcla PPF/DEF/BAPO, se agrega Ti02 en pasos increméntales para permitir la calibración de los parámetros de curación como una función de la concentración T Ti02.

El dispositivo de fabricación mediante aditivo a base de cDLP utilizado para este estudio fue el Perfactory® Mini Multi Lens (envisionTEC, Ferndale, MI), el cual fue operado en un modo UV. Se llevaron a cabo pruebas de curación para determinar la relación entre la concentración Ti02 y el grosor de la capa curada. Para llevar a cabo cada prueba, se colocaron en un portaobjetos. Se utilizó el dispositivo Perfactory para curar la resina con una irradiación y tiempo fijos utilizando un patrón de prueba con forma cuadrada. Se utilizó para estas pruebas irradiación 200 mW/dm2, y se tuvo cuidado de calibrar para el grosor agregado del porta objetos. Se utilizó un tiempo de exposición ya sea de 60 o 300 s. Después de que transcurrió un período de tiempo específico, se eliminó el polímero en exceso no curado del portaobjetos, dejando únicamente el patrón de prueba cuadrada sólida. Se utilizó una cuchilla razor para eliminar la capa delgada del portaobjetos, y se utilizaron calibradores digitales para medir el grosor de la capa. Se llevaron a cabo tres réplicas para cada combinación única de la concentración BAPO y Ti02 evaluada.

Ejemplo 6 Se preparó resina utilizando una proporción Ig DEF/2 g PPF. Se utilizaron 20 mg de resina BAPO/g y 10 mg Ti02/g de resina. Una construcción exitosa requirió la adhesión adecuada de la resina curada a la placa de construcción conforme se curaron las capas iniciales. Se encontró cierta dificultad en lograr la adhesión entre la resina PPF y la plataforma de construcción utilizando métodos estándar en la industria, y se requirió cierta intervención. Se convirtió primero una placa de base delgada utilizando dos capas de 50 micrómetros, las cuales no se adhirieron adecuadamente a la plataforma de construcción sino más bien permanecieron fijas a la base transparente. La placa delgada fue eliminada cuidadosamente de la base utilizando una cuchilla razor y se colocaron directamente en el centro de la plataforma de construcción fuera del dispositivo Perfactory. Se tuvo cuidado de eliminar cualquier aire atrapado en la placa de base y la plataforma. La placa de base posteriormente se curó mediante 20 minutos en un baño de sol UV. Además de la exposición UV, se utilizó una pistola de calor para finalizar la curación de la placa de base con el objeto de lograr una unión fuerte a la plataforma de construcción. Al proporcionar una placa de base adherida previamente generada de resina PPF, se proporcionó una adhesión adecuada de las partes deseadas durante la construcción subsecuente. Una vez que se completó este paso, se construyeron andamios de prueba utilizando una irradiación de 200 mW/dm2 y un tiempo de exposición de 150 s.

Fue necesario cierto procesamiento posterior de las partes de prueba. Las partes de prueba fueron enjuagadas primero con acetona, y posteriormente con etanol de prueba 200 para eliminar cualquier exceso de resina no curada de los espacios de poro interno. También se utilizó aire comprimido para limpiar los andamios de prueba. Una vez que las partes estuvieron libres de resina no curada, se colocó la plataforma de construcción en un baño de UV y se aplicaron 2 horas de exposición adicional para curar completamente la resina y reforzar las partes. La placa de base posteriormente se separó de la plataforma de construcción, y se eliminaron los andamios de prueba individuales de la placa de base. Se eliminaron los soportes del andamio utilizando una cuchilla razor.

La resina utilizada para convertir los andamios completos, fue adelgazada agregando DEF para incrementar la concentración a 1:1 PPF/DEF. Esto fue necesario ya que la viscosidad de la resina había incrementado debido a la autopolimerización del material. Las concentraciones BAPO y Ti02 fueron reducidas en forma efectiva en este proceso a 15 mg BAPO/g resina y 0.75 mg Ti02/g resina. Se utilizó una placa de base adherida previamente tal como se describió anteriormente. Los andamios fueron convertidos utilizando una irradiación de 200 mW/dm2 y un tiempo de exposición de 150 s. Después de que se completó el proceso de construcción, los andamios fueron eliminados de la plataforma de construcción y enjuagados con etanol de prueba 200. La limpieza adicional implicó pasos de alternación de enjuague con etanol, el uso de aire comprimido y limpieza ultrasónica con etanol. Se evitó el uso de acetona ya que se descubrió que daña los andamios de prueba. Una vez que se había eliminado la resina en exceso de los andamios, se colocaron en un baño de UV durante 2 horas. Se eliminaron los soportes del andamio utilizando una cuchilla razor.

Se obtuvo médula ósea de voluntarios humanos, adultos. Se sembraron cultivos primarios de hMSCs aisladas. Los aislados primarios de hMSCs se subcultivaron en una densidad de 250,000 por frasco de cultivo. Los hMSCs fueron tripsinizados. Las células se contaron y se preparó una infusión de célula densa en 32.5 millones células / 2 mi para el sembrado de los andamios. Se convirtieron cuatro andamios PPF, se esterilizaron con óxido de gas de etileno (140 °F) (60°C), y se humedecieron previamente mediante la inmersión en suero de bovino fetal al 10% durante 12 horas. El número de hMSCs cargadas en cada andamio fue de 3.25 millones (la densidad de siembra de células óptima estuvo basada en el diámetro de célula estimado y el área de superficie del andamio). Se estratificaron 200 µ?_ de hMSC sobre los andamios en una placa de depósitos múltiples (plástico de baja adhesión) con micropipeta. La placa se colocó en una cámara de vacío la cual se bombeó rápidamente a 25" Hg durante 1 minuto. Los andamios cargados con infusión de célula de alta densidad, fueron incubados posteriormente durante dos horas para facilitar la adhesión celular.

Al final de las dos horas, los depósitos se llenaron con medio de cultivo (DMEM-LG con suero de bovino fetal al 10%) para evitar el secado. Los andamios se recolectaron en secuencias en cuatro intervalos de tiempo: 6, 24, 30 y 48 horas. Todos los andamios se fijaron con una solución de glutaraldehído al 1% durante 30 minutos y posteriormente se enjuagaron y almacenaron en solución salina amortiguada por fosfato (PBS) a una temperatura de 4 grados centígrados para el Microscopio de Exploración de Electrones (SEM).

Los métodos de ejemplo se podrán apreciar de mejor manera con referencia a los diagramas de flujo de las figuras 6 y 7. Aunque para propósitos de simplicidad de la explicación, se muestran las metodologías ilustradas y se describen como una serie de bloques, se podrá apreciar que las metodologías no están limitadas por el orden de los bloques, ya que algunos bloques pueden ocurrir en diferentes órdenes, o en forma concurrente con otros bloques de los mostrados o descritos. Además, menos de todos los bloques ilustrados pueden ser requeridos para implementar una metodología de ejemplo. Además, las metodologías adicionales o alternativas pueden emplear bloques adicionales, no ilustrados. Aunque las figuras 6 y 7 ilustran varias acciones ocurriendo en serie, se podrá apreciar que varias acciones ilustradas pueden ocurrir en forma sustancialmente paralela. Aunque se describe un número de procesos, se podrá apreciar que se puede emplear un número de procesos mayor o menor.

La figura 6, ilustra un método 600 para fabricar un andamio de diseño de tejido para implantación en un paciente, y promover el crecimiento de tejido. El método 600 incluye, en 610, recibir datos que representan el andamio de diseño de tejido en un aparato de fabricación mediante aditivo de Procesamiento de Luz Digital (DLP) que incluye un Dispositivo de Microespejo Digital (DMD). En el 620, el método 600 incluye además accionar el DMD para proyectar luz que corresponde a las capas del andamio en una placa transparente o traslucida arriba de la cual se coloca una placa de construcción y una resina biocompatible que incluye un material líquido polimerizable mediante luz que es reabsorbible después de la polimerización. En el 630, el método 600 incluye además desplazar la placa de construcción en incrementos seleccionados, de modo que la luz proyectada en secuencias, origine que partes de la resina se polimericen al menos parcialmente para asemejarse sustancialmente a las capas del andamio.

