PT2391301T

PT2391301T - Material composto

Info

Publication number: PT2391301T
Application number: PT107039158T
Authority: PT
Inventors: Vallittu Pekka; Aitasalo Kalle; Peltola Matti; Lassila Lippo; Tuusa Sari
Original assignee: Skulle Implants Oy
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2016-07-08
Also published as: CA2750563A1; RU2522255C2; MX2011008039A; WO2010086508A3; CA2750563C; US9144630B2; EP2391301A2; CN102395329B; KR20110126618A; SG173090A1; BRPI1007494A2; WO2010086508A2; BRPI1007494B8; JP2015061621A; ES2578077T3; EP2391301B1; AU2010209580A2; JP2012516173A; IL214229A0; KR101738908B1

Description

DESCRIÇÃO MATERIAL COMPOSTO A presente invenção refere-se a um material composto que compreende uma parte estrutural, uma parte porosa e pelo menos duas partes de interconexão dispostas a uma distância uma da outra e que se estendem desde a parte estrutural até a parte porosa, conectando-as assim entre si, útil em reconstrução de ossos e cartilaqem assim como em implantes.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A utilização de materiais compostos reforçados realizados de cargas particuladas ou fibras de reforço tem ganhado popularidade nos campos dental e médico. Já se conhecem vários materiais compostos reforçados com fibra. Os materiais compostos reforçados com fibra do estado da técnica produzem propriedades de alta resistência e mediante a seleção da matriz de resina de múltiplas fases para o material composto, podem melhorar-se consideravelmente as caracteristicas de manipulação do material composto. Estas foram descritas, por exemplo, nos pedidos de patente WO 96/25911 e WO 99/45890.

Por outra parte, foi produzido muito desenvolvimento com os materiais bioativos, concretamente vidro e materiais cerâmicos bioativos e silica processada mediante sol-gel. Estes materiais podem utilizar-se para lograr a união, por exemplo, de osso a uma superfície de biomaterial uma vez que o material foi posto em contato com tecido. Uma vantagem adicional do vidro bioativo é o seu efeito antimicrobiano sobre os micróbios que existem, por exemplo, nos seios de um osso. Estas propriedades foram descritas em vários artigos e pedidos de patente, tais como WO 96/21628 e Zehnder et al., J Endod 2004 Apr;30(4):220-4.

Desde uma perspetiva cirúrgica, a substituição individual de um osso, cartilagem e tecidos moles é insuficiente na cirurgia de reconstrução tissular, traumatológica e por tumor pese aos avanços crescentes na investigação de biomateriais e os seus métodos de aplicação clinica e engenharia de tecidos. A necessidade e as indicações para desenvolvimento de novos tipos de materiais resultam de desvantagens da utilização de aloenxertos. 0 aloenxerto está relacionado com riscos de doenças transmissíveis (VIH, doença de Creutzfeld-Jacob, etc.). Os metais não são bioativos nem osteocondutores, e a sua utilização dá como resultado fenômenos de osteopenia e atrofia óssea do osso adjacente. Os implantes de metal também produzem problemas graves na obtenção de imagens de ressonância magnética (IMR) quando se diagnosticam doenças de pacientes. Essas desvantagens principais estão bem documentadas em séries clínicas grandes. Por outra parte, os tratamentos médicos baseados em células mãe estão convertendo-se numa opção para tratar danos tissulares. 0 tratamento com células mãe em casos de grande reconstrução requer a utilização de estruturas de suporte com porosidade determinada. Atualmente, as estruturas de suporte estão realizadas de polímeros biodegradáveis e não foram utilizados materiais compostos reforçados com fibra porosos não reabsorvíveis para combinar as células mãe de tratamento regenerativo e tratamento reconstrutivo mediante implantes de material composto de fibra. 0 documento US 2007/0061015 revela um implemento biocompatível para regeneração óssea e tissular que tem uma estrutura estratificada. A estrutura estratificada pode reforçar-se adicionando tiras sobre a superfície exterior do implemento. No documento US 2004/0258732 um material de implante realiza-se combinando um artigo poroso e um passador que penetra através do artigo poroso.

Foram apresentados vários materiais compostos diferentes que compreendem material bioativo e que imitam a estrutura óssea, por exemplo, nos pedidos WO 2004/103319 e WO2005/118744. Um problema encontrado com estes materiais é a sua resistência mecânica insuficiente. Outro problema com estes materiais é a união débil do material poroso (que têm um baixo grau de impregnação com a resina de matriz) ao material que porta carga. Ainda um problema adicional é que as partículas que se adicionam ao material para potenciar a osteocondutividade tendem a soltar-se e desaparecer do material antes de colocar-se na posição final. O documento US 2006/224242 revela um implante cirúrgico de material composto realizado de uma lâmina plana de uma resina termoplástica que inclui uma malha de metal ou placas de metal contidas na mesma. O documento US 2004/0258732 revela um material de implante que compreende um material de núcleo, artigos porosos e passadores de fixação realizados de polímeros biodegradáveis e bioabsorvíveis que passam através de dito material de núcleo e artigos porosos. O documento US 6530956 revela as características do preâmbulo de acordo com a reivindicação 1.

OBJETOS E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um objeto da presente invenção é proporcionar um material biologicamente compatível que não tenha os inconvenientes enumerados anteriormente, ou pelo menos em que se minimizem as desvantagens. Especificamente, um objeto da presente invenção é proporcionar um material útil para utilizações médicas, dentais e cirúrgicas, tais como para enxerto ósseo. Um objeto adicional da presente invenção é proporcionar um material e material composto que tenha boas propriedades mecânicas e em que possam utilizar-se partículas adicionais de maneira segura. Além disso, é um objeto da presente invenção proporcionar uma estrutura de implante que possa utilizar-se como uma estrutura de suporte para inoculação de células mãe. A presente invenção refere-se, portanto, a um material composto biologicamente compatível que compreende uma parte estrutural, uma parte porosa e pelo menos duas partes de interconexão dispostas a uma distância uma da outra e que se estendem desde a parte estrutural até a parte porosa, conectando-as assim entre si. Num material composto típico de acordo com a presente invenção, cada parte de interconexão está realizada de um polímero, um polímero carregado ou um material composto que compreende um material de matriz polimérica, cargas e material de reforço, está na forma de uma banda que tem um comprimento, uma largura e uma altura, sendo a largura e a altura ambas independentemente como máximo 20% do comprimento da banda, e pelo menos uma das partes de interconexão está unida às partes estrutural e porosa. Além disso, dita parte estrutural e dita parte porosa compreendem ambas fibras e uma matriz e as fibras da parte estrutural estão na forma de um material têxtil tecido ou uma mecha de fibras unidirecionais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 ilustra testar um material composto, de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção.

As figuras 2a e 2b ilustram um material composto, de acordo com uma segunda forma de realização da invenção. A figura 3 ilustra um material composto, de acordo com uma terceira forma de realização da invenção. A figura 4 ilustra um implante e a sua utilização, de acordo com uma quarta forma de realização da invenção. A figura 5 ilustra um implante e a sua utilização, de acordo com uma quinta forma de realização da invenção. A figura 6 ilustra um implante e a sua utilização, de acordo com uma sexta forma de realização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A invenção define-se na reivindicação independente adjunta. A presente invenção refere-se a um material composto biologicamente compatível que compreende uma parte estrutural, uma parte porosa e pelo menos duas partes de interconexão dispostas a uma distância uma da outra e que se estendem desde a parte estrutural até a parte porosa, conectando-as assim entre si. Num material composto típico, de acordo com a presente invenção, cada parte de interconexão está realizada de um polímero, um polímero carregado ou um material composto que compreende um material de matriz polimérica, cargas e material de reforço, está na forma de uma banda que tem um comprimento, uma largura e uma altura, sendo a largura e a altura ambas independentemente como máximo 20% do comprimento da banda, e pelo menos uma das partes de interconexão está unida às partes estrutural e porosa. Além disso, dita parte estrutural e dita parte porosa compreendem ambas fibras e uma matriz.

As diferentes partes do material composto, partes estrutural, porosa e de interconexão formam todas elas partes integradas do material composto. A presente invenção cumpre, portanto, os objetos enumerados anteriormente, isto é, proporciona um material útil para utilizações médicas, dentais e cirúrgicas, tais como enxerto ósseo, material que tem boas propriedades mecânicas, tal como se mostrará na parte experimental a seguir, e em que podem utilizar-se partículas adicionais de maneira segura. A parte porosa do material composto potência o crescimento de novo osso, cartilagem, etc. e a parte estrutural proporciona a resistência mecânica. As partes de interconexão unem então estas duas partes entre si e proporcionam resistência ao cisalhamento ao material composto, ao mesmo tempo que também aumentam a resistência à compreensão e à tração do material composto. Uma vantagem adicional desta invenção é que permite realizar material de implante que é muito mais similar ao osso real, isto é, para evitar a utilização de aloenxertos. Por outra parte, os implantes metálicos tradicionais cada vez se desejam menos devido ao aumento de obtenção de imagens por ressonância magnética. A presente invenção proporciona, portanto, um material de implante que é tanto seguro (sem risco de contaminação com aloenxertos) como não interfere com os sistemas de obtenção de imagens utilizados atualmente (como sim faz o metal).

Ainda uma vantagem adicional da presente invenção e a utilização das partes de interconexão na forma de bandas é que as bandas facilitam um melhor efeito de reforço que os passadores. Além disso, a utilização de bandas permite utilizar as forças capilares durante a consolidação, melhorando assim o fluxo de sangue ao interior do implante e guiando o crescimento celular. A parte porosa do material composto permite a inoculação de células mãe embrionárias, hematopoiéticas ou mesenguimatosas ao implante fixando a união do implante ao osso ou cartilagem após inserir-se no corpo. Portanto, o material da presente invenção permite utilizar células mãe em tratamento médico regenerativo em combinação com material composto reforçado com fibra não metálico em tratamento médico reconstrutivo.

Neste pedido, por cura guer dizer-se polimerização e/ou reticulação. Por matriz entende-se a fase continua da composição e por matriz não curada guer dizer-se uma matriz gue está no seu estado deformável, mas gue se pode curar, isto é, endurecer-se, até um estado essencialmente não deformável. A matriz não curada já pode compreender algumas cadeias longas, mas essencialmente está ainda sem polimerizar e/ou reticular. Por material pré-impregnado quer dizer-se um produto semi-fabricado, isto é, um produto que não está polimerizado ou só está parcialmente, mas que ainda é deformável. A polimerização, isto é a cura de uma resina conduz a um material composto.

As partes de interconexão estão na forma de uma banda, tal como um tira, uma barra ou um cilindro. Podem ser ou retas ou flexionadas, por exemplo, podem seguir a conformação dos vasos sanguíneos que crescerão dentro do implante uma vez que se coloque no interior do paciente. De acordo com uma forma de realização preferida, as partes de interconexão estão dispostas de modo que os vasos sanguíneos, especialmente os vasos grandes, cresçam de maneira natural entre eles, já que os vasos sanguíneos e o osso normalmente não crescem através das partes de interconexão. 0 mais preferível, a superfície exterior do implante não está coberta com um material similar ao das partes de interconexão, já que isso poderia impedir o crescimento dos tecidos. Preferivelmente, a superfície exterior está coberta com uma camada de um material denso que foi perfurado para permitir que os líquidos corporais fluam dentro do implante. Com o tempo, esta camada degradar-se-á.

De acordo com uma forma de realização da invenção, a largura e a altura da parte de interconexão são ambas independentemente como máximo 15% do comprimento da parte de interconexão. 0 comprimento é, portanto, a dimensão maior da parte de interconexão. Na prática, o comprimento da parte de interconexão depende das dimensões do implante terminado.

De acordo com a presente invenção, dita parte estrutural e dita parte porosa compreendem ambas fibras e uma matriz. De acordo com ainda outra forma de realização, a quantidade de fibras por volume da parte estrutural é maior que a quantidade de fibras por volume da parte porosa. Além disso, a quantidade de matriz por volume da parte estrutural pode ser maior que a quantidade de matriz por volume da parte porosa.

Portanto, a parte estrutural tem preferivelmente uma densidade superior que a parte porosa, e o grau de impregnação das fibras pela resina que forma a matriz é superior que na parte porosa. 0 grau de impregnação das partes pode variar desde 5 até 100%.

De acordo com uma forma de realização, a parte de interconexão consiste num material de matriz, isto é, num polímero. De acordo com outra forma de realização, a parte de interconexão compreende ainda cargas e uma matriz. Portanto, ou pode estar realizada de polímero carregado ou pode compreender também material de reforço, tal como fibras, e, portanto, pode estar realizada de um material composto. Preferivelmente, há mais de duas partes de interconexão que estão cada uma a uma distância da outra. Esta distância pode ser de, por exemplo, 1-100 mm. Distâncias adequadas entre as partes de interconexão são desde 0,5, 1, 3, 6, 10, 15, 25, 30, 35, 40 ou 50 mm até 3, 5, 10, 14, 15, 20, 30, 40, 55, 65, 80 ou 100 mm. Não é necessário que a distância entre duas partes de interconexão particulares seja idêntica à distância entre outras duas partes de interconexão particulares, embora a distribuição das partes de interconexão também possa ser homogénea e regular. A distância das partes de interconexão uma da outra utiliza-se para simular os ossos originais e a estrutura óssea e tem uma influência importante sobre as forças capilares no implante durante a consolidação.

As partes de interconexão estendem-se desde a parte porosa até a parte estrutural, e preferivelmente têm a mesma altura (grossura) que a grossura do material composto, isto é se estendem por toda a grossura do material composto. A grossura do material composto pode ser, por exemplo, de desde 0,05 até 5 mm ou maior.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, os materiais de matriz da parte estrutural, a parte porosa e a parte de interconexão consistem nos mesmos componentes em diferentes quantidades. Isto potência as uniões entre as partes, já que as estruturas químicas das matrizes são idênticas. Um exemplo disso facilita-se na parte experimental.

Quando o material composto, de acordo com a presente invenção está pronto para a sua utilização, pelo menos uma parte de pelo menos uma matriz pode estar na forma parcialmente não curada com o fim de permitir que o material composto se conforme para dar a conformação requerida. A conformação pode realizar-se também antes da utilização real do material composto, por exemplo, num modelo que reconstrói o defeito a ser tratado.

As fibras podem ser qualquer fibra adequada conhecida per se, por exemplo, selecionadas do grupo que consiste em fibras de vidro, fibras de sílica, fibras de carbono/grafite, fibras de cerâmica, fibras de aramida, fibras de Zylon, fibras de polietileno, fibras de politetrafluoroetileno, tais como fibras de Teflon®, fibras de poli(p-fenilen-2,6-benzobisoxazol) , fibras de poli (2,6-diimidazo(4,5-b4',5'-e)piridinilen-l, 4(2,5- dihidro)fenileno, fibras de poliolefina, fibras preparadas a partir de copolímeros de olefinas, fibras de poliéster, fibras de poliamida e misturas das mesmas. As fibras de poli(p-fenilen-2,6-benzobisoxazol) e as fibras de poli(2,6-diimidazo(4,5-b4',5'-e)piridinilen-l,4(2,5-dihidro)fenileno pertencem a um grupo denominado fibras de polímero de haste rígida. É obvio para um especialista na área que na presente invenção pode utilizar-se qualquer outra fibra conhecida, sempre que for possível obter uma adesão adequada entre ditas fibras e a matriz, com o fim de lograr as propriedades mecânicas desejadas. Preferivelmente, as fibras de vidro utilizam-se em aplicações dentais. Em aplicações em que é necessária capacidade de portar carga, preferem-se fibras bioestáveis contínuas.

De acordo com uma forma de realização da invenção, as fibras se selecionam do grupo que consiste em fibras de vidro inerte, fibras de vidro bioativo, fibras de silica, fibras de quartzo, fibras de cerâmica, fibras de carbono/grafite, fibras de aramida, fibras de cerâmica, fibras de poli(p-fenilen-2,6-benzobisoxazol), fibras de poli(2,6-diimidazo(4,5-b4',5'-e)piridinilen-l, 4(2,5-dihidro)fenileno, fibras de poliolefina, fibras preparadas a partir de copolimeros de olefinas, fibras de poliéster, fibras de poliamida, fibras poliacrilicas, fibras de silica processadas mediante sol-gel, fibras de colágeno, fibras de celulose, fibras de celulose modificada e misturas das mesmas.

As fibras podem estar na forma de fibras continuas, materiais têxteis de fibra, ligamentos de fibra, esteiras de fibra, fibras curtas e misturas das mesmas, e podem estar orientadas numa direção, duas direções, três direções, quatro direções, aleatoriamente ou misturas das mesmas.

As fibras da parte porosa estão, por exemplo, na forma de fibras cortadas (curtas), orientadas aleatoriamente, um material têxtil tecido ou um material têxtil de fibras tridimensionais. 0 material de matriz pode compreender monômeros selecionados do grupo que consiste em acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo, acrilato de isopropilo, acrilato de n-hexilo, acrilato de estirilo, acrilato de alilo, metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de propilo, metacrilato de isopropilo, metacrilato de n-butilo, metacrilato de isobutilo, metacrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de ciclohexilo, metacrilato de isobornilo, metacrilato de tetrahidrofurfurilo, metacrilato de benzilo, metacrilato de morfolinoetilo, dimetacrilato de diuretano, metacrilato de acetoacetoxietilo (AAEM), dendrimeros funcionalizados com metacrilato, outros oligômeros hiper-ramificados com metacrilato, metacrilato de hidroximetilo, acrilato de hidroximetilo, metacrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxietilo, metacrilato de hidroxipropilo, acrilato de hidroxipropilo, metacrilato de tetrahidrofurfurilo, acrilato de tetrahidrofurfurilo, metacrilato de glicidilo, acrilato de glicidilo, diacrilato de trietilenglicol, dimetacrilato de tetraetilenglicol, diacrilato de tetraetilenglicol, trimetacrilato de trimetiloletano, trimetacrilato de trimetilolpropano, trimetacrilato de pentaeritritol, triacrilato de trimetiloletano, triacrilato de trimetilolpropano, triacrilato de pentaeritritol, tetrametacrilato de pentaeritritol, tetra-acrilato de pentaeritritol, dimetilacrilato de etileno, diacrilato de etileno, dimetacrilato de etilenglicol, dimetacrilato de dietilenglicol, dimetacrilato de trietilenglicol (TEGDMA), diacrilato de etilenglicol, diacrilato de dietilenglicol, dimetacrilato de butilenglicol, diacrilato de butilenglicol, dimetacrilato de neopentilglicol, diacrilato de neopentilglicol, dimetacrilato de 1,3-butanodiol, diacrilato de 1,3-butanodiol, dimetacrilato de 1,4-butanodiol, diacrilato de 1, 4-butanodiol, dimetacrilato de 1,6-hexanodiol, diacrilato de 1,6-hexanodiol, dicarbamato de di-2-metacriloxietil-hexametileno, dicarbamato de di-2-metacriloxietil-trimetilhexametileno, dicarbamato di-2-metacriloxietil-dimetilbenceno, dicarbamato de di-2-metacriloxietil-dimetilciclohexano, carbamato de metilen-bis-2-metacriloxietil-4-ciclohexilo, dicarbamato de di-1-metil-2-metacriloxietil-hexametileno, dicarbamato de di-1-metil-2-metacriloxietil-trimetilhexametileno, dicarbamato de di-l-metil-2-metacriloxietil-dimetilbenceno, dicarbamato de di-l-metil-2-metacriloxietil-dimetilciclohexano, carbamato de metilen-bis-l-metil-2-metacriloxietil-4- ciclohexilo, dicarbamato de di-l-clorometil-2- metacriloxietil-hexametileno, dicarbamato de di-l-cloromet i1-2-metacriloxietil-trimetilhexametileno, dicarbamato de di-l-clorometil-2-metacriloxietil- dimetilbenceno, dicarbamato de di-l-clorometil-2-metacriloxietil-dimetilciclohexano, carbamato de metilen-bis-2-metacriloxietil-4-ciclohexilo, dicarbamato de di-1-metil-2-metacriloxietil-hexametileno, dicarbamato de di-1-meti1-2-metacriloxietil-trimetilhexametileno, dicarbamato de di-l-metil-2-metacriloxietil-dimetilbenceno, dicarbamato de di-l-meti1-2-metacriloxietil-dimetilciclohexano, carbamato de metilen-bis-l-metil-2-metacriloxietil-4-ciclohexilo, dicarbamato de di-l-clorometil-2- metacriloxietil-trimetilhexametileno, dicarbamato de di-1-clorometil-2-metacriloxietil-dimetilbenceno, dicarbamato de di-l-clorometi1-2-metacriloxietil-dimetilciclohexano, carbamato de metilen-bis-l-clorometil-2-metacriloxietil-4-ciclohexilo, 2,2-bis(4-(2-hidroxi-3- metacriloxi)fenil)propano (BisGMA), 2,2'-bis(4- metacriloxifenil)propano, 2,2'-bis(4-acriloxifenil)propano, 2,2'-bis[4(2-hidroxi-3-acriloxifenil)propano, 2,2'-bis ( 4-metacriloxietoxifenil)propano, 2,2'-bis (4- acriloxietoxifenil)-propano, 2,2'-bis(4- metacriloxipropoxifenil)propano, 2,2'-bis(4- acriloxipropoxifenil)propano, 2,2'-bis(4- metacriloxidietoxifenil)-propano, 2,2'-bis(4- acriloxidietoxifenil)propano, 2,2'-bis[3(4-fenoxi)-2- hidroxipropan-l-metacrilato]propano, 2,2'-bis[3(4-fenoxi)-2-hidroxipropan-l-acrilato]propano e misturas dos mesmos. A matriz pode realizar-se também de monômeros ou polímeros reticuláveis tais como ε-caprolactona, policaprolactona, polilactidas, polihidroxiprolina e outros biopolímeros assim como poliamidas, poliuretano, polietileno, polipropileno, outras poliolefinas, poli(cloreto de vinilo), poliéster, poliéter, polietilenglicol, polissacarídeo, poliacrilonitrilo, poli(metacrilato de metilo), fenol-formaldeído, melamina-formaldeído e ureia-formaldeído. Naturalmente, a matriz também pode consistir numa mistura de um/uns monômero(s) e um/uns polímero(s).

Podem utilizar-se também dendrímeros que têm de 5 a 35 grupos funcionais (ou mais) tais como grupos metacrilato ou acrilato. A multifuncionalidade forma uma matriz altamente reticulada e diminui a fluência do polímero na utilização em longo prazo. A funcionalidade dos dendrímeros pode alterar-se para gue seja adeguada para unir moléculas de fármaco ao polímero baseado em dendrímero para permitir a liberação lenta local de fármaco a partir do implante baseado em dendrímero. Facilitam-se exemplos de dendrímeros adeguados, por exemplo, no documento US 5.834.118 (incorporado no presente documento como referência) . Os dendrímeros podem ser particularmente poliésteres de metacrilato hiper-ramifiçados ou Starburst.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção, a matriz pode realizar-se de sistemas de monômero de acrilatos mono-, bi- ou multifuncionais, resinas epoxídicas, dendrímeros, polímeros reativos hiper-ramif içados, as suas combinações, ou similares. A matriz pode selecionar-se, por exemplo, do grupo gue consiste em acrilatos mono-, di- e multifuncionais, metacrilatos mono-, di- e multifuncionais, resinas epoxídicas, poliésteres de metacrilato Starburst, poliésteres de metacrilato hiper-ramif içados e misturas dos mesmos. Opcionalmente, também podem utilizar-se polímeros de poli(metacrilato de metilo), poli(cloreto de vinilo), poliéter cetona, polilactidas, épsilon-caprolactona ou as suas combinações, ou similares.

Também é adequado utilizar combinações de monômeros e polímeros. Em aplicações dentais, prefere-se, pelo momento, utilizar dimetacrilatos em combinação com poli(metacrilato de metilo) como matriz, porque forma uma matriz de tipo gel antes da polimerização. A matriz pode ser densa ou conter poros e orifícios na estrutura dependendo das necessidades clínicas. 0 tamanho de poro ótimo para aplicações endo-ósseas é de 100 a 500 micrómetros quando se considera o crescimento do osso, mas o material composto também pode conter opcionalmente orifícios de até 5 milímetros de diâmetro.

De acordo com uma forma de realização da invenção, o material de matriz seleciona-se do grupo que consiste em dimetacrilato de trietilenglicol, 2,2-bis(4-(2-hidroxi-3-metacriloxi)fenil)propano, poli(metacrilato de metilo), metacrilato de metilo, metacrilato de hidroxietilo, dimetacrilato de uretano, poliésteres de metacrilato Starburst, poliésteres de metacrilato hiper-ramifiçados, poli(cloreto de vinilo), poliéter cetona, polilactidas, ε-caprolactona, poli-OH-prolina e misturas dos mesmos. O material composto de acordo com a invenção pode compreender adicionalmente partículas modificadoras. Estas partículas modificadoras podem ser, por exemplo, bioativas e, por exemplo, melhorar a osteocondutividade do material composto. As partículas podem estar na forma de fibras ou cargas particuladas. A fração em peso destas partículas modificadoras no material composto pode ser, por exemplo, de 10-60% em peso, tal como desde 5, 10, 15, 20, 35 ou 50% em peso até 10, 15, 20, 35, 50, 55, 60 ou 75% em peso.

De acordo com uma forma de realização, as partículas modificadoras selecionam-se do grupo que consiste em materiais cerâmicos bioativos, vidro bioativo, gel de silica, gel de titânio, xerogel de silica, aerogel de silica, vidro de silica de sódio, géis de titânio, ionômero de vidro bioativo, hidroxiapatita, gel de silica dopado com Ca/P e misturas dos mesmos. Naturalmente, pode utilizar-se também qualquer combinação de ditos materiais. Quando se necessita mineralização rápida, prefere-se ter vidro bioativo com partículas de silica processadas mediante sol-gel sobre a parte porosa do material composto. 0 material composto, de acordo com a presente invenção, pode compreender adicionalmente material de carga particulada, tal como vidro inerte, vidro bioativo, óxidos metálicos, materiais cerâmicos, polímeros e misturas dos mesmos. Por exemplo, podem utilizar-se óxidos metálicos como materiais opacos aos raios X ou radiopacos ou como materiais colorantes. Por exemplo, é possível obter o material composto de maneira que já não seja necessário recobri-lo com outro material para obter a superfície exterior final do dispositivo terminado. 0 material composto também pode compreender agentes terapeuticamente ativos ou células, tais como células mãe. Podem inocular-se no material composto vários tipos de células incluindo células de medula óssea hematopoiéticas, fibroblastos, osteoblastos, células regenerativas, células mãe, como células mãe embrionárias, células mãe mesenquimatosas ou células mãe adiposas. As células mãe embrionárias podem ser ou não de origem humana. As células mãe inoculadas no material composto podem cultivar-se em biorreatores ex vivo, em outras partes do corpo antes de inserir o tecido formado no seu sitio final, ou diretamente no lugar em que se necessita o tratamento regenerativo e reconstrutivo. 0 material composto pode conter também aditivos que potenciam a sua processabilidade, tal como iniciadores de polimerização. Os materiais do material composto podem ser ou biorreabsorviveis, biodegradáveis, bioestáveis ou uma mistura destes. A resistência à flexão do material composto pode variar, por exemplo, desde 5 até 500 MPa devido à parte densa do material composto. Portanto, a resistência é notavelmente superior à dos biomateriais conhecidos que têm uma parte porosa. A descrição refere-se adicionalmente a uma utilização de um material composto, de acordo com a presente invenção em aplicações dentais e médicas. Dita utilização é, por exemplo, para a substituição de ossos ou para o suporte de fraturas ósseas. As formas de realização e detalhes específicos enumerados anteriormente em relação com o material composto aplicam-se também para esta utilização. O material composto, de acordo com a presente invenção, também pode compreender outras partes requeridas para a sua utilização adicional, tal como se explica a seguir.

De acordo com uma forma de realização da invenção, o material composto compreende ainda implantes dentais ou pernos para implantes dentais dispostos na parte estrutural na colocação das partes de interconexão. Isto tem a vantagem de que quando se reconstrói um osso mandibular, podem colocar-se os dentes onde se requerem, e não só onde fica o osso original. Com os materiais da técnica anterior, normalmente o material não tem suficiente resistência para suportar forças de mordida. Os implantes dentais podem fabricar-se, por exemplo, de titânio, materiais cerâmicos ou um material composto polimérico. 0 material composto, de acordo com a presente invenção, pode utilizar-se também para fabricar implantes para veias ou ossiculos auditivos. Algumas aplicações para o material composto em contato com tecidos moles são endopróteses, cateteres e próteses para garantir a permeabilidade das luzes contraídas. Portanto, a invenção refere-se também a uma endoprótese pré-fabricada que consiste essencialmente num material, de acordo com a presente invenção. Uma endoprótese pré-fabricada deste tipo pode utilizar-se, por exemplo, em vasos sanguíneos, intestinos, esófago, trato gastrointestinal, vasos linfáticos, trato urinário, trato respiratório e sistema nervoso.

Portanto, o material, de acordo com a presente invenção, pode utilizar-se para fabricar qualquer tipo de dispositivo, e o procedimento de fabrico é evidente para um especialista na área. 0 tamanho do dispositivo pode variar desde intervalo micrométrico (tal como implantes de ossiculos auditivos) até grandes fragmentos de tecido. Portanto, o material, de acordo com a presente invenção, pode utilizar-se para fabricar "peças de recâmbio" tais como orelhas, narizes e olhos.

Além disso, os presentes materiais podem utilizar-se para fabricar prótese de ombro ou joelho, tecidos moles faciais ou de nariz. Alguns exemplos de aplicações são a utilização como biomaterial estrutural que porta carga, para substituição e reparação de tecido, ossos e esqueleto, para manter tecidos moles e de cartilagem de forma desejada ou para testar e obter mediante engenharia células e tecidos. 0 material composto como biomaterial estrutural pode utilizar-se também na substituição de ossos longos, postes de canal radicular formados individualmente de dentes, implantes dentais, substituição de vértebras, pelve, e reconstrução de outras partes do esqueleto tais como na reparação e substituição de ossículos auditivos. 0 material composto pode utilizar-se também como material de substituição, por exemplo, para tecidos invadidos por tumor. Em cirurgia plástica, o material composto pode utilizar-se para manter tecido mole ou de cartilagem na posição onde facilitam o suporte ótimo e desejado para os tecidos em relação com o aspecto estético e cosmético do corpo humano. 0 material composto, de acordo com a presente invenção, pode utilizar-se tanto em seres humanos como em animais.

Quando se unem diferentes partes adicionais ao material composto, de acordo com a invenção, formando assim um implante, a união realiza-se preferivelmente na localização das partes de interconexão. A união pode realizar-se mediante união mecânica, com adesivos, tais como silanos, ou mediante polimerização (por exemplo, mediante rede polimérica interpenetrada, IPN).

Portanto, a presente invenção refere-se também a um implante que compreende um material composto, de acordo com a presente invenção. 0 implante pode compreender ainda células mãe, agentes terapeuticamente ativos, etc.

Esta descrição refere-se ainda a um método para fabricar um material composto que compreende uma parte estrutural, uma parte porosa e pelo menos duas partes de interconexão. Neste método, realizam-se as seguintes etapas: a) fabrica-se uma parte estrutural e conforma-se para dar a conformação final requerida para o material composto, e cura-se pelo menos parcialmente, b) formam-se as partes de interconexão e colocam-se sobre a parte estrutural, a uma distância uma da outra, c) fabrica-se uma parte porosa, conforma-se até corresponder-se com a conformação da parte estrutural e cura-se pelo menos parcialmente e d) pressiona-se a parte porosa sobre a parte estrutural sobre o mesmo lado que as partes de interconexão. 0 método pode compreender ainda uma etapa e) entre as etapas b) e d) (isto é ou entre as etapas b) e c) ou entre as etapas c) e d) ) em que se dispõem partículas modificadoras sobre a parte estrutural, entre as partes de interconexão. 0 método ainda pode compreender uma etapa f) adicional de cura final.

As partes de interconexão podem formar-se, na etapa b), ou como material composto unidirecional que já está na forma de uma banda, ou, por exemplo, mediante injeção de uma pasta que compreende os componentes das partes de interconexão.

Portanto, o material pode utilizar-se no fabrico do implante em modelos de protótipos rápidos para obter a forma personalizada das necessidades anatômicas do paciente, ou o implante pode fabricar-se para dar a forma normalizada a ser utilizada em casos de tratamento médio.

No fabrico do implante de material composto convencional e personalizado, forma-se o material pré-impregnado da parte estrutural e polimeriza-se inicialmente mediante autopolimerização, polimerização por luz, polimerização térmica, polimerização por micro-ondas ou ultrassons no modelo de protótipos rápido da zona de reconstrução. Colocam-se elementos de interconexão na forma de pasta não polimerizada sobre a superfície da parte estrutural que se deseja cobrir com o material composto poroso, isto é, a ser enchida com tecido com a passar do tempo. Coloca-se o material pré-impregnado do material poroso sobre os elementos de interconexão e pressiona-se contra a parte estrutural. Polvilham-se partículas de vidro bioativo ou similares sobre a parte estrutural antes de colocar o material pré-impregnado poroso sobre ela. Polimerizam-se os elementos de interconexão e o material composto pré-impregnado poroso simultaneamente mediante autopolimerização, polimerização por luz, polimerização térmica, polimerização por micro-ondas ou ultrassons. 0 material composto polimeriza-se posteriormente a uma temperatura que permite um grau ótimo de conversão de monômeros, isto é, a uma temperatura próxima à temperatura de transição vítrea da matriz polimérica. 0 implante de material composto embala-se e esteriliza-se preferivelmente depois por calor, vapor, peróxido de hidrogénio, dióxido de carbono supercrítico ou por radiação. Um término de validade típico para estes produtos é de aproximadamente um ano.

As formas de realização e detalhes específicos enumerados anteriormente em relação com o material composto e a sua utilização aplicam-se também para o implante e método.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS A figura 1 ilustra testar um material composto, de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção. Estes testes explicam-se em mais detalhe na parte experimental.

As figuras 2a e 2b ilustram um material composto, de acordo com uma segunda forma de realização da invenção. Nesta forma de realização, a parte estrutural 1, as partículas bioativas 2 e a camada porosa 3 estão interconectadas com bandas 10 retangulares, longitudinais, tal como pode observar-se na figura 2a vista desde cima. O comprimento L, a altura H e a largura W das bandas 10 mostram-se também nestas figuras. A figura 3 ilustra um material composto, de acordo com uma terceira forma de realização da invenção. Nesta forma de realização, duas partes porosas 3 e 6 estão dispostas sobre a parte estrutural 1. Partículas bioativas 2 e 5 estão dispostas sobre as duas superfícies de contato e todas estas partes estão interconectadas com a parte de interconexão 4 na forma de bandas. A figura 4 ilustra um implante e a sua utilização, de acordo com uma quarta forma de realização da invenção. A figura mostra uma vista facial de um implante maxilo-facial 11 que contém bandas de interconexão contínuas 12 ao longo da direção das artérias de vasos sanguíneos faciais 13. Uma vista em seção transversal ao longo da linha A-A mostra a estrutura do implante, isto é, as bandas de interconexão 12 que estão unidas nas camadas porosas 14 do implante, conectando-as assim entre si e mantendo-as juntas. As camadas porosas também proporcionam espaços 15 para partículas bioativas (não mostradas por motivos de clareza) assim como crescimento ósseo e arterial. A superfície do implante consiste numa camada de superfície 16. A figura 5 ilustra um implante e a sua utilização, de acordo com uma quinta forma de realização da invenção. A figura mostra uma vista sagital de um implante de cranioplastia 17 gue substitui uma parte do osso parietal após uma operação de cérebro. Uma vista em seção transversal ao longo da linha B-B mostra a estrutura do implante, isto é, as bandas de interconexão 12, os espaços 15 para o crescimento ósseo e as camadas porosas 14. 0 implante também compreende uma camada de superfície exterior 16. A figura 6 ilustra um implante e a sua utilização, de acordo com uma sexta forma de realização da invenção. A figura mostra um osso mandibular inferior (osso mandibular) gue tem um implante reconstrutivo 18 com implantes dentais 19 ancorados às bandas de interconexão 12 do implante. Uma vista em seção transversal ao longo da linha C-C mostra como a raiz 20 de um implante dental 19 está ancorada às bandas de interconexão 12, com o fim de suportar as forças de cisalhamento aplicadas aos implantes dentais pela mastigação.

PARTE EXPERIMENTAL

Fabricaram-se alguns materiais compostos, de acordo com a presente invenção e testaram-se as suas resistências tal como se explica a seguir.

Exemplo 1

Fabricou-se um material composto de duas camadas utilizando material têxtil de fibra de vidro E tecida (120 g/m2) gue se impregnou com uma mistura de resina monomérica de bisGMA-TEGDMA (70:30% em peso) gue incluía um sistema iniciador fotossensível-ativador. O material têxtil impregnado de resina utilizou-se em quatro camadas para obter um material laminado denso que porta carga para o material composto. A razão de fibra de vidro - resina era de 65% em peso a 35% em peso. A grossura final da parte estrutural, o material laminado denso com quatro camadas de material têxtil tecido era de 1 mm. 0 material laminado submeteu-se a fotopolimerização para dar a conformação da superfície exterior do material composto. A parte porosa do material composto realizou-se de lã de fibra de vidro E com fibras orientadas aleatoriamente. Impregnou-se a lã de fibra com uma mistura de resina monomérica de bisGMA-TEGDMA (40:60% em peso) que incluía um sistema de iniciador fotossensível-ativador. O baixo grau de impregnação de resina da lã deu como resultado porosidades de interconexão na parte. A razão de fibra de vidro - resina da parte porosa do material composto era de 76% em peso a 24% em peso. A grossura da parte porosa era de 3 mm.

Combinou-se a parte estrutural com a parte porosa mediante bandas de interconexão que estavam realizadas de uma resina de material composto que compreendia bisGMA-TEGDMA (40:60% em peso) que incluía um sistema de iniciador fotossensível-ativador e cargas de material particulado de sílica que tinham um diâmetro médio de 1 μιη e uma razão em peso do 65% em relação com o peso da resina. Esta resina de material composto estava na forma de pasta e tinha a viscosidade de uma pasta típica. Estendeu-se a pasta até a parte estrutural com o fim de obter bandas de interconexão de 10 mm de comprimento, 2 mm de largura e 1 mm de altura. A distância entre as bandas de interconexão era de 10 mm.

Polvilhou-se um modificador bioativo que consistia em grânulos de vidro bioativo sobre a superfície da parte estrutural sobre os espaços entre as bandas de interconexão. O tamanho de grânulo do vidro bioativo variava entre 0,5 e 0,8 mm. Colocou-se a parte porosa sobre a parte estrutural e sobre as bandas de interconexão. Deixaram-se os grânulos de vidro bioativo entre as camadas. Pressionou-se a parte porosa contra a parte estrutural com o fim de obter penetração das bandas de interconexão através da camada porosa. 0 processo de pressão estendeu as bandas de interconexão de modo que se obtiveram as dimensões finais mencionadas anteriormente. Então se submeteram a fotopolimerização as bandas de interconexão e a parte de camada porosa com o fim de uni-las à parte estrutural. 0 peso total da fração de vidro bioativo no material composto era de 26%.

Exemplo 2

Testou-se um material composto de duas camadas tal como se preparou no exemplo 1 tanto com como sem as bandas de interconexão entre a parte estrutural e parte porosa para demonstrar a influência das bandas de interconexão sobre a resistência à força de cisalhamento do material composto. Aderiu-se a parte estrutural a um bloco acrílico desde a superfície exterior do material composto. A superfície exterior tinha a parte porosa unida à parte estrutural mediante fotopolimerização da matriz de resina da parte porosa unicamente, ou mediante a utilização das bandas de interconexão descritas no exemplo 1. A configuração do teste mostra-se na figura 1.

Na figura 1, o número de referência 1 mostra a parte estrutural, o 7 o bloco acrílico, o 3 a parte porosa, o 4 uma banda de interconexão, o 8 gesso dental (isto é gesso de Paris) e o 9 indica a direção da força de cisalhamento.

Carregou-se a parte porosa com gesso de Paris para simular a situação em que o osso cresceu para o interior das porosidades de interconexão. Após fixar o gesso de Paris, aplicou-se força de cisalhamento à parte porosa e ao gesso de Paris. Utilizou-se a força requerida para soltar a parte porosa da parte estrutural como unidade de indicação para a resistência à força de cisalhamento do material composto de duas camadas.

Mostrou-se que a resistência ao cisalhamento era uma força de carga de 431 N para mostras sem bandas de interconexão e de 879 N para as mostras com bandas de interconexão. Os valores demonstram que as bandas de interconexão se submetem a esforço mediante cisalhamento e que a parte porosa se une fortemente à parte estrutural, isto é ao material laminado denso mediante as bandas de interconexão.

Nesta memória descritiva, exceto quando o contexto requer outra coisa, as palavras "compreender", "compreende" e "que compreende" significam "incluir", "inclui" e "que inclui", respetivamente. Isto é, quando a invenção se descreve ou se define como que compreende características especificadas, diversas formas de realização da mesma invenção também podem incluir características adicionais. Além disso, não há-de considerar-se que os sinais de referência limitam as reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Material composto biologicamente compatível que compreende - uma parte estrutural (1), - uma parte porosa (3, 6, 14), em que dita parte estrutural (1) e dita parte porosa (3, 6, 14) compreendem ambas fibras e uma matriz e que compreende ainda pelo menos duas partes de interconexão (4, 10, 12) dispostas a uma distância uma da outra e que se estendem desde a parte estrutural (1) até a parte porosa (3, 6, 14), conectando-as assim entre si, - cada parte de interconexão (4, 10, 12) está realizada de um polímero, um polímero carregado ou um material composto que compreende um material de matriz polimérica, cargas e material de reforço, e - pelo menos uma das partes de interconexão (4, 10, 12) está unida à parte estrutural (1) e as partes porosas (3, 6, 14), e - cada parte de interconexão (4, 10, 12) está na forma de uma banda que tem um comprimento, uma largura e uma altura, sendo a largura e a altura ambas independentemente como máximo 20% do comprimento da banda, caracterizado por as fibras da parte estrutural (1) estarem na forma de um material têxtil tecido ou uma mecha de fibras unidirecionais .
2. Material composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a largura e a altura da parte de interconexão (4, 10, 12) serem ambas independentemente como máximo 15% do comprimento da parte de interconexão.
3. Material composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a quantidade de fibras por volume da parte estrutural (1) ser maior que a quantidade de fibras por volume da parte porosa (3, 6, 14).
4. Material composto, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a quantidade de matriz por volume da parte estrutural (1) ser maior que a quantidade de matriz por volume da parte porosa (3, 6, 14).
5. Material composto, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as fibras da parte porosa (3, 6, 14) estarem na forma que se seleciona do grupo que consiste em fibras cortadas, orientadas aleatoriamente, material têxtil tecido ou um material têxtil de fibras tridimensionais.
6. Material composto, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a parte de interconexão (4, 10, 12) compreender uma matriz.
7. Material composto, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a parte de interconexão (4, 10, 12) compreender ainda cargas.
8. Material composto, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda partículas modificadoras (2, 5).
9. Material composto, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por as partículas modificadoras (2, 5) melhorarem a osteocondutividade do material composto.
10. Material composto, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por as partículas modificadoras (2, 5) selecionarem-se do grupo que consiste em materiais cerâmicos bioativos, vidro bioativo, gel de sílica, gel de titânio, xerogel de silica, aerogel de silica, vidro de silica de sódio, géis de titânio, ionômero de vidro bioativo, hidroxiapatita, gel de silica dopado com Ca/P e misturas dos mesmos .
11. Material composto, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os materiais de matriz da parte estrutural (1), a parte porosa (3, 6, 14) e a parte de interconexão (4, 10, 12) consistirem nos mesmos componentes em diferentes quantidades.
12. Material composto, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda implantes dentais terminados dispostos sobre as partes de interconexão (4, 10, 12) .
13. Implante caracterizado por compreender um material composto, de acordo com qualquer das reivindicações 1-12.
14. Implante, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender ainda células mãe.