PT2585124E

PT2585124E - Sistema de enxerto ósseo

Info

Publication number: PT2585124E
Application number: PT117294421T
Authority: PT
Original assignee: Univ Aberdeen
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2015-02-05
Also published as: AU2011268762A1; EP2585124B1; CA2803226C; WO2011161409A1; JP2013533019A; GB201010761D0; DK2585124T3; PL2585124T3; CN103068416B; US20130095183A1; US9492591B2; CA2803226A1; JP5882997B2; ES2528449T3; CN103068416A; EP2585124A1; AU2011268762B2; SI2585124T1

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA DE ENXERTO ÓSSEO

CAMPO DA TÉCNICA

Apresente invenção refere-se a sistemas de enxerto ósseo, em particular a sistemas de enxerto ósseo que incluem um componente de gel.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Devido a doença ou traumatismo, os cirurgiões necessitam substituir o tecido ósseo. Eles podem utilizar enxertos de osso (autoenxertos ou aloenxertos) ou materiais sintéticos para substituir o osso durante a cirurgia. Entre os tipos de materiais sintéticos utilizados para substituir o osso, os cirurgiões utilizam metais (por exemplo, implantes de joelho ou anca de aço inoxidável), polímeros (por exemplo, polietileno em encaixes acetabulares) , cerâmicas (por exemplo, hidroxiapatita como um enxerto ósseo macroporoso) ou compósitos inorgânicos-orgânicos (por exemplo compósitos de hidroxiapatita-poli(ácido láctico) para placas de fixação). Muitos destes materiais de substituição óssea sintéticos não são absorvíveis no corpo (dentro de um período apropriado para o período de cicatrização) e não estimulam a formação de novo osso à volta ou dentro do implante.

Materiais que têm gerado particular interesse incluem os enxertos ósseos substitutos de fosfato de cálcio (CaP) sintéticos. Materiais deste tipo podem se entregues ao local pretendido de regeneração óssea sob a forma de um sistema de distribuição compreendendo grânulos incorporados num gel de polímero orgânico como um portador, por exemplo um hidrogel (por exemplo, hidrogel baseado em carboximetilcelulose, CMC).

Tais sistemas de distribuição estão desenhados para melhorar a manipulação de grânulos de CaP, e para facilitar a colocação do enxerto ósseo no local cirúrgico. 0 portador é rapidamente reabsorvido ou dissolvido no corpo (tipicamente dentro de 3 a 30 dias) para expôr os grânulos de CaP para a interação enxerto-osso. O portador utilizado nestes sistemas de distribuição é selecionado pelas suas características de manipulação, a sua segurança e a sua capacidade para ser rapidamente reabsorvido ou dissolvido no corpo. Tipicamente, os polímeros escolhidos no portador são polímeros naturais (por exemplo, colagénio ou gelatina), ou polímeros sintéticos aprovados, tais como carboximetilcelulose (CMC) . O portador não desempenha um papel ativo na reparação óssea (por exemplo, no caso da carboximetilcelulose, hidroxilpropilmetilcelulose ou glicerol). O portador atua como um adjuvante da manipulação, transportando os grânulos ativos de CaP até ao local de regeneração óssea e depois dissolvendo-se ou sendo reabsorvido.

Os portadores referidos no presente documento atuam como géis. Em termos gerais, a definição de um gel é uma substância tipo gelatina que consiste, em peso, maioritariamente num líquido, mas que existe como um sólido, não exibindo qualquer fluxo no estado estável. Num gel, as cadeias de polímeros (a "fase sólida" do gel) existem na "fase líquida" do gel e interagem através de reticulação (por exemplo, ligação covalente) e/ou interações físicas (por exemplo, ligação de hidrogénio ou ligação de Van der Waals) entre as cadeias de polímeros. São estas interacções entre as cadeias de polímeros que contribuem para a estrutura e a viscoelasticidade do gel.

Um hidrogel é um tipo específico de gel em que a água constitui a fase líquida. Tipicamente, a fase sólida (isto é, o polímero) é disperso em água sob as condições adequadas para o hidrogel específico a ser formado. Por exemplo, o colagénio tipo I solúvel em ácido pode ser disperso (dissolvido) em água sob condições ácidas diluídas (por exemplo, ácido acético) e irá formar um gel após aquecimento até 37 °C (com ou sem pré-neutralização da solução com uma base adequada).

Como a formação de gel (gelificação) ocorre apenas em determinadas condições, uma mistura dos ingredientes do gel pode, na verdade, não estar sob a forma de um gel. Uma tal solução, que não foi submetida a gelificação é referida no presente documento como uma "solução de gel". Uma solução de gel sofre gelificação para formar um gel. 0 silício tem demonstrado desempenhar um papel importante na formação óssea e no metabolismo ósseo. Foi, portanto, realizado trabalho na tentativa de formar materiais de enxerto ósseo contendo silício. A síntese de um material de hidroxiapatita substituída por silício é descrita no documento WO 98/08773 e documento de patente US 6312468 correspondente. Embora estes materiais tenham demonstrado acelerar a velocidade de cicatrização óssea em estudos animais e em estudos clínicos humanos, estes materiais substituídos por silício ainda são muito insolúveis.

Alguns biomateriais de CaP sintéticos incorporam iões de silício como silicatos. Exemplos incluem os vidros bioactivos, cerâmicas de vidro de wollastonita-apatita, hidroxiapatita substituída por silício e fosfato tricálcico substituído por silício. Guth et al. , Key Engineering Materials, Bioceramics, 2006, 309-311, páginas 117-120 sugerem que um baixo nível de silício é libertado a partir de hidroxiapatita substituída por silício para meio de cultura de tecidos. Um máximo de cerca de 0,5 pg/ml de silício foi relatado. Gough et al., Biomaterials, 2004, 25, páginas 2039-2046 relataram um vidro bioactivo contendo silício espumoso que foi incubado durante 24 horas em meio de cultura. As células foram cultivadas no meio condicionado resultante puro, ou diluídas a 1:1 ou 1:4 com o meio de cultura. A libertação de silício foi relatada como sendo 230 pg/ml no eluato puro, 120 pg/ml quando diluído a 1:1 em meio de cultura e 47 pg/ml quando diluído a 1:4 em meio de cultura. Xynos et al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, 276, páginas 461-465 relatam um vidro bioactivo Bioglass 45S5 contendo Si02 a 45% p/p. Particulado deste vidro a 1% p/v, 710-300 pm de diâmetro, foi incubado em meio de Dulbecco modificado por Eagle (DMEM) durante 24 horas a 37 °C e o particulado remanescente removido por filtração. O meio foi então suplementado com soro fetal bovino a 10%, 1-glutamina a 2 mM, 50 U/ml de penicilina G, 50 pg/ml de estreptomicina B e 0,3 pg/ml de anfotericina B, a 37 °C, em 95% de humidade atmosférica e C02 a 5%. O conteúdo elementar de cálcio, silício, fósforo e sódio nesta solução foi determinado através de análise de plasma acoplado indutivamente. Xynos et al. relatam um teor de 0,19 ppm +/- 0,01 Si no DMEM controlo e 16,58 ppm +/- 1,78 no DMEM condicionado por Bioglass 45S5. O documento PCT/GB2009/002954 descreve uma hidroxiapatita de fosfato de cálcio substituída com silicato mais solúvel, com uma proporção Ca/P no intervalo de 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/(P + Si) inferior a 1,66. Estas hidroxiapatitas substituídas por silício exibem um elevado nível de solubilidade em comparação com as cerâmicas de hidroxiapatita ou cerâmicas de hidroxiapatita substituídas por silício previamente relatadas, e libertam elevados níveis de silício em imersão em solução. Por exemplo, cerca de 10-100 vezes mais silício é libertado a partir das hidroxiapatitas substituídas por silicato descritas no documento PCT/GB2009/002954, em comparação com hidroxiapatitas substituídas por silício previamente relatadas. O documento W02010/029150 descreve um hidrogel compósito compreendendo uma matriz de colagénio, que é mineralizada com silicato e uma fase de fosfato de cálcio. O compósito pode ser utilizado como um material de substituição óssea.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

Para esclarecimento, a incorporação de silício num material é conhecida para aqueles peritos na especialidade como substituição por silício ou silicato. Estes termos são utilizados indistintamente. De forma semelhante, "contendo silício", "contendo silicato" "substituído por silício" e "substituído por silicato" são utilizados indistintamente. Onde o termo "ião de silício" é utilizado, isto significa o ião silicato, incluindo o anião de "ácido silícico", isto é, Si044~, bem como iões silicato que podem existir em solução tais como formas diméricas, triméricas ou oligoméricas do anião de ácido silícico.

Num aspeto, a presente invenção proporciona um sistema de enxerto ósseo que compreende um componente sólido inorgânico, que é um material de enxerto ósseo; e um hidrogel, em que o hidrogel contém mais do que ou igual a 2 ppm e menos do que ou igual a 2000 ppm de iões de silício dissolvidos entre o componente aquoso do hidrogel, calculado como partes em peso de Si por milhão do componente aquoso do hidrogel.

No presente documento, "partes por milhão" (ppm) de iões no hidrogel refere-se a partes por milhão com relação ao componente aquoso do hidrogel. Para a maioria dos hidrogéis, o componente aquoso consiste em 90 a 99% em peso do hidrogel. A concentração de iões de silício ou silicato, é calculada como partes em peso de Si por milhão do componente aquoso do hidrogel. Ao expressar a quantidade de iões de silício desta forma, o silício que pode estar presente sob outra forma na composição, por exemplo, no material de enxerto ósseo, é ignorado.

No cálculo, apenas o peso do próprio silício é utilizado. Isto é, se um ião Si044~ está presente, o peso de um átomo de Si é utilizado em vez de um átomo de Si mais 4 átomos de O. O sistema de enxerto ósseo da presente invenção proporciona propriedades de cicatrização óssea vantajosas através da distribuição de iões efetivos de duas maneiras: através da libertação de iões de silício a partir do hidrogel e através do componente sólido inorgânico estimulando o comportamento celular (por exemplo através da química e/ou morfologia dos grânulos) . As células são assim estimuladas a produzir osso novo, naquilo que pode ser descrito como um processo de reparação óssea "multi-etapas". A importância de incluir iões de silício no hidrogel (que atua como um portador) consiste em que a atividade estimulante do silício na formação óssea pode ser obtida diretamente a partir do hidrogel, em vez de ter que contar com os biomateriais de CaP contendo silício anteriores pouco solúveis. Esta atividade estimuladora é apenas alcançada quando quantidades significantes, não residuais de iões de silício estão presentes no hidrogel. Níveis de iões de silício de >2 ppm no hidrogel foram encontradas como sendo eficazes. Níveis de >3 ppm são preferidos. Particularmente preferidos são níveis de >5 ppm.

Os níveis de iões de silício na água (fase líquida) do hidrogel são maiores do que ou iguais a 2 ppm ou menores do que ou iguais a 2000 ppm, preferivelmente maiores do que ou iguais a 5 ppm e menores do que ou iguais a 1000 ppm. O hidrogel do sistema de enxerto ósseo da presente invenção dissolve-se no organismo tipicamente em cerca de 3 a 30 dias. O nível de iões de silício libertados localmente na zona de implantação depende desta taxa de degradação e também da natureza do local de implantação, em termos de taxa de difusão de fluidos nesse local. A libertação diária de iões de silício a partir do gel é causada pela dissolução do gel e varia de acordo com a taxa de dissolução e a quantidade de iões de silício contidos no gel. Por exemplo, um gel que contém 5 ppm de iões de silício e demora 10 dias para se dissolver pode ser considerado como fornecendo uma libertação diária de silício de 0,5 ppm. A libertação diária típica de iões de silício a partir do gel pode estar compreendida entre cerca de 0,5 e 200 ppm, preferivelmente entre cerca de 2 e 100 ppm.

Na presente invenção, a razão (% em volume) do componente sólido inorgânico, o qual é um material de enxerto ósseo, para o hidrogel pode estar em qualquer lugar entre 99:1 e 1:99. Em formas de realização preferidas, a razão está entre 95:5 e 20:80. Mais preferivelmente, está entre 90:10 e 50:50. Preferivelmente, o sistema de enxerto de osso da presente invenção é, em volume, maior do que ou igual a 50% do componente sólido inorgânico.

Em algumas formas de realização da presente invenção, a razão está entre 50:50 e 80:20. Em algumas formas de realização, a razão está entre 70:30 e 80:20. À medida que o portador de polímero (hidrogel) do sistema de distribuição de enxerto ósseo se dissolve, os iões de silício nele contidos são libertados e podem estimular a regeneração do osso no local cirúrgico As composições anteriores têm incluído um portador puramente como uma melhoria de manipulação. Esses portadores foram escolhidos pela sua incapacidade de interagir com o corpo, e pela sua rápida dissolução ou capacidade de reabsorção.

Os presentes inventores descobriram que os iões de silício, numa concentração apropriada tem um papel estimulador na proliferação, diferenciação, expressão proteica e na expressão génica das células ósseas (osteoblastos) in vitro. Por exemplo, as células osteoblásticas humanas primárias foram cultivadas em cultura num meio de cultura celular contendo FBS a 10% e várias concentrações de iões de silício (medidos em ppm, e adicionadas ao meio utilizando uma solução de silicato de sódio) de 0, 0,56, 7,0, 14,0 , e 28,0 ppm. As células foram cultivadas durante 7 ou 14 dias, e a quantidade total de ADN nos lisados celulares foi quantificada utilizando um ensaio comercial.

As Figuras 1 e 2 mostram as alterações no ADN total aos 7 e aos 14 dias de cultura, respect ivamente, para estas concentrações de iões de silício diferentes. Níveis de 7-28 ppm de iões de silício resultaram em grandes aumentos do ADN comparado com o controlo (0 ppm de iões de silício) em ambos os pontos de tempo, e este resultado foi indicativo de um papel positivo destas concentrações de iões de silício sobre o número de células presentes, isto é, sobre o crescimento celular. Isto tem implicações na reparação óssea, uma vez que um aumento no número de células pode estar associado com uma maior quantidade de nova matriz óssea produzida por estas células.

Os sistemas de enxerto ósseo e géis descritos no presente documento podem ser esterilizados utilizando métodos padrão da indústria, como a irradiação gama.

Componente sólido inorgânico 0 componente sólido inorgânico do sistema de distribuição do enxerto ósseo da presente invenção é geralmente incluído sob a forma de grânulos ou pó.

Por exemplo, o componente sólido inorgânico pode ser incluído sob a forma de grânulos com um diâmetro entre 0,001 e 10 mm, mais preferivelmente entre 0,5 e 5 mm, e mais preferivelmente entre 1 e 2 mm. Este diâmetro proporciona maior área de superfície do componente sólido inorgânico, aumentando as capacidades de cicatrização óssea. O componente sólido inorgânico está, em algumas formas de realização, presente como partículas distribuídas através da matriz do hidrogel. As partículas são mantidas pela matriz de polímeros do hidrogel. O componente sólido inorgânico pode ser sintético ou não sintético, tal como aloenxerto ou DBM (Matriz Óssea Desmineralizada). Pode, evidentemente, haver mais do que um material de enxerto ósseo presente, cada um seleccionado independentemente.

Por exemplo, o sistema de enxerto ósseo da presente invenção pode incluir dois componentes sólidos inorgânicos, sendo um sintético e o outro não sintético.

Componentes sólidos inorgânicos adequados incluem fosfato de cálcio bifásico (BCP), carbonato de cálcio, hidroxiapatita, hidroxiapatita substituída por ião, fosfato tricálcico, sulfato de cálcio, silicato de cálcio, fosfato octacálcico, fosfato de cálcio amorfo, brushita, monetita, fosfato tetracálcico, pirofosfato de cálcio, biovidro, vidro de silicato de cálcio, vidro à base de silicato de cálcio, vidro de fosfato de cálcio, vidro à base de fosfato de cálcio, vitrocerâmicas à base de silicato de cálcio, vitrocerâmicas à base de fosfato de cálcio, vidros bioativos, vitrocerâmicas bioativas, vidros biocompatíveis, vitrocerâmicas biocompatíveis, alumina e zircónio.

Um fosfato de cálcio bifásico de exemplo inclui hidroxiapatita (Ca40 (P04) 6 (OH) 2) e p-fosfato tricálcico (Ca3(P04)2) · A razão de inclusão destes componentes pode variar. Por exemplo, o fosfato de cálcio bifásico pode ser de 50% de hidroxiapatita e 50% de fosfato tricálcico. Outras razões podem ser utilizadas no seu lugar.

Exemplos adequados de vidros ou vitrocerâmicas contendo silício incluem, mas não estão limitados a, composições baseadas nos sistemas de X0-Y20-Si02 ou X0-Y20-Si02-P205, onde X é tipicamente Ca (cálcio) e/ou Mg (magnésio) e/ou de Sr (estrôncio) e Y é tipicamente Na (sódio) e/ou K (potássio). Nestas composições, cada X pode ser independentemente seleccionado a partir do grupo que consiste em Ca, Mg e Sr. Cada Y pode ser independentemente seleccionado a partir do grupo que consiste em Na e K.

Composições à base de silicato de cálcio adequadas incluem fases cristalinas de silicato de cálcio, tais como CaSi03 (wollastonita), ou composições de vidro de silicato de cálcio amorfo no sistema Ca0-Si02.

Componentes sólidos inorgânicos preferidos incluem hidroxiapatita e hidroxiapatitas contendo silício.

Uma hidroxiapat ita de exemplo é a Ca40 (P04) 5 (OH) 2. Uma hidroxiapatita contendo silício de exemplo é Ca9,85 (P04) 4 (Si04) 2) OH) y, em que y representa uma quantidade de iões OH- presentes e está geralmente entre 0 e 1. y é preferivelmente 0, mas as condições de reacção podem causar uma quantidade variável de iões OIT de estar presente (onde algum SÍ2C>76~ é formado em vez de SiCg4-) .

Um material particularmente preferido para utilização como o componente sólido inorgânico dos presentes sistemas de enxerto ósseo é uma hidroxiapatita contendo silício tendo uma razão de Ca/P no intervalo de 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/ (P + Si) inferior a 1,66. Os materiais deste tipo são descritos no documento PCT/GB2009/002954. Estes materiais são de solubilidade melhorada em relação a outros materiais de hidroxiapatita conhecidos.

Encontrou-se que as hidroxiapatitas contendo silício deste tipo embebidas num meio de cultura celular (0,5 g/50 ml) libertam 17 ppm de iões de silício após 1 hora de imersão.

Preferivelmente, o conteúdo de átomos de silício de tal componente sólido está no intervalo de 2,9 a 6% em peso. Numa forma de realização, tal componente sólido é representado pela fórmula (I) :

Ca10-Õ (PO4) 6-x (SÍO4) X (OH) 2-x (I) em que 1,1 < x < 2,0, e δ representa uma deficiência de Ca de tal forma que a razão molar de Ca/ (P + Si) tem um valor inferior a 1, 667 .

Preferivelmente, 1,2 < x < 2,0, mais preferivelmente 1,4 < x < 2,0 e ainda mais preferivelmente 1, 6 ú χ < 2,0 . Geralmente, é desejável que tal componente sólido contenha iões hidroxilo.

Um exemplo do tal material é Ca9,85 (PO4) 4 (S1O4) 2 (OH) y, mencionado acima.

Verificou-se que hidroxiapatitas contendo silício deste tipo exibem um elevado nível de solubilidade em comparação com as cerâmicas de hidroxiapatita ou cerâmicas de hidroxiapatita substituída por silício previamente relatadas e libertam elevados níveis de silício em imersão em solução.

Um conteúdo mais elevado de átomos de silício de uma hidroxiapatita contendo silício é desejável para libertar uma maior quantidade de iões de silício, quando o componente está presente no hidrogel. Em algumas formas de realização, o teor em átomos de silício é preferivelmente pelo menos 2,9% em peso, mais preferivelmente pelo menos 3,5% em peso, e mais preferivelmente pelo menos 5% em peso. Nas hidroxiapatitas substituídas por silício do tipo descrito no documento PCT/ GB2009/002954, estes valores são equivalentes a um teor de silicato (Si04) de pelo menos 9,5% em peso, pelo menos 11,5% em peso e pelo menos 16% em peso, respectivamente. 0 teor de átomos de silício está preferivelmente no intervalo de 3,5 a 6% em peso (11,5 a 20% de silicato), e mais preferivelmente no intervalo de 5 a 6% em peso (16 a 20% em peso de silicato) .

Nas hidroxiapatitas substituídas por silício do tipo descrito no documento PCT/GB2009/002954, a razão molar de cálcio para iões contendo fósforo (razão Ca/P) é maior do que a observada na hidroxiapatita estequiométrica (que é de 10:6, ou 1: 0, 6, ou uma razão Ca/P de 1, 67) ou em materiais da técnica anterior que incorporam silicato nos fosfatos de cálcio. Numa forma de realização em que o componente sólido do presente sistema de enxerto ósseo é uma hidroxiapatita substituída por silício do tipo descrito no documento PCT/GB2009/002954, a razão molar Ca/P da hidroxiapatita é pelo menos 2,05. Preferivelmente, a razão molar de Ca/P é de pelo menos 2,1, preferivelmente pelo menos 2,2 e ainda mais preferivelmente pelo menos 2,3. A razão molar Ca/P máxima é de 2,55, preferivelmente de 2,5. Consequentemente, a razão molar Ca/P pode estar no intervalo de 2,05 até 2,55, preferivelmente 2,1 até 2,55, mais preferivelmente 2,2 até 2,5, ou ainda mais preferivelmente 2,3 a 2,5.

Nas hidroxiapatitas substituídas por silício do tipo descrito no documento PCT/ GB2009/002954, a razão molar de Ca/ (P + Si) é menor do que 1,66, preferivelmente não mais do que 1, 65, o que é significativamente menor do que a razão molar Ca/ (P + Si) de 1, 667 de outras composições de hidroxiapatita contendo silício. Preferivelmente, a razão molar Ca/ (P + Si) está no intervalo de 1,50 até 1,65, mais preferivelmente no intervalo de 1,60 até 1,65, ainda mais preferivelmente no intervalo de 1,60 até 1,64.

Hidrogel

Na presente invenção, um hidrogel é utilizado como um portador. Ele pode ser de qualquer tipo adequado, por exemplo, compreendendo um polímero natural, tal como colagénio ou gelatina, ou um polímero sintético biologicamente compatível, tal como carboximetilcelulose.

Hidrogéis preferidos incluem aqueles com um componente de polímero que é carboximetilcelulose, colagénio, gelatina, glicerol, hidroxipropilmetilcelulose, ou olefina sintética ou polímeros de óxido de olefina. Um exemplo é um copolímero em bloco de óxido de et ileno/óxido de propileno (tal como Pluronic® F 127 ou F 68, BASF SE).

Componentes de carboximetilcelulose típicas são de viscosidade média ou elevada. Uma solução de gel de exemplo compreende 5% em peso de carboximetilcelulose.

Algumas soluções de gel adequadas compreendem 5 a 40%, em peso, preferivelmente 20 a 30%, em peso, de um copolímero em bloco de óxido de etileno/óxido de propileno tal como Pluronic® F 127 ou F 68, BASF SE. Outros polímeros, com diferentes comprimentos de cadeia, podem também ser utilizados.

Os hidrogéis podem também conter combinações de tais componentes. Por exemplo, o hidrogel pode conter tanto carboximetilcelulose como glicerol. Verificou-se que a adição de glicerol melhora as caracteristicas de manipulação de um hidrogel de CMC na presente invenção.

Uma solução de gel de exemplo contém 5% em peso de carboximetilcelulose e 10% em peso de glicerol. A formação de gel pode ser conseguida através de métodos conhecidos. Por exemplo, uma solução de gel contendo carboximet ilcelulose pode ser aquecida até cerca de 50 °C para dissolver a carboximetilcelulose, em seguida, arrefecida até à temperatura ambiente para ser submetida a gelificação. Uma solução de gel contendo colagénio pode ser maturada a cerca de 40 °C (por exemplo, 37 °C) durante a noite até que ocorra a gelificação. Uma solução de gel contendo um copolímero Pluronic® pode ser agitada a cerca de 5 °C (por exemplo, 4 °C) durante a noite para dissolver o Pluronic® e, em seguida, aquecida até cerca de 40 °C (por exemplo, 37 °C) durante a noite para permitir que ocorra a gelificação. Alternativamente, uma solução de gel contendo o Pluronic® pode ser formada a cerca de 70 °C até 80 0 C, e depois arrefecida a 20 °C até 40 °C para ser submetida a gelificação.

Os iões de silício são mantidos dentro do componente aquoso do hidrogel (isto é, a fase liquida do gel) , de tal forma que na dissolução, degradação ou reabsorção do gel in vivo os iões de silício são libertados. Depois, eles podem atuar para auxiliar a reparação óssea, cicatrização, etc.

Este mecanismo de "libertação aquando da degradação" da distribuição de iões a partir do hidrogel é aplicável a outros iões que possam também estar presentes no hidrogel. Tais aditivos adicionais opcionais são discutidos em maior detalhe abaixo. 0 hidrogel pode ser formado em separado, e os iões de silício misturados mais tarde com ele para formar o gel contendo silício descrito acima. Um material de enxerto ósseo sintético pode ser utilizado que, quando misturado com uma fase de polímero aquoso (hidrogel), liberta um nível adequado de iões de silício para a fase de polímero aquoso (hidrogel).

Alternativamente, uma fonte de iões de silício, que pode ser também um material de enxerto ósseo contendo silício tal como aqueles descritos no presente documento (capaz de libertar níveis apropriados de iões de silício in vitro), pode ser imersa numa solução aquosa para libertar os iões de silício. Depois, esta solução aquosa contendo silício pode ser utilizada para criar o hidrogel.

Componentes iónicos do hidrogel

Nos sistemas de enxerto ósseo da presente invenção, o hidrogel inclui iões de silício. Os iões de silício podem ser incorporados através de qualquer método adequado, tal como misturando um hidrogel com um enxerto ósseo sintético contendo silício capaz de libertar iões de silício para o hidrogel, dissolvendo uma fonte de iões de silício numa solução aquosa e depois utilizando essa solução aquosa para criar o hidrogel, ou embeber um material de enxerto ósseo contendo silício, capaz de libertar iões de silício in vitro numa solução aquosa e depois utilizando essa solução aquosa para criar o hidrogel.

Os iões de silício podem ser incorporados por meio de qualquer fonte de silício iónico adequada. Vários métodos de incorporação dos iões de silício a partir da fonte de iões de silício no hidrogel são discutidos no presente documento.

Uma maneira de incorporar os iões de silício num portador de gel é por libertação directa dos iões a partir de uma fonte de iões de silício, quer directamente para o hidrogel ou para uma solução aquosa a qual é então utilizada para criar o hidrogel. Por exemplo, um silicato de sódio ou silicato de cálcio pode ser utilizado como a fonte de iões de silício.

Sempre que um silicato é utilizado, várias formas são adequadas, tais como (no caso dos silicatos de sódio) Na4Si04, Na2Si03, Na2Si205, Na2Si307, formas hidratadas destes silicatos de sódio, composições amorfas de silicato de sódio e assim por diante.

Um silicato preferido para utilização como uma fonte de iões de silício é Na2Si03.

Onde Na2Si03 é utilizado, uma concentração final compreendida entre 5 e 2000 ppm em água pode ser obtida através da dissolução de entre 0,0011 e 0,436 g de Na2Si03 em 50 ml de água. Isto é mostrado no Exemplo 7 (Quadro 1) abaixo.

Um silicato de sódio tal como Na2Si03 pode ser dissolvido em água para formar uma solução contendo iões de silício, a qual é então utilizada para criar um hidrogel.

Outro exemplo é a utilização de vidros ou de vitrocerâmicas contendo silício, ou composições à base de silicato de cálcio como fonte de iões de silício.

Composições à base de silicato de cálcio adequadas incluem fases cristalinas de silicato de cálcio, tais como CaSiCp (wollastonita), ou composições de vidro de silicato de cálcio amorfo no sistema CaO-SiC>2.

Um material preferível para utilização como a fonte de iões de silício é uma hidroxiapatita contendo silício tendo uma razão de Ca/P no intervalo de 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/ (P + Si) inferior a 1,66. Os materiais deste tipo são descritos no documento PCT/GB2009/002954. Estes materiais são de solubilidade melhorada em relação a outros materiais de hidroxiapatita conhecidos.

Estes materiais e as suas características preferidas, são conforme descritos acima no que diz respeito à sua inclusão como o componente sólido dos presentes sistemas de enxerto ósseo.

Tais materiais podem ser embebidos em água, libertando iões de silício para a água. A solução contendo iões de silício assim produzida pode então ser utilizada para criar um hidrogel.

Em algumas formas de realização, iões adicionais podem ser incorporados no hidrogel, particularmente iões de cálcio e/ou fosfato. Isto é, o hidrogel pode incluir iões de silício e cálcio, iões de silício e de fosfato, ou iões de silício, cálcio e fosfato.

Ambos os iões de cálcio e fosfato são conhecidos por promoverem a regeneração óssea. É bem conhecido para o perito na especialidade que os iões de fosfato existem em muitas formas, não estando limitados a P043~. Qualquer forma de ião de fosfato pode ser incluído no hidrogel da presente invenção.

Adicionalmente, o hidrogel pode incluir outros componentes. 0 hidrogel pode incluir iões, que melhoram a resposta de cicatrização óssea, e/ou que exibem um efeito antibacteriano, por exemplo, iões de estrôncio, magnésio, potássio, cobre, cobalto, níquel, zinco, selénio, prata ou flúor.

Adicionalmente, o hidrogel pode incluir biomoléculas activas, tais como proteínas de factores de crescimento (tais como proteínas ósseas morfogénicas) , antibióticos (tais como gentamicina), ou outros fármacos, citoquinas ou anticorpos. Métodos

Outro aspeto da presente invenção é um método de fabrico de um sistema de enxerto ósseo, que compreende a etapa de misturar uma fonte de iões de silício com um hidrogel.

Este método inclui a etapa adicional de misturar um componente sólido inorgânico, que é um material de enxerto ósseo, com o hidrogel. A fonte de iões de silício é selecionada de tal forma que um nível apropriado de iões de silício (conforme explicado acima) é libertado a partir dela para o hidrogel. Por exemplo, um fosfato de cálcio substituído por silício que seja capaz de libertar >2 ppm (preferivelmente >3 ppm, mais preferivelmente >5 ppm) de iões de silício in vitro pode ser utilizado. Alternativamente, vidros ou vitrocerâmicas contendo silício, ou composições baseadas em silicato de cálcio, pode ser utilizados como a fonte de iões de silício neste método. Fontes de iões de silício adequadas são discutidas em maior detalhe acima.

Se a fonte de iões de silício não é em si um material de enxerto ósseo então, um componente sólido inorgânico, o qual é um material de enxerto ósseo, é também incluído no gel contendo silício para formar um sistema de enxerto de osso de acordo com a presente invenção.

Noutras formas de realização, a fonte de iões de silício é em si um material de enxerto ósseo, e continua a agir como tal, após ter libertado os iões silício para o hidrogel. A mistura pode ser utilizada como um sistema de enxerto ósseo, conforme descrito no presente documento, sem alterações adicionais. Alternativamente, outro componente inorgânico sólido (material de enxerto ósseo) pode ser adicionado à mistura.

Assim, um componente sólido inorgânico, que é o mesmo ou diferente da fonte de iões de silício, e que é um material de enxerto ósseo, pode ser adicionado à mistura resultante para formar um sistema de enxerto ósseo de acordo com a presente invenção.

Outro aspecto da presente invenção é um método de fabrico de um sistema de enxerto ósseo, compreendendo as etapas de (a) embeber ou dissolver uma fonte de iões de silício adequada numa solução aquosa para formar uma solução compreendendo >2 ppm de iões de silício; (b) misturar a solução aquosa resultante com um polímero para formar uma solução de gel; (c) permitir que ocorra a gelificação da solução de gel para formar um hidrogel; e (d) misturar um componente sólido inorgânico com o hidrogel resultante para criar o sistema de enxerto ósseo.

Como um aspecto adicional da presente invenção, é proporcionado um método para fazer um sistema de enxerto ósseo, compreendendo os passos de (a) embeber ou dissolver uma fonte de iões de silício adequada numa solução aquosa para formar uma solução compreendendo >2 ppm e <2000 ppm de iões de silício; (b) misturar a solução aquosa resultante com um polímero para formar uma solução de gel; (c) misturar um componente sólido inorgânico com a solução de gel; e (d) permitir que ocorra a gelificação da solução de gel para formar o sistema de enxerto ósseo.

Isto é, a gelificação da solução de gel (mistura aquosa contendo iões de silício e polímero) pode ocorrer antes do componente sólido inorgânico ser adicionado, ou pode ocorrer após a adição deste componente. Como a gelificação ocorre apenas sob certas condições, o tempo de gelificação pode ser controlado para permitir esta variação.

Em algumas formas de realização, a fonte de iões de silício utilizada na etapa (a) é um material de enxerto ósseo contendo silício.

Preferivelmente, a fonte de iões de silício é capaz de libertar >2 ppm, preferivelmente >3 ppm, mais preferivelmente >5 ppm, de iões de silício in vitro. Os níveis de iões de silício no polímero final devem ser de >2 ppm, preferivelmente >3 ppm, mais preferivelmente >5 ppm. 0 componente sólido inorgânico misturado com o hidrogel pode ser o mesmo ou semelhante à fonte de iões de silício embebida na solução aquosa original, ou pode ser um componente sólido inorgânico diferente. Prevê-se que uma vasta gama de combinações de componentes sólidos inorgânicos/hidrogel possam ser utilizados neste método.

Em algumas formas de realização, a fonte de iões de silício é um silicato de sódio. Fontes de iões de silício adequadas são discutidas em maior detalhe acima. Em algumas formas de realização, a fonte de iões de silício é Na2SiC>3.

Numa forma de realização preferida, a fonte de iões de silício é uma hidroxiapatita contendo silício tendo uma razão de Ca/P no intervalo de 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/ (P + Si) inferior a 1,66. Os materiais deste tipo são descritos no documento PCT/GB2009/002954.

Foi demonstrado que embeber uma tal hidroxiapatita contendo silício num meio de cultura celular (0,5 g/50 ml) liberta 17 ppm de iões de silício após 1 hora de imersão. Embeber uma quantidade apropriada de tal material em água durante um período de tempo apropriado levará a uma solução contendo uma concentração desejada de iões de silício devido à libertação a partir do material. Esta água contendo iões de silício pode então ser utilizada para criar a solução de gel através da adição do polímero desejado (por exemplo, carboximetilcelulose) . O componente sólido inorgânico (material de enxerto ósseo sintético), sob a forma de, por exemplo, grânulos ou pó, pode então ser misturado tanto com a solução de gel (se adicionado antes da gelificação) ou com o gel resultante (se adicionado depois da gelificação).

Em algumas formas de realização da presente invenção, a fonte de iões de silício é selecionada a partir de Na2Si03 e hidroxiapatita de fosfato de cálcio substituída por silicato tendo uma razão Ca/P no intervalo entre 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/ (P + Si) menor do que 1,66 do tipo descrito no documento PCT/GB2009/002954. O componente sólido inorgânico pode ser independentemente selecionado a partir de hidroxiapatita e hidroxiapatita de fosfato de cálcio substituída por silicato tendo uma razão Ca/P no intervalo entre 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/ (P + Si) menor do que 1,66 do tipo descrito no documento PCT/GB2009/002954.

Pré-pack

Outro aspeto da presente invenção proporciona um pré-pack de enxerto ósseo compreendendo (i) um componente sólido inorgânico, que é um material de enxerto ósseo; (ii) um hidrogel desidratado; e (iii) uma solução aquosa que contém >2 ppm e <2000 ppm de iões de silício. 0 componente sólido inorgânico (por exemplo, um enxerto ósseo sintético), o hidrogel desidratado (por exemplo, hidrogel contendo carboximetilcelulose liofilizada/seca por congelamento) e a mistura da solução aquosa para formar um sistema de distribuição de enxerto ósseo, que compreende o componente sólido inorgânico e um hidrogel contendo iões de silício nos níveis desejados. Conforme descrito acima, estes iões são depois libertados durante a degradação do hidrogel in vivo.

Neste método, a liofilização/secagem por congelamento é realizada num hidrogel que não contém iões de silício. Um tal hidrogel pode ou não conter o componente sólido inorgânico. 0 componente seco inclui então o componente sólido inorgânico e o polímero (por exemplo, carboximetilcelulose) do hidrogel, aderido às partículas (por exemplo, grânulos) do componente sólido inorgânico se estiver presente no hidrogel. Este componente seco por congelamento pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Ele pode então ser reidratado utilizando um volume apropriado de uma solução aquosa tal como água estéril, solução salina estéril ou aspirado de medula óssea que contém iões de silício, por exemplo uma solução contendo 100 ppm de iões de silício conforme descrito no Exemplo 7.

Alternativamente, a liofilização/secagem por congelamento é realizada num sistema de enxerto ósseo contendo silício, conforme descrito acima, deixando o componente de polímero (por exemplo, carboximetilcelulose) do hidrogel e os iões de silício aderidos às partículas (por exemplo, grânulos) do componente sólido inorgânico. Isto é, o componente seco inclui o componente sólido inorgânico, o polímero do hidrogel e os iões de silício do hidrogel. Este componente seco por congelamento pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Ele pode então ser reidratado utilizando um volume apropriado de uma solução aquosa tal como água estéril, solução salina estéril ou aspirado de medula óssea.

Consequentemente, um aspecto adicional da presente invenção, proporciona portanto, um pré-pacÃ: de enxerto ósseo que compreende (i) um componente sólido inorgânico, o qual é um material de enxerto ósseo; (ii) um hidrogel desidratado que contém uma quantidade de iões de silício; e (iii) uma solução aquosa; em que a quantidade de iões silício no hidrogel desidratado é tal que após a mistura com a solução aquosa é formado um hidrogel que contém >2 ppm e <2000 ppm de iões de silício, calculado como partes em peso de Si por milhão do componente aquoso do hidrogel .

Um tal pré-pack permite que o sistema de enxerto ósseo desejado seja gerado no momento e local adequados para o utilizador, através da mistura destes componentes.

Todas as características, incluindo características opcionais e preferidas, do sistema de enxerto ósseo da invenção descritas acima, são também aplicáveis como apropriadas no pré-pacf: de enxerto ósseo da invenção.

Um aspeto adicional da presente invenção proporciona, portanto, um método para fazer um sistema de enxerto ósseo a partir de um pré-pacf: de enxerto ósseo conforme descrito acima, que compreende a etapa de misturar os componentes (i), (ii) e (iii) .

Em cada um dos métodos descritos acima, apenas a incorporação dos iões de silício foi explicitamente discutida.

Contudo, conforme descrito no presente documento, o hidrogel pode incluir outros componentes, por exemplo iões de fosfato de cálcio. Estes podem ser incorporados no sistema de enxerto ósseo utilizando métodos semelhante aqueles descritos acima, tais como embeber um componente libertador de cálcio numa solução aquosa, ou através de mistura.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1: Gráfico mostrando o efeito de suplementar um meio de cultura celular, contendo FBS a 10% e várias concentrações de iões de silício, com 0, 0,56, 7, 14 e 28 ppm de iões de silício na quantidade de ADN (ng) presente nos lisados celulares 7 dias após a cultura.

Figura 2: Gráfico mostrando o efeito de suplementar um meio de cultura celular, contendo FBS a 10% e várias concentrações de iões de silício, com 0, 0,56, 7, 14 e 28 ppm de iões de silício na quantidade de ADN (ng) presente nos lisados celulares 14 dias após a cultura.

FORMAS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO E DADOS EXPERIMENTAIS A presente invenção é agora ilustrada com referência aos seguintes exemplos não limitantes e figuras anexas. EXEMPLO 1

Gel de hidroxiapatita-carboximetilcelulose contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. À solução resultante, 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita (Caio (P04) 6 (OH) 2) porosos (75% de porosidade total) e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita e hidrogel de CMC. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita-carboximetilcelulose contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 2

Gel de hidroxiapatita-carboximetilcelulose contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 25ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 2000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A 25 ml de ácido acético a 0,5 M, colagénio bovino tipo 1 solúvel em ácido (1 g, 4% em peso) foi adicionado e dissolvido. Esta solução foi misturada com os 25 ml da solução de iões de silício para produzir uma solução de colagénio a 2% em peso contendo 1000 ppm de iões de silício. O pH da mistura foi ajustado para pH de aproximadamente 7,4 utilizando NaOH a 1 M. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml de grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita (Caio (PO4) 6 (OH) 2) porosos (75% de porosidade total) para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita e solução de hidrogel de colagénio, e isto foi maturado a 37 °C durante a noite até que ocorreu a gelificação. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita-colagénio contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 3

Gel de hidroxiapatita-Pluronic® contendo iões de silício

Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. Esta solução foi arrefecida até 4 °C e Pluronic® F-127 (10 g, 20% em peso) foi adicionado. A solução foi agitada durante a noite a 4 °C para dissolução do polímero Pluronic®. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml de grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapat ita (Caio (P04) 6 (OH) 2) porosos (75% de porosidade total) para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita e solução de hidrogel de Pluronic®, e esta mistura foi aquecida até 37 °C durante a noite para permitir que ocorresse a gelificação. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita-Pluronic® contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 4

Gel de fosfato de cálcio bifásico-carboximetilcelulose contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. À solução resultante, 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de fosfato de cálcio bifásico (50% de hidroxiapatita (Ca4o (P04) 6 (OH) 2) ; 50% de p-fosfato tricálcico (Ca3(P04)2)) porosos (75% de porosidade total) e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de fosfato de cálcio bifásico e hidrogel de CMC. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de fosfato de cálcio bifásico-CMC contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 5

Gel de fosfato de cálcio bifásico-colagénio contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 25ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 2000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A 25 ml de ácido acético a 0,5 M, colagénio bovino tipo 1 solúvel em ácido (1 g, 4% em peso) foi adicionado e dissolvido. Esta solução foi misturada com os 25 ml da solução de iões de silício para produzir uma solução de colagénio a 2% em peso contendo 1000 ppm de iões de silício. O pH da mistura foi ajustado para pH de aproximadamente 7,4 utilizando NaOH a 1 M. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml de grânulos (1-2 mm de diâmetro) de fosfato de cálcio bifásico (50% de hidroxiapatita (Caio (P04) 6 (OH) 2) ; 50% de p-fosfato tricálcico (Ca3(P04)2)) porosos (75% de porosidade total) para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de fosfato de cálcio bifásico e solução de hidrogel de colagénio, e isto foi maturado a 37 °C durante a noite até que ocorreu a gelificação. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de fosfato de cálcio bifásico-colagénio contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 6

Gel de fosfato de cálcio bifásico-Pluronic® contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. Esta solução foi arrefecida até 4 °C e Pluronic® F-127 (10 g, 20% em peso) foi adicionado. A solução foi agitada durante a noite a 4 °C para dissolução do polímero Pluronic®. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml de grânulos (1-2 mm de diâmetro) de fosfato de cálcio bifásico (50% de hidroxiapatita (Ca40 (P04) 6 (OH) 2) ; 50% de p-fosfato tricálcico (Ca3(P04)2)) porosos (75% de porosidade total) para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de fosfato de cálcio bifásico e solução de hidrogel de Pluronic®, e esta mistura foi aquecida a 37 °C durante a noite para permitir que ocorresse a gelificação. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de fosfato de cálcio bifásico-Pluronic® contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 7

Gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-CMC contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . 0 pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A esta solução, 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (P04) 4 (Si04) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo iões de silício e hidrogel de CMC. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-CMC contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 8

Gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-colagénio contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 25ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 2000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A 25 ml de ácido acético a 0,5 M, colagénio bovino tipo 1 solúvel em ácido (1 g, 4% em peso) foi adicionado e dissolvido. Esta solução foi misturada com os 25 ml da solução de iões de silício para produzir uma solução de colagénio a 2% em peso contendo 1000 ppm de iões de silício. O pH da mistura foi ajustado para pH de aproximadamente 7,4 utilizando NaOH a 1 M. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml de grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (P04) 4 (Si04) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo iões de silício e solução de hidrogel de colagénio, e isto foi maturado a 37 °C durante a noite até que ocorreu a gelificação. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-colagénio contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 9

Gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-Pluronic® contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. Esta solução foi arrefecida até 4 °C e Pluronic® F-127 (10 g, 20% em peso) foi adicionado. A solução foi agitada durante a noite a 4 °C para dissolução do polímero Pluronic®. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml de grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (PO4) 4 (Si04) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo iões de silício e solução de hidrogel de Pluronic®, e esta mistura foi aquecida a 37 °C durante a noite para permitir que ocorresse a gelificação. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-Pluronic® contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 10

Gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-CMC-glicerol contendo iões de silício Pó de silicato de sódio (Na2Si03) cristalino (0,218 g, que correspondem a 0,05 g de silício) foi dissolvido em 50 ml de água desionizada (resultando numa solução contendo 1000 ppm de iões de silício) . O pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A esta solução, 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) e 5 g de glicerol foram adicionados e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (PO4) 4 (S1O4) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo iões de silício e hidrogel de CMC-glicerol. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-CMC-glicerol contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 11 Géis de enxertos ósseos contendo várias concentrações de iões de silício

Como exemplo adicional, uma gama de soluções contendo silício foram preparadas para fazer soluções de gel conforme descrito em qualquer um dos exemplos 1-10. Quantidades de pó de silicato de sódio cristalino (Na2Si03), conforme descrito no Quadro 1, foram utilizadas para produzir uma gama de concentrações de soluções contendo silício. Cada quantidade no Quadro 1 foi adicionada a 50 ml de água desionizada para produzir soluções com concentrações finais de 5, 10, 50, 100, 250, 500, 1000 e 2000 ppm de iões de silício. Para cada solução o pH foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. Estas soluções foram então utilizadas para fazer os sistemas de portadores de polímero orgânico substitutos de enxerto ósseo sintético, conforme descrito nos Exemplos 1-9.

Quadro 1

Quantidade Concentração final de

Quantidade equivalente de pó de iões de silicio em 50 ml de Si

Na2Si03 de água (g) (g) (ppm) 0,0011 0,00025 5 0,0022 0,0005 10 0,011 0,0025 50 0,022 0,005 100 0,0545 0,0125 250 0,109 0,025 500 0,218 0,05 1000 0,436 0,10 2000 0 quadro 1 mostra as quantidades de pó de Na2Si03 (g) a serem adicionadas a 50 ml de água desionizada para produzir soluções contendo iões de silicio com concentrações de iões de silicio de 5, 10, 50, 100, 250, 500, 1000 e 2000 ppm. EXEMPLO 12

Gel de hidroxiapatita-CMC contendo iões de silício a partir de uma hidroxiapatita contendo silício

Uma hidroxiapatita contendo silício (Ca9,85 (PO4) 4 (S1O4) 2 (OH) y) conforme descrito no documento PCT/GB2009/002954 sob a forma de um pó (tamanho de partícula entre 75 e 212 mm) foi embebida em água desionizada (0,5 g/50 ml) durante 1 hora, libertando aproximadamente 20 ppm de iões de silício para a água. O pH da solução foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A esta solução, 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita (Caio (P04) 6 (OH) 2) porosos (75% de porosidade total) e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita e hidrogel de CMC. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita-carboximetilcelulose contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Este método poderia também ser utilizado para fazer sistemas de enxertos ósseos com colagénio e Pluronics® conforme descrito nos Exemplos 2, 3, 5, 6, 8 e 9. EXEMPLO 13

Gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-CMC contendo iões de silício a partir de uma hidroxiapatita contendo silício Uma hidroxiapatita contendo silício (Ca9f 85 (P04) 4 (Si04) 2 (OH) y) conforme descrito no documento PCT/GB2009/002954 sob a forma de um pó (tamanho de partícula entre 75 e 212mm) foi embebida em água desionizada (0,5 g/50 ml) durante 1 hora, libertando aproximadamente 20 ppm de iões de silício para a água. O pH da solução foi medido e ajustado a 7-7,8 através da adição de solução de HC1 a 1 M, conforme necessário. A esta solução, 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (PO4) 4 (S1O4) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo iões de silício e hidrogel de CMC. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo iões de silício-CMC contendo iões de silício pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Este método poderia também ser utilizado para fazer sistemas de enxertos ósseos com colagénio e Pluronics® conforme descrito nos Exemplos 2, 3, 5, 6, 8 e 9. EXEMPLO 14

Gel de hidroxiapatita contendo silício-CMC 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados a 50 ml de água desionizada e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de hidrogel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (P04) 4 (Si04) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) durante 15 minutos e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo silício e hidrogel de CMC. Iões de silício foram libertados a partir dos grânulos para o hidrogel. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo silício-CMC pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 15

Gel de hidroxiapatitas contendo silício-CMC 2,5 g (5% em peso) de carboximetilcelulose (CMC, sal de sódio, alta viscosidade) foram adicionados a 50 ml de água desionizada e a mistura foi agitada e aquecida a 50 °C até que a CMC se dissolveu. 5 ml desta solução de gel foram depois misturados com 15 ml grânulos (1-2 mm de diâmetro) de hidroxiapatita contendo iões de silício (Ca9,85 (PO4) 4 (S1O4) 2 (OH) y) porosos (75% de porosidade total) contendo aproximadamente 5,2% em peso de iões de silício) durante 12 horas e depois arrefecidos até à temperatura ambiente para passar por gelificação para formar um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo silício e hidrogel de CMC. Iões de silício foram libertados a partir dos grânulos para o hidrogel e o tempo prolongado de mistura de 12 horas aumentou a quantidade de iões de silício libertados a partir dos grânulos para o hidrogel em comparação com o Exemplo 14. Este sistema de enxerto ósseo foi armazenado num recipiente selado até utilização adicional. Este gel de hidroxiapatita contendo silício-CMC pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. EXEMPLO 16

Gel de hidroxiapatita contendo silício-CMC liofilizado/seco por congelamento

Um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo silício e hidrogel de CMC conforme descrito no Exemplo 7, Exemplo 10, ou qualquer um dos Exemplos 13 a 15 pode ser liof ilizado/seco por congelamento para remover a água do hidrogel, deixando a CMC e iões de silício aderidos aos grânulos. Este gel de hidroxiapatita contendo silício-CMC liofilizado/seco por congelamento pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Isto pode então ser reidratado utilizando um volume apropriado de uma solução aquosa tal como água estéril, solução salina estéril ou aspirado de medula óssea. EXEMPLO 17

Gel de CMC de enxerto ósseo sintético liofilizado/seco por congelamento, reidratado utilizando uma solução contendo iões de silício

Um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético que consiste de grânulos de enxerto ósseo sintético e hidrogel de CMC conforme descrito em qualquer um dos Exemplos 1, 4, 7, 10 ou 12 a 15 poderia ser liofilizado/seco por congelamento para remover a água do hidrogel, deixando a CMC aderida aos grânulos. Este gel de hidroxiapatita contendo silício-CMC liofilizado/seco por congelamento pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Isto pode então ser reidratado utilizando um volume apropriado de uma solução aquosa tal como água estéril, solução salina estéril ou aspirado de medula óssea que contém iões de silício, tal como uma solução contendo 200 ppm de iões de silício conforme descrito no Exemplo 11. EXEMPLO 18

Gel_de_hidroxiapat it a_contendo_silí cio-colagénio liofilizado/seco por congelamento

Um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de hidroxiapatita contendo silício e hidrogel de colagénio conforme descrito no Exemplo 8, ou alternativamente derivado utilizando os métodos descritos para os hidrogéis de CMC nos Exemplos 13 a 15 poderia ser liofilizado/seco por congelamento para remover a água do hidrogel, deixando o colagénio e iões de silício aderidos aos grânulos. Este gel de hidroxiapatita contendo silício-colagénio liofilizado/seco por congelamento pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Isto pode então ser reidratado utilizando um volume apropriado de uma solução aquosa tal como água estéril, solução salina estéril ou aspirado de medula óssea. EXEMPLO 19

Gel de colagénio de enxerto ósseo sintético liofilizado/seco por congelamento, reidratado utilizando uma solução contendo iões de silício

Um sistema de portador de polímero orgânico substituto de enxerto ósseo sintético consistindo de grânulos de enxerto ósseo sintético e hidrogel de colagénio conforme descrito em qualquer um dos Exemplos 2, 5 ou 8, ou alternativamente derivado utilizando os métodos descritos para os hidrogéis de CMC nos Exemplos 12 a 15 poderia ser liofilizado/seco por congelamento para remover a água do gel, deixando o colagénio aderido aos grânulos. Este gel de enxerto ósseo sintético-colagénio liofilizado/seco por congelamento pode ser esterilizado utilizando métodos padrão na indústria tais como irradiação gama. Isto pode então ser reidratado utilizando um volume apropriado de uma solução aquosa tal como água estéril, solução salina estéril ou aspirado de medula óssea que contém iões de silício, tal como uma solução contendo 200 ppm de iões de silício conforme descrito no Exemplo 11.

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • WO 9808773 A [0009] • US 6312468 B [0009] • GB 2009002954 W [0011] [0038] [0044] [0045] [0046] [0068] [0088] [0090] [0114] [0115] • WO 2010029150 A [0012]

Documentos de não patente citados na descrição • GUTH et al. Key Engineering Materials, Bioceramics, 200 6, vol. 309-311, 117-120 [0010] • GOUG et al. Biomaterials, 2004, vol. 25, 2039-2046 [0010] • XYNOS et al. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, vol. 27 6, 461-465 [0010]

Lisboa, 21 de Janeiro de 2015

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de enxerto ósseo que compreende um componente sólido inorgânico, que é material de enxerto ósseo; e um hidrogel, em que o hidrogel contém mais do que ou igual a 2 ppm e menor que ou igual a 2000 ppm de iões de silício dissolvidos dentro do componente aquoso do hidrogel, calculado como partes em peso de Si por milhão do componente aquoso do hidrogel.
2. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com a reivindicação 1, onde o hidrogel contém >5 ppm de iões de silício.
3. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, em que a razão em volume do componente sólido inorgânico para o hidrogel está entre 90:10 e 50:50.
4. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o componente sólido inorgânico está sob a forma de grânulos de diâmetro ente 0,1 e 5 mm.
5. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o componente sólido inorgânico compreende hidroxiapatita ou uma hidroxiapatita contendo silício.
6. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com a reivindicação 5, em que o componente sólido inorgânico compreende uma hidroxiapatita contendo silício tendo uma razão de Ca/P no intervalo de 2,05 até 2,55 e uma razão molar Ca/ (P + Si) inferior a 1,66, e em que: (i) se o componente sólido inorgânico compreende uma hidroxiapatita contendo silício, o conteúdo em átomos de silício está opcionalmente no intervalo de 2,9 a 6% em peso; e/ou (ii) o componente sólido inorgânico compreende opcionalmente um composto representado pela fórmula (I) : Ca10-Õ (PO4) 6-x (S1O4) x (OH) 2_x (I) em que 1,1 d x < 2,0 ou l,6dx<2,0e δ representa uma deficiência de Ca de tal forma que a razão molar de Ca/ (P + Si) tem um valor inferior a 1, 667 .
7. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que o componente sólido inorgânico compreende um composto de fórmula XO-Y2O-SÍO2 ou XO-Y2O-SÍO2-P2O5, em que cada X é independentemente selecionado a partir do grupo que consiste de Ca, Mg e Sr, e cada Y é independentemente selecionado a partir do grupo que consiste em Na e K.
8. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o hidrogel compreende carboximetilcelulose, colagénio ou um copolímero em bloco de óxido de etileno/óxido de propileno.
9. Um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que (i) o hidrogel contém adicionalmente iões de cálcio; e/ou (ii) o hidrogel contém adicionalmente iões de fosfato; e/ou (iii) o hidrogel contém adicionalmente iões de um ou mais elementos selecionados a partir de estrôncio, magnésio, potássio, cobre, cobalto, níquel, zinco, selénio, prata e flúor.
10. Um método de fazer um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, compreendendo a etapa de misturar uma fonte de iões de silício com um hidrogel para formar um hidrogel contendo mais do que ou igual a 2 ppm e menos do que ou igual a 2000 ppm de iões de silício, calculado como partes em peso de Si por milhão do componente aquoso do hidrogel e compreendendo adicionalmente a etapa de misturar um composto sólido inorgânico, que é um material de enxerto ósseo, com o hidrogel.
11. Um método de acordo com a reivindicação 10, em que a fonte de iões de silício é selecionada a partir do grupo que consiste em: (i) silicatos de sódio; (ii) silicatos de cálcio; (iii) compostos da fórmula XO-Y2O-SÍO2 ou XO-Y2O-SÍO2-P2O5, em que cada X é independentemente selecionado a partir do grupo que consiste de Ca, Mg e Sr, e cada Y é independentemente selecionado a partir do grupo que consiste em Na e K; e (iv) hidroxiapatitas.
12. Um método de acordo com a reivindicação 11, em que (i) a fonte de iões de silício é selecionada a partir de Na4Si04, Na2Si03, Na2Si205, Na2Si307, formas hidratadas destes silicatos de sódio, e composições amorfas de silicato de sódio, em que a fonte de iões de silício é opcionalmente Na2Si03 ou, (ii) a fonte de iões de silício é selecionada a partir de CaSi03 e composições de vidro de silicato de cálcio amorfo no sistema Ca0-Si02 ou, (iii) a fonte de iões de silício é uma hidroxiapatita contendo silício tendo uma razão Ca/P no intervalo de 2,05 até 2,55 e uma razão molar de Ca/ (P + Si) menor do que 1,66.
13. Um método para fazer um sistema de enxerto ósseo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, que compreende as etapas de (a) embeber ou dissolver um material de enxerto ósseo contendo silício adequado numa solução aquosa para formar uma solução que compreender mais do que ou igual a 2 ppm e menos do que ou igual a 2000 ppm de iões de silício; (b) misturar a solução aquosa resultante com um polímero para formar uma solução de gel; (c) permitir que ocorra a gelificação da solução de gel para formar um hidrogel; e (d) misturar um componente sólido inorgânico com o hidrogel resultante para criar o sistema de enxerto ósseo; ou que compreende as etapas de: (a) embeber ou dissolver uma fonte de iões de silício adequada numa solução aquosa para formar uma solução que compreender mais do que ou igual a 2 ppm e menos do que ou igual a 2000 ppm de iões de silício; (b) misturar a solução aquosa resultante com um polímero para formar uma solução de gel; (c) misturar o componente sólido inorgânico com a solução de gel; e (c) permitir que ocorra a gelificação da solução de gel para formar o sistema de enxerto ósseo.
14. Um pré-pack de enxerto ósseo que compreende (i) um componente sólido inorgânico, que é um material de enxerto ósseo; (ii) um hidrogel desidratado; e (iii) uma solução aquosa contendo mais do que ou igual a 2 ppm e menos do que ou igual a 2000 ppm de iões de silício.
15. Um pré-pack de enxerto ósseo que compreende (i) um componente sólido inorgânico, que é um material de enxerto ósseo; (ii) um hidrogel desidratado contendo uma quantidade de iões de silício; e (iii) uma solução aquosa; em que a quantidade de iões de silício no hidrogel desidratado é tal, que ao misturar com a solução aquosa se forma um hidrogel que contém mais do que ou igual a 2 ppm ou menos do que ou igual a 2000 ppm de iões de silício, calculado como partes em peso de Si por milhão do componente aquoso do hidrogel. Lisboa, 21 de Janeiro de 2015