PT692986E - Composicao de bio-material e metodo para a sua preparacao - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÃO DE BIO-MATERIAL E MÉTODO PARA A SUA PREPARAÇÃO" A invenção diz respeito a uma composição injectável de um bio-material de enchimento de tecidos de suporte, dentários, ósseos e ósteo-articulares destinados a gerar uma função de ressorção/substituição.

No estado da técnica são conhecidos os substitutos ósseos à base de partículas de fosfato de cálcio e de uma cola biológica.

Assim, G. Daculsi et al. descreveram em Ann. Oto. Rhino. Laryngol. 101:1992, a eficácia de uma composição microporosa bifásica de fosfato de cálcio para a obliteração da cavidade mastoideal.

Os mesmos autores igualmente referiram a eficácia de uma composição macroporosa de fosfato de cálcio bifásica para a reparação cirúrgica de ossos longos (Journal of Biomedical Materials Research, vol.24, 379-396) e nas artroses vertebrais (Clinicai Orthopadics and Related Research, 248, 1989, 169-175).

Por outro lado, JP 3 011 006 descreve um cimento para tecidos duros contendo uma fase mineral constituída pelo menos 60% de fosfato tri-cálcico alfa e de hidroxiapatite e/ou um mono-fosfato de cálcio; e uma fase líquida contendo da carboximetilcelulose. -2-

Uma tal composição apresenta no entanto um inconveniente, em razão da solubilidade demasiado grande do fosfato tri-cálcico a, de não ser suficientemente estável para permitir um processo de ressorção/substituição do tecido duro. Por outro lado , uma tal composição é susceptível de gerar processos inflamatórios nefastos. E por outro, esta mistura constitui um ionómero de cálcio impróprio para injecção depois de alguns minutos por endurecimento da mistura depois da sua constituição. Esta associação apresenta uma dupla instabilidade, uma contracção volumétrica com libertação de água depois de alguns dias, e sobretudo uma diminuição da viscosidade depois da esterilização da mistura em autoclave. Ela não permite a realização do material "pronto para o uso", estéril, injectável. A presente invenção tem por objectivo fornecer uma composição de bio-material carregada em fase mineral, re-habitável, e injectável por via percutânea.

Em particular, este bio-material deve apresentar as seguintes propriedades: -Ele deve ser esterilizável -Ele não deve ser tóxico in vivo. -Ele deve possuir uma forte carga mineral induzindo uma frente de mineralização. -O agente de dispersão não deve de ter mais um papel de vector e deve desaparecer no tempo sem reacção inflamatória nociva. -A sua reologia deve ser tal que ela permita a injecção. -Ele deve ser fácil de usar.

Esta intenção foi testada pela presente invenção, logo o objectivo é uma composição para bio-material de ressorção/substituição de tecidos de -3- suporte, dentários, ósseos e osteo-articulares compostos por: -40 a 75% em peso de uma fase mineral compreendendo quer uma mistura de fosfato tricálcio β (a) e de hidroxiapatite (B), numa relação A/B compreendida entre 20/80 e 70/30, quer cálcio-titano-fosfato (Ca(Ti)4(P04)6) (C), e -60 a 25% em peso de uma fase líquida conpreendendo uma solução aquosa de um polímero derivado da celulose. O cálcio-titano-fosfato (CTP) de fórmula 3 (Ca(Ti)4(P04)6) (C) é de preferência do tipo Cálci-Metalo-fosfato do tipo Nasicon.

Vantajosamente, a fase mineral pompreende 40% de composto (A) e 60% de hidroxiapatite (B).

Ela consiste num concreccionado de alta temperatura triturado e calibrado em pó ou em grânulos em que as partículas tem um diâmetro de 80 mm a 200 mm na altura da elaboração da composição. A escolha do diâmetro particular é guiado pela cinética de ressorção por um lado e a reologia à injecção por outro lado. As partículas de diâmetro inferior a 80 mm têm uma cinética de ressorção muito rápida e as de diâmetro superior a 200 mm apresentam problemas de reologia à injecção. O polímero visco-elástico da fase líquida é um polímero não iónico, especialmente hidroxipropilmetilcelulose. Uma hidroxipropilmetilcelulose preferida apresenta uma substituição molar por agrupamentos metilo de 19 a 24% e por agrupamentos hidroxipropilo de 4 a 12%. Ela apresenta um forte grau de polimerização. De preferência, o peso molecular médio em peso é superior a 100 000 e vantajosamente compreendido entre 500 000 e 1 000 000. A fase aquosa é determinante em atenção às propriedades reológicas e portanto à visco-elasticidade da composição final destinada a ser injectada.

Para este efeito, a concentração no polímero está vantajosamente compreendida entre 0,5 e 4%, de preferência 0,5 e 2% em peso em relação ao peso da fase aquosa. A composição de acordo com a invenção é obtida por mistura dos constituintes da fase mineral e da fase aquosa.

Os grânulos ou o pó de fosfato tri-cálcico β ou de CTP e de hidróxiapatite constituindo a fase mineral são obtidos como descrito por DACULSI et al. (Rev. Chir. Orthop., 1989, 75 (2): 65-71).

Uma esterilização por óxido de etileno não é possível para um material "pronto para o uso ". Ele deve, com efeito, esterilizar sob a sua forma seca os compostos da mistura o que impõe uma manipulação pelo cirurgião antes da injecção. Esta manipulação é difícil e não reprodutível.

De acordo com a invenção, a esterilização da composição é realizada por dissolução do constituinte polímero da fase aquosa em água com uma viscosidade determinada em função da viscosidade final desejada. A solução obtida é em seguida misturada com a fase mineral e a composição resultante introduzida no frascos de acondicionamento selados e esterilizados em autoclave a 121°C durante 20 minutos. A viscosidade inicial da composição (concentração em polímero ) deve ser adaptada para se obter a viscosidade desejada depois da esterilização, quer dizer a concentração em polímero é tal como anteriormente definida. -5- A composição de acordo com a invenção pode ser utilizada como material de enchimento ósseo de tecidos duros do organismo, destinada a gerar uma função de ressorção/substituição. Ela pode ser nomeadamente utilizada como material de enchimento associado com implantes ou com próteses articulares ou como material de enchimento durante ressecções tumorais.

Um exemplo de aplicação é a substituição de discos intervertebrais. A composição pode ser injectada por via percutânea. A injecção pode ser realizada com a ajuda de um sistema composto por uma seringa esterilizável e as pontas munidas de êmbolos para uso único, por exemplo o sistema comercializado por HAWE NEOS DENTAL, contendo uma seringa esterilizada em autoclave (Ref. n°. 440, Seringue Hawe-Centrix C-Rr, Mark III) e as pontas (Ref. n°. 445)

Daremos a seguir os resultados obtidos em animais com um exemplo de composição de acordo com a invenção

Exemplo de composição

Misturaram-se os granulados compostos por 40% em peso de fosfato tricálcico β e 60% de hidroxiapatite, em que 95% tinham um diâmetro de partícula compreendido entre 80 e 200 pm, misturada com uma solução aquosa contento hidroxipropilmetilcelulose a 2% que apresenta uma substituição molar por agrupamentos metilo de 19 a 24% e hidroxipropilo de 4 a 12% assim como um forte grau de polimerização, de maneira a obter uma composição compreendendo 57,5% em peso do fosfato tricálcio β e hidroxiapatite. -6- A composição assim preparada foi esterilizada em autoclave.

Estudo in vivo em cães Beagle AJ Protocolo Experimental

As duas vias em primeiro lugar sucessivas descritas por R. K. GURR e P. Mc. AFEE ("Roentgenographic and Biomechanical analysis of lumbar fusions: A canine model"; J. Orthop. Res., 1989, 7:838-848) foram retomadas sem todavia tentar um gesto no canal raquidiano aberto; contraria-mente, uma destabilização foi realizada em duas etapas L3/L4 e L4/L5. A ressecção foi limitada aos ligamentos supra e interespinhais entre L3 e L5. A facectomia compreendeu os processos articulares (PA) caudais de L3, os PA craniais e caudais de L4 e enfim, os PA craniais de L5.

Ao nível da coluna anterior, uma ressecção discai foi praticada em L3/L4 e em L4/L5 depois da secção de LLA e abertura discai. O cão foi instalado de decúbito ventral, as quatro patas estavam atadas. Os processos espinhosos (PE) lombares de L2, L3, L3, L4, L5 e L6 foram assinalados em relação ao 13° lado, e a pele e a fáscia torácico-lombar ao longo da linha mediana dos espinhosos lombares foram cortadas. A massa muscular comum foi liberta no subperiósteo na raspagem de cada lado, e permitiu assim a dissecação das lâminas até às projecções articulares. -Ί Α hemostáse foi assegurada por tamponamento e coagulação, se necessário. Em seguida, foi realizado um controlo para assinalar de uma maneira certa as etapas L3, IA e L5, e a dissecação da base das projecções transversais (PT) foi então prosseguida.

Estes permitiram a marcação do ponto de vista pedicular: ele situava-se por detrás do maciço articular sobre uma linha horizontal passando pela metade inferior da base do PT, a visão sendo feita a 45° por fora, por dentro, atrás e à frente, num plano estritamente frontal. A via à primeira vista anterior do ráquis lombar foi realizada no mesmo tempo operatório, do lado esquerdo, afim de minimizar os riscos vasculares com a veia cava. O animal foi instalado de decúbito lateral direito, com um cepo ao nível da charneira torácico-lombar a fim de soltar bem o ângulo sub-costal esquerdo.

Algumas dissecações em cadáveres de cães Beagle permitiram constatar que a abordagem directa no 13° lado permitia abordar assim facilmente as etapas discais L3/L4 e L4/L5. A incisão cutânea foi traçada sobre uma linha paralela na parte inferior do 13° lado, 3 a 4 cm aproximadamente debaixo desta.

Ela iniciava com um bom flanco de mão da incisão posterior, a fim de evitar todos os riscos de uma necrose cutânea, e estendia-se por uma dezena de centímetros.

Os músculos oblíquos foram desagregados no sentido das suas fibras; o respeito pelo músculo transversal permitiu a separação retro-peritoneal sem risco de um pneumo-peritoneu, porque no cão, o peritoneu adere fortemente à face profunda do músculo transversal e dilacera-se facilmente.

Este mesmo músculo foi desintegrado ao nível dos seus ataques raquidianos, e descobriu os músculos psoas e carregou os lombos que encobrem a face anterior do raquis. O acesso ao corpo vertebral é barrado pelas artérias e veias lombares esquerdas que foram ligadas e seccionadas, assim como um nervo esplâncnico lombar. O plano muscular anterior foi libertado com um bisturi eléctrico em H, e realizando dois fragmentos musculares pediculados, depois a face anterior dos discos foi libertada com a espátula e com a pinça goiva. A aorta e o peritoneu foram reclinados e protegidos por uma válvula flexível sob o corpo vertebral.

Depois de um novo ajustamento por um amplificador de brilho, a extracção discai foi realizada: num primeiro momento, uma janela discai foi talhada com um bisturi punhal, e por esta abertura, o núcleo foi progressivamente estriado pelas raspadeiras de corte progressivo. A ablação é prosseguida até aos discos vertebrais que foram avivados, por ser numa zona de tecido esponjoso. O preenchimento do vazio discai em duas etapas foi obtido por um sistema de injecção aqui descrito mais adiante. O fragmento muscular foi reposicionado na face anterior do raquis através de alguns pontos, e a parede foi -9- de novo fechada em três planos, sem drenagem. O material multifaseado foi injectado sob pressão no vazio discai em L3/L4 e L4/L5, depois de osteosíntese.

Os animais foram sacrificados após seis meses por injecção letal de

NesdonalR. B/Resultados

Num lote de oito cães, são produzidas duas complicações neurológicas imediatas do tipo de paraplegia por lesão do motoneurónio central. Os animais foram sacrificados em J6.

Os outros seis cães não puseram nenhum problema: após a 24a hora, eles retomaram a sua marcha, e depois do fim da primeira semana pós-operatória, a marcha e os jogos.

Estes seis cães foram sacrificados seis meses depois da injecção.

Nos cortes histológicos realizados em dois meses e meio, observou-se um neo-tecido ósseo praticamente maduro: com efeito, as pontes ósseas inter-particulares recriaram uma trama óssea de malhas apertadas e o osso manifesta claramente estrutura lamelar.

Praticamente, todo o bio-material inicial foi substituído por esta arquitectura, o que significa uma boa difusão celular no interior do produto sem reacção inflamatória. -10-

Estes bons resultados foram confirmados aos seis meses, onde o neo-tecido ósseo tinha prosseguido o seu amadurecimento.

Os estudos complementares de biocompatibilidade (injecções em sítio sob-cutâneo, muscular e cartilaginoso) mostraram uma boa tolerância e uma degradação rápida do material injectado.

Estudo in vivo em Coelhos Brancos da Nova Zelândia A/Protocolo Experimental

Os animais que participaram no estudo estavam todos maduros e de peso homogéneo (2,8 kg aproximadamente). O sítio da injecção retido era o sítio endo-medular femoral.

Cada animal foi operado aos dois fémures, mas em datas diferentes (prazo mínimo de uma semana entre cada intervenção), porque o coelho suporta mal a perda sanguínea de uma intervenção bilateral. O fémur esquerdo foi operado em primeiro lugar. O membro operado foi tosquiado alguns minutos antes da intervenção, num compartimento fechado afastado da sala de intervenção. Não foi utilizado antibioprofilaxia. O protocolo anestésico foi o seguinte: -15 minutos antes da intervenção, uma injecção intra-muscular de 250 mg de cloridrato de cetamina (KétalarR, Parke Davis, Courbevoie). -1 a 2 minutos antes da intervenção, anestesia local e intra-articular do joelho, com a ajuda de uma mistura de cloridrato de lidocaína a 1% (xilocaína - 11 - 1%R, Astra France, Nanterre) e cloridrato de lidocaína a 1% + epinefrina a 1/100 000 (xilocaína adrenalinaR, Astra France, Nanterre) nas proporções respectivas de 2/3-1/3; -compensação per-operatória das perdas sanguíneas de 15 ml de Ringer Lactate e Glucose 5%R (Labo. Aguettant, Lyon), injectado em três vezes por via em primeiro lugar intra-venosa auricular. A intervenção foi efectuada em condições de assepsia estrita. O animal anestesiado é colocado de decúbito dorsal e os quatro membros atados. Um cepo é posto sob o joelho do lado operado para manter uma flexão de aproximadamente 30° deste joelho. O local operatório é então desinfectado por uma solução de polividona iodada antes e depois da anestesia local e intra-articular. O local operatório é seguidamente isolado por um pano estéril perfurado.

As etapas são as seguintes: -incisão cutânea para-patelar interna de aproximadamente 3 cm de comprimento; -coagulação com uma pinça de um pedículo vascular constante situado na parte superior da incisão; -incisão da parte patelar interna e a cápsula articular; -luxação lateral da patela; -perfuração, com a ajuda de uma mecha de 2 mm de diâmetro, de um canal na goela troclear, deixando-se "guiar" pela anatomia endo-medular do fémur; -perfuração pmdente da cavidade endo-medular com a ajuda de uma mecha de 4 mm de diâmetro, guiando-se na perfuração precedente; -lavagem abundante, com soro fisiológico, da cavidade medular fémoral, a - 12- fim de evacuar em totalidade a gordura endo-medular e os detritos ósseos da perfuração; -a injecção lenta do material (descrito mais adiante), de uma maneira retrógrada, na cavidade medular fémoral cortada; -introdução manual do implante (espeto em mistura de titânio (TÍ6AL4V) à superfície lisa de 2,5 cm de diâmetro) na sua totalidade a fim de que ele não se faça saliência na articulação; -limpeza com o soro fisiológico e da espátula, do excedente do material evacuado durante a colocação do implante; -reposição rotular; -fecho, num só plano, da cápsula e da parte patelar por um sujeito estanque de Vicril R Déc. 2; -pulverização cutânea, sobra a via à primeira vista de um filme contendo da auréomicina.

Duração da intervenção: aproximadamente 25 minutos .

Nenhuma antibioterapia foi utilizada em intra-operatório nem em pós-operatório.

Todos os animais foram sacrificados por uma injecção letal intravenosa de 0,25 gramas de tiopental de sódio (Nesdonal R, Spécia Rhône-Poulenc Paris). B / Resultados 1. Análise histológica (12 coelhos)

Os cortes histológicos realizados a 1, 3, 6 e 9 semanas mostraram - 13- uma progressão centrípeta de aposição óssea com colonização progressiva das partículas da fase mineral, após aparição de osso lameladr ao mesmo tempo que se deu o desaparecimento de partículas constituintes da fase mineral, particularmente rápida no sítio épifísário. Ás 12 semanas as partículas do sítio epifisáreo e dos sítios metafisários e diafisários estavam fragmentadas numa proporção importante e colonizadas por um estrutura óssea lamelar na malha apertada, organizada numa grande parte segundo o modo haversiano. A aposição óssea no contacto do implante era de 43,7 ± 5,2. A superfície ocupada pelas partículas da fase mineral era de 28,6 + 13,2%. Não se observa o tecido fibroso.

Um estudo comparativo com polimetacrilato de metilo em lugar da composição segundo a intervenção, mostrou a aparição de uma rede fibrilar progressivamente colonizada por uma substância osteóide não mineralizada. 2. Testes mecânicos de extraccão O objectivo destes testes foi o de avaliar a força necessária para arrancar os implantes fora do tronco femoral, em diferentes prazos.

Os fémures congelados foram cortados com uma máquina Isomet Plus Precision SawR, transversalmente, mesmo por cima da extremidade superior do espeto. O sistema de ancoragem é composto: -de um cópula de alumínio, na qual a épifise distai do fémur é selado com a ajuda de uma dose de cimento acrílico. Graças a um dispositivo de auto- - 14- centragem adaptando-se sobre a cúpula e sobre a parte externa do implante, o fémur é selado de maneira a que o implante seja paralelo ao eixo de tracção; -de um cardã, fixado ao centro da parte inferior da cúpula, e assegurando uma orientação possível nos três planos espaciais. O conjunto cúpula-cardã foi solidarizado ao prato de uma máquina MTS 810r (Material Testing System, USA). O sistema de tracção é composto por: -por um mandril de cremalheira Black et DeckerR que fecha a extremidade próxima do espeto; -por um cabo, que liga o mandril aum medidor de tensão, sendo este último fixado sobre a parte móvel da máquina MTS 810 R.

Realização prática: A rapidez da deslocação da célula de tracção é fixada a 0,5 mm por minuto. O registo dos testes foi feito sobre uma mesa traçante. Para cada amostra, foi obtida uma curva típica força (Newton)-deslocação (mm). A resistência máxima à extracção (Re em MPa) foi determinada por uma fórmula: Re= F/nDL; - send F a força máxima aplicada a um implante durante o teste de extracção (em Newtons); - sendo D o diâmetro do implante (2,5 mm); - sendo L o comprimento do implante em contacto com o osso (30 mm). A análise estatística dos resultados foi praticada segundo o teste ANOVA da análise da variação com um risco a=0,05. - 15-

Os testes foram realizados em 36 fémures. Em 12 semanas, a resistência à extracção é em média de 58,83 (± 17,83) MPa para a composição segundo a invenção.

Por comparação, para o cimento a base de metacrilato de metilo, a resistência média era de 140,33 (± 8,96) MPa.

Lisboa, 29 de Setembro de 2000

JORGE CRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VtCTOR CORDON, 14

1200 LISBOA

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Composição para um bio-material de ressorção/ substituição de tecidos de defesa, dentários, ósseos e ósteo-articulares composta por: - 40 a 75% em peso de uma fase mineral que compreende quer uma mistura de fosfato tricálcico β (A) e hidroxiapatite (B), numa relação A/B compreendida entre 20/80 e 70/30, quer cálcio-titano-fosfato (Ca(Ti)4(P04)6), e -60 a 25% em peso de uma fase líquida contendo uma solução aquosa de um polímero derivado da celulose.
2. 2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a fase mineral conter 40% do composto (A) e 60 % de hidroxiapatite (B).
3. 3. Composição de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por a fase mineral ser constituída por um pó de grânulometria compreendido entre 80 a 200 μπι de diâmetro.
4. 4. Composição de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por a fase líquida conter hidroxipropilmetilcelulose.
5. 5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada por a concentração do polímero na fase líquida ser de 0,5 a 4% em peso, de preferência 0,5 a 2% em peso. -2-
6. 6. Processo de preparação de uma composição de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por: - se misturar a fase mineral e o polímero da fase líquida numa solução aquosa da viscosidade determinada, e se esterilizar a composição líquida assim obtida. Lisboa, 29 de Setembro de 2000 JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBQA