PT110511B

PT110511B - Estruturas bioativas produzidas por impressão 3d para aplicação no tratamento de lesões ósseas

Info

Publication number: PT110511B
Application number: PT110511A
Authority: PT
Inventors: Joaquim Sobreira Correia Ilídio; Miguel De Melo Diogo Duarte; Alexandra Pereira Miguel Sónia; José Geraldes De Mendonça António; Miguel Carvalho Freire Boga João
Original assignee: Universidade Da Beira Interior
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2021-04-27
Also published as: PT110511A

Abstract

A INVENÇÃO AQUI APRESENTADA PERTENCE AO DOMÍNIO TÉCNICO DOS MATERIAIS PARA TRATAMENTO DE LESÕES ÓSSEAS. MATRIZES TRIDIMENSIONAIS, CONHECIDAS POR SCAFFOLDS, FORAM DESENVOLVIDAS PARA SUPORTAR O PROCESSO DE REGENERAÇÃO ÓSSEA, ATÉ QUE A ESTRUTURA E FUNÇÕES DESTE TECIDO SEJAM COMPLETAMENTE REESTABELECIDAS. O DESIGN DO SCAFFOLD FOI EFECTUADO ATRAVÉS DE UM SOFTWARE ESPECÍFICO, A PARTIR DE IMAGENS ADQUIRIDAS NA TOMOGRAFIA COMPUTORIZADA, E O MODELO FOI POSTERIORMENTE IMPRESSO ATRAVÉS DE UMA TÉCNICA DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA. DESTA FORMA É POSSÍVEL A PRODUÇÃO DE SCAFFOLDS PERSONALIZADOS, OS QUAIS PERMITEM COLMATAR AS NECESSIDADES DE UMA FRACTURA ÓSSEA DE UM INDIVÍDUO EM PARTICULAR. ALÉM DISSO, UMA MISTURA DE BIOCERÂMICAS/POLÍMEROS USADA NA PRODUÇÃO DOS SCAFFOLDS, PERMITE REPRODUZIR A ESTRUTURA NATIVA DO OSSO. ADICIONALMENTE, NANOMATERIAIS (ÓXIDO DE GRAFENO E NANOPARTÍCULAS DE PRATA) E AGENTES BIOACTIVOS (P.EX. ÁCIDO ACETILSALICÍLICO, FACTORES DE CRESCIMENTO E PROTEÍNAS MORFOGENÉTICAS ÓSSEAS) FORAM INCORPORADOS NOS SCAFFOLDS PARA MELHORAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS, OSTEOGÉNICAS, ANTIBACTERIANAS, ANTI-INFLAMATÓRIAS E REGENERATIVAS.

Description

DESCRIÇÃO

ESTRUTURAS BIOATIVAS PRODUZIDAS POR IMPRESSÃO 3D PARA APLICAÇÃO NO TRATAMENTO DE LESÕES ÓSSEAS

Domínio técnico da invenção

A presente invenção diz respeito ao desenvolvimento de uma nova estrutura 3D (andaime) produzida através de prototipagem rápida e que contém componentes bioativos de forma a melhorar processo de regeneração óssea, com o intuito de ser aplicado no tratamento de lesões ósseas.

Esta invenção foi desenvolvida no sentido de apresentar uma nova terapia personalizada que se adapta a qualquer tipo de lesão óssea, com diversas formas e tamanhos, assumindo uma inovação adicional visto que é composta por uma componente cerâmica e polimérica que mimetiza a estrutura nativa do osso. Por outro lado, a funcionalização dos andaimes com nanomateriais e outros agentes bioativos permite-lhe apresentar excelentes propriedades mecânicas, osteogénicas e antibacterianas. Estas propriedades são essenciais para acelerar o processo de regeneração óssea, minimizando a dor, o desconforto e o constrangimento para o paciente.

Estado da arte

A nível mundial, a esperança média de vida tem vindo a aumentar, o que, por conseguinte, leva também ao aumento da população idosa.

Devido a estes factos, a prevalência de doenças ósseas, como a osteoporose, osteogénese imperfeita, osteodistrofia renal, têm aumentado. Anualmente, 1,5 milhões de pessoas sofrem uma fratura óssea que pode resultar directamente, ou indirectamente, destas doenças, bem como de quedas acidentais (Jeon et al, 2016) .

Na actualidade os enxertos ósseos, nomeadamente auto-enxertos e aloenxertos, têm sido usados no tratamento das fraturas ósseas. Contudo, estas abordagens terapêuticas apresentam diversas limitações, como sejam o elevado risco de morbilidade para o dador, infecções, dores crónicas e longos períodos de recuperação.

Com o objectivo de desenvolver novos substitutos ósseos, diferentes materiais (colagénio, hidroxiapatita, cimentos de fosfato de cálcio, titânio, entre outros) têm sido usados. No entanto, nenhum dos substitutos ósseos desenvolvidos até ao momento, consegue reproduzir na íntegra as propriedades mecânicas e biológicas do osso humano. Além disso, os investigadores têm também usado diferentes técnicas (p.ex. liofilização, inversão de fase e evaporação de solvente) para obterem andaimes com as propriedades necessárias para serem usados como substitutos ósseos. Contudo, estas técnicas apresentam inúmeras desvantagens, como sejam o uso de solventes tóxicos, incapacidade de produzir estruturas porosas e os andaimes produzidos não apresentam as propriedades mecânicas necessárias.

Com o objectivo de melhorar o processo de regeneração óssea, bem como a qualidade de vida dos pacientes, i.e. minimizando a dor e aumentando a qualidade de vida dos pacientes, têm sido desenvolvidas diferentes abordagens que permitam a produção de estruturas tridimensionais que sejam capazes de mimetizar a estrutura e as propriedades mecânicas do osso nativo, assim como providenciar porosidade e biocompatibilidade adequada para estimular a formação do tecido in vivo.

Nos últimos anos a técnica de prototipagem rápida tem permitido a produção de estruturas tridimensionais (3D) altamente reprodutíveis, recorrendo ao desenho assistido por computador ou a dados provenientes de pacientes (obtidos através de imagens de tomografia computorizada) . Os andaimes produzidos através desta técnica apresentam as propriedades mecânicas necessárias para suportar as forças exercidas durante o processo de regeneração óssea até que novo osso seja formado. À medida que novo tecido ósseo é formado, o andaime sofre degradação, sem causar efeitos adversos para o paciente.

É importante reforçar os aspetos diferenciadores da presente invenção em comparação com outras patentes já concedidas:

A patente EP3034102 (Al) divulga um protocolo que permite a produção de um andaime com uma estrutura cúbica, contendo células estaminais no seu interior. A presente invenção destaca-se desta, na medida em que a estrutura aqui descrita incorpora diversos agentes bioativos, que poderão permitir reduzir o tempo necessário para que ocorra a regeneração óssea. Além disso, o andaime descrito na patente EP3034102 (Al) é composto apenas por cerâmica (hidroxiapatita), o que compromete as propriedades mecânicas do andaime produzido, devido à elevada fragilidade caracteristica dos materiais cerâmicos. 0 protocolo aqui descrito permite a produção de andaimes com uma mistura de uma componente cerâmica com polímero, de forma a mimetizar a estrutura nativa do osso.

A patente US20170143831 (Al) descreve hidrogéis de gelatina metacrilada produzidos por bio-impressão. A presente invenção destaca-se desta, na medida em que apresenta um sistema que não recorre ao uso de materiais tóxicos para produzir uma estrutura 3D. Além disso, o produto aqui descrito não se limita ao uso apenas de um polímero, mas combina cerâmicas com polímeros com o intuito de mimetizar a matriz inorgânica e orgânica do osso nativo.

A patente WO2014144488 (Al) relata um método de produção de andaimes com polímeros sintéticos e biodegradáveis (p.ex ácido poliláctido) que exibem excelentes propriedades mecânicas. A presente invenção destaca-se desta na medida em que as estruturas 3D nela descritas são compostas por polímeros de origem natural e/ou componentes da matriz extracelular, o que lhes permite reproduzir as características da matriz extracelular, bem como potenciar a biocompatibilidade e bioatividade dos andaimes. Além disso, a incorporação de diversos agentes bioativos na estrutura dos andaimes permite acelerar o processo de regeneração óssea, bem como conferir-lhes propriedades antibacterianas.

A patente US8071007 (Bl) compreende o uso de uma técnica de prototipagem rápida para produzir andaimes compostos por policaprolactona e hidroxiapatita para aplicações na regeneração de tecidos. A presente invenção destaca-se desta na medida em que os andaimes são produzidos com polímeros de origem natural, em que alguns deles são componentes da matriz extracelular. Por outro lado, o produto aqui proposto possui boas propriedades de osteoindução e osteocondução, as quais advêm da incorporação de agentes bioativos.

A patente WO2016164566 (Al) apresenta um andaime 3D produzido com policaprolactona, contendo no seu interior microesferas carregadas com um agente bioativo. A presente invenção destaca-se desta, na medida em que o andaime aqui descrito é composto por uma mistura de cerâmica/polímero, que mimetiza a composição natural do osso humano. Além disso, este andaime incorpora diversos agentes bioativos que lhe conferem propriedades antimicrobianas e melhoram o processo de regeneração óssea.

A patente WO2015002707 (Al) descreve a impressão de um hidrogel de policaprolactona contendo fatores de crescimento. A presente invenção distancia-se desta, uma vez que apresenta uma estrutura 3D biocompativel, biodegradável, porosa, hidrofilica e com boas propriedades mecânicas, que são essenciais no processo de regeneração óssea. Além disso, os andaimes incorporam diversos agentes bioativos que providenciam excelente capacidade de biomineralização, de promoção da adesão e proliferação celular, bem como propriedades antibacterianas.

A patente US20160067375 (Al) descreve a combinação de estruturas 3D com nanomateriais (nanotubos), usando métodos de nano/microprodução (electrofiação) . Os andaimes produzidos são compostos por polímeros sintéticos, como o ácido poliláctico e funcionalizados com nanotubos de carbono e poli-lisina. A presente invenção diferencia-se desta na medida em que os andaimes são constituídos por cerâmicas e polímeros de origem natural, e são funcionalizados não só com nanomateriais, como o óxido de grafeno com vista a melhorar as propriedades osteogénicas, mas também com nanopartículas de prata para providenciar propriedades antibacterianas.

A patente US20150150681 (Al) apresenta o desenvolvimento de andaimes impressos através de direct write, que se destinam a promoverem o crescimento ósseo e a tratar fraturas, defeitos ou doenças ósseas. A presente invenção destaca-se desta na medida em que o andaime aqui produzido através da técnica de prototipagem rápida permite a obtenção de uma estrutura 3D assegurando uma boa integridade estrutural e distribuição homogénea dos poros. Além disso este andaime é biocompativel, e dotado de boas propriedades mecânicas, osteogénicas, antibacterianas, entre outras, devido à funcionalização com nanomateriais e agentes bioativos, que permitirão acelerar o processo de regeneração do tecido ósseo.

A patente WO2011123110 descreve um andaime composto por cerâmicas/polimeros contendo moléculas bioativas e o seu método de preparação. A presente invenção destaca-se desta na medida em que apresenta a produção de um andaime que contêm na sua composição nanomateriais (como óxido de grafeno e nanoparticulas de prata) que permitem melhorar as suas propriedades mecânicas, osteogénicas e antibacterianas. Além disso, o método de produção reportado na patente WO2011123110 não usa a técnica de prototipagem rápida.

É também importante reforçar os aspetos diferenciadores da presente invenção em relação aos trabalhos que encontrámos reportados na literatura.

trabalho intitulado 3D printing of composite calcium phosphate and collagen scaffolds for bone regeneration (Inzana et al., 2014) descreve a produção de um andaime 3D, composto por fosfato de cálcio e colagénio, através da técnica de prototipagem rápida. A presente invenção destaca-se dos andaimes descritos acima, na medida em que o sistema proposto é composto por mistura de fosfatos de cálcio com outros polímeros naturais. Além disso, o andaime é ainda funcionalizado com nanomateriais (óxido de grafeno e nanopartículas de prata) que permitem reforçar as suas propriedades mecânicas, osteogénicas e antibacterianas.

trabalho intitulado Scaffolds containing chitosan, gelatin and graphene oxide for bone tissue regeneration in vitro and in vivo (Saravanan et al., 2017) descreve a produção de um andaime composto por quitosano, gelatina e óxido de grafeno, através de ciclos de congelação-liofilização. A presente invenção distancia-se deste sistema, uma vez que a técnica usada na produção do andaime aqui apresentado é a impressão 3D, que permite obter estruturas com diferentes geometrias e conformações através de um modelo 3D produzido no software Solidworks ou de dados do paciente obtidos por tomografia computorizada em exames de rotina em meio clínico. Além disso, esta técnica permite produzir estruturas 3D com melhor compromisso entre a porosidade e as propriedades mecânicas, ou seja, o tamanho de poro exibido pelos andaimes permite a infiltração de células e, simultaneamente, apresentar propriedades mecânicas semelhantes às apresentadas pelo osso nativo.

O trabalho intitulado Three dimensional printed calcium phosphate and poly(caprolactone) composites with improved mechanical properties and preserved microstructure (Vella et al., 2017) reporta a impressão 3D de andaimes compostos por fosfato tricálcio e policaprolactona. A presente invenção destaca-se do andaime produzido no trabalho anterior, na medida em que o andaime apresentado nesta invenção é composto por uma componente cerâmica (hidroxiapatita e fosfato tricálcio) e uma componente polimérica essencialmente constituída por polímeros naturais (quitosano, gelatina e fibroina de seda). Além disso, o sistema aqui proposto é funcionalizado com nanomateriais (óxido de grafeno e nanoparticulas de prata) com o intuito de melhorar a sua performance no processo de regeneração óssea.

trabalho intitulado 3D printing of hybrid biomaterials for bone tissue engineering: Calcium-polyphosphate microparticles encapsulated by polycaprolactone (Neufurth et al., 2017) descreve a impressão 3D de um andaime composto por policaprolatona que incorpora microparticulas de polifosfato de cálcio. A presente invenção diferencia-se desta, na medida em que o andaime é composto por uma mistura de cerâmicas com polímeros de origem natural, com o intuito de reproduzir a matriz inorgânica e orgânica existentes no osso humano. Adicionalmente, o sistema é funcionalizado com nanomateriais e outros agentes bioativos, com o intuito de melhorar a sua performance no processo de regeneração óssea.

O trabalho intitulado Efficacy of rhBMP-2 loaded PCL/PLGA/p-TCP guided bone regeneration membrane fabricated by 3D printing technology for reconstruction of calvaria defects in rabbits (Shim et al., 2014) reporta a produção de um andaime composto por uma biocerâmica e uma mistura de polímeros sintéticos, no qual foi incorporado uma proteína morfogenética óssea (rhBMP-2) . A presente invenção destaca-se do andaime apresentado nesta publicação na medida em que o sistema é composto por uma combinação entre biocerâmicas e polímeros de origem natural, os quais apresentam propriedades intrínsecas bastantes atrativas para aplicações biomédicas, como a biocompatibilidade, biodegradabilidade, bioadesividade, entre outras. Além disso, a presente invenção incorpora nanomateriais e agentes bioativos (ácido acetilsalicílico, fatores morfogenéticas ósseas) que regenerativas do andaime.

de crescimento e/ou proteínas permitem melhorar as propriedades trabalho intitulado 3D printed scaffolds with bactericidal activity aimed for bone tissue regeneration (Correia et al., 2016) descreve a produção de uma estrutura 3D funcionalizada com nanopartículas de prata. A presente invenção diferencia-se do produto apresentado nesta publicação uma vez que o andaime proposto é funcionalizado com óxido de grafeno, o que permite melhorar as suas propriedades mecânicas, a osteoconductividade e a osteinductividade dos andaimes. Por outro lado, fatores de crescimento e/ou proteínas morfogenéticas ósseas são incorporadas nas estruturas 3D, com vista a acelerar o processo de formação de novo tecido ósseo.

O trabalho intitulado Production of new 3D scaffolds for bone tissue regeneration by rapid prototyping (Fradique et al., 2016) descreve a produção de um andaime através de técnica de prototipagem rápida, o qual é composto por uma biocerâmica (fosfato tri-cálcio) e um polímero natural (alginato). A presente invenção destaca-se deste trabalho, na medida em que este andaime é composto por uma combinação de polímeros naturais que permitem melhorar as suas propriedades biológicas. Além disso, os andaimes são funcionalizados com nanomaterias e agentes bioativos que permitem reforçar o seu potencial no processo de regeneração óssea.

O trabalho intitulado 3D scaffolds coated with nanofibers displaying bactericidal activity for bone tissue applications (De

Sá et al.,2017) apresenta um andaime produzido por prototipagem rápida, o qual foi revestido com nanofibras que contêm nanoparticulas de prata no seu interior. A presente invenção diferencia-se na medida em que, o andaime apresentado é funcionalizado com a incorporação direta na mistura cerâmica/polimero de nanomateriais, como o óxido de grafeno. Esta abordagem permite melhorar as propriedades mecânicas e osteogénicas dos andaimes. Além disso, o andaime possui propriedades antimicrobianas, anti-inflamatórias, antioxidantes e regenerativas mediadas pela incorporação de diversos agentes bioativos e polímeros.

Sumário

A presente invenção diz respeito ao desenvolvimento de uma nova estrutura 3D (andaime) produzida através de prototipagem rápida e que contém componentes bioativos, oxido de grafeno e nanoparticulas de prata de forma a melhorar processo de regeneração óssea, com o intuito de ser aplicado no tratamento de lesões ósseas.

O andaime para a regeneração óssea é geometricamente adaptável à lesão óssea e compreende polímeros naturais selecionados de entre quitosano, gelatina e fibroína de seda, biocerâmicas selecionadas de entre hidroxiapatita e fosfato tricálcio, agentes bioativos selecionados de entre ácido acetilsalicílico, proteínas morfogenéticas ósseas e fatores de crescimento. Adicionalmente, o andaime é funcionalizado com óxido de grafeno ou nanoparticulas de prata.

Numa forma de realização, o andaime para regeneração óssea compreende agentes espessantes selecionados de entre cloreto de cálcio e tri-fenil fosfato.

Numa forma de realização, o óxido de grafeno tem tamanhos entre os

100 e 200 nm, e está presente numa concentração final entre 0,5 e

2% (p/V).

Numa forma de realização, as nanoparticulas de prata estão presentes numa concentração final entre 0,5 e 2% (p/V).

Numa forma de realização, o andaime para regeneração óssea de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado por os agentes bioativos estarem presentes numa concentração final entre 0,08 e 5% (p/V).

Numa forma de realização, o andaime para a regeneração óssea de possui uma geometria adaptável ao tamanho e forma da lesão, a qual é obtida a partir de modelos desenhados em software comercial específico e/ou de imagens adquiridas do próprio paciente por tomografia computorizada.

Método de obtenção de andaime para a regeneração óssea conforme descrito anteriormente, compreendendo os seguintes passos:

- dissolução de uma mistura biocerâmica em água;

- adição de polímeros naturais à mistura e homogeneizar;

- adição de 0,5 a 2% (p/V) de óxido de grafeno à mistura e homogeneizar;

- adição de nanoparticuias de prata a uma concentração final entre 0,5 e 2% (p/V);

- adição de agentes bioativos a uma concentração final entre 0,5 e 2% (p/V);

- adição agentes espessantes a uma concentração final entre 0,5 e 1% (p/V);

- homogeneização da mistura de forma a evitar a incorporação de ar;

- ajustar o pH para valores entre 5 e 7,4;

- introdução da mistura no equipamento de prototipagem rápida;

- após impressão, os andaimes são imersos em soluções de agentes de reticulação durante 24h.

Numa forma de realização, o método é levado a cabo pela deposição de camada-sob-camada, através da técnica de prototipagem rápida, em que diferentes camadas são desenhadas e impressas, de forma a garantir a integridade estrutural do andaime e a distribuição homogénea dos poros na sua estrutura.

Numa forma de realização, o andaime descrito acima, é usado no tratamento de lesões ósseas.

Descrição geral da invenção

A presente invenção baseia-se no desenvolvimento de uma nova estrutura 3D (andaime) produzida através de prototipagem rápida e que contém componentes bioativos de forma a melhorar processo de regeneração óssea, com o intuito de ser aplicado no tratamento de lesões ósseas. A geometria e tamanho deste andaime é adaptada à lesão óssea, uma vez que o desenho da estrutura pode ser efetuado usando dados do paciente obtidos por tomografia computorizada. 0 andaime é composto por uma mistura de biocerâmicas/polimeros de origem natural, de forma a mimetizar a matriz inorgânica/orgânica existente no osso humano. 0 andaime é também funcionalizado através da incorporação direta de nanomateriais (óxido de grafeno e nanoparticulas de prata) e outros agentes bioativos (p.ex. ácido acetilsalicilico, fatores de crescimento e proteínas morfogenéticas ósseas) que melhoram as propriedades mecânicas, osteogénicas, antibacterianas, anti-inflamatórias e regenerativas.

Este sistema destaca-se dos existentes no mercado por ser produzido à base de biocerâmicas e polímeros de origem natural, incluindo a incorporação de diversos agentes bioativos, que permitem melhorar/acelerar o processo de formação de novo tecido ósseo.

Descrição detalhada

A presente invenção diz respeito à produção de uma estrutura tridimensional (andaime^ composta por uma mistura de cerâmica/polimero funcionalizada com agentes bioativos para o tratamento de lesões ósseas, o qual compreende os seguintes passos:

1. Desenho da estrutura 3D

A estrutura 3D é desenhada através de um programa informático ou a partir de imagens adquiridas por tomografia computorizada. Desta forma, é possível a produção de andaimes que colmatem as necessidades do paciente.

2. Preparação da mistura (cerâmica/polimero)

Com o intuito de mimetizar a matriz inorgânica e orgânica do osso humano, foi preparada uma mistura com materiais cerâmicos e polímeros.

A componente inorgânica é reproduzida através do uso de cerâmicas, nomeadamente hidroxiapatita e o fosfato tricálcio, os quais são dissolvidos em água ultrapura. Por sua vez, a componente orgânica é mimetizada recorrendo a polímeros de origem natural (quitosano, gelatina e/ou fibroína de seda) . Todos estes polímeros apresentam excelentes propriedades para serem aplicados na regeneração óssea. Os diferentes rácios entre os componentes cerâmicos e poliméricos serão testados.

3. Incorporação do óxido de grafeno óxido de grafite é obtido através de uma versão modificada do método de Hummers (Huang et al, 2011; De Melo-Diogo et al., 2017) . Para se obter óxido de grafeno com tamanhos na ordem dos nanómetros, o óxido de grafite é submetido a vários ciclos de sonicação. No final dos ciclos, o óxido de grafeno com tamanhos entre os 100-200 nm, é obtido e adicionado à mistura de polimero/cerâmica com uma concentração final que pode variar entre 0,5-2 %(p/V).

4. Incorporação das nanoparticulas de prata

As nanoparticulas de prata são sintetizadas usando o nitrato de prata como metal precursor e o borohidreto de sódio como agente redutor, utilizando rácios estequiométricos apropriados. Além disso, poli (vinilpirrolidona) é adicionado, como agente estabilizante, de forma a prevenir a agregação das nanoparticulas. No final da produção, as nanoparticulas são recuperadas através de centrifugação a 1700 rpm, e adicionadas à mistura polimero/cerâmica, com uma concentração final que varia entre 0,5-2% (p/V).

5. Incorporação de agentes espessantes e outros agentes bioativos

Os agentes espessantes (cloreto de cálcio, tri-fenil fosfato, entre outros) são incorporados na mistura polimero/cerâmica, de forma a garantir que a mistura possua a viscosidade adequada à sua impressão, numa percentagem que pode variar entre 0,5%-l% (p/V). Outros agentes bioativos como o ácido acetilsalicilico, proteínas morfogenéticas ósseas e/ou fatores de crescimento são também adicionados com uma concentração final que pode variar entre 0,08-5% (p/V).

6. Produção do andaime

6.1 Dissolver uma mistura cerâmica (hidroxiapatita e/ou fosfato tricálcio) em 100 mL de água;

6.2 Adicionar a mistura polimérica (quitosano, gelatina e/ou fibroina de seda) à mistura cerâmica e homogeneizar;

6.3 Adicionar 0,5-2% (p/V) de óxido de grafeno à mistura anterior e homogeneizar;

6.4 Adicionar nanoparticulas de prata com uma concentração final que pode variar de 0,5-2% (p/V);

6.5 Adicionar agentes bioativos (ácido acetilsalicilico, proteínas morfogenéticas ósseas e/ou fatores de crescimento) com uma concentração final que pode variar de 0,08-5% (p/V);

6.6 Adicionar agentes espessantes (cloreto de cálcio, trifenil fosfato, entre outros) a uma percentagem de 0,5%1% (p/V);

6.7 Homogeneizar a mistura evitando a incorporação de ar;

6.8 Ajustar o pH para valores entre 5,0 e 7,4 utilizando uma solução de hidróxido de sódio ou uma outra solução de ácido orgânico;

6.9 Posteriormente a mistura é introduzida no equipamento de prototipagem rápida;

6.10 Após a impressão, os andaimes são imersos em soluções de agentes de reticulação (cloreto de cálcio, tri-fenil fosfato, entre outros) durante 24h;

6.11 Os andaimes são secos à temperatura ambiente durante 24h;

6.12 Após este passo, os andaimes estão prontos a ser aplicados no local da lesão, após esterilização com radiação gama.

As seguintes tabelas apresentam diferentes formulações que podem ser produzidas.

Exemplo 1

Conteúdo cerâmico	4,00 g
Conteúdo polimérico	2,00 g
Óxido de grafeno	0,05-0,2 g
Nanoparticulas de prata	0,05-0,2 g
Agentes bioativos	0,8-5,00 g
Agentes espessantes	0,05-1 g

Exemplo 2

Conteúdo cerâmico	2,00 g
Conteúdo polimérico	4,00 g
Óxido de grafeno	0,05-0,2g
Nanoparticulas de prata	0,05-0,2 g
Agentes bioativos	0,8-5,00 g
Agentes espessantes	0,05-1 g

Exemplo 3

Conteúdo cerâmico	3,00 g
Conteúdo polimérico	3,00 g
Óxido de grafeno	0,05-0,2g
Nanoparticulas de prata	0,05-0,2 g
Agentes bioativos	0,8-5,00 g
Agentes espessantes	0,05-1 g

Exemplo 4

Conteúdo cerâmico	1,00 g
Conteúdo polimérico	4,00 g
Óxido de grafeno	0,05-0,2g
Nanoparticulas de prata	0,05-0,2 g
Agentes bioativos	0,8-5,00 g
Agentes espessantes	0,05-1 g

Exemplo 5

Conteúdo cerâmico	4,00 g
Conteúdo polimérico	1,00 g
Óxido de grafeno	0,05-0,2g
Nanoparticulas de prata	0,05-0,2 g
Agentes bioativos	0,8-5,00 g
Agentes espessantes	0,05-1 g

Exemplos de aplicação

A invenção descrita destina-se ao tratamento ou melhoria de sintomas, que ocorrem devido a diferentes tipos de lesões que afetam o tecido ósseo como por exemplo, fraturas ósseas e doenças ósseas, nomeadamente a osteoporose, osteomalacia, raquitismo, entre outras.

Referências

Inzana, Jason A., et al. 3D printing of composite calcium phosphate and collagen scaffolds for bone regeneration. Biomaterials 35.13 (2014): 4026-4034.

Saravanan, S., et al. Scaffolds containing chitosan, gelatin and graphene oxide for bone tissue regeneration in vitro and in vivo. International journal of biological macromolecules (2017): 19751985.

Vella, Joseph B., et al. Three dimensional printed calcium phosphate and poly (caprolactone) composites with improved mechanical properties and preserved microstructure. Journal of Biomedical Materials Research Part A (2017): In press.

Neufurth, Meik, et al. 3D printing of hybrid biomaterials for bone tissue engineering: Calcium-polyphosphate microparticles encapsulated by polycaprolactone. Acta biomaterialia 64 (2017): 377-388.

Shim, Jin-Hyung, et al. Efficacy of rhBMP-2 loaded PCL/PLGA/βTCP guided bone regeneration membrane fabricated by 3D printing technology for reconstruction of calvaria defects in rabbit. Biomedical materiais 9.6 (2014): 065006.

Correia, Tiago R., et al. 3D Printed scaffolds with bactericidal activity aimed for bone tissue regeneration. International journal of biological macromolecules 93 (2016): 1432-1445.

Fradique, R., et al. Production of new 3D scaffolds for bone tissue regeneration by rapid prototyping. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 27.4 (2016):69.

De Sá, Kevin D., et al. 3D scaffolds coated with nanofibers displaying bactericidal activity for bone tissue applications. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials 66.9 (2017): 432-442.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Andaime para a regeneração óssea caracterizado por compreender polímeros naturais selecionados de entre quitosano, gelatina e fibroína de seda com biocerâmicas selecionadas de entre hidroxiapatita e fosfato tricálcio, agentes bioativos selecionados de entre ácido acetilsalicílico, proteínas morfogenéticas ósseas e fatores de crescimento, e por ser funcionalizado com óxido de grafeno e nanopartículas de prata; em que o óxido de grafeno tem tamanhos entre 100 e 200 nm e está presente numa concentração final entre 0,5 e 2% (p/V).
2. Andaime para regeneração óssea de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender agentes espessantes selecionados de entre cloreto de cálcio e tri-fenil fosfato.
3. Andaime para regeneração óssea de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-2, caracterizado por as nanopartículas de prata estarem presentes numa concentração final entre 0,5 e 2% (p/V).
4. Andaime para regeneração óssea de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizado por os agentes bioativos estarem presentes numa concentração final entre 0,08 e 5% (p/V).
5. Método de obtenção de andaime para a regeneração óssea conforme descrito nas reivindicações 1-4, caracterizado por compreender os seguintes passos:

- dissolução de uma mistura biocerâmica em água;

- adição de polímeros naturais à mistura e homogeneizar;

- adição de 0,5 a 2% (p/V) de óxido de grafeno com tamanhos entre 100 e 200 nm à mistura e homogeneizar;

- adição de nanoparticulas de prata a uma concentração final entre 0,5 e 2% (p/V);

- adição de agentes bioativos a uma concentração final entre 0,5 e 2% (p/V);

- adição agentes espessantes a uma concentração final entre 0,5 e 1% (p/V);

- homogeneização da mistura de forma a evitar a incorporação de ar;

- ajustar o pH para valores entre 5 e 7,4;

- introdução da mistura no equipamento de prototipagem rápida;

- após impressão, os andaimes são imersos em soluções de agentes de reticulação durante 24h.
6. Método de obtenção de andaime para a regeneração óssea de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por ser levado a cabo pela deposição de camada-sob-camada, através da técnica de prototipagem rápida.
7. Uso do andaime descrito nas reivindicações 1-4 no tratamento de lesões ósseas.