La figura 7 ilustra un proceso 700 para fabricación mediante procesamiento de luz digital continua (cDLP) de un implante que será implantado en un paciente. El proceso 700, incluye en el 710, proporcionar un aparato de fabricación mediante aditivo que incluye un Dispositivo de Microespejo Digital (DMD) y una placa transparente o traslúcida. En 720, el proceso 700 incluye además proporcionar una resina biocompatible que incluye un material líquido curable mediante luz y un iniciador. En el 730, el proceso 700 incluye además depositar una cantidad de la resina arriba de la placa trasparente o traslúcida. En el 740, el proceso 700 incluye además accionar el DMD para exponer cierta de la cantidad de la resina a la luz para curar la cantidad de resina expuesta, para formar una capa del implante. En una modalidad (no mostrado), el proceso 700 incluye además desplazar la capa convertida del implante y depositar una cantidad adicional de la resina arriba de la placa transparente o traslúcida.

En el 750, el proceso 700 incluye además accionar el DMD para exponer al menos cierta cantidad adicional de la resina a la luz, para curar al menos parcialmente la cantidad de resina adicional expuesta para formar una capa adicional del implante y para sobrecurar al menos parcialmente al menos parte de una capa previa, para originar al menos parte de unión de intercapa entre la capa previa y la capa adicional. En una modalidad, el proceso 700 incluye además desplazar capas adicionales del implante antes de depositar cantidades adicionales subsecuentes de resina arriba de la placa transparente o traslúcida, en donde al menos un motor en el aparato de fabricación mediante aditivo, origina que ocurre el desplazamiento en incrementos de 75 micrómetros o menos. En el 760, el proceso 700 incluye además repetir la actuación del DMD para exponer al menos parte de la cantidad adicional del paso de resina 750, un número de veces según sea necesario para convertir físicamente capa por capa del implante.

Los sistemas, métodos, etc., de dejemplo, han sido ilustrados describiendo ejemplos, y aunque los ejemplos han sido descritos y considerados con detalle, no es la intención restringir o limitar en forma alguna el alcance de las rei indicaciones adjuntas a dichos detalles. Por supuesto, no es posible describir cada combinación concebible de componentes o metodologías para los propósitos de descripción de los sistemas, métodos, etc., aquí descritos. Los expertos en la técnica podrán apreciar ventajas y modificaciones adicionales. Por consiguiente, la presente invención no se limita a los detalles específicos, y los ejemplos ilustrativos mostrados o descritos. Por lo tanto, la presente solicitud pretende abarcar las alteraciones, modificaciones y variaciones que están dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Además, la descripción anterior no pretende limitar el alcance de la presente invención. Más bien, el alcance de la presente invención será determinado mediante reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Hasta el grado en el que el término "incluye" o "incluir" se emplea en la descripción detallada o en las reivindicaciones, pretende ser inclusivo en una forma similar al término "que comprende", tal como se interpreta dicho término cuando se emplea como una palabra de transición en una reivindicación. Además, hasta el grado en el que el término "o" es empleado en la descripción detallada o en las reivindicaciones (por ejemplo, A o B) se entiende que significa "A o B o ambos". Cuando los solicitantes proyectaron indicar "únicamente A o B pero no ambos" entonces el término "únicamente A o B pero no ambos" será empleado. Por lo tanto, el uso del término "o" en la presente invención es el uso inclusivo y no exclusivo. Ver la Publicación de Bryan A. Garner, Diccionario de Uso Legal Moderno 624 (A Dictionary de Modern Legal Usage 624) (2d. Ed. 1995).

