ES2658144T3

ES2658144T3 - Composiciones y procedimientos para el tratamiento de defectos óseos

Info

Publication number: ES2658144T3
Application number: ES11820752.1T
Authority: ES
Inventors: Michael J. Voor; Jr. Robert L. Burden
Original assignee: University of Louisville Research Foundation ULRF
Current assignee: University of Louisville Research Foundation ULRF
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: US9072720B2; EP2608778A4; AU2011293202A1; EP2608778A2; CA2809606C; WO2012027711A2; US10543294B2; EP2608778B1; AU2011293202B2; US20120053692A1; WO2012027711A3; CA2809606A1; US20150283292A1

Abstract

Composición de injerto óseo, que comprende: un cemento biológicamente reabsorbible; y una pluralidad de partículas de hueso procesadas, estando cada una de las partículas cortada de un hueso intacto o una parte del mismo, y teniendo cada una de las partículas de hueso una forma configurada para interconectar con partículas de hueso adyacentes, en la que: (1) cada partícula de hueso tiene forma de mancuerna, y tiene una parte central y dos partes en el extremo ampliadas; o (2) cada una de las partículas de hueso incluye una pluralidad de partes ampliadas y una pluralidad de partes centrales, alineadas a lo largo de un eje longitudinal común, extendiéndose cada una de las partes ampliadas lateralmente alejándose del eje longitudinal común de cada parte central, y cada una de las partes centrales interpuesta entre las respectivas partes ampliadas.

Description

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DESCRIPCION

Composiciones y procedimientos para el tratamiento de defectos óseos SECTOR TÉCNICO

El objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva se refiere a composiciones y procedimientos para el tratamiento de defectos óseos y, más particularmente, a composiciones de injerto óseo en las que se mejoran las propiedades mecánicas, la incorporación y la remodelación de un cemento biológicamente reabsorbible mediante el aumento del cemento con partículas de hueso procesadas.

ANTECEDENTES

Anualmente se llevan a cabo más de 500.000 procedimientos de injerto óseo en los Estados Unidos, y en todo el mundo se realizan aproximadamente 2,2 millones con un coste anual de casi 2,5 mil millones de dólares. Estos procedimientos de injerto óseo se realizan de forma rutinaria no sólo para tratar fracturas óseas y otros defectos óseos, sino que también se realizan de forma rutinaria para fortalecer el hueso existente que se puede estar deteriorando. Típicamente, el material óseo utilizado para estos procedimientos de injerto óseo es autoinjerto, que se deriva del propio cuerpo del paciente, o aloinjerto, que se deriva de un miembro genéticamente diferente de la misma especie. Sin embargo, en algunos casos, el material del injerto puede ser incluso un xenoinjerto, que se obtiene de otra especie.

Desde un punto de vista biológico, el autoinjerto es el tipo preferente de material de injerto y el tipo de material que se utiliza con más frecuencia en muchas de las cirugías ortopédicas, maxilofaciales, podológicas y dentales que requieren que se realicen procedimientos de injerto óseo. Los materiales óseos de autoinjerto también muestran muchas de las propiedades preferentes para tratar un defecto óseo, incluida la capacidad de producir hueso nuevo a partir de células vivas trasplantadas y la capacidad de integrarse con el tejido óseo en el sitio del injerto. Sin embargo, a pesar de estas ventajas, un procedimiento de autoinjerto generalmente requiere que se realice una cirugía adicional en un individuo para adquirir el material de injerto, lo que puede causar complicaciones, tales como inflamación o infección. Además, durante estas cirugías, solo se puede recolectar una cantidad de hueso muy limitada. Por lo tanto, se han desarrollado materiales de aloinjerto y xenoinjerto que proporcionan beneficios en términos de la cantidad de materiales que se pueden obtener, pero esos materiales todavía tienen a menudo sus propias complicaciones, tales como la transmisión de enfermedades y el fallo del injerto, lo que deja a los investigadores en busca de mejores alternativas.

Con este fin, se han desarrollado recientemente muchos tipos adicionales de composiciones de injerto óseo, que incluyen composiciones basadas en aloinjertos, basadas en cerámica y basadas en polímeros. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos. No. 7.494.950 describe composiciones implantables que contienen un componente que contiene una sal de calcio, opcionalmente hueso desmineralizado, y una pluralidad de fibras discretas. Para otro ejemplo, la patente de Estados Unidos No. 6.548.080 describe una aplicación para un sitio de defectos óseos que incluye una estructura de hueso cortical parcialmente desmineralizado. Aún como otro ejemplo, la patente de Estados Unidos No. 6.599.516 da a conocer la inclusión de materiales dentro de un compuesto cerámico moldeable capaz de endurecerse, con el objetivo específico de permitir el acceso celular al interior del material implantado. La patente de Estados Unidos No. 2006/030948 describe un osteoimplante que comprende un agregado coherente de partículas de hueso alargadas y que es altamente absorbente y de naturaleza de tipo esponja. El documento WO 2004/110308 describe un osteoimplante que también está hecho de un agregado coherente de partículas de hueso alargadas. Spiers y otros (Biomateriales 26 (2005) 7310-7318) describe materiales compuestos de cemento de fosfato de calcio que comprenden el 0%, 25%, 50% o 75% de hueso morselizado mezclado con cemento de fosfato de calcio biorreabsorbible. El documento WO 02/083194 describe una bioestructura regeneradora modificada genéticamente (erb) para el implante en el cuerpo humano como sustituto de hueso, que incluye una microestructura interna, mesoestructura y/o macroestructura para proporcionar crecimiento óseo mejorado. El documento US 2005/0084542 describe composiciones de implante óseo osteogénicas que se aproximan la composición química del hueso natural. El componente orgánico de estas composiciones de implante es osteoinductivo a pesar de la presencia del componente inorgánico y, además, está presente en una cantidad suficiente para maximizar las capacidades regeneradoras del implante sin comprometer su capacidad de conformación y resistencia mecánica. Sin embargo, a pesar de las muchas composiciones de injerto óseo alternativas disponibles actualmente, las composiciones de injerto óseo alternativas disponibles actualmente no poseen suficiente resistencia y no se incorporan, remodelan o reabsorben rápida o completamente por el cuerpo de un individuo. De este modo, no se pueden considerar como alternativas viables a materiales de injerto óseo basados en autoinjerto, aloinjerto o xenoinjerto anteriores. Además, las composiciones de injerto óseo disponibles actualmente no se dirigen suficientemente a cómo ciertas concentraciones o formas de estas partículas de hueso se pueden incorporar en una composición de injerto óseo de una manera que cambia las propiedades de la propia composición e incrementa la resistencia, velocidad de reabsorción y velocidad de incorporación y remodelado de los materiales implantados.

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CARACTERISTICAS

Este resumen describe diversas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva y, en muchos casos, enumera las variaciones y permutaciones de estas realizaciones. Este resumen es meramente de ejemplo de las numerosas y variadas realizaciones. La mención de una o más características representativas de una realización dada es igualmente de ejemplo. Dicha realización puede existir típicamente con o sin la característica o características mencionadas; asimismo, esas características se pueden aplicar a otras realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, ya sea que se enumeren en este resumen o no. Para evitar una repetición excesiva, este resumen no enumera ni sugiere todas las combinaciones posibles de dichas características. Se da a conocer una composición de injerto óseo que comprende un cemento biológicamente reabsorbible y una pluralidad de partículas de hueso procesadas, en el que la composición de injerto óseo está definida por las reivindicaciones, más adelante.

El objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva incluye composiciones de injerto óseo, procedimientos para utilizar las composiciones de injerto óseo para tratar un defecto óseo, y kits que comprenden los componentes de las composiciones de injerto óseo. En particular, el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva da a conocer composiciones de injerto óseo, procedimientos para utilizar esas composiciones, y kits que comprenden los componentes de las composiciones de injerto óseo, en las que las propiedades mecánicas y la incorporación de un cemento biológicamente reabsorbible se incrementan aumentando el cemento con partículas de hueso procesadas que tienen una forma de interconexión.

En algunas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se da a conocer una composición de injerto óseo que comprende un cemento biológicamente reabsorbible y una pluralidad de partículas de hueso procesadas. En estas composiciones, cada una de las partículas de hueso tiene una forma de interconexión (por ejemplo, una forma de mancuerna “dumbbell”), de tal modo que cada partícula de hueso es capaz de interconectarse con partículas de hueso adyacentes cuando se incluye en la composición de injerto óseo. En algunas realizaciones, la interconexión de las partículas de hueso conformadas aumenta las propiedades mecánicas del cemento biológicamente reabsorbible. En algunas realizaciones, las partículas de hueso también están configuradas para interconectarse con partículas de hueso adyacentes y/o están configuradas para entrelazarse con el cemento circundante de manera que la interconexión y/o entrelazado de las partículas de hueso aumenta adicionalmente las propiedades mecánicas del cemento biológicamente reabsorbible. En algunas realizaciones, una sección transversal de una parte de las partículas de hueso procesadas es sustancialmente redonda, elíptica, cuadrada, rectangular o triangular, de modo que el cemento se mejora adicionalmente en los modos de compresión, cizalladura, tensión y carga por flexión si se compara con una composición de cemento que no incluye partículas de hueso o una que incluye partículas conformadas de forma aleatoria u orientadas de forma aleatoria.

Con respecto a los cementos reabsorbibles biológicamente utilizados de acuerdo con las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, en algunas realizaciones, los cementos biológicamente reabsorbibles comprenden un cemento basado en calcio. En algunas realizaciones, el cemento basado en calcio es un cemento de fosfato de calcio. En algunas realizaciones, el cemento basado en calcio es un cemento de hidroxiapatita. En otras realizaciones, el cemento basado en calcio es un cemento de sulfato de calcio.

Las partículas de hueso procesadas de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva se combinan típicamente con el cemento a una concentración de aproximadamente el 1 por ciento hasta aproximadamente el 50 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo o, en algunas realizaciones, a una concentración de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 15 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo. En algunas realizaciones de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, las partículas de hueso procesadas están desmineralizadas en aproximadamente del 5 por ciento a aproximadamente el 90 por ciento. En dichas realizaciones, las partículas de hueso procesadas comprenden típicamente partículas de hueso cortical. En otras realizaciones de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, las partículas de hueso comprenden partículas de hueso esponjoso. En realizaciones adicionales, las partículas de hueso incluyen hueso tanto cortical como esponjoso.

Además, las partículas de hueso procesadas de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva pueden, en algunas realizaciones, seleccionarse de partículas de hueso de autoinjerto, partículas de hueso de aloinjerto, partículas de hueso de xenoinjerto y combinaciones de las mismas. En algunas realizaciones, las composiciones de injerto óseo pueden incluir adicionalmente un antibiótico, un material osteoinductivo, un material osteogénico, o tanto un material osteoinductivo como un material osteogénico.

Aún más, en algunas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se dan a conocer procedimientos para tratar un defecto óseo que utilizan las composiciones de injerto óseo descritas en el presente documento. En algunas realizaciones, se da a conocer un procedimiento para tratar un defecto óseo que comprende las etapas de proporcionar una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva y administrar una cantidad eficaz de la composición de injerto óseo a un sitio de un defecto óseo en un individuo. En algunas realizaciones, el defecto óseo es un hueco óseo, una fractura o el sitio de una fusión ósea prevista. Cada uno de estos defectos óseos se tratan, en algunas realizaciones, llenando el defecto óseo con una

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composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva.

Aún en realizaciones adicionales del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se dan a conocer kits. En algunas realizaciones, se da a conocer un kit que incluye un polvo de cemento biológicamente reabsorbible y una pluralidad de partículas de hueso procesadas, en las que cada una de las partículas de hueso procesadas tiene una forma configurada para interconectarse con partículas de hueso adyacentes. En algunas realizaciones de los kits, el cemento biológicamente reabsorbible y las partículas de hueso procesadas se envasan en recipientes separados o se envasan juntas en un solo recipiente. En algunas realizaciones, las partículas de hueso están liofilizadas. A este respecto, en algunas realizaciones, el kit incluye, además, agua u otro vehículo acuoso para añadir al polvo de cemento las partículas de hueso, o tanto el polvo de cemento como las partículas de hueso. En algunas realizaciones, el kit comprende, además, instrucciones para mezclar el polvo de cemento y las partículas de hueso y, a continuación, combinar esa mezcla con un vehículo acuoso de manera que se produzca una composición deseada de injerto óseo.

Las ventajas adicionales del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva serán evidentes para los expertos en la materia después de un estudio de la descripción, las figuras y los ejemplos no limitantes en el presente documento.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1A es una vista en perspectiva de una partícula de hueso con forma de mancuerna fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 1B es una vista en perspectiva de otra partícula de hueso con forma de mancuerna fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 1C es una vista en perspectiva de otra partícula de hueso con forma de mancuerna fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 1D es una vista lateral de una partícula de hueso alargada fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 1E es una vista en perspectiva de otra partícula de hueso con forma de mancuerna fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 1F es una vista lateral de otra partícula de hueso alargada fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 1G es una vista lateral de otra partícula de hueso alargada fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 2 es un diagrama esquemático que muestra una pluralidad de partículas de hueso con forma de mancuerna interconectadas entre sí;

la figura 3 es un diagrama esquemático que muestra un dispositivo experimental de flexión de tres puntos utilizada para aplicar una fuerza (F) y evaluar la resistencia a la flexión de una composición de injerto óseo endurecido (muestra cilíndrica) fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 4 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de flexión realizada con un dispositivo de flexión de tres puntos, tal como se muestra en la figura 3, para analizar la resistencia a la flexión de: un cemento de fosfato de calcio puro (CaP al 100%) que comprende fosfato tetracálcico (TTCP); fosfato monocálcico (MCP) y carbonato de calcio; una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de fosfato de calcio compuesto de TTCP, MCP y carbonato de calcio y que incluye el 10 por ciento o el 20 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10% y Tr 20%, respectivamente); y una composición de injerto óseo que incluye un cemento de fosfato de calcio que comprende TTCP, MCP y carbonato de calcio y que incluye el 10 por ciento o el 40 por ciento en volumen de partículas de hueso con forma no especial (Alt 10% y Alt 40%, respectivamente);

la figura 5 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de flexión realizada con un dispositivo de flexión de tres puntos, tal como se muestra en la figura 3, para analizar la resistencia a la flexión de: un cemento de fosfato de calcio de grado de calidad comercial puro (CaP* 100%) fabricado a partir de polvo de fosfato alfa-tricálcico; una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial fabricado a partir de polvo de fosfato alfa-tricálcico y que incluye el 10 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10%); y una composición de injerto óseo que incluye un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial fabricado a partir de polvo de fosfato alfa-tricálcico y que incluye el 40 por ciento en volumen de partículas de hueso con forma

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no especial (Alt 40%);

la figura 6 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de flexión realizada con un dispositivo de flexión de tres puntos, tal como se muestra en la figura 3, para analizar la resistencia a la flexión de: un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial puro (CaS 100%); una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial y que incluye el 10 por ciento o el 20 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10% y Tr 20%, respectivamente); y una composición de injerto óseo que incluye un cemento de sulfato de calcio y que incluye el 10 por ciento o el 40 por ciento en volumen de partículas de hueso con forma no especial (Alt 10% y Alt 40%, respectivamente);

la figura 7 es un gráfico que muestra los resultados de una prueba de flexión realizada con un dispositivo de flexión de tres puntos, tal como se muestra en la figura 3, para analizar la resistencia a la flexión de: un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial puro (CaS 100%); y una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial y que incluye el 10 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1G (Elong 10%);

la figura 8 es un diagrama esquemático de un dispositivo de ensayo de cizalladura experimental utilizado para aplicar una fuerza (F) a lo largo de una línea de cizalladura y evaluar la resistencia a la cizalladura de una composición de injerto óseo endurecido (muestra cilíndrica) realizada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 9 es un gráfico que muestra los resultados de un ensayo de cizalladura realizado con un dispositivo de ensayo de cizalladura, tal como se muestra en la figura 8, para analizar la resistencia a la cizalladura de: un cemento de fosfato de calcio puro (CaP 100%) que comprende fosfato tetracálcico (TTCP), fosfato monocálcico (MCP) y carbonato de calcio; una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de fosfato de calcio que comprende TTCP, MCP y carbonato de calcio y que incluye el 10 por ciento o el 20 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10% y Tr 20%, respectivamente); y una composición de injerto óseo que incluye un cemento de fosfato de calcio que comprende TTCP, MCP y carbonato de calcio y que incluye 10 el por ciento o el 40 por ciento en volumen de partículas de hueso con forma no especial (Alt 10% y Alt 40%, respectivamente);

la figura 10 es un gráfico que muestra los resultados de un ensayo de cizalladura realizado con un dispositivo de ensayo de cizalladura, tal como se muestra en la figura 8, para analizar la resistencia a la cizalladura de: un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial puro (CaP * 100%) fabricado a partir de polvo de fosfato alfa-tricálcico; una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial fabricado a partir de polvo de fosfato alfa-tricálcico y que incluye el 10 por ciento o el 20% en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10% o Tr 20%, respectivamente); y una composición de injerto óseo que incluye un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial fabricado a partir de polvo de fosfato alfa-tricálcico y que incluye el 40 por ciento en volumen de partículas de hueso con forma no especial (Alt 40%);

la figura 11 es un gráfico que muestra los resultados de un ensayo de cizalladura realizado con dispositivo de ensayo de cizalladura, tal como se muestra en la figura 3, para analizar la resistencia a la cizalladura de: un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial puro (CaS 100%); y una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial y que incluye el 10 por ciento o el 20 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, como se muestra en la figura 1A (Tr 10% y TR 20%, respectivamente);

la figura 12 es un diagrama esquemático de un dispositivo experimental utilizado para aplicar una fuerza (F) y evaluar la resistencia a la tracción diametral de una composición de injerto óseo endurecido (muestra cilíndrica) realizada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva;

la figura 13 es un gráfico que muestra los resultados de un ensayo de tracción diametral realizado con un dispositivo, tal como se muestra en la figura 12, para analizar la resistencia a la tracción diametral de: un cemento puro de sulfato de calcio de calidad comercial (CaS 100%); una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de sulfato de calcio de calidad comercial y que incluye el 10 por ciento o el 20 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10% y TR 20%, respectivamente); y una composición de injerto óseo que incluye un cemento de sulfato de calcio y que incluye el 10 por ciento o el 40 por ciento en volumen de partículas de hueso con forma no especial (Alt 10% y Alt 40%, respectivamente);

la figura 14 es un gráfico que muestra la resistencia a la flexión de las composiciones de injerto óseo que comprenden partículas de hueso cortical alargadas que se mezclaron con cemento de fosfato de calcio, en la que las partículas de hueso se añadieron al polvo de cemento de fosfato de calcio en proporciones de volumen

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aproximadas del 0,0% (X000), 1,25 % (X125), 2,5% (X250), 3,75% (X375) y 5,0% (X500);

la figura 15 es un gráfico que muestra la tenacidad a la flexión de las composiciones de injerto óseo que

comprenden partículas de hueso cortical alargadas que se mezclaron con cemento de fosfato de calcio, en las que

las partículas de hueso se añadieron al polvo de cemento de fosfato de calcio en proporciones de volumen aproximadas del 0,0% (X000), 1,25 % (X125), 2,5% (X250), 3,75% (X375) y 5,0% (X500);

la figura 16 es un gráfico que muestra la resistencia a la cizalladura de composiciones de injerto óseo que

la figura 17 es un gráfico que muestra la tenacidad a la cizalladura de las composiciones de injerto óseo que comprenden partículas de hueso cortical alargadas que se mezclaron con cemento de fosfato de calcio, en las que las partículas de hueso se añadieron al polvo de cemento de fosfato de calcio en proporciones de volumen aproximado del 0,0% (X000), 1,25 % (X125), 2,5% (X250), 3,75% (X375) y 5,0% (X500);

la figura 18 es un diagrama esquemático que muestra la capacidad de diversas partículas de hueso conformadas para interconectarse entre sí, en el que partículas de hueso rectangulares y partículas de hueso con forma de mancuerna son capaces de interconectarse entre sí a lo largo de múltiples superficies, en los lados y esquinas de las partículas conformadas. pero donde las partículas de hueso circulares sólo son capaces de interconectarse entre sí en puntos de contacto únicos;

la figura 19 es un diagrama esquemático que muestra los diversos modelos utilizados para determinar los efectos sobre el comportamiento mecánico de las partículas de hueso cortical conformadas en el cemento de fosfato de calcio, incluyendo un modelo que contenía sólo cemento de fosfato de calcio (modelo 1); un modelo que contenía partículas de hueso cortical cilíndrico en cemento de fosfato de calcio (modelo 2); un modelo que contenía partículas de hueso cortical cilíndrico desmineralizado en cemento de fosfato de calcio (modelo 3); un modelo que contenía partículas de hueso cortical con forma de mancuerna en cemento de fosfato de calcio (modelo 4); y un modelo que contenía partículas de hueso cortical desmineralizadas con forma de mancuerna en cemento de fosfato de calcio (modelo 5);

la figura 20 es una imagen que muestra los resultados del análisis de elementos finitos de un modelo que sólo contiene cemento de fosfato de calcio (modelo 1), en la que las áreas más oscuras representan regiones de mayor tensión;

la figura 21 es una imagen que muestra los resultados del análisis de elementos finitos de un modelo que contiene partículas de hueso cortical cilíndrico en cemento de fosfato de calcio (modelo 2), en la que las áreas más oscuras representan regiones de mayor tensión;

la figura 22 es una imagen que muestra los resultados del análisis de elementos finitos de un modelo que contiene partículas de hueso cortical cilíndrico desmineralizado en cemento de fosfato de calcio (modelo 3), en la que las áreas más oscuras representan regiones de mayor tensión;

la figura 23 es una imagen que muestra los resultados del análisis de elementos finitos de un modelo que contiene partículas de hueso cortical con forma de mancuerna en cemento de fosfato de calcio (modelo 4), en la que las áreas más oscuras representan regiones de mayor tensión;

la figura 24 es una imagen que muestra los resultados del análisis de elementos finitos de un modelo que contiene partículas de hueso cortical desmineralizado con forma de mancuerna en cemento de fosfato de calcio (modelo 5), en la que las áreas más oscuras representan regiones de mayor tensión;

la figura 25 es un gráfico que muestra la cantidad del área de cemento de fosfato de calcio que se tensó por encima de su resistencia (> 5 MPa) en los diversos modelos ilustrados en la figura 14;

las figuras 26A-26D incluyen imágenes de microscopía óptica y fluorescente de defectos de hueso esponjoso en los cóndilos femorales laterales de conejos que se llenaron con hueso esponjoso de aloinjerto obtenido de otros conejos o hueso esponjoso de xenoinjerto de cerdos jóvenes, incluyendo imágenes de los defectos óseos tratados con aloinjerto después de 10 semanas con tinción con hematoxilina/eosina (figura 26A) y con marcado con calceína (figura 26B) para mostrar la adición de hueso nuevo e imágenes de defectos óseos tratados con xenoinjerto después de 10 semanas con tinción con hematoxilina/eosina (figura 26C) y con marcado con calceína para mostrar la adición de hueso nuevo (figura 26D);

las figuras 27A-27B incluyen gráficos que ilustran la extensión de la incorporación de hueso esponjoso (figura 27A) y la cantidad de respuesta inflamatoria (figura 27B) observada en defectos de hueso esponjoso en diversos puntos temporales, donde los defectos óseos se rellenaron con hueso esponjoso de aloinjerto obtenido de otros conejos

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(aloinjerto) o hueso esponjoso de xenoinjerto de cerdos (xenoinjerto);

las figuras 28A-28B son imágenes de reconstrucciones tridimensionales micro-TC generadas por ordenador que muestran el grado de remodelación y formación de hueso nuevo en defectos de perforaciones en los cóndilos femorales de conejos, en los que los defectos de perforaciones se rellenaron sólo con cemento de hidroxiapatita (figura 28A) o bien una mezcla de cemento de hidroxiapatita y partículas de hueso de xenoinjerto (figura 28B);

las figuras 29A-29C incluyen imágenes de microscopía óptica que muestran actividad celular y formación de hueso nuevo en defectos de perforaciones en los cóndilos femorales de conejos, en los que los defectos de perforaciones se rellenaron con cemento de hidroxiapatita solamente (figura 29A) o una mezcla de cemento de hidroxiapatita y partículas de hueso de xenoinjerto (figura 29B y figura 29C);

las figuras 30A-30B incluyen gráficos que ilustran el grado de incorporación y de formación de hueso nuevo (figura 30A) y la cantidad de inflamación y de actividad celular (figura 30B) observadas en defectos de perforación en los cóndilos femorales de conejos 10 semanas después de que los defectos de perforación se rellenaran con cemento de hidroxiapatita solamente (HAC) o bien una mezcla de cemento de hidroxiapatita y partículas de hueso de xenoinjerto (XBC);

las figuras 31A-31B y la figura 31C incluyen imágenes de microscopía fluorescente y un gráfico, respectivamente, que muestra formación de hueso nuevo en defectos de perforación marcados con calceína en los cóndilos femorales de conejos 10 semanas después de que los defectos de perforación se rellenaran con cemento de hidroxiapatita solamente (figura 31A) o bien una mezcla de cemento de hidroxiapatita y partículas de hueso de xenoinjerto (figura 31B);

la figura 32 es un gráfico que muestra la resistencia a la indentación de composiciones de injerto óseo que comprenden sólo cemento de hidroxiapatita (HAC) o bien una mezcla de cemento de hidroxiapatita y partículas de hueso de xenoinjerto (XBC) en el momento de insertar la composición o 10 semanas después de insertar las composiciones en defectos de perforación en los cóndilos femorales de conejos;

la figura 33 es una imagen de microtomografía computarizada (micro-TC) de un defecto de perforación en el cóndilo femoral lateral de un conejo que se rellenó con una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que comprendía cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso con forma de mancuerna;

la figura 34 es una copia de la imagen de micro-TC mostrada en la figura 33, pero con el área rellena de cemento del defecto óseo resaltada y con las partículas de hueso dentro del cemento más resaltadas y sombreadas en blanco;

la figura 35 es una imagen de microscopía óptica que muestra una sección transversal de un defecto de perforación en el cóndilo femoral lateral de un conejo que se rellenó con una composición de injerto óseo que comprendía cemento de fosfato de calcio, partículas de hueso con forma de mancuerna de aloinjerto;

la figura 36 es una imagen de microscopía óptica que muestra una parte de la imagen de microscopía mostrada en la figura 35 a un aumento mayor (100x), y que muestra, además, la actividad celular desde el límite del defecto hacia la partícula de hueso a través de la capa desmineralizada y un límite entre la capa de hueso desmineralizado y el hueso mineralizado;

la figura 37 es otra imagen de microscopía óptica que muestra una parte de la imagen de microscopía mostrada en la figura 35 con un aumento mayor (100x), y que muestra, además, la actividad celular y la incorporación de una partícula de aloinjerto desde el límite del defecto a través de la capa desmineralizada y un límite entre la capa de hueso desmineralizado y el hueso mineralizado;

la figura 38 es también una imagen de microscopía óptica que muestra una parte de la imagen de microscopía en la figura 35 a un aumento mayor (100x), y que muestra, además, la infiltración celular y la incorporación, de las partículas de hueso con forma de mancuerna de aloinjerto;

las figuras 39A-39C son imágenes que muestran una reconstrucción tridimensional con micro-TC de la región distal del fémur de un conejo, en la que un defecto de perforación en esa región se rellenó con una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que comprende cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso con forma de mancuerna, que incluyen una imagen de toda la región distal del fémur (figura 39A), una imagen que muestra un corte transversal de la reconstrucción a través del medio del defecto (figura 39B), y una imagen en la que la reconstrucción ha sido recortada desde la parte superior y frontal (figura 39C);

las figuras 40A-40B son imágenes que muestran una reconstrucción con micro-TC de aproximadamente 2 mm de espesor de un trozo de la región distal del fémur de un conejo, en la que un defecto de perforación en esa región se rellenó con una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que

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comprende cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso con forma de mancuerna, en las que la figura 40B aísla la capa desmineralizada de densidad más baja que cubre cada partícula de hueso con forma especial;

las figuras 41A-41B son imágenes que muestran una reconstrucción con micro TC de aproximadamente 5 mm de espesor de un trozo de la región distal del fémur de un conejo, en el que un defecto de perforación en esa región se rellenó con una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que comprende cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso con forma de mancuerna, en las que la figura 41B aísla la capa desmineralizada de densidad más baja que cubre cada partícula de hueso con forma especial;

las figuras 42A-42B son gráficos que muestran la liberación de lisozima instantánea (figura 42A) y acumulativa (figura 42B) de composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, en las que la lisozima se preadsorbió sobre las partículas de hueso antes de añadir las partículas de hueso a un cemento de fosfato de calcio;

las figuras 43A-43B son gráficos que muestran la liberación de vancomicina instantánea (figura 43A) y acumulativa (figura 43B) de composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, en las que la vancomicina se mezcló en seco con el cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso antes de la adición de un vehículo acuoso para establecer la mezcla;

las figuras 44A-44DD son imágenes de secciones en serie de una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que muestra la distribución e interconexión de la pluralidad de partículas de hueso procesadas que están incluidas en la composición, en la que cada una de las partículas de hueso procesadas tiene una forma, tal como se muestra en la figura 1A;

las figuras 45A-45E son diagramas esquemáticos que muestran: un tornillo colocado en hueso esponjoso (figura 45A); un tornillo colocado en hueso esponjoso, en el que la colocación del tornillo se aumenta con cemento (figura 45B); un fallo de un tornillo colocado en un hueso esponjoso, en el que la colocación del tornillo se aumentó con cemento, y en el que el fallo ocurre en la interfaz del hueso esponjoso y el cemento (figura 45C); un fallo de un tornillo colocado en un hueso esponjoso, en el que la colocación del tornillo se aumentó con cemento, y en el que el fallo ocurre por resistencia a la cizalladura en la interfaz del tornillo y el cemento (figura 45D); y un tornillo colocado en hueso esponjoso, en el que la colocación del tornillo se aumenta con cemento y partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A, y en las que las partículas de hueso procesadas se cruzan y fortalecen tanto en las interfaces de tornillo-cemento como de cemento-hueso (figura 45E); y

la figura 46 es un gráfico que muestra los resultados de un ensayo de tenacidad a la flexión dinámica realizado para analizar la tenacidad a la flexión de: un cemento de fosfato de calcio puro (CaP 100%) compuesto de fosfato tetracálcico (TTCP), fosfato monocálcico (MCP) y carbonato de calcio; y una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que incluye un cemento de fosfato de calcio que comprende TTCP, MCP y carbonato de calcio y que incluye el 10 por ciento en volumen de partículas de hueso procesadas que tienen una forma, tal como se muestra en la figura 1A (Tr 10).

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES DE EJEMPLO

En el presente documento se exponen los detalles de una o más realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. Las modificaciones a las realizaciones descritas en el presente documento, y otras realizaciones, serán evidentes para los expertos en la materia después de un estudio de la información dada a conocer en el presente documento. La información dada a conocer en el presente documento, y particularmente los detalles específicos de las realizaciones de ejemplo descritas, se da a conocer principalmente para claridad de comprensión, y no deben entenderse limitaciones innecesarias a partir de la misma.

Aunque se cree que los siguientes términos son bien entendidos por un experto en la materia, se muestran definiciones para facilitar la explicación del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto habitual en la materia a la que pertenece el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. Aunque muchos procedimientos, dispositivos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento pueden utilizarse en la práctica o ensayo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, a continuación se describen procedimientos, dispositivos y materiales representativos.

Según el antiguo convenio de ley de patentes, los términos “un”, “una” y “el” “la” se refieren a “uno o más” cuando se utilizan en la presente solicitud, incluidas las reivindicaciones. Por lo tanto, por ejemplo, la referencia a “una partícula de hueso” incluye una pluralidad de tales partículas, y así sucesivamente.

A menos que se indique lo contrario, todos los números que expresan cantidades de ingredientes, propiedades tales como las condiciones de reacción, etc. utilizados en la presente memoria descriptiva y las reivindicaciones deben

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entenderse como modificados en todos los casos por el término “aproximadamente”. Por consiguiente, a menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos expuestos en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se busca obtener mediante el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término “aproximadamente”, cuando se refiere a un valor o a una cantidad de masa, peso, tiempo, volumen, concentración o porcentaje, pretende abarcar variaciones en algunas realizaciones del ±20%, en algunas realizaciones del ±10%, en algunas realizaciones del ±5%, en algunas realizaciones del ±1%, en algunas realizaciones del ±0,5%, y en algunas realizaciones del ±0,1% de la cantidad especificada, dado que tales variaciones son adecuadas para realizar el procedimiento divulgado.

El injerto óseo es un procedimiento quirúrgico que reemplaza el hueso que falta con materiales óseos de autoinjerto, aloinjerto o xenoinjerto, o una composición de injerto óseo adecuada. El injerto óseo es posible porque el hueso, a diferencia de muchos otros tejidos, tiene la capacidad de regenerarse por completo si se le proporcionan las condiciones y el espacio adecuados para crecer. Sin embargo, para que cualquier composición de injerto óseo sea eficaz y permita que el hueso natural ocupe completamente el espacio de un defecto anterior, se deben tener en cuenta varias cualidades importantes, entre las que se incluyen: resistencia o estabilidad mecánica (es decir, la capacidad de mantener las relaciones físicas entre las superficies óseas dentro de la cuales se coloca el material); la osteoconductividad (es decir, la capacidad de funcionar como un andamio sobre el cual se puede formar hueso nuevo); y, en algunos casos, osteoinductividad (es decir, la propiedad de estimular la migración y la proliferación de las células óseas en el individuo para crecer y hacerse activo en el sitio del injerto). Por lo tanto, una composición sintética de injerto óseo debería proporcionar estabilidad mecánica inmediata y reabsorberse rápidamente, pero aún debería ser capaz de promover eficazmente la formación de hueso nuevo. Con ese fin, el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva incluye nuevas composiciones de injerto óseo que comprenden partículas de hueso de formas, tamaños y cantidades variables, de tal modo que la resistencia y tenacidad a la flexión, resistencia y tenacidad a la cizalladura, resistencia y tenacidad a la tracción y las velocidades de incorporación y remodelación de las composiciones están optimizadas.

En algunas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se da a conocer una composición de injerto óseo que incluye materiales añadidos a un cemento biológicamente reabsorbible, que permite que la estructura de cemento que se forma, después de que se asiente en el cuerpo, se incorpore y remodele más rápidamente. En algunas realizaciones, los materiales que se añaden a las composiciones incluyen partículas de hueso procesadas, que permiten que las composiciones se remodelen más rápidamente cuando se colocan en un individuo, pero también permiten la infiltración de la estructura del cemento por células, sangre y otros fluidos y estructuras corporales.

En algunas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se dan a conocer composiciones de injerto óseo que incluyen partículas de hueso procesadas con forma especial. En algunas realizaciones, se da a conocer una composición de injerto óseo que comprende un cemento biológicamente reabsorbible y una pluralidad de partículas de hueso procesadas. Tal como se describe con más detalle a continuación, en estas composiciones, cada una de las partículas de hueso procesadas tiene una forma tal que está configurada para interconectarse y entrelazarse con partículas de hueso adyacentes, el cemento circundante, o ambos cuando se incluye en una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva.

La expresión “cemento biológicamente reabsorbible” se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier cemento biológico, tal como un cemento sustituto de hueso, que es capaz de descomponerse y ser asimilado por el cuerpo de un individuo, y que es sustancialmente no tóxico en el entorno in vivo de su utilización pretendida, de tal modo que no sea sustancialmente rechazado por el sistema fisiológico del individuo (es decir, sea no antigénico o biocompatible). Esto puede medirse por la toxicidad, capacidad de infección, pirogenicidad, potencial de irritación, reactividad, actividad hemolítica, carcinogenicidad y/o inmunogenicidad de la composición. Un cemento biológicamente reabsorbible, cuando se introduce en un hueso de la mayoría de los individuos, no causará una reacción o respuesta biológica indeseablemente adversa, de larga duración o en aumento, y se caracteriza por una inflamación transitoria leve que típicamente acompaña a la cirugía o implantación de objetos extraños en un organismo vivo.

Tal como reconocerán los expertos en la materia, un “cemento” es un producto que se produce como resultado del fraguado de una pasta que se forma mezclando un componente en polvo con agua u otro vehículo acuoso. Se pueden formar varios cementos reabsorbibles biológicamente mezclando un componente en polvo con agua u otro vehículo acuoso y, a continuación, se utilizan de acuerdo con las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en el presente documento, que incluyen, pero sin limitación a las mismas, cementos basados en cerámica, cementos basados en calcio, cementos basados en magnesio y amonio, y similares. En algunas realizaciones de las composiciones dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, el cemento biológicamente reabsorbible es un cemento basado en calcio, tal como un cemento de sulfato de calcio o un cemento de fosfato de calcio, en el que el componente en polvo comprende un compuesto basado en calcio. En algunas realizaciones, el cemento basado en calcio es un cemento de fosfato de calcio. En otras realizaciones, el cemento basado en calcio es un cemento de

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sulfato de calcio.

La frase “cemento de fosfato de calcio” se utiliza en el presente documento para referirse a un cemento en el que el componente en polvo del cemento comprende un compuesto de fosfato de calcio o una mezcla de compuestos de calcio y/o fosfato. Los ejemplos de compuestos de fosfato de calcio o mezclas de compuestos de calcio y/o compuestos de fosfato que pueden mezclarse con agua u otro vehículo acuoso y utilizarse de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva incluyen, pero sin limitación a los mismos: fosfato tricálcico (Ca3(PO4)2; TCP), que incluyen alfa-TCP, beta-TCP y fosfato de calcio bifásico que contiene alfa-TCP y beta-TCP; fosfato de calcio amorfo (ACP); fosfato monocálcico (Ca (H2PO4)2; MCP) y fosfato monocálcico monohidrato (Ca(H2PO4)2. H2O; MCPM); fosfato dicálcico (CaHPO4; DcP), fosfato dicálcico anhidro (CaHPO4; DCPA) y fosfato dicálcico dihidrato (CaHsPO6.2H2O; DCPD); fosfato tetracálcico ((Ca4PO4)2O; tTcP); fosfato octacálcico (Ca8(PO4)4HPO4)2.5H2O; OCP); hidroxiapatita de calcio (Ca10(PO4)6(OH)2; CHA); oxiapatita de calcio (Ca10(PO4)6O; COXA); apatita de carbonato de calcio (Ca10(PO4)6CO3; CCA); e hidroxiapatitas de carbonato de calcio (por ejemplo, Ca10(PO4)5(OH)(CO3)2 y Ca10(PO4)4(OH)2(CO3)3; CCHA). Fosfatos de calcio adicionales útiles en el presente documento incluyen fosfatos de calcio deficientes en calcio en los que la proporción molar o de masa de Ca:P se reduce en aproximadamente el 20% o menos, aproximadamente el 15% o menos, o aproximadamente el 10% o menos, en relación con las correspondientes especies no deficientes en calcio, ejemplos de los cuales incluyen hidroxiapatitas deficientes en calcio, por ejemplo, Ca10-x(HPO4)x(PO4)6.x(OH)2.x (O<X<1) (CDHA); hidroxiapatitas de carbonato deficiente en calcio (CDCHA); apatitas de carbonato deficiente en calcio (CDCA); y otros compuestos de fosfato de calcio y sales que se sabe que son útiles en el sector de los materiales de injerto óseo, por ejemplo, polifosfatos de calcio; y fosfatos cálcicos con calcio, fosfato y/o hidroxilo “reemplazados”. En algunas realizaciones, el cemento de fosfato de calcio es un cemento de hidroxiapatita. Para una explicación y guía adicional con respecto a los cementos de fosfato de calcio, véase, por ejemplo, Ambard, y otros Journal of Prosthodontics. 15(5): 321-326 (2006).

La frase “cemento de sulfato de calcio” se utiliza en el presente documento para referirse a un cemento en el que el componente en polvo del cemento comprende un compuesto de sulfato de calcio o una mezcla de compuestos de calcio y/o sulfato. Los ejemplos de compuestos de sulfato de calcio o mezclas de compuestos de calcio y/o compuestos de sulfato que se pueden mezclar con agua u otro vehículo acuoso y utilizar de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva incluyen, pero sin limitación a los mismos: sulfato de calcio (CaSO4); sulfato de calcio dihidrato (2CaSO4.2H2O); y sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4.1XH2O). Para una explicación y guía adicionales con respecto a los cementos de sulfato de calcio, véase, por ejemplo, Bohner, European Cells & Materials, vol. 20, 2010, páginas 1-12.

Con referencia, a continuación, a las partículas de hueso procesadas que se incluyen en las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, la frase “partículas de hueso procesadas” se utiliza en el presente documento para referirse a trozos de hueso que se derivan de un hueso intacto o parte de un hueso intacto y se han modificado para producir trozos de hueso con un nivel de mineralización deseado, un tamaño deseado y/o una forma deseada, de tal modo que los trozos de hueso se puedan combinar con un cemento adecuado y se puedan aplicar al sitio de un defecto óseo, tal como se describe en detalle a continuación. En algunas realizaciones, las partículas de hueso procesadas son de un tamaño y forma que permite que una mezcla prescrita de cemento (por ejemplo, cemento de fosfato de calcio) y partículas de hueso procesadas fluyan en una consistencia similar a una pasta, parecida a las características de manejo del cemento procesado. En algunas realizaciones, las partículas de hueso procesadas son de una fuente de hueso de autoinjerto, una fuente de hueso de aloinjerto, una fuente de hueso de xenoinjerto, o combinaciones de las mismas.

Para producir una composición de injerto óseo de ejemplo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se obtiene, en primer lugar, una partícula de hueso con forma especial refinando un hueso entero intacto en un número de partículas discretas. Por ejemplo, para obtener una partícula de hueso cortical que tiene una forma de interconexión, tal como también se describe con más detalle a continuación, primero se elimina el tejido blando de la diáfisis de un hueso intacto, y se retiran los extremos distal y proximal del hueso. A continuación, la médula ósea y el tejido blando dentro del cuerpo de un hueso (“shaft”) se retiran, y el interior del hueso se enjuaga, después de eliminar cualquier hueso esponjoso restante del interior de la diáfisis. A continuación, el cuerpo del hueso se corta en trozos delgados de hueso cortical y, a continuación, se inserta normalmente en un punzón que corta los trozos de hueso en una forma de interconexión deseada con un espesor deseado o, en algunas realizaciones, se monta en un torno para producir partículas de hueso que tienen una forma de interconexión deseada. Por supuesto, también pueden utilizarse otras materias conocidas por los expertos en la materia que incluyen materias de corte por láser y similares para producir partículas de hueso que tengan una forma de interconexión deseada y se pueden utilizar sin apartarse del espíritu y alcance del objeto descrito en el presente documento.

Las mezclas de cemento de las composiciones de injerto óseo se forman generalmente mezclando el componente en polvo del cemento con agua u otro vehículo acuoso. A este respecto, una vez que se forman las partículas de hueso con forma especial, las partículas de hueso se mezclan con el cemento a una concentración deseada, tal como se describe adicionalmente, a continuación. El término “vehículo acuoso” se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier fluido, tal como agua, que se puede mezclar con un componente en polvo de un cemento para formar una pasta adecuada de un cemento biológicamente reabsorbible. A este respecto, el vehículo acuoso

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también debe ser sustancialmente no tóxico en el entorno in vivo de su utilización prevista de tal modo que no sea sustancialmente rechazado por el sistema fisiológico del individuo. Además de agua, dichos vehículos acuosos pueden incluir, pero sin limitación a los mismos, soluciones salinas tamponadas, soluciones de fosfato de sodio monobásico monohidrato (NaH2PO4 H2O), soluciones de fosfato de sodio dibásico (Na2HPO4), soluciones de glicerol y similares.

Típicamente, la cantidad de agua u otro vehículo acuoso que se mezcla con el componente en polvo del cemento y las partículas de hueso procesadas con forma especial del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva es, como mínimo, suficiente para generar la reacción química estándar para que se produzca el fraguado del cemento. Cuando las partículas de hueso se mezclan con el cemento, los vehículos acuosos hidratan temporalmente cualquier colágeno expuesto en las partículas de hueso procesadas para permitir que las composiciones de injerto óseo tengan inicialmente propiedades de flujo y adherencia de un cemento procesado estándar. A medida que se consume el agua, el colágeno se une con su entorno y, en este punto, cualquier exceso de agua u otro vehículo acuoso más allá de lo necesario para que se produzca la reacción del cemento, puede ser absorbido por la porosidad de las partículas de hueso o el colágeno expuesto. En algunas realizaciones, la cantidad de agua absorbida o adsorbida por las partículas es de aproximadamente el 30 por ciento a aproximadamente el 50 por ciento del peso de las partículas de hueso seco, de tal modo que, en ciertas realizaciones, la cantidad de agua u otro vehículo acuoso absorbida o adsorbida por las partículas de hueso comprende de aproximadamente el 10 por ciento a aproximadamente el 20 por ciento del volumen de vehículo acuoso necesario para que tenga lugar la reacción de fraguado.

Tal como se indicó anteriormente, las partículas de hueso de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva tienen una forma que está configurada para interconectarse con partículas de hueso adyacentes cuando se incluye una pluralidad de partículas de hueso en una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. Los términos “interconectar” o “de interconexión”, tal como se utilizan en el presente documento en referencia a las partículas de hueso procesadas, se refieren a partículas de hueso que tienen formas que incluyen superficies que se intersectan u otras características estructurales que permiten que las partículas de hueso se entrelacen y/o interactúen más fácilmente entre sí, a diferencia de las simples partículas cilíndricas o esféricas de hueso que serían incapaces de entrelazarse entre sí o serían menos eficientes en la creación de vías interconectadas en virtud de la asociación de una partícula de hueso con una o más partículas adicionales de hueso adyacentes.

Por ejemplo, en algunas realizaciones y tal como se muestra en las figuras 1A-1C y 1E, las partículas de hueso -10-, -210-, -410- tienen forma de mancuerna, de modo que cuando las partículas de hueso -10-, -110-, -210-, -410- con forma de mancuerna están incluidas en una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. Además, los extremos ampliados -14a-, -14b-, -114a-, -114b-, -214a-, -214b-, -414a-, -414b- de las partículas de hueso -10-, -110-, -210-, -410- con forma de mancuerna se solapan y permiten el contacto y el acoplamiento de las partículas de hueso con forma de mancuerna a lo largo de múltiples superficies (véase, por ejemplo, las figuras 2 y 18). En algunas realizaciones de las partículas de hueso con forma de mancuerna, y tal como también se muestra en las figuras 1A-1C y 1E, cada partícula de hueso -10-, -110-, -210-, -410- incluye dos partes extremas ampliadas -14a-, -14b-, -114a-, -114b-, -214a-, -214b-, -414a-, -414b- que se extienden lateralmente alejándose de un eje longitudinal de la parte central -12-, -112-, -212-, -412- de cada partícula de hueso. En algunas realizaciones de las partículas de hueso con forma de mancuerna, y tal como se muestra en la figura 1B, se da a conocer una partícula -110- de hueso con forma de mancuerna que incluye una parte central -112- con una sección transversal circular y dos partes extremas -114a-, -114b- con forma de disco que se extienden lateralmente alejándose desde eje longitudinal de la parte central -112- (por ejemplo, están orientadas en una dirección perpendicular al mismo). En realizaciones adicionales, y tal como se muestra en la figura 1C, se da a conocer una partícula de hueso -210- con forma de mancuerna que incluye una parte central -212- con una sección transversal generalmente elíptica y extremos sustancialmente cuadrados -214a-, -214b- que se extienden lateralmente alejándose del eje longitudinal de la parte central -212-. En otras realizaciones más, y tal como se muestra en la figura 1E, se da a conocer una partícula de hueso -410- con forma de mancuerna que incluye una superficie superior sustancialmente plana -418- y una superficie inferior sustancialmente plana -416-, y que incluye además una parte central -412- con una sección transversal generalmente cuadrada, y partes de extremo rectangulares -414a-, -414b- que se extienden lateralmente aleándose y están orientadas en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la parte central -412-. Por supuesto, en la medida en que se desee, partículas de hueso de varias otras formas interconectadas que podrían conectarse entre sí en múltiples superficies, tales como partículas de hueso “con forma de S” o “con forma de T” o “con forma de C”, también pueden producirse y utilizarse en una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva sin apartarse del espíritu y alcance del objeto descrito en el presente documento.

Además, en ciertas realizaciones, se pueden dar a conocer varias formas de interconexión que tienen longitudes aumentadas que son capaces de interconectarse entre sí sobre superficies múltiples. Por ejemplo, y tal como se muestra en la figura 1D, en algunas realizaciones, se da a conocer una partícula de hueso alargada -310- que incluye una pluralidad de partes rectangulares -314- y una pluralidad de partes centrales -312- alineadas a lo largo de un eje longitudinal común. En la partícula de hueso -310-, cada una de las partes rectangulares -314- está orientada en una dirección perpendicular al eje longitudinal común de cada parte central -312- y cada una de las

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partes centrales -312- está interpuesta entre las partes rectangulares respectivas -314-. Como otro ejemplo de una partícula de hueso alargada fabricada de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, y tal como se muestra en la figura 1F, se da a conocer una partícula -510- de hueso alargada que incluye una pluralidad de partes esféricas ampliadas -514- y una pluralidad de partes centrales -512- alineadas a lo largo de un eje longitudinal común, en la que cada una de las partes ampliadas -514- se extiende lateralmente alejándose del eje longitudinal común de cada parte central -512-, y en la que cada una de las partes centrales -512- está interpuesta entre partes ampliadas respectivas -514-.

En la realización mostrada en la figura 1F, la partícula de hueso -510- incluye tres partes ampliadas -514-. Sin embargo, se contempla además que se pueda incluir cualquier cantidad de partes ampliadas en una partícula de hueso con forma especial para producir partículas de hueso de longitudes variables sin apartarse del espíritu y el alcance del objeto descrito en el presente documento. Por ejemplo, y tal como se muestra en la figura 1G, se da a conocer una partícula de hueso alargada -610- que se asemeja a varias partículas de hueso con forma de mancuerna colocadas de extremo a extremo e incluye cinco partes esféricas ampliadas -614- y una pluralidad de partes centrales -612- alineadas a lo largo de un eje longitudinal común, donde cada una de las partes ampliadas -614- también se extiende lateralmente alejándose del eje longitudinal común de cada parte central -612-, y en la que cada una de las partes centrales -612- también se interpone entre las partes ampliadas respectivas -614-.

En algunas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, la interconexión de las partículas de hueso también aumenta la resistencia a compresión, flexión, tracción y cizalladura de las composiciones de injerto óseo (es decir, la combinación de partículas y cemento) proporcionando vías de carga directas a través del contacto con otras partículas de hueso, que son más resistentes que la matriz de cemento. A este respecto, en algunas realizaciones, la interconexión de las partículas de hueso aumenta con cada partícula que tiene dimensiones mayores en sus extremos en comparación con su centro. Por ejemplo, la inclusión de partículas de hueso que tienen una forma de mancuerna, tal como se describió anteriormente, o una forma con forma de una “I” mayúscula tendrá una conexión incrementada a partículas de hueso adyacentes en comparación con partículas de hueso que tienen una forma de una “O” mayúscula, suponiendo que ambas formas tienen una longitud y un ancho similares.

En algunas realizaciones, la interconexión de las partículas de hueso permite que las partículas aumenten su resistencia al desplazamiento relativo de elongación, incluso cuando están incrustadas en un cemento endurecido. En algunas realizaciones, las partículas de hueso están configuradas, además, para intercalarse con el cemento biológicamente reabsorbible de tal manera que la resistencia y los beneficios mecánicos de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva se incrementan adicionalmente. Al incluir partículas de hueso interconectadas en una composición de injerto óseo, las partículas de hueso pueden, en algunas realizaciones, entrelazar y fortalecer las composiciones de injerto óseo mediante la “deformación trapezoidal” (“keystoning”) de la matriz de cemento, un término que se utiliza en el presente documento para describir la conversión de la tensión en las partículas conformadas en compresión en la matriz de cemento debido a la interacción directa entre las superficies de las partículas y las superficies de contacto del cemento. Para una ilustración y guía adicional con respecto a la deformación trapezoidal de una matriz de cemento, véanse, por ejemplo, las figuras 18 y 19.

De forma adicional, la interconexión de las partículas de hueso también contribuye a la incorporación, remodelación y reabsorción aumentadas de las composiciones de injerto óseo cuando las composiciones se colocan en un defecto óseo in vivo extendiéndose de forma tridimensional a lo largo de la composición de injerto óseo y el sitio del defecto óseo y aumentando la probabilidad de que las partículas de hueso se comuniquen no sólo entre sí, sino también con los fluidos y las células fuera de la superficie del cemento. En otras palabras, al incluir partículas de hueso que tienen una forma interconectada en una composición de injerto óseo, partes de las partículas de hueso son capaces de extenderse a través de la composición y hacia la superficie externa de la estructura de cemento que se forma cuando se establece la composición de injerto óseo en una estructura sólida in vivo y a través de la misma, lo cual, a su vez, permite que la composición sea accesible para las células y fluidos (por ejemplo, el suministro de sangre) del individuo y, finalmente, permite que la composición de injerto óseo se incorpore en un individuo.

Para que una composición de injerto óseo alcance el objetivo de incorporarse completamente a un individuo una vez que se coloca en un defecto óseo, la composición de injerto óseo, en general, debe ser remodelada y reemplazada rápidamente con hueso vivo en el menor tiempo posible, o remodelada de tal modo que se restaure una nueva arquitectura trabecular dentro de la geometría formada por el cemento endurecido que tiene una red interconectada de formas de injerto óseo incluidas. Por lo tanto, se cree que no sólo la composición de injerto óseo debe incorporarse completamente en un huésped, sino que las partículas de hueso incluidas en la composición deben lograr una “bioconectividad de muestras cruzadas”, en la que las partículas de hueso se extienden a través de la composición, una vez se coloca en el sitio de un defecto óseo, y se comunican entre sí y con la superficie externa de la composición de injerto óseo para permitir el acceso a la región injertada por varias células y fluido del individuo. A este respecto, generalmente también se piensa que debe incorporarse tanto material óseo (es decir, partículas de hueso) en una composición de injerto óseo basada en cemento como sea posible y que el material óseo debe ser fácilmente accesible para las células de un individuo y el suministro de sangre de un individuo. Sin embargo, la inclusión de una cantidad excesiva de material óseo en una composición de injerto óseo basada en cemento con

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frecuencia conduce a una composición de injerto óseo que no muestra la estabilidad mecánica requerida y que no permite que el cemento se comporte como un cemento en términos de manejo, fluidez y características de fraguado. Por el contrario, la inclusión de una cantidad demasiado pequeña de material óseo en una composición de injerto óseo basada en cemento a menudo conduce a una composición de injerto óseo que no está suficientemente incorporada en un individuo.

Sin embargo, se ha observado experimentalmente que las composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, que utilizan partículas de hueso que tienen formas interconectadas, son capaces de optimizar la bioconectividad de la muestra cruzada de la composición de injerto óseo, al mismo tiempo que aún preservan la estabilidad mecánica de la propia composición de injerto óseo (véanse, por ejemplo, las figuras 44A-44DD, que muestran imágenes de secciones en serie de una composición de injerto óseo, en la que, de una imagen a la siguiente, las partículas de hueso y, más específicamente, las capas desmineralizadas externas (se muestran en blanco) de las partículas de hueso se pueden ver conectadas entre sí y con la superficie externa del cemento (se muestran en negro)). En particular, se ha determinado que las partículas de hueso interconectadas permiten que esté presente una mayor cantidad de, cemento en las composiciones, en comparación con las composiciones basadas en cemento que incluyen sólo partículas de hueso de forma simple (por ejemplo, partículas de hueso cilíndricas o esféricas), de tal modo que la composición de injerto óseo dada a conocer en la presente memoria descriptiva es capaz de comportarse como un cemento en términos de su manejo, fluidez y características de fraguado. Sin embargo, también se ha determinado que, al incluir las partículas de hueso que tienen una forma de interconexión en las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, se permite que las composiciones se comporten como un cemento mientras que las partículas de hueso proporcionan una construcción mecánica entrelazada que aumenta las propiedades mecánicas del volumen de cemento final una vez que se ha administrado y se ha establecido en el sitio de un defecto óseo. En algunas realizaciones, las secciones transversales de las partículas de hueso procesadas descritas anteriormente pueden ser sustancialmente redondas, elípticas, cuadradas, rectangulares, triangulares o tener otra forma prismática, de tal modo que las partículas de hueso puedan reforzar aún más el cemento en modos de carga de cizalla, tensión, y flexión, en comparación con el cemento en su forma no compuesta o en comparación con el cemento que incluye partículas con forma aleatoria y/u orientadas aleatoriamente. En algunas realizaciones de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, las partículas de hueso interconectadas se combinan con el cemento biológicamente reabsorbible a una concentración de aproximadamente el 1 por ciento, aproximadamente el 2 por ciento, aproximadamente el 3 por ciento, aproximadamente el 4 por ciento, aproximadamente el 5 por ciento, aproximadamente el 6 por ciento, aproximadamente el 7 por ciento, aproximadamente el 8 por ciento, aproximadamente el 9 por ciento, aproximadamente el 10 por ciento, aproximadamente el 11 por ciento,

aproximadamente el 12 por ciento, aproximadamente el 13 por ciento, aproximadamente el 14 por ciento,

aproximadamente el 15 por ciento, aproximadamente el 20 por ciento, aproximadamente el 25 por ciento,

aproximadamente el 30 por ciento, aproximadamente el 35 por ciento, aproximadamente el 40 por ciento,

aproximadamente el 45 por ciento, aproximadamente el 50 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo. En algunas realizaciones, las partículas de hueso interconectadas se combinan con el cemento biológicamente reabsorbible a una concentración de aproximadamente el 1 por ciento hasta aproximadamente el 50 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo. En algunas realizaciones, las partículas de hueso interconectadas se combinan con el cemento biológicamente reabsorbible a una concentración de aproximadamente el 1 por ciento hasta aproximadamente el 15 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo.

En algunas realizaciones, las partículas de hueso interconectadas del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva permiten una incorporación y remodelación aumentada de la composición de injerto óseo, en comparación con composiciones basadas en cemento que incluyen sólo partículas de hueso de forma simple (por ejemplo, partículas de hueso cilíndricas o esféricas), proporcionando partículas de hueso que tienen un área superficial aumentada. Tal como reconocerán los expertos en la materia, la formación e infiltración de hueso nuevo en el sitio de un injerto óseo es un fenómeno impulsado por la superficie con la topología superficial del injerto que es capaz de estimular u obstaculizar la acumulación de hueso nuevo en el sitio del injerto. Proporcionando partículas de hueso que tienen una forma de interconexión, las partículas de hueso interconectadas generalmente proporcionan un área de superficie mayor y un tramo fuera del eje, en comparación con las partículas de hueso que tienen una forma simple, tal como una esfera o cilindro, lo que aumenta la probabilidad de que múltiples partículas de hueso se toquen e interconecten y entrelacen entre sí en la composición, y también aumenta la osteoconductividad y osteoinductividad de las composiciones. A este respecto, la inclusión de las partículas de hueso interconectadas en una composición de injerto óseo da como resultado una red de vías o canales interconectados que permiten que las células y los fluidos del individuo se infiltren en la composición de injerto óseo y el propio injerto óseo, lo que lleva a la incorporación de la composición de injerto óseo y su reemplazo con hueso vivo del individuo. En otras palabras, en algunas realizaciones, las partículas de hueso interconectadas pueden transportar los fluidos y células del huésped al interior de la composición de injerto óseo, a efectos de permitir la reabsorción y la formación de hueso nuevo en todo el material, en lugar de sólo en su superficie más exterior.

En algunas realizaciones, la infiltración y actividad de las células y fluidos del individuo depende, como mínimo, en parte, del tipo de hueso que se utiliza para fabricar las partículas de hueso del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. En algunas realizaciones, las partículas de hueso procesadas comprenden partículas de hueso esponjoso que son capaces de crear una ruta a través de la composición de injerto óseo y el injerto óseo sin

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necesidad de modificar su superficie antes de incluir las partículas de hueso esponjoso en la composición. Tal como reconocerán los expertos en la materia, el hueso esponjoso comprende trabéculas de colágeno y es típicamente menos denso que el hueso cortical. Por lo tanto, cuando se utiliza hueso esponjoso para fabricar una partícula de hueso que tiene una forma de interconexión, las trabéculas proporcionan espacios con forma de túnel en las partículas de hueso que pueden ser utilizados por las células y fluidos del individuo para infiltrar el injerto óseo y causar la incorporación y reabsorción de la composición de injerto óseo.

En otras realizaciones de las composiciones de injerto óseo dadas a conocer en la presente memoria descriptiva, las partículas de hueso procesadas comprenden hueso cortical. En estas realizaciones, la superficie externa del hueso cortical típicamente se desmineraliza primero para proporcionar un medio para facilitar el movimiento de las células y fluidos hacia el interior del injerto óseo. El término “desmineralizado” se utiliza en el presente documento para referirse al proceso mediante el cual se extrae el mineral óseo o la parte inorgánica del hueso para exponer, de ese modo, la parte de colágeno del hueso. A este respecto, en algunas realizaciones, para preparar una partícula de hueso del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva (por ejemplo, una partícula de hueso cortical), se puede utilizar un proceso de desmineralización, de tal modo que la superficie externa del hueso se transforma en una capa de colágeno expuesta que después es capaz de estimular y facilitar la infiltración y la actividad de las células y el fluido del individuo en el injerto óseo. En algunas realizaciones, las partículas de hueso procesadas están desmineralizadas aproximadamente el 5%, aproximadamente el 10%, aproximadamente el 15%, aproximadamente el 20%, aproximadamente el 25%, aproximadamente el 30%, aproximadamente el 35%,

aproximadamente el 40%, aproximadamente el 45%, aproximadamente el 50%, aproximadamente el 55%,

aproximadamente el 60%, aproximadamente el 65%, aproximadamente el 70%, aproximadamente el 75%,

aproximadamente el 80%, aproximadamente el 85%, hasta aproximadamente el 90%. En algunas realizaciones,

desmineralizando las partículas de hueso, se aumenta la velocidad a la que la composición de injerto óseo se incorpora, remodela o reabsorbe en el individuo y se reemplaza por hueso vivo, mientras que la composición de injerto óseo mantiene y mejora la resistencia del hueso del individuo y el propio injerto. En algunas realizaciones, si las partículas de hueso procesadas no son de una fuente de autoinjerto, la desmineralización de las partículas de hueso procesadas puede aumentar la velocidad a la que la composición de injerto óseo se incorpora en el individuo y se reemplaza con hueso vivo del individuo.

Tal como se indicó anteriormente, en algunas realizaciones que utilizan partículas de hueso que tienen una capa desmineralizada, la interconexión de las partículas de hueso del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva aumenta adicionalmente la interconexión de las capas desmineralizadas osteoinductivas que cubren cada partícula. A este respecto, en ciertas realizaciones, la red interconectada de matriz ósea desmineralizada (DBM) está orientada para asemejarse a una arquitectura trabecular restaurada en la masa de material de cemento incorporado, y el espesor específico de la capa desmineralizada puede ayudar a la osteoconductividad del producto final. En algunas realizaciones, la formación de una capa desmineralizada, a la vez que proporciona una ruta para la estimulación de actividad y la infiltración de células y fluido en la región injertada, así como la reabsorción rápida de la composición de injerto óseo, también permite la adición de un material osteoinductivo, un material osteogénico, o ambos a la superficie de las partículas de hueso para potenciar así, adicionalmente, la incorporación de la composición de injerto óseo en el individuo y su sustitución con hueso vivo del individuo.

El término “material osteoinductivo” se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier material que estimule la migración o diferenciación de células óseas para crecer y volverse activas en un sitio de injerto, mientras que el término “material osteogénico” se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier material que es capaz de contribuir directa o indirectamente a la acción de los osteoblastos u otras células capaces de contribuir al crecimiento de hueso nuevo. En algunas realizaciones, el material osteoinductivo que se añade a las partículas de hueso desmineralizado se selecciona de factores de crecimiento de proteínas, tales como proteínas morfogenéticas óseas (BMP) y otras proteínas de la superfamilia del factor de crecimiento transformante beta. En algunas realizaciones, los materiales osteogénicos que pueden añadirse a las partículas de hueso desmineralizado incluyen células huésped (por ejemplo, osteoblastos, etc.) o células madre o células progenitoras.

Para añadir un agente osteoinductor y/u osteogénico a la superficie de colágeno expuesta de una partícula de hueso desmineralizado, las partículas de hueso procesadas pueden empaparse en una solución que contenga el agente osteoinductor, el agente osteogénico o ambos, antes de mezclar las partículas de hueso desmineralizado con el cemento biológicamente reabsorbible, de tal modo que el agente osteoinductor y/u osteogénico simplemente se incorpora y se adhiere a la superficie del colágeno. Por supuesto, varios de otros procedimientos para unir un agente de este tipo a una proteína, tal como colágeno, son conocidos por los expertos en la materia y se pueden utilizar sin apartarse del espíritu y alcance del objetivo que se describe en el presente documento.

En algunas realizaciones, las células madre pueden añadirse adicionalmente a las partículas de hueso para aumentar la incorporación de la composición de injerto óseo en el individuo y su reemplazo con hueso vivo del individuo. Tal como se utiliza en el presente documento, el término “células madre” se refiere ampliamente a células madre tradicionales, células progenitoras, células preprogenitoras, células precursoras, células sanguíneas, plaquetas, células de reserva y similares. Las células madre de ejemplo incluyen, pero sin limitación a las mismas, células madre embrionarias, células madre adultas, células madre pluripotentes, células madre neuronales, células madre musculares, células madre precursoras musculares, células progenitoras endoteliales, células madre de la

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médula ósea, células madre condrogénicas, células madre linfoides, células madre mesenquimales, células madre hematopoyéticas y similares. Las descripciones de las células madre, que incluyen procedimientos para aislarlas y cultivarlas, se pueden encontrar, entre otros lugares, en Embryonic Stem Cells, Methods and Protocols, Turksen, ed., Humana Press, 2002; Weisman y otros, Annu Rev. Celda. Dev. Biol. 17: 387-403; Pittinger y otros, Science, 284: 143 - 47, 1999; Animal Cell Culture, Masters, ed., Oxford University Press, 2000; Jackson y col., PNAS 96 (25): 14482 - 86, 1999; Zuk y col., Tissue Engineering, 7: 211 - 228, 2001; y las patentes de Estados Unidos No 5.559.022, 5.672.346 y 5.827.735.

Además de añadir diversos agentes osteoinductores u osteogénicos, tales como células madre, a las partículas de hueso del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se contempla, además, que también se pueden añadir una cantidad de agentes terapéuticos adicionales directamente al cemento biológicamente reabsorbible antes de mezclarlo con las partículas de hueso procesadas. Sin desear estar ligado a ninguna teoría en particular, se contempla que la remodelación acelerada y la incorporación del cemento debido a la presencia de partículas de hueso procesadas pueden facilitar una liberación más rápida y más completa de un agente terapéutico en el individuo en el sitio de la implantación.

Otros agentes terapéuticos que se pueden añadir al cemento biológicamente reabsorbible antes o después de mezclarlo con las partículas de hueso procesadas incluyen, pero sin limitación a los mismos: colágeno y derivados de colágeno insolubles; hidroxiapatita; bisfosfonatos y/u otros fármacos antiosteoporosis; antiviricidas, tales como los eficaces contra el VIH y la hepatitis; aminoácidos, péptidos, vitaminas y/o cofactores para la síntesis de proteínas; hormonas; tejido endocrino o fragmentos de tejido; sintetizadores; enzimas, tales como colagenasa, peptidasas, oxidasas; andamios de células poliméricas con células parenquimatosas; fármacos angiogénicos y vehículos poliméricos que contienen dichos fármacos; entramados de colágeno; agentes surfactantes biocompatibles; agentes antigénicos; agentes citoesqueléticos; fragmentos de cartílago; células vivas, tales como condrocitos, células de la médula ósea, células madre mesenquimales; extractos naturales; trasplantes de tejidos; bioadhesivos; factor de crecimiento transformante (TGF-beta); factor de crecimiento similar a la insulina (IGF-1); hormona paratiroidea; hormonas de crecimiento, tales como somatotropina; digestores de hueso; agentes antitumorales; fibronectina; atrayentes celulares y agentes de unión; inmunosupresores; y potenciadores de la permeación, por ejemplo ésteres de ácidos grasos, tales como laureato, miristato y monoésteres de estearato de polietilenglicol, derivados de enamina y alfa-cetoaldehídos.

En algunas realizaciones, se añade un antibiótico al cemento biológicamente reabsorbible (por ejemplo, el polvo de cemento biológicamente reabsorbible) antes de mezclarlo con las partículas de hueso procesadas del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. Se pueden utilizar diversos antibióticos, de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva entre los que se incluyen, pero sin limitación a los mismos: aminoglucósidos, tales como amikacina, gentamicina, kanamicina, neomicina, netilmicina, paromomicina, estreptomicina o tobramicina; carbapenems, tales como ertapenem, imipenem, meropenem; cloranfenicol; fluoroquinolonas, tales como ciprofloxacina, gatifloxacina, gemifloxacina, grepafloxacina, levofloxacina, lomefloxacina, moxifloxacina, norfloxacina, ofloxacina, esparfloxacina o trovafloxacina; glicopéptidos, tales como vancomicina; lincosamidas, tales como clindamicina; macrólidos/cetólidos, tales como azitromicina, claritromicina, diritromicina, eritromicina o telitromicina; cefalosporinas, tales como cefadroxilo, cefazolina, cefalexina, cefalotina, cefapirina, cefradina, cefaclor, cefamandol, cefonicida, cefotetan, cefoxitina, cefprozil, cefuroxima, loracarbef, cefdinir, cefditoren, cefixima, cefoperazona, cefotaxima, cefpodoxima, ceftazidima, ceftibuten, ceftizoxima, ceftriaxona o cefepima; monobactámicos, tales como aztreonam; nitroimidazoles, tales como metronidazol; oxazolidinonas, tales como linezolida; penicilinas, tales como amoxicilina, amoxicilina/clavulanato, ampicilina, ampicilina/sulbactam, bacampicilina, carbenicilina, cloxacilina, dicloxacilina, meticilina, mezlocilina, nafcilina, oxacilina, penicilina G, penicilina V, piperacilina, piperacilina/tazobactam, ticarcilina o ticarcilina/clavulanato; estreptograminas, tales como quinupristina/dalfopristina; antagonistas de sulfonamida/folato, tales como sulfametoxazol/trimetoprima; tetraciclinas, tales como demeclociclina, doxiciclina, minociclina o tetraciclina; