RO131943B1 - Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects - Google Patents

Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects Download PDF

Info

Publication number
RO131943B1
RO131943B1 RO201700001A RO201700001A RO131943B1 RO 131943 B1 RO131943 B1 RO 131943B1 RO 201700001 A RO201700001 A RO 201700001A RO 201700001 A RO201700001 A RO 201700001A RO 131943 B1 RO131943 B1 RO 131943B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
hydroxyapatite
bone
product
hap
porosity
Prior art date
Application number
RO201700001A
Other languages
Romanian (ro)
Other versions
RO131943A0 (en
Inventor
Florin Miculescu
Andreea Maidaniuc
Mihnea Cosmin Costoiu
Augustin Semenescu
Marian Miculescu
Florentina Ioniţă-Radu
Marius Arghirescu
Original Assignee
Florin Miculescu
Andreea Maidaniuc
Mihnea Cosmin Costoiu
Augustin Semenescu
Marian Miculescu
Ionita Radu Florentina
Marius Arghirescu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Florin Miculescu, Andreea Maidaniuc, Mihnea Cosmin Costoiu, Augustin Semenescu, Marian Miculescu, Ionita Radu Florentina, Marius Arghirescu filed Critical Florin Miculescu
Priority to RO201700001A priority Critical patent/RO131943B1/en
Publication of RO131943A0 publication Critical patent/RO131943A0/en
Publication of RO131943B1 publication Critical patent/RO131943B1/en

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a unui produs tip scaffold pe bază de hidroxiapatită, pentru reconstrucția osoasă a defectelor osoase majore, ale cărui proprietăți fizico-chimice sunt predeterminate prin controlul unor parametri fazici.The invention relates to a process for obtaining a scaffold product based on hydroxyapatite, for the bone reconstruction of major bone defects, whose physical-chemical properties are predetermined by the control of phase parameters.

Un substituent ideal al țesutului osos trebuie să respecte structura și funcțiile țesutului natural. De asemenea, acesta trebuie să fie biocompatibil, disponibil într-o gamă largă de forme și dimensiuni, să prezinte proprietăți osteoinductive și osteoconductive, și să fie biodegradabil. Materialul de substituție trebuie să aibă o compoziție chimică asemănătoare cu a osului original (din acest motiv prezența ortofosfaților de calciu în material este recomandată [1]), o porozitate care să permită vascularizarea și creșterea de țesut nou, și proprietăți mecanice adecvate, care să asigure rezistența mecanică împreună cu țesutul aflat în plin proces de regenerare. Procesul de degradare al unui material ideal de substituție osoasă trebuie să depindă de viteza de regenerare a țesutului înlocuit, iar substanțele eliberate în urma degradării trebuie să poată fi metabolizate de organismul uman fără efecte secundare. în final, se impun rezistența la sterilizare, ușurința depozitării și posibilitatea de procesare la costuri reduse [2],An ideal substitute for bone tissue must respect the structure and functions of natural tissue. It must also be biocompatible, available in a wide range of shapes and sizes, exhibit osteoinductive and osteoconductive properties, and be biodegradable. The substitution material must have a chemical composition similar to the original bone (for this reason, the presence of calcium orthophosphates in the material is recommended [1]), a porosity that allows vascularization and growth of new tissue, and suitable mechanical properties, which will it ensures the mechanical resistance together with the tissue in the process of regeneration. The degradation process of an ideal bone substitution material must depend on the rate of regeneration of the replaced tissue, and the substances released after degradation must be able to be metabolized by the human body without side effects. finally, the sterilization resistance, the ease of storage and the possibility of processing at low costs are required [2],

Fosfații de calciu bifazici au fost dezvoltați ca rezultat al eforturilor de proiectare a unor grefe osoase sintetice cu viteză de resorbție adaptată. Resorbția și bioactivitatea fosfaților de calciu bifazici poate fi controlată prin variația compoziției fazice și a cristalinității materialelor ceramice. Mai mult (deși inițial era asociat în principal cu factorii de creștere adăugați în scaffoldurile osoase), caracterul osteoinductiv al unui material de substituție osoasă poate fi influențat de caracteristicile chimice sau structurale specifice. Acest fenomen se aplică și în cazul fosfaților de calciu bifazici care, prin controlul compoziției chimice, macroporozității și microporozității, au devenit capabili să promoveze osteogeneza in vivo, fără adăugarea de factori de creștere [3-6].Biphasic calcium phosphates were developed as a result of the efforts of designing synthetic bone grafts with adapted resorption rate. The resorption and bioactivity of biphasic calcium phosphates can be controlled by varying the phase composition and crystallinity of the ceramic materials. Furthermore (although initially associated mainly with growth factors added to bone scaffolds), the osteoinductive character of a bone substitution material may be influenced by specific chemical or structural characteristics. This phenomenon also applies in the case of biphasic calcium phosphates which, by controlling the chemical composition, macroporosity and microporosity, have become able to promote osteogenesis in vivo, without the addition of growth factors [3-6].

O ipoteză complementară afirmă că și proprietățile mecanice ale acestorcompuși pot fi îmbunătățite ca urmare a introducerii de faze secundare într-o matrice ceramică. Evaluarea comparativă a materialelor cu diferite concentrații de hidroxiapatită și fosfat tricalcic a dus la obținerea unor rezultate diferite în ceea ce privește biocompatibilitatea. Diferențele se datorează în mare parte gamei largi de precursori care pot fi utilizați în preparare, și metodelor diferite de obținere a compușilor bifazici [7],A complementary hypothesis states that the mechanical properties of these compounds can also be improved as a result of the introduction of secondary phases in a ceramic matrix. The comparative evaluation of materials with different concentrations of hydroxyapatite and tricalcium phosphate has led to different results regarding biocompatibility. The differences are largely due to the wide range of precursors that can be used in the preparation, and to the different methods of obtaining biphasic compounds [7],

Cercetările din domeniu s-au concretizat în producția fosfaților de calciu bifazici prin metode de sinteză chimică bazate pe reacția dintre săruri de calciu și soluții de fosfați [RU 2359708/2009; RU 2546539/2015; RU 255685/2015]. Deși metodele propuse duc la obținerea unor pulberi de dimensiuni nano- sau submicrometrice, sinteza chimică prezintă riscul contaminării produsului ceramic cu reziduuri ale reacției dintre precursori.The researches in the field have materialized in the production of biphasic calcium phosphates by chemical synthesis methods based on the reaction between calcium salts and phosphate solutions [RU 2359708/2009; RU 2546539/2015; UK 255685/2015]. Although the proposed methods lead to obtaining nano- or submicrometric powders, the chemical synthesis presents the risk of contamination of the ceramic product with residues of the reaction between precursors.

Utilizarea unui precursor natural de tipul țesutului osos bovin elimină riscurile de contaminare (cu condiția procesării termice la temperaturi mai mari de 850°C [8]), însă metodele reglementate [9], respectiv, standardizate [10] utilizează substanțe toxice precum în deproteinizarea țesutului osos. Acest aspect este soluționat de metodele bazate pe deproteinizare exclusiv termică (asigurată în totalitate pentru tratamente efectuate la temperaturi mai mari de 600°C) [8].The use of a natural precursor of the type of bovine bone tissue eliminates the risk of contamination (provided the thermal processing at temperatures above 850 ° C [8]), but the regulated [9] and standardized [10] methods use toxic substances as in deproteinization. of bone tissue. This aspect is solved by methods based on exclusively thermal deproteinization (fully provided for treatments performed at temperatures above 600 ° C) [8].

Prin deproteinizarea osului bovin este obținut un material de tip hidroxiapatită nestoichiometrică, stabil termic până la aproximativ 1200°C [6, 8]. Transformarea acestui material în fosfat de calciu bifazic este posibilă fie prin tratamentul termic efectuat în atmosfere controlate [11], fie prin tratamente chimice (cu reactivi non-toxici) aplicate produsului în ultimele etape de fabricare.Deproteinization of bovine bone yields a non-stoichiometric hydroxyapatite type material, thermally stable up to about 1200 ° C [6, 8]. The conversion of this material into biphasic calcium phosphate is possible either by the heat treatment carried out in controlled atmospheres [11] or by chemical treatments (with non-toxic reagents) applied to the product in the last stages of manufacture.

RO 131943 Β1RO 131943 Β1

Materialul ceramic obținut prin tratarea termică a osului se procesează facil prin 1 măcinare. Utilizarea morilor cu bile fabricate din agat elimină riscul contaminării produselor ceramice în timpul obținerii pulberilor. După măcinare pulberile pot fi sortate granulometric, 3 întrucât controlul dimensiunii pulberilor obținute este o componentă esențială pentru sintetizarea ceramicelor. Utilizarea sorturilor cu diferite dimensiuni ale particulelor contribuie 5 la împachetarea mai bună a amestecului, și influențează porozitatea corpului sinterizat [12],The ceramic material obtained by the thermal treatment of the bone is easily processed by 1 grinding. The use of ball mills made of agate eliminates the risk of contamination of ceramic products while obtaining powders. After the milling, the powders can be sorted granulometrically, 3 as the control of the obtained powders is an essential component for the synthesis of ceramics. The use of spells with different particle sizes contributes 5 to the better packaging of the mixture, and influences the porosity of the sintered body [12],

Cerințele de porozitate impuse produsului depind de utilizarea/destinația acestuia: Ί în cazul scaffoldurilor ceramice, porozitatea trebuie să permită vascularizarea adecvată a materialului de substituție, în vederea regenerării țesutului osos. Țesuturile naturale sunt 9 alimentate cu substanțe nutritive și oxigen prin intermediul unui sistem de vase de sânge intens ramificate, care sunt divizate în țesuturi sub formă de capilare. Distanța maximă dintre 11 aceste capilare este de aproximativ 200 pm, valoare corelată cu limita de difuzie a oxigenului [13, 14], în cazul unor țesuturi precum pielea sau cartilajele, celulele pot fi alimentate cu 13 substanțe nutritive și oxigen prin difuzie, de la vase de sânge care sunt situate la o depărtare mai mare. Această caracteristică a permis crearea pielii și cartilajelor artificiale, însă aproape 15 toate celelalte tipuri de țesut din organism (inclusiv țesutul osos) se bazează pe un sistem vascular cu vase situate la distanțe mai mici de limita de 200 pm [15]. 17The porosity requirements imposed on the product depend on its use / destination: Ί in the case of ceramic scaffolds, the porosity must allow adequate vascularization of the substitution material, in order to regenerate the bone tissue. The natural tissues are 9 nourished with nutrients and oxygen through a system of intensely branched blood vessels, which are divided into capillary tissues. The maximum distance between these 11 capillaries is about 200 pm, a value correlated with the oxygen diffusion limit [13, 14], in the case of tissues such as skin or cartilage, cells can be fed with 13 nutrients and oxygen through diffusion, from blood vessels that are located at a greater distance. This feature allowed the creation of artificial skin and cartilage, but almost all other types of tissue in the body (including bone tissue) are based on a vascular system with vessels less than 200 µm [15]. 17

Există un consens că scaffoldurile tridimensionale pentru os trebuie să aibă o porozitate de 40...60%, pentru a favoriza difuzia rapidă a nutrimentelor și migrația celulară, 19 iardimensiunea recomandată a porilor variază în intervalul 50...1000 pm pentru regenerarea osoasă [16, 17], Dimensiunea conexiunilor variază în intervalul 15...50 pm [18, 19]. Toate 21 aceste valori sunt afectate în diferite grade de incertitudinea asociată metodelor de caracterizare. în această lumină, este clar că ideea de material ideal trebuie adaptată 23 fiecărei aplicații.There is a consensus that three-dimensional bone scaffolds must have a porosity of 40 ... 60%, in order to facilitate rapid nutrient diffusion and cell migration, the recommended 19 pore size varies between 50 ... 1000 pm for bone regeneration [ 16, 17], The size of the connections varies in the range 15 ... 50 pm [18, 19]. All these 21 values are affected to varying degrees by the uncertainty associated with the characterization methods. In this light, it is clear that the idea of ideal material must be adapted 23 to each application.

Porozitatea materialului poate fi controlată suplimentar prin controlul parametrilor de 25 sinterizare [11] și prin adiția de agenți porigeni în compoziția amestecului [20]. Principalul parametru de sinterizare care contribuie la controlul proprietăților de material este 27 tratamentul termic al țesutului osos, care induce modificări ale caracteristicilor chimice, morfologice și structurale. Cum aceste modificări depind în mare măsură de temperatura 29 tratamentului termic, stabilirea riguroasă a influenței temperaturii asupra proprietăților produselor obținute din țesut osos bovin se poate dovedi cu o strategie eficientă de 31 personalizare a ceramicelor pentru regenerare osoasă.The porosity of the material can be further controlled by controlling the sintering parameters [11] and by adding porigens in the composition of the mixture [20]. The main sintering parameter that contributes to the control of the material properties is the heat treatment of the bone tissue, which induces changes in the chemical, morphological and structural characteristics. As these changes depend largely on the temperature of the heat treatment, the rigorous determination of the influence of the temperature on the properties of the products obtained from bovine bone tissue can be proved with an effective strategy of personalizing ceramics for bone regeneration.

Modificarea țesutului osos bovin începe cu evaporarea apei absorbite la nivelul 33 suprafeței acestuia. Fenomenul se desfășoară până la aproximativ 250°C. Degradarea colagenului începe în paralel cu evaporarea apei absorbite, și continuă până la eliminarea 35 completă a componentei organice (aproximativ 500...600°C). Pe parcursul degradării, componenta organică va suferi modificări complexe, influențate de gradul de hidratare, 37 cantitatea de substanță organică din os și de tipul acestuia (compact sau spongios).The modification of the bovine bone tissue begins with the evaporation of the absorbed water at the level of its surface 33. The phenomenon occurs up to about 250 ° C. Collagen degradation begins in parallel with the evaporation of the absorbed water, and continues until complete removal of the organic component (approximately 500 ... 600 ° C). During degradation, the organic component will undergo complex changes, influenced by the degree of hydration, 37 the amount of organic substance in the bone and its type (compact or spongy).

în cadrul țesutului osos, componenta organică acționează ca un scut protector pentru 39 fosfatul de calciu care alcătuiește componenta minerală [21], Din acest motiv, componenta minerală nu suferă transformări de natură termică până la temperatura de 500...600°C, când 41 faza organică a țesutului osos este complet degradată și eliminată; începând cu 500°C, hidroxiapatita nestoichiometrică existentă în țesutul osos va suferi o serie de modificări 43 compoziționale și morfologice și, în final, va fi supusă unui proces de recristalizare [22],Within the bone tissue, the organic component acts as a protective shield for calcium phosphate 39 which forms the mineral component [21]. For this reason, the mineral component does not undergo thermal transformations up to a temperature of 500 ... 600 ° C, when The organic phase of the bone tissue is completely degraded and eliminated; starting at 500 ° C, the non-stoichiometric hydroxyapatite existing in the bone tissue will undergo a series of 43 compositional and morphological changes and will eventually undergo a recrystallization process [22],

Creșterea temperaturii de tratament peste 750°C asigură decontaminarea biologică 45 a țesutului osos bovin. în jurul acestei temperaturi, hidroxiapatita va suferi o reducere masivă a dimensiunilor, fenomen asociat cu modificarea aspectului morfologic și a parametrilor 47 rețelei cristaline, precum și cu eliminarea din structură a grupărilor carbonat. După aceasta,Increasing the treatment temperature above 750 ° C ensures biological decontamination 45 of the bovine bone tissue. around this temperature, hydroxyapatite will undergo a massive reduction in size, a phenomenon associated with the modification of the morphological appearance and parameters of the crystalline network, as well as with the removal of carbonate groups from the structure. After this,

RO 131943 Β1 se presupune că hidroxiapatita va începe să se descompună, însă fenomenul este puternic influențat de factori precum compoziția chimică a materialului brut, sau mediul în care are loc tratamentul termic. Principalii produși de descompunere ai hidroxiapatitei sunt diferite forme de oxiapatite care se vor descompune ulterior în fosfat tricalcic de tip beta sau oxid de calciu [6, 21-34],RO 131943 Β1 it is assumed that hydroxyapatite will begin to decompose, but the phenomenon is strongly influenced by factors such as the chemical composition of the crude material, or the environment in which the heat treatment takes place. The main decomposition products of hydroxyapatite are different forms of oxiapatitis which will subsequently decompose into tricalcium phosphate of beta type or calcium oxide [6, 21-34],

Continuarea tratamentului termic la temperaturi mai mari de 1000°C duce la apariția cristalelor de hidroxiapatită cu morfologie granulară, înglobate într-o arhitectură poroasă [35], însă, prin creșterea temperaturii la 1100...1200°C, porozitatea este diminuată datorită unui proces de densificare a microstructurii care continuă până la 1300°C (când porozitatea dispare) [36]. Formarea de alți compuși, precum oxidul de calciu (CaO), a fost studiată și nu a permis detecția prin XRD [28]. Alți compuși identificați în diferite studii efectuate la temperaturi similare de tratament termic au fost P-fosfatul tricalcic [6, 30] și fosfatul tetracalcic [37],Continuation of the heat treatment at temperatures higher than 1000 ° C leads to the appearance of hydroxyapatite crystals with granular morphology, embedded in a porous architecture [35], but by increasing the temperature to 1100 ... 1200 ° C, the porosity is reduced due to a process of densification of microstructure that continues up to 1300 ° C (when porosity disappears) [36]. The formation of other compounds, such as calcium oxide (CaO), was studied and did not allow XRD detection [28]. Other compounds identified in different studies performed at similar temperatures for heat treatment were tricalcium P-phosphate [6, 30] and tetracalcium phosphate [37],

Temperatura și durata de menținere a tratamentului termic depind de dimensiunea probelor, cantitatea de oxigen din atmosferă și metodele de pregătire utilizate anterior tratamentului [38]. în tratamentul de deproteinizare o probă de 1 cm3 de țesut osos, tratată termic la temperaturi cuprinse între 600 și 1000°C, necesită aproximativ 2 h de menținere, pentru îndepărtarea completă a componentei organice [30]. în tratamentele de sinterizare, efectuate la temperaturi mai mari de 1000°C, creșterea duratei de menținere contribuie la densificarea microstructurii materialului ceramic [39].The temperature and duration of heat treatment depend on the sample size, the amount of oxygen in the atmosphere and the preparation methods used prior to treatment [38]. In the deproteinization treatment a sample of 1 cm 3 of bone tissue, heat treated at temperatures between 600 and 1000 ° C, requires about 2 hours of maintenance, for the complete removal of the organic component [30]. In sintering treatments, carried out at temperatures higher than 1000 ° C, the increase of the maintenance time contributes to the densification of the microstructure of the ceramic material [39].

Degradarea colagenului, identificată în intervalul 250...500°C, este mai rapidă în aer comparativ cu alte medii de tratament [28, 29, 32, 40, 41], în intervalul 500...800°C, eliberarea de grupări carbonat este amânată atunci când încălzirea are loc în atmosferă de argon [29]. întrucât eliberarea grupărilor carbonat din structura hidroxiapatitei duce la o scădere a stabilității termice și obținerea de oxid de calciu ca produs al descompunerii fazei minerale a țesutului osos, care afectează atât biocompatibilitatea, cât și proprietățile mecanice ale materialelor formate [42, 43], aceasta poate fi evitată prin efectuarea tratamentelor termice în atmosferă de dioxid de carbon [43]. Tratamentul termic al țesutului osos bovin în argon permite obținerea unui produs bifazic HAP- β-TCP la 1000°C. Conținutul de β-TCP crește până la aproximativ 30% după tratamentul termic efectuat la 1200°C.Collagen degradation, identified in the range 250 ... 500 ° C, is faster in air compared to other treatment media [28, 29, 32, 40, 41], in the range 500 ... 800 ° C, release of groups carbonate is deferred when heating takes place in an argon atmosphere [29]. whereas the release of carbonate groups from the hydroxyapatite structure leads to decreased thermal stability and the production of calcium oxide as a product of the mineral phase breakdown of bone tissue, which affects both the biocompatibility and mechanical properties of the formed materials [42, 43], this may be avoided by performing heat treatments in the atmosphere of carbon dioxide [43]. Heat treatment of bovine bone tissue in argon allows to obtain a two-phase HAP-β-TCP product at 1000 ° C. The content of β-TCP increases up to about 30% after heat treatment at 1200 ° C.

Controlul condițiilor de răcire poate contribui la modificarea/menținerea compoziției fazice afosfațilorde calciu: reacția de transformare a beta-fosfatului tricalcic (β-TCP) în alfafosfat tricalcic (α-TCP) este reversibilă la răcire lentă. Păstrarea alfa-fosfatului tricalcic (resorbabil) în structura fosfaților de calciu procesați termic poate fi însă posibilă prin răcire rapidă [44], Fenomenul nu este valabil și pentru forma super-alfa a fosfatului tricalcic (superα-TCP), care nu rezistă călirii până la temperaturi înalte [45, 46]. Influența condițiilor de răcire este confirmată și de aspectul morfologic al probelor de țesut osos bovin, care sugerează că densificarea microstructurii este accentuată la răcirea în apă, concomitent cu scăderea raportului Ca/P. Rezultatele sugerează accelerarea unor modificări structurale la răcirea rapidă a țesutului dur tratat termic, care ar putea contribui la eficientizarea procesării fosfaților de calciu derivați din os bovin [11],The control of the cooling conditions can contribute to the modification / maintenance of the calcium phosphate phase composition: the reaction of transformation of tricalcium beta-phosphate (β-TCP) into tricalcium alpha-phosphate (α-TCP) is reversible upon slow cooling. However, the preservation of tricalcium alpha-phosphate (resorbable) in the structure of heat-processed calcium phosphates may be possible by rapid cooling [44], the phenomenon is not valid for the super-alpha form of tricalcium phosphate (superα-TCP), which does not withstand hardening. at high temperatures [45, 46]. The influence of the cooling conditions is also confirmed by the morphological aspect of the bovine bone tissue samples, which suggests that the densification of the microstructure is accentuated when the water is cooled, while the Ca / P ratio decreases. The results suggest the acceleration of structural changes in the rapid cooling of the heat treated hard tissue, which could contribute to the efficiency of processing of calcium phosphates derived from bovine bone [11],

Pulberile obținute prin tratarea termică a osului bovin sunt adecvate pentru a fi utilizate ca precursori în fabricarea aditivă/SFF/printarea tridimensională. Deși unele metode au fost deja brevetate pentru hidroxiapatită (US 8071007/2011 și US 6993406/2006), domeniul se confruntă cu neajunsuri precum erorile dimensionale cauzate de acuratețea echipamentelor, lipsa lianților adecvați pentru susținerea pulberilor ceramice, și anizotropia proprietăților produselor obținute [11,47], Pornind de la un material care satisface cerințele biologice și mecanice impuse de o aplicație medicală specifică, acesta trebuie să fie adaptat și metodei de fabricație aditivă selectate, urmând ca după obținerea structurilor tridimensionale eforturile să se concentreze asupra îmbunătățirii proprietăților acestora [48].Powders obtained by heat treatment of bovine bone are suitable for use as precursors in additive / SFF / three-dimensional printing. Although some methods have already been patented for hydroxyapatite (US 8071007/2011 and US 6993406/2006), the field faces shortcomings such as dimensional errors caused by the accuracy of the equipment, lack of suitable binders to support ceramic powders, and anisotropy of properties [11] 47], starting from a material that satisfies the biological and mechanical requirements imposed by a specific medical application, it must also be adapted to the additive manufacturing method selected, following that after obtaining the three-dimensional structures the efforts will focus on improving their properties [48] .

RO 131943 Β1RO 131943 Β1

Obiectivul propunerii de brevet constă în obținerea unei structuri suport (scaffold) 1 pentru repararea defectelor osoase majore, obținute din produse monofazice (hidroxiapatită HAP) sau bifazice (hidroxiapatită + fosfat tricalcic de tip a sau β), care să îndeplinească 3 cerințele de rezistență mecanică și biocompatibilitate.The objective of the patent proposal is to obtain a scaffold 1 for the repair of major bone defects, obtained from monophasic products (HAP hydroxyapatite) or biphasic (hydroxyapatite + tricalcium phosphate of type a or β), which meet 3 mechanical requirements. and biocompatibility.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în adaptarea succesiunii fazelor 5 și a parametrilor fazici ai unui procedeu specific producerii unei structuri suport tip scaffold pentru repararea defectelor osoase majore, din hidroxiapatită și fosfat tricalcic, care să 7 permită predictibilitatea și obținerea caracteristicilor mecanice de porozitate și rezistență mecanică ale produsului final tip scaffold. 9The technical problem solved by the invention consists in adapting the sequence of phases 5 and the phase parameters of a specific process for producing a scaffold-type support structure for the repair of major bone defects, from hydroxyapatite and tricalcium phosphate, which will allow the predictability and obtaining of mechanical porosity characteristics. and mechanical strength of the scaffold end product. 9

Procedeul conform invenției, de producere a unui material pentru reconstrucția defectelor osoase, pe bază de hidroxiapatită, rezolvă această problemă tehnică prin aceea 11 că, pentru obținerea unui raport predeterminat între hidroxiapatită și fosfatul tricalcic: HAP/TCP, după o fază preliminară de obținere a hidroxiapatitei prin deproteinizare pe cale 13 termică, prin fierbere, a osului bovin, cu îndepărtarea mecanică a materialului proteic și tratare termică la 400...500°C, 2...4 h, în cuptor electric, în atmosferă de aer, cu ventilație 15 continuă, tratarea termică a osului deproteinizat în cuptor electric, în atmosferă de aer, la temperaturi cuprinse între 800 și 1200°C, timp de 2...6 h, măcinare în moară cu bile de agat 17 timp de 2...6 h și sortare granulometrică prin vibrare în site succesive cu dimensiunea ochiurilor cuprinsă între 200 și 20 de pm, în faza următoare, pulberile de hidroxiapatită 19 obținute se amestecă și se omogenizează cu soluție de pirofosfat de sodiu de concentrație cuprinsă între 0,1 și 0,5 molar, la un raport soluție/HAP între 1/3 și 1/4, prestabilitîn corelație 21 cu raportul HAP/TCP dorit, și apoi se compactează prin presare în forme cilindrice cu diametre între 10 și 50 mm, cu forțe de apăsare cuprinse între 10 și 500 MPa, în funcție de 23 porozitatea și caracteristicile mecanice dorite pentru produsul final, care este obținut prin uscarea produsului compactat la temperatura camerei, între 24 si 240 h, și prelucrarea 25 mecanică a acestuia prin găurire cu burghie, diametrul găurilor obținute variind între 1 și 3 mm, produsul obținut fiind în final sinterizat la 700...1300°C timp de 2...6 h, în atmosferă de 27 aer-argon.The process according to the invention for the production of a material for the reconstruction of bone defects, based on hydroxyapatite, solves this technical problem in that 11, in order to obtain a predetermined ratio between hydroxyapatite and tricalcium phosphate: HAP / TCP, after a preliminary phase of obtaining the hydroxyapatite by thermal deproteinization 13, by boiling, of the bovine bone, with mechanical removal of the protein material and heat treatment at 400 ... 500 ° C, 2 ... 4 h, in electric oven, in air atmosphere, with continuous ventilation 15, the heat treatment of the deproteinized bone in an electric oven, in an air atmosphere, at temperatures between 800 and 1200 ° C, for 2 ... 6 h, grinding in the mill with agate balls 17 for 2. .6 h and granulometric sorting by vibration in successive sieves with mesh size between 200 and 20 pm, in the next step, the obtained hydroxyapatite powders 19 are mixed and homogenized. Sizes with sodium pyrophosphate solution with a concentration of between 0.1 and 0.5 molar, at a solution / PAH ratio between 1/3 and 1/4, predetermined in correlation 21 with the desired HAP / TCP ratio, and then compacted by pressing in cylindrical shapes with diameters between 10 and 50 mm, with pressing forces between 10 and 500 MPa, depending on the 23 porosity and mechanical characteristics desired for the final product, which is obtained by drying the compacted product at room temperature, between 24 and 240 h, and its mechanical 25 processing by drilling with a drill, the diameter of the holes obtained varying between 1 and 3 mm, the product finally being sintered at 700 ... 1300 ° C for 2 ... 6 h, in an atmosphere of 27 air argon.

Găurile sunt practicate din două direcții: axial (perpendicular pe suprafața circulară) 29 și pe o direcție perpendiculară pe generatoarea cilindrului. Distanța între oricare două extremități ale găurilor este cuprinsă între 1 și 3 mm (distanța maximă care permite 31 menținerea vascularizării în vederea regenerării osoase), valoarea raportului HAP/TCP și porozitatea fiind controlate prin valoarea concentrației soluției de pirofosfat de sodiu, a 33 parametrilor de tratament termic și prin prelucrarea mecanică.The holes are practiced in two directions: axially (perpendicular to the circular surface) 29 and in a direction perpendicular to the cylinder generator. The distance between any two extremities of the holes is between 1 and 3 mm (the maximum distance that allows 31 to maintain vascularization for bone regeneration), the value of the HAP / TCP ratio and the porosity being controlled by the concentration value of the sodium pyrophosphate solution, of 33 parameters. heat treatment and mechanical processing.

Procedeul conform invenției prezintă avantajul că permite predictibilitatea și obținerea 35 caracteristicilor mecanice de porozitate și rezistență mecanică ale produsului final tip scaffold rezultate ca funcție de raportul: soluție de pirofosfat de sodiu/hidroxiapatită și de parametrii 37 tratamentului termo-mecanic.The process according to the invention has the advantage that it allows predictability and obtaining 35 mechanical porosity and mechanical strength characteristics of the final scaffold-type product as a function of the ratio: sodium pyrophosphate / hydroxyapatite solution and of the parameters 37 of the thermo-mechanical treatment.

Invenția este prezentată pe larg în continuare, în legătură și cu fig. 1...3, ce 39 reprezintă:The invention is presented in detail below, in connection with FIG. 1 ... 3, what 39 represents:

- fig. 1 a, b, c, reprezentarea grafică a scaffoldurilor prezentate în tabelul de mai jos 41 (pozițiile 3, 5, 7);FIG. 1 a, b, c, graphical representation of the scaffolds presented in the table below 41 (positions 3, 5, 7);

- fig. 2, variația compoziției fazice a materialului ceramic funcție de concentrația de 43 pirofosfat de sodiu utilizat la producerea acestuia;FIG. 2, the variation of the phase composition of the ceramic material as a function of the concentration of 43 sodium pyrophosphate used in its production;

- fig. 3, exemplu concret de realizare a unui scaffold prin procedeul conform invenției. 45 Conform invenției, elementul de noutate, raportat la brevetele existente și la articolele publicate, constă în două aspecte: 47FIG. 3, concrete embodiment of a scaffold by the process according to the invention. According to the invention, the novelty element, in relation to existing patents and published articles, consists of two aspects: 47

- posibilitatea tunării compoziției și structurii cristalografice (raport HAP/TCP variabil între limitele 70% HAP-30% TCP si 100% HAP-0% TCP) în funcție de rata de resorbție 49 dorită;- possibility of tuning the composition and crystallographic structure (HAP / TCP ratio variable between 70% HAP-30% TCP and 100% HAP-0% TCP limits) depending on the desired resorption rate 49;

RO 131943 Β1RO 131943 Β1

- modalitatea de obținere a structurii tridimensionale la scală macroscopică și a porozității la scală microscopică.- the way of obtaining the three-dimensional structure at macroscopic scale and the porosity at microscopic scale.

Conform procedeului, într-o fază preliminară, este obținută hidroxiapatita, prin tratarea osului bovin (componenta centrală a femurului din care au fost îndepărtate articulațiile) tratat termic în două etape:According to the procedure, in a preliminary phase, hydroxyapatite is obtained, by treating the bovine bone (central component of the femur from which the joints were removed) heat treated in two stages:

- deproteinizarea strict pe cale termică, pentru obținerea produsului ceramic primar (fără componente organice):- strictly deproteinization by thermal means, to obtain the primary ceramic product (without organic components):

- fierbere în apă 2...4 h;- boiling in water 2 ... 4 h;

- îndepărtarea resturilor de țesut moale prin procedee mecanice;- removal of soft tissue residues by mechanical procedures;

- fierbere în apă distilată 2...4 h;- boiling in distilled water 2 ... 4 h;

- tratament termic la 400...500°C, 2...4 h, în cuptor electric, în atmosferă de aer, cu ventilație continuă;- heat treatment at 400 ... 500 ° C, 2 ... 4 h, in electric oven, in air atmosphere, with continuous ventilation;

- tratarea termică a produsului deproteinizat în cuptor electric, în atmosferă de aer, la temperaturi cuprinse între 800 și 1200°C, 2...6 h.- heat treatment of the deproteinized product in an electric oven, in an air atmosphere, at temperatures between 800 and 1200 ° C, 2 ... 6 h.

După obținerea componentelor deproteinizate în formă masivă (produse integral ceramice cu forme neregulate, fragmentate), se obțin pulberi cu dimensiuni variabile. Pulberea este obținută prin măcinare în mori cu bile de agat, în incintă de agat. Măcinarea se realizează 2...6 h, cu turații variabile ale morii. După măcinare se efectuează sortarea granulometrică prin vibrare în site succesive, cu dimensiunea ochiurilor cuprinsă între 200 și 20 de pm.After obtaining the deproteinized components in massive form (wholly ceramic products with irregular, fragmented forms), powders with variable dimensions are obtained. The powder is obtained by grinding mills with agate balls in the agate chamber. The milling is performed 2 ... 6 h, with variable mill speeds. After grinding, the granulometric sorting is performed by vibrating in successive sieves, with the mesh size between 200 and 20 pm.

Pulberile de hidroxiapatită obținute se amestecă și se omogenizează cu soluție de pirofosfat de sodiu (concentrație cuprinsă între 0,1 și 0,5 molar), și se compactează prin presare în forme cilindrice (cu diametre între 10 și 50 mm), folosind forțe de apăsare cuprinse între 10 și 500 MPa, în funcție de porozitatea și caracteristicile mecanice urmărite ale produsului finit.The obtained hydroxyapatite powders are mixed and homogenized with sodium pyrophosphate solution (concentration between 0.1 and 0.5 molar), and compacted by pressing into cylindrical shapes (with diameters between 10 and 50 mm), using pressing between 10 and 500 MPa, depending on the porosity and mechanical characteristics of the finished product.

După compactare se obțin cilindri cu diametre cuprinse între 10 și 50 mm, și înălțimi cuprinse între 10 și 100 mm. Aceste produse sunt uscate la temperatura camerei (24...240 h). După uscare, produsele cilindrice sunt prelucrate mecanic prin găurire cu burghie (diametre între 1 și 3 mm). Găurile sunt practicate din două direcții: axial (perpendicular pe suprafața circulară) și pe o direcție perpendiculară pe generatoarea cilindrului. Distanța între oricare două extremități ale găurilor este cuprinsă între 1 și 3 mm.After compaction, cylinders with diameters between 10 and 50 mm are obtained, and heights between 10 and 100 mm. These products are dried at room temperature (24 ... 240 h). After drying, the cylindrical products are machined mechanically by drilling with drills (diameters between 1 and 3 mm). The holes are practiced in two directions: axially (perpendicular to the circular surface) and in a direction perpendicular to the cylinder generator. The distance between any two ends of the holes is between 1 and 3 mm.

Raportul HAP/TCP variabil între limitele 70% HAP-30% TCP și 100% HAP-0% TCP este obținut prin modificarea concentrației soluției de pirofosfat de sodiu și a parametrilor de tratament termic de sinterizare a produsului compactat găurit, realizat la următorii parametri:The ratio of HAP / TCP variable between the limits of 70% HAP-30% TCP and 100% HAP-0% TCP is obtained by changing the concentration of sodium pyrophosphate solution and the heat treatment parameters of sintering of the compacted product, achieved at the following parameters:

- perioada 2...6 h;- period 2 ... 6 h;

- temperatura 700...1300°C;- temperature 700 ... 1300 ° C;

- atmosfera din cuptor (aer-argon în proporții cuprinse în intervalul 0...100%).- the atmosphere in the furnace (air-argon in proportions in the range 0 ... 100%).

Porozitatea macroscopică dorită poate fi obținută și folosind sorturile granulometrice. Relația dintre dimensiunea sorturilor și porozitate este de directă proporționalitate.The desired macroscopic porosity can also be obtained using the granulometric sort. The relationship between the size of the lots and the porosity is of direct proportionality.

Porozitatea microscopică se modifică prin alegerea parametrilor de tratament termic:The microscopic porosity is modified by choosing the heat treatment parameters:

- timpul de tratament între 2 și 6 h;- treatment time between 2 and 6 h;

- temperatura de tratament între 700 și 1300°C.- the treatment temperature between 700 and 1300 ° C.

După aplicarea tuturor procedurilor, în ordinea prestabilită și cu parametrii preselectați în funcție de aplicația chirurgicală specifică, se obțin produse masive, cu forma cilindrică, perforate bidirecțional, cu caracteristici mecanice (rezistență la compresiune) variabile, în funcție de compoziție, structură și dimensiuni ale macro- și microporilor. Aceste produse pot fi prelucrate mecanic intraoperator, în funcție de forma defectului chirurgical.After applying all the procedures, in the pre-determined order and with the preselected parameters depending on the specific surgical application, massive products are obtained, cylindrical in shape, bidirectionally perforated, with variable mechanical characteristics (compressive strength), depending on the composition, structure and dimensions of the macro- and micropores. These products can be mechanically processed intraoperatively, depending on the form of the surgical defect.

RO 131943 Β1RO 131943 Β1

Caracteristicile mecanice ale produselor, indiferent de parametrii tehnologici utilizați, permit modificarea formei scaffoldului folosind aparatură uzuală, în sala de operație, pentru obținerea unui implant personalizat, în funcție de necesitățile fiecărui caz în parte. Pentru atingerea acestui obiectiv, procedura de diagnosticare și proiectare a implantului personalizat implică folosirea unor tehnici de imagistică medicală specifice, și a unor metode de reconstrucție tridimensională prin modelare matematică.The mechanical characteristics of the products, regardless of the technological parameters used, allow the modification of the scaffold shape using the usual equipment, in the operating room, to obtain a custom implant, according to the needs of each individual case. To achieve this objective, the procedure for diagnosing and designing the custom implant involves the use of specific medical imaging techniques, and of three-dimensional reconstruction methods through mathematical modeling.

Alegerea tuturor dimensiunilor incluse în acest brevet este impusă de caracteristici biologice, anatomice și funcționale necesare pentru reconstrucția rapidă a defectelor osoase majore, și pentru recăpătarea funcționalității integrale a țesutului rezecat. Porozitatea produsului final tip scaffold este dată de parametrii de prelucrare mecanică și exemplificată în tabelul prezentat mai jos. Porozitatea dată de prelucrarea mecanică este completată de porozitatea intrinsecă a materialului ceramic derivat din țesut osos.The choice of all the dimensions included in this patent is required by the biological, anatomical and functional characteristics necessary for the rapid reconstruction of the major bone defects, and for the recovery of the integral functionality of the resected tissue. The porosity of the final scaffold type product is given by the mechanical processing parameters and exemplified in the table presented below. The porosity given by the mechanical processing is complemented by the intrinsic porosity of the ceramic material derived from bone tissue.

Corelație între porozitatea produselor tip scaffold și parametrii de prelucrare mecanicăCorrelation between the porosity of the scaffold type products and the mechanical processing parameters

Nr. crt. Nr. crt. Dimensiuni ale scaffoldului Scaffold dimensions Nr. găuri perpendiculare Ρθ generatoare Nr. holes perpendicular Ρθ generator Nr. găuri perpendiculare pe rază Nr. holes perpendicular to the radius Nr. total găuri Nr. total holes Dimensiuni ale porilor (găurilor) Pore size (holes) Porozitate teoretică Theoretical porosity înălțime [mm] height [mm] Diametru [mm] Diameter [mm] Diametrul porilor [mm] Pore diameter [mm] Distanța dintre pori [mm] Pore distance [mm] 1 1 30 30 30 30 182 182 145 145 327 327 1 1 1 1 27% 27% 2 2 30 30 30 30 90 90 69 69 159 159 1 1 2 2 15% 15% 3 3 30 30 30 30 49 49 37 37 86 86 1 1 3 3 8% 8% 4 4 50 50 50 50 240 240 181 181 421 421 2 2 1 1 46% 46% 5 5 50 50 50 50 132 132 97 97 229 229 2 2 2 2 27% 27% 6 6 50 50 50 50 90 90 69 69 159 159 2 2 3 3 20% 20% 7 7 100 100 50 50 264 264 87 87 351 351 3 3 1 1 54% 54% 8 8 100 100 50 50 171 171 61 61 232 232 3 3 2 2 37% 37% 9 9 100 100 50 50 112 112 45 45 157 157 3 3 3 3 27% 27%

Reprezentarea grafică a scaffold-urilor prezentate în tabel (pozițiile 3, 5 și 7) sunt redate în fig. 1.The graphical representation of the scaffolds presented in the table (positions 3, 5 and 7) are shown in fig. 1.

Variația compoziției fazice a produselor, dată de concentrația soluției de pirofosfat de sodiu utilizată în preparare, este prezentată în fig. 2.The variation of the phase composition of the products, given by the concentration of the sodium pyrophosphate solution used in the preparation, is shown in FIG. 2.

Un exemplu concret de realizare a unui produs tip scaffold conform invenției este prezentat în fig. 3.A concrete embodiment of a scaffold type product according to the invention is shown in FIG. 3.

ExempluExample

S-au debitat bucăți de țesut osos din partea centrală a femurului bovin, care au fost deproteinizate prin fierbere în apă timp de 2 h. După fierbere, resturile de țesut moale au fost îndepărtate mecanic. Deproteinizarea materiei prime s-a încheiat cu un tratament termic efectuat în cuptor electric, cu ventilație continuă; bucățile de țesut osos au fost tratate termic la 500°C, în aer, timp de 2 h.Pieces of bone tissue were cut from the central part of the bovine femur, which were deproteinized by boiling in water for 2 hours. After boiling, the soft tissue remnants were mechanically removed. Deproteinization of the raw material ended with a heat treatment performed in an electric oven, with continuous ventilation; the pieces of bone tissue were heat treated at 500 ° C, in air, for 2 hours.

Bucățile de țesut osos deproteinizat (material ceramic) au fost supuse unui tratament termic în cuptor electric, cu ventilație continuă; materialul ceramic a fost tratat termic la 1000°C, în aer, timp de 6 h. Bucățile de material ceramic au fost măcinate într-o moară cu bile, timp de 6 h, iar pulberea rezultată a fost sortată granulometric, pentru a asigura dimensiuni ale particulelor cuprinse în intervalul 100...200 pm.The pieces of deproteinized bone tissue (ceramic material) were subjected to a heat treatment in an electric oven, with continuous ventilation; the ceramic material was heat treated at 1000 ° C, in air, for 6 hours. The pieces of ceramic material were ground in a ball mill, for 6 hours, and the resulting powder was sorted granulometrically, to ensure dimensions of the particles in the range 100 ... 200 pm.

ΊΊ

RO 131943 Β1RO 131943 Β1

Pulberea ceramică a fost omogenizată și amestecată cu o soluție de pirofosfat de sodiu de concentrație 0,1 M. Pasta obținută a fost turnată în forme și presată la 25 MPa, pentru a obține un corp cilindric cu diametrul de 50 mm și înălțimea de 50 mm. Corpul cilindric a fost uscat în aer, la temperatura camerei, timp de 120 h.The ceramic powder was homogenized and mixed with a solution of sodium pyrophosphate of 0.1 M concentration. The obtained paste was molded and pressed at 25 MPa, to obtain a cylindrical body with a diameter of 50 mm and a height of 50 mm . The cylindrical body was dried in air at room temperature for 120 hours.

Corpul ceramic a fost prelucrat mecanic prin găurire cu un burghiu cu 0 = 2 mm, păstrând o distanță d = 2 mm între oricare 2 găuri practicate. S-au practicat astfel 192 de găuri perpendiculare pe generatoarea (înălțimea) corpului cilindric, și 97 de găuri perpendiculare pe diametrul corpului cilindric.The ceramic body was mechanically processed by drilling with a drill with 0 = 2 mm, keeping a distance d = 2 mm between any 2 holes drilled. Thus, 192 holes were drilled perpendicular to the generator (height) of the cylindrical body, and 97 holes were perpendicular to the diameter of the cylindrical body.

Corpul ceramic prelucrat mecanic a fost supus unui tratament termic de sintetizare în cuptor electric, cu ventilație continuă; corpurile ceramice au fost tratate termic la 1000°C, în argon, timp de 2 h.The mechanically processed ceramic body has undergone a heat treatment of synthesis in an electric oven, with continuous ventilation; the ceramic bodies were heat treated at 1000 ° C, in argon, for 2 hours.

Prin procedeul descris mai sus a fost obținut un produs de tip scaffold cu compoziție bifazică în proporțiile 70%HAP-30% β-TCP, cu porozitate teoretică de 27% și dimensiuni ale porilor de 0,8...2000 pm.A scaffold type product with biphasic composition in the proportions 70% HAP-30% β-TCP, with a theoretical porosity of 27% and pore size of 0.8 ... 2000 pm, was obtained by the process described above.

Bibliografie [1] Dorozhkin S.V., Biocomposites and hybrid biomaterials based on calcium orthophosphates, Biomatter 2011; 1: 3-56.Bibliography [1] Dorozhkin S.V., Biocomposites and hybrid biomaterials based on calcium orthophosphates, Biomatter 2011; 1: 3-56.

[2] Best SM, Porter AE, Thian E.S., Huang J., Bioceramics: Past, presentand forthe future. Journal of the European Ceramic Society 2008;28: 1319-27.[2] Best SM, Porter AE, Thian E.S., Huang J., Bioceramics: Past, presenting strong future. Journal of the European Ceramic Society 2008; 28: 1319-27.

[3] Gallinetti S, Canal C, Ginebra MP., DevelopmentandCharacterization ofBiphasic Hydroxyapatite/fi-TCP Cements. Journal of the American Ceramic Society 2014;97:1065-73.[3] Gallinetti S, Canal C, Geneva MP., DevelopmentandCharacterization ofBiphasic Hydroxyapatite / fi-TCP Cements. Journal of the American Ceramic Society 2014; 97: 1065-73.

[4] Barradas A, Yuan H, Blitterswijk CA, Habibovic P., Osteoinductive biomaterials: currentknowledge ofproperties, experimentalmodelsandbiologicalmechanisms. European cells & materials 2011 ;21: 407-29.[4] Barradas A, Yuan H, Blitterswijk CA, Habibovic P., Osteoinductive biomaterials: currentknowledge ofproperties, experimentalmodelsandbiologicalmechanisms. European cells & materials 2011; 21: 407-29.

[5] Habibovic P., Yuan H., van der Valk C.M., Meijer G., van Blitterswijk C.A., de Groot K., 3D microenvironment as essential element for osteoinduction by biomaterials. Biomaterials 2005;26:3565-75.[5] Habibovic P., Yuan H., van der Valk C.M., Meijer G., van Blitterswijk C.A., de Groot K., 3D microenvironment as an essential element for osteoinduction by biomaterials. Biomaterials 2005; 26: 3565-75.

[6] Miculescu F., Stan G.E., Ciocan L.T., Miculescu M., Berbecaru A., Antoniac I., Cortical bone as resource forproducing biomimetic materials forclinical use. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 2012;7:1667-77.[6] Miculescu F., Stan G.E., Ciocan L.T., Miculescu M., Berbecaru A., Antoniac I., Cortical bone as resource forproducing biomimetic forclinical materials use. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 2012; 7: 1667-77.

[7] Dorozhkin SV., Biphasic, triphasicandmultiphasiccalcium orthophosphates. Acta biomaterialia 2012;8:963-77.[7] Dorozhkin SV., Biphasic, triphasicandmultiphasiccalcium orthophosphates. Acta Biomaterialia 2012; 8: 963-77.

[8] Miculescu F, Maidaniuc A, Stan GE, Miculescu M, Voicu SI, Ciocan LT., Thermal degradation and morphological characteristics of bone products. ImTiwari A, Raj B, editors. Reactions and Mechanisms in Thermal Analysis of Advanced Materials: Wiley - Scrivener Publishing LLC; 2015.[8] Miculescu F, Maidaniuc A, Stan GE, Miculescu M, Voicu SI, Ciocan LT., Thermal degradation and morphological characteristics of bone products. ImTiwari A, Raj B, editors. Reactions and Mechanisms in Thermal Analysis of Advanced Materials: Wiley - Scrivener Publishing LLC; 2015.

[9] COMMISSION REGULATION (EU) No 722/2012 of 8 August 2012 concerning particular requirements as regards the requirements laid down in Council Directives 90/385/EEC and 93/42/EEC with respect to active implantable medical devices and medical devices manufactured utilising tissues of animal origin.[9] COMMISSION REGULATION (EU) No 722/2012 of 8 August 2012 concerning particular requirements as regards the requirements laid down in Council Directives 90/385 / EEC and 93/42 / EEC with respect to active implantable medical devices and medical devices manufactured utilizing tissues of animal origin.

[10] ISO/TR 22442 Standard Series - Medical devices utilizing animal tissues and their derivatives.[10] ISO / TR 22442 Standard Series - Medical devices using animal tissues and their derivatives.

[11] Miculescu F, Maidaniuc A, Stan G, Miculescu M, Voicu S, Cîmpean A, et al., Tuning Hydroxyapatite Particles' Characteristics for Solid Freeform Fabrication of Bone Scaffolds. Advanced Composite Materials 2016:321.[11] Miculescu F, Maidaniuc A, Stan G, Miculescu M, Voicu S, Cîmpean A, et al., Tuning Hydroxyapatite Particles' Characteristics for Solid Freeform Fabrication of Bone Scaffolds. Advanced Composite Materials 2016: 321.

RO 131943 Β1 [12] Rahaman MN., Sintering of ceramics: CRC press; 2007.1 [13] Rouwkema J, Rivron NC, van Blitterswijk CA., Vascularization in tissue engineering. Trends in biotechnology 2008;26:434-41.3 [14] Lovett M, Lee K, Edwards A, Kaplan DL. Vascularization strategies for tissue engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews 2009;15:353-70.5 [15] Jain RK, Au P, Tam J, Duda DG, Fukumura D., Engineering vascularized tissue.RO 131943 Β1 [12] Rahaman MN., Sintering of ceramics: CRC press; 2007.1 [13] Rouwkema J, Rivron NC, van Blitterswijk CA., Vascularization in tissue engineering. Trends in biotechnology 2008; 26: 434-41.3 [14] Lovett M, Lee K, Edwards A, Kaplan DL. Vascularization strategies for tissue engineering. Tissue Engineering Part B: Reviews 2009; 15: 353-70.5 [15] Jain RK, Au P, Tam J, Duda DG, Fukumura D., Engineering vascularized tissue.

Nature biotechnology 2005;23:821-3.Ί [16] Bohner M, Baumgart F., Theoretical model to determine the effects of geometrical factors on the resorption of calcium phosphate bone substitutes. Biomaterials 9 2004;25:3569-82.Nature biotechnology 2005; 23: 821-3.Ί [16] Bohner M, Baumgart F., Theoretical model to determine the effects of geometrical factors on the resorption of calcium phosphate bone substitutes. Biomaterials 9 2004; 25: 3569-82.

[17] Karageorgiou V, Kaplan D., Porosity of 3D biomaterial scaffolds and 11 osteogenesis. Biomaterials 2005;26:5474-91.[17] Karageorgiou V, Kaplan D., Porosity of 3D biomaterial scaffolds and 11 osteogenesis. Biomaterials 2005; 26: 5474-91.

[18] Lu J, Flautre B, Anselme K, Hardouin P, Gallur A, Descamps M, et al., Role of 13 interconnections in porous bioceramics on bone recolonization in vitro and in vivo. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 1999; 10:111-20. 15 [19] Bignon A, Chouteau J, Chevalier J, Fantozzi G, Carret J-P, Chavassieux P, et aL, Effect of micro-and macroporosity of bone substitutes on theirmechanical properties and 17 celiular response. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2003;14:1089-97.[18] Lu J, Flautre B, Anselme K, Hardouin P, Gallur A, Descamps M, et al., Role of 13 interconnections in porous bioceramics on bone recolonization in vitro and in vivo. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 1999; 10: 111-20. 15 [19] Bignon A, Chouteau J, Chevalier J, Fantozzi G, Carret J-P, Chavassieux P, et alL, Effect of micro- and macroporosity of bone substitutes on their mechanical properties and 17 celiular response. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2003; 14: 1089-97.

[20] Studart AR, Gonzenbach UT, Tervoort E, Gauckler LJ., Processing routes to 19 macroporous ceramics: a review. Journal of the American Ceramic Society 2006;89:1771 -89.[20] Studart AR, Gonzenbach UT, Tervoort E, Gauckler LJ., Processing routes to 19 macroporous ceramics: a review. Journal of the American Ceramic Society 2006; 89: 1771 -89.

[21] EtokS, Valsami-Jones E, WessT, Hiller J, Maxwell C, Rogers K, etaL, Structural 21 and chemical changes ofthermally treated bone apatite. J Mater Sci 2007;42:9807-16.[21] EtokS, Valsami-Jones E, WessT, Hiller J, Maxwell C, Rogers K, etL, Structural 21 and chemical changes ofthermally treated bone apatite. J Mater Sci 2007; 42: 9807-16.

[22] PramanikS, Pingguan-Murphy B, Cho J, Osman NAA., Design anddevelopment 23 of potențial tissue engineering scaffolds from structurally different longitudinal parts of a bovine-femur. Scientific reports, 2014;4. 25 [23] Bahrololoom M, Javidi M, Javadpour S, Ma J. Characterisation of natural hydroxyapatite extracted from bovine cortical bone ash. J Ceram Process Res 27 2009;10:129-38.[22] PramanikS, Pingguan-Murphy B, Cho J, Osman NAA., Design and development 23 of potential tissue engineering scaffolds from structurally different longitudinal parts of a bovine-femur. Scientific reports, 2014; 4. 25 [23] Bahrololoom M, Javidi M, Javadpour S, Ma J. Characterization of natural hydroxyapatite extracted from bovine cortical bone ash. J Ceram Process Res 27 2009; 10: 129-38.

[24] Lau M-l, Lau K-t, Ku H, Cardona F, Lee J-H. Analysis of heat-treated bovine 29 cortical bone by thermal gravimetric and nanoindentation. Composites Part B: Engineering 2013;55:447-52. 31 [25] Barakat NAM, Khalil KA, Sheikh FA, Omran AM, Gaihre B, Khil SM, et al.[24] Lau M-l, Lau K-t, Ku H, Cardona F, Lee J-H. Analysis of heat-treated bovine 29 cortical bone by thermal gravimetric and nanoindentation. Composites Part B: Engineering 2013; 55: 447-52. 31 [25] Barakat NAM, Khalil KA, Sheikh FA, Omran AM, Gaihre B, Khil SM, et al.

Physiochemical characterizations of hydroxyapatite extracted from bovine bones by three 33 different methods: Extraction of biologically desirable HAp. Materials Science and Engineering: C 2008;28:1381-7. 35 [26] Blokhuis TJ, Termaat MF, den Boer FC, Patka P, Bakker FC, Henk JTM.Physiochemical characterizations of hydroxyapatite extracted from bovine bones by three 33 different methods: Extraction of biologically desirable HAp. Materials Science and Engineering: C 2008; 28: 1381-7. 35 [26] Blokhuis TJ, Termaat MF, den Boer FC, Patka P, Bakker FC, Henk JTM.

Properties of calcium phosphate ceramics in relation to their in vivo behavior. Journal of 37 Trauma-lnjury, Infection, and Criticai Care 2000;48:179.Properties of calcium phosphate ceramics in relation to their in vivo behavior. Journal of 37 Trauma-lnjury, Infection, and Criticai Care 2000; 48: 179.

[27] Dorozhkin SV. Calcium orthophosphates as bioceramics: State oftheArt. Journal 39 of funcțional biomaterials 2010;1:22-107.[27] Dorozhkin SV. Calcium orthophosphates as bioceramics: State oftheArt. Journal 39 of Functional Biomaterials 2010; 1: 22-107.

[28] Figueiredo M, Fernando A, Martins G, Freitas J, Judas F, Figueiredo H. Effect 41 of the calcination temperature on the composition and microstructure of hydroxyapatite derived from human and animal bone. Ceramics Internațional 2010;36:2383-93. 43 [29] Mkukuma LD, Skakle JM, Gibson IR, Imrie CT, Aspden RM, Hukins DW. Effect of the proportion of organic material in bone on thermal decomposition of bone mineral: an 45 investigation of a variety of bones from different species using thermogravimetric analysis coupled to mass spectrometry, high-temperature X-ray diffraction, and Fourier transform 47 infrared spectroscopy. Calcified tissue internațional 2004;75:321-8.[28] Figueiredo M, Fernando A, Martins G, Freitas J, Judas F, Figueiredo H. Effect 41 of the calcination temperature on the composition and microstructure of hydroxyapatite derived from human and animal bone. Ceramics International 2010; 36: 2383-93. 43 [29] Mkukuma LD, Skakle JM, Gibson IR, Imrie CT, Aspden RM, Hukins DW. Effect of the proportion of organic material in bone on thermal decomposition of bone mineral: an 45 investigation of a variety of bones from different species using thermogravimetric analysis coupled to mass spectrometry, high-temperature X-ray diffraction, and Fourier transform 47 infrared spectroscopy. Calcified tissue international 2004; 75: 321-8.

RO 131943 Β1 [30] Ooi CY, Hamdi M, Ramesh S. Properties of hydroxyapatite produced by annealing of bovine bone. Ceramics Internațional 2007;33:1171-7.RO 131943 Β1 [30] Ooi CY, Hamdi M, Ramesh S. Properties of hydroxyapatite produced by annealing of bovine bone. Ceramics International 2007; 33: 1171-7.

[31] Liao C-J, Lin F-H, Chen K-S, Sun J-S. Thermaldecomposition andreconstitiition of hydroxyapatite in air atmosphere. Biomaterials 1999;20:1807-13.[31] Liao C-J, Lin F-H, Chen K-S, Sun J-S. Thermaldecomposition andreconstitiition of hydroxyapatite in air atmosphere. Biomaterials 1999; 20: 1807-13.

[32] Fantner GE, Birkedal H, Kindt JH, Hassenkam T, Weaver JC, Cutroni JA, et al. Influence of the degradation of the organic matrix on the microscopic fracture behavior of trabecular bone. Bone 2004;35:1013-22.[32] Fantner GE, Birkedal H, Kindt JH, Hassenkam T, Weaver JC, Cutroni JA, et al. Influence of the degradation of the organic matrix on the microscopic fracture behavior of trabecular bone. Bone 2004; 35: 1013-22.

[33] Rey C, Combes C, Drouet C, Glimcher MJ. Bone mineral: update on chemical composition and structure. Osteoporos Int 2009;20:1013-21.[33] Rey C, Combes C, Drouet C, Glimcher MJ. Bone mineral: update on chemical composition and structure. Osteoporos Int 2009; 20: 1013-21.

[34] Miculescu F, Ciocan L, Miculescu M, Ernuteanu A. Effect of heatingprocess on micro structure level ofcortical bone prepared for compositional analysis. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 2011;6:225-33.[34] Miculescu F, Ciocan L, Miculescu M, Ernuteanu A. Effect of heatingprocess on micro structure level ofcortical bone prepared for compositional analysis. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 2011; 6: 225-33.

[35] Dorozhkin SV. Calcium orthophosphate-based bioceramics. Materials 2013;6:3840-942.[35] Dorozhkin SV. Calcium orthophosphate-based bioceramics. Materials 2013; 6: 3840-942.

[36] Miculescu F, Maidaniuc A, Voicu SI, Miculescu M, Berbecaru A, Ciocan LT, et al. Structural and morphological induced modifications in hydroxyapatite obtained by bone thermal treatments. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 2015;17:1361-6.[36] Miculescu F, Maidaniuc A, Voicu SI, Miculescu M, Berbecaru A, Ciocan LT, et al. Structural and morphological induced modifications in hydroxyapatite obtained by bone thermal treatments. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 2015; 17: 1361-6.

[37] Herliansyah MK, Hamdi M, Ide-Ektessabi A, Wildan MW, Toque JA. The influence of sintering temperature on the properties of compacted bovine hydroxyapatite. Materials Science and Engineering: C 2009;29:1674-80.[37] Herliansyah MK, Hamdi M, Ide-Ektessabi A, Wildan MW, Toque JA. The influence of sintering temperature on the properties of compacted bovine hydroxyapatite. Materials Science and Engineering: C 2009; 29: 1674-80.

[38] Liu Q, Huang S, Matinlinna JP, Chen Z, Pan H. Insight into biologica! apatite: physiochemical properties and preparation approaches. BioMed research internațional 2013;2013.[38] Liu Q, Huang S, Matinlinna JP, Chen Z, Pan H. Insight into biological! apatite: physiochemical properties and preparation approaches. BioMed research international 2013; 2013.

[39] Champion E. Sintering of calcium phosphate bioceramics. Acta biomaterialia 2013;9:5855-75.[39] Champion E. Sintering of calcium phosphate bioceramics. Acta biomaterialia 2013; 9: 5855-75.

[40] Deydier E, Guilet R, Sarda S, Sharrock P. Physicalandchemicalcharacterisation of crude meat and bone meal combustion residue: waste or raw material?. Journal of hazardous materials 2005;121:141-8.[40] Deydier E, Guilet R, Sarda S, Sharrock P. Physicalandchemicalcharacterization of crude meat and bone meal combustion residue: waste or raw material ?. Journal of hazardous materials 2005; 121: 141-8.

[41] Johnson G, Mucalo M, Lorier M. The processing and characterization of animal-derived bone to yield materials with biomedical applications Part 1: Modifiable porous implants from bovine condyle cancellous bone and characterization of bone materials as a function ofprocessing. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2000; 11:427-41.[41] Johnson G, Mucalo M, Lorier M. The processing and characterization of animal-derived bone to yield materials with biomedical applications Part 1: Modifiable porous implants from bovine condyle cancellous bone and characterization of bone materials as a function ofprocessing. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2000; 11: 427-41.

[42] Joschek S, Nies B, Krotz R, Goferich A. Chemical and physicochemical characterization of porous hydroxyapatite ceramics made of natural bone. Biomaterials 2000;21:1645-58.[42] Joschek S, People B, Krotz R, Goferich A. Chemical and physicochemical characterization of porous hydroxyapatite ceramics made of natural bone. Biomaterials 2000; 21: 1645-58.

[43] Lombardi M, Palmero P, Haberko K, Pyda W, Montanaro L. Processing of a natural hydroxyapatite powder: From powder optimization to porous bodies development. Journal of the European Ceramic Society 2011 ;31:2513-8.[43] Lombardi M, Palmero P, Haberko K, Pyda W, Montanaro L. Processing of a natural hydroxyapatite powder: From powder optimization to porous bodies development. Journal of the European Ceramic Society 2011; 31: 2513-8.

[44] Nilen RWN, Richter PW. The thermal stability of hydroxyapatite in biphasic calcium phosphate ceramics. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2008;19:1693-702.[44] Nilen RWN, Richter PW. The thermal stability of hydroxyapatite in biphasic calcium phosphate ceramics. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2008; 19: 1693-702.

[45] Nurse RW, Welch JH, Gutt W. A New Form of Tricalcium Phosphate. Nature 1958; 182:1230.[45] Nurse RW, Welch JH, Gutt W. A New Form of Tricalcium Phosphate. Nature 1958; 182: 1230.

[46] Gross K, BerndtC. Thermalprocessing of hydroxyapatite for coatingproduction. Journal of biomedical materials research 1998;39:580-7.[46] Gross K, BerndtC. Thermalprocessing of hydroxyapatite for coatingproduction. Journal of biomedical materials research 1998; 39: 580-7.

[47] Tempelman E, Shercliff H, van Eyben BN. Chapter 11 -Additive Manufacturing. In: Tempelman E, Shercliff H, Eyben BNv, editors. Manufacturing and Design. Boston: Butterworth-Heinemann; 2014. p. 187-200.[47] Tempelman E, Shercliff H, van Eyben BN. Chapter 11 -Additive Manufacturing. In: Tempelman E, Shercliff H, Eyben BNv, editors. Manufacturing and Design. Boston: Butterworth-Heinemann; 2014. pp. 187-200.

[48] ButscherA, BohnerM, HofmannS, GaucklerL, Miiller R. Structuralandmaterial approaches to bone tissue engineering in powder-based three-dimensional printing. Acta biomaterialia 2011; 7:907-20.[48] ButscherA, BohnerM, HofmannS, GaucklerL, Miiller R. Structuralandmaterial approaches to bone tissue engineering in powder-based three-dimensional printing. Acta biomaterialia 2011; 7: 907-20.

Claims (2)

Revendicăriclaims 1. Procedeu de obținere a unui produs tip scaffold pe bază de hidroxiapatită, pentru reconstrucția defectelor osoase majore, cu raport predeterminat între hidroxiapatită și fosfatul tricalcic HAP/TCP, incluzând o fază preliminară de obținere a hidroxiapatitei prin deproteinizare pe cale termică, prin fierbere, a osului bovin, îndepărtarea mecanică a materialului proteic și tratare termică la 400...500°C, 2...4 h, în cuptor electric, în atmosferă de aer, cu ventilație continuă, tratarea termică a osului deproteinizat în cuptor electric, în atmosferă de aer, la temperaturi cuprinse între 800 și 1200°C, timp de 2...6 h, măcinare în moară cu bile de agat timp de 2...6 h și sortare granulometrică prin vibrare în site succesive cu dimensiunea ochiurilor cuprinsă între 200 pm și 20 pm, caracterizat prin aceea că pulberile de hidroxiapatită obținute se amestecă și se omogenizează cu soluție de pirofosfat de sodiu de concentrație cuprinsă între 0,1 și 0,5 molar, la un raport: soluție/HAP între 1/3 și 1/4, prestabilit în corelație cu raportul HAP/TCP dorit, și apoi se compactează prin presare în forme cilindrice cu diametre între 10 și 50 mm, cu forțe de apăsare cuprinse între 10 și 500 MPa, în funcție de porozitatea și caracteristicile mecanice dorite pentru produsul final care este obținut prin uscarea produsului compactat, la temperatura camerei, între 24 și 240 h, și prelucrarea mecanică a acestuia, prin găurire cu burghie, diametrul găurilor obținute variind între 1 și 3 mm, găurile fiind practicate pe direcții axiale, perpendiculare pe suprafața circulară, și pe direcții radiale, cu distanța între oricare două extremități ale găurilor cuprinsă între 1 și 3 mm, produsul astfel obținut fiind în final sintetizat la 700...1300°C timp de 2...6 h, în atmosferă de aer-argon.1. Process for obtaining a scaffold product based on hydroxyapatite, for the reconstruction of major bone defects, with a predetermined ratio between hydroxyapatite and tricalcium phosphate HAP / TCP, including a preliminary phase of obtaining hydroxyapatite by thermal deprotection by boiling, of bovine bone, mechanical removal of protein material and heat treatment at 400 ... 500 ° C, 2 ... 4 h, in electric oven, in air atmosphere, with continuous ventilation, thermal treatment of bone deproteinized in electric oven, in air atmosphere, at temperatures between 800 and 1200 ° C, for 2 ... 6 h, grinding in the mill with agate balls for 2 ... 6 h and granulometric sorting by vibration in successive sieves with mesh size between 200 pm and 20 pm, characterized in that the hydroxyapatite powders obtained are mixed and homogenized with sodium pyrophosphate solution with a concentration of 0 , 1 and 0.5 molar, at a ratio: solution / HAP between 1/3 and 1/4, preset in correlation with the desired HAP / TCP ratio, and then compacted by pressing in cylindrical shapes with diameters between 10 and 50 mm , with pressing forces between 10 and 500 MPa, depending on the porosity and mechanical characteristics desired for the final product which is obtained by drying the compacted product, at room temperature, between 24 and 240 h, and its mechanical processing, by drilling with drill, the diameter of the holes obtained varying between 1 and 3 mm, the holes being drilled in axial directions, perpendicular to the circular surface, and in radial directions, with the distance between any two ends of the holes between 1 and 3 mm, the product thus obtained being finally synthesized at 700 ... 1300 ° C for 2 ... 6 hours in air-argon atmosphere. 2. Procedeu de obținere a unui produs tip scaffold pe bază de hidroxiapatită, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că prelucrarea mecanică a produsului din HAP/TCP este realizată conform următorului tabel de corelație între porozitatea produselor tip scaffold și parametrii de prelucrare mecanică:2. Process for obtaining a hydroxyapatite-based scaffold product according to claim 1, characterized in that the mechanical processing of the HAP / TCP product is performed according to the following correlation table between the porosity of the scaffold products and the mechanical processing parameters:
RO201700001A 2017-01-04 2017-01-04 Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects RO131943B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201700001A RO131943B1 (en) 2017-01-04 2017-01-04 Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201700001A RO131943B1 (en) 2017-01-04 2017-01-04 Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO131943A0 RO131943A0 (en) 2017-06-30
RO131943B1 true RO131943B1 (en) 2019-10-30

Family

ID=59101123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201700001A RO131943B1 (en) 2017-01-04 2017-01-04 Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO131943B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RO131943A0 (en) 2017-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bohner et al. β-tricalcium phosphate for bone substitution: Synthesis and properties
DE60116103T2 (en) POROUS SYNTHETIC BONE IMPLANTS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Niakan et al. Sintering behaviour of natural porous hydroxyapatite derived from bovine bone
US7087540B2 (en) Resorbable bone replacement and bone formation material
KR910001352B1 (en) Porous ceramic material and method for producing thereof
Koç et al. Fabrication and characterization of porous tricalcium phosphate ceramics
CA2434533A1 (en) Method of preparing porous calcium phosphate morsels and granules via gelatin processing
Hosseinzadeh et al. Fabrication of a hard tissue replacement using natural hydroxyapatite derived from bovine bones by thermal decomposition method
KR101558856B1 (en) Bone substitute material
CN105084336B (en) A kind of two-phase calcium phosphate material and preparation method thereof and two-phase calcium phosphate artificial bone ceramics
Bayazit et al. Evaluation of bioceramic materials in biology and medicine
EP1380313B1 (en) Method of preparing porous calcium phosphate morsels and granules via Gelatin processing
Ahmad Fara et al. Preparation and characterization of biological hydroxyapatite (HAp) obtained from Tilapia fish bone
CN108348637B (en) Large 3D porous scaffold made from active hydroxyapatite obtained by biomorphic transformation of natural structure and process for obtaining same
Mao et al. Preparation and properties of α-calcium sulphate hemihydrate and β-tricalcium phosphate bone substitute
Umemoto et al. In vivo bioresorbability and bone formation ability of sintered highly pure calcium carbonate granules
Gunawan et al. Characterization of porous hydroxyapatite-alumina composite scaffold produced via powder compaction method
Gerber et al. Development and in vivo test of sol-gel derived bone grafting materials
Hayashi et al. Gear-shaped carbonate apatite granules with a hexagonal macropore for rapid bone regeneration
Khodaei et al. Fabrication and Characterization of Porous beta-Tricalcium Phosphate Scaffold for Bone Regeneration
Bobkova et al. Porous glass ceramic bioimplants
RO131943B1 (en) Process for preparing a hydroxyapatite-based scaffold-type product for reconstruction of bone defects
Niakan et al. Effect of annealing treatment on the characteristics of bovine bone
Layrolle et al. Physicochemistry of apatite and its related calcium phosphates
Safina et al. Calcium phosphate based ceramic with a resorbable phase and low sintering temperature