Claims (40)

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar un andamio de diseño de tejido para implantación en un paciente, y promoción de crecimiento de tejido, en donde, el método comprende: recibir datos que representan al menos el andamio de diseño de tejido en un aparato de fabricación mediante aditivo de Procesamiento de Luz Digital (DLP) que incluye un Dispositivo de Microespejo Digital (DMD); accionar el DMD para proyectar la luz que corresponde a las capas del andamio sobre una placa transparente o traslúcida, arriba de la cual se coloca una placa de construcción y una resina biocompatible que incluye un material líquido polimerizable mediante luz que es reabsorbible después de polimerización; y desplazar la placa de construcción en incrementos seleccionados, de modo que la luz proyectada origine en secuencias qué partes de la resina se polimericen al menos parcialmente para asemejarse sustancialmente a las capas del andamio.

2. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el andamio producido incluye poros que tienen aberturas con diámetros dentro del rango de 50 a 1600 micrómetros.

3. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la polimerización produce el andamio para incluir poros orientados en una estructura sustancialmente oblicua.

4. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la polimerización produce el andamio para tener al menos una superficie relativamente rugosa.

5. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la polimerización produce el andamio para incluir al menos una superficie que tiene al menos una de las indentaciones y protuberancias que tienen diámetros que fluctúan de 1 nanómetro a 100 micrómetros.

6. El método tal cómo se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el material líquido polimerizable mediante luz tiene un peso molecular de aproximadamente 4,000 Daltons o menos.

7. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el material líquido polimerizable mediante luz tiene un peso molecular de aproximadamente 1,200 Daltons o menos.

8. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el material líquido polimerizable mediante luz es poli(f umarato de propileno) (PPF).

9. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la resina incluye al menos un compuesto bioactivo o un antibiótico.

10. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la actuación del DMD para proyectar luz, proyecta en forma simultánea todos los pixeles en un conjunto de datos de voxel completo que representa una capa completa del andamio.

11. El método tal como se describe en la reivindicación 10, caracterizado porque la actuación del DMD para proyectar luz, proyecta en forma simultánea al menos un primer pixel en una diferente intensidad o irradiación que la del segundo pixel.

12. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la actuación del DMD para proyectar luz, proyecta pixeles que tienen al menos una dimensión de 75 micrómetros o menos.

13. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el desplazamiento de la placa de construcción en incrementos seleccionados, eleva la placa de construcción en incrementos de 50 micrómetros o menos.

14. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la resina incluye una tinta y un iniciador y la proporción de la tinta al iniciador se selecciona para controlar la profundidad de penetración de la luz proyectada.

15. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la resina incluye una tinta y un iniciador y la proporción de la tinta al iniciador se selecciona de modo que la luz sobrecure al menos una capa convertida previamente.

16. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la resina incluye una tinta y un iniciador, y la proporción de tinta al iniciador se selecciona para controlar la penetración de luz, de modo que la sobrecu ración de al menos una capa convertida previamente, esté en al menos un rango de entre 10% y 50%, y un rango de entre 40% y 100% de grosor de la capa.

17. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la actuación del DMD para proyectar la luz incluye proyectar luz en un nivel de irradiación elevado, para incrementar la fuerza verde del andamio.

18. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el iniciador es óxido de bis(2,4,6-trimetilbenzoil)fenilfosfina (BAPO).

19. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la tinta es dióxido de titanio (Ti02).

20. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la resina incluye además un solvente.

21. El método tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la resina incluye además fumarato de dietilo (DEF).

22. Un andamio de diseño de tejido fabricado a través del proceso tal como se describe en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 21.

23. Un proceso para fabricación de un implante mediante procesamiento de luz digital continua (cDLP), el cual será implantado en un paciente, en donde el proceso comprende: proporcionar un aparato de fabricación mediante aditivo que incluye un Dispositivo de Microespejo Digital (DMD) y una placa transparente o traslúcida; proporcionar una resina que incluye un material líquido curable mediante luz y un iniciador; depositar una cantidad de la resina arriba de la placa transparente o traslúcida; accionar el DMD para exponer al menos parte de la cantidad de resina a la luz para curar al menos parcialmente la cantidad de resina expuesta para formar una capa del implante. accionar DMD para exponer al menos parte de la cantidad adicional de resina a la luz, para curar al menos parcialmente la cantidad de resina adicional expuesta para formar una capa adicional del implante, y para sobrecurar al menos parcialmente al menos parte de una capa previa para originar al menos cierta unión ¡ntercapa entre la capa previa y la capa adicional; repetir la actuación de DMD para exponer al menos el paso de cierta cantidad de resina adicional un número de veces según sea necesario, para convertir físicamente el implante capa por capa.

24. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la resina es tal que el implante es absorbible a través del cuerpo del paciente.

25. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque el proceso produce un implante poroso que tiene poros con aberturas dentro de un rango de diámetro, en donde el rango de diámetro es al menos uno de 200 a 1600 micrómetros y de 50 a 500 micrómetros.

26. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque el proceso produce un implante poroso que tiene poros orientados en una orientación sustancialmente oblicua.

27. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque el material líquido curable mediante luz tiene un peso molecular de al menos menos de 4,000 Daltons y menos de 1,200 Daltons.

28. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque el material líquido curable mediante luz es poli(fumarato de propileno) (PPF).

29. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la resina incluye además una tinta y la proporción de tinta iniciadora en la resina, está configurada para limitar la sobrecuración de las capas previas.

30. El proceso tal como se describe en la reivindicación 29, caracterizado porque la sobrecuración de las capas previas se selecciona para estar dentro del rango de entre 10% y 300%.

31. El proceso tal como se describe en la reivindicación 29, caracterizado porque la tinta es dióxido de titanio (Ti02) y el iniciador es óxido de bis(2,4,6-trimetilbenzoil)fenilfosfina (BAPO).

32. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la resina incluye además fumarato de dietilo (DEF).

33. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la actuación de los pasos DMD proyectan en forma simultánea todos los pixeles en la capa respectiva del implante.

34. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la actuación de los pasos DMD proyecta en forma simultánea al menos un primer pixel con una capa en una diferente intensidad o nivel de irradiación que la de un segundo pixel dentro de la misma capa.

35. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la actuación de los pasos DMD, proyectan pixeles que tienen al menos una dimensión de 75 micrómetros o menos.

36. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque comprende además: cambiar al menos una capa previa del implante; depositar la cantidad adicional de resina arriba de la placa transparente o traslúcida; y cambiar las capas adicionales del implante antes de depositar cantidades de resina adicional subsecuentes arriba de la placa transparente o traslúcida, en donde al menos un motor en el aparato de fabricación mediante aditivo origina que ocurra el desplazamiento en incrementos de 75 micrómetros o menos.

37. El proceso tal como se describe en la reivindicación 23, caracterizado porque la actuación de DMD incluye proyectar luz en un nivel de irradiación elevado, para incrementar la resistencia verde del implante.

38. Un proceso para fabricación mediante aditivo de un implante reabsorbible que será implantado en un paciente, en donde el proceso comprende: proporcionar una resina biocompatible que incluye un material líquido polimerizable mediante luz que es reabsorbible después de la polimerización, un iniciador, y una tinta; accionar un aparato de fabricación mediante aditivo para exponer una cantidad de la resina biocompatible a la luz, para curar al menos parcialmente la cantidad de resina expuesta para formar una capa del implante reabsorbible; accionar el aparato de fabricación mediante aditivo para exponer al menos cierta cantidad de la resina biocompatible a la luz, para curar al menos parcialmente la cantidad adicional expuesta de la resina biocompatible para formar una capa adicional del implante reabsorbible y sobrecurar al menos parcialmente las capas previamente curadas para originar al menos cierta unión intercapa entre las capas curadas previamente y la capa adicional. repetir la actuación del aparato de fabricación mediante aditivo para exponer al menos cierta cantidad adicional del paso de resina biocompatible un número de veces según sea necesario, para convertir físicamente el implante reabsorbible capa por capa, en donde la proporción de tinta al iniciador se selecciona para controlar la profundidad de penetración de la luz.

39. El proceso tal como se describe en la reivindicación 38, caracterizado porque la profundidad de penetración de la luz, controla al menos en parte la sobrecuración de las capas curadas previamente.

40. Un implante fabricado a través del proceso tal como se describe en cualquiera de las reivindicaciones de la 23 a la 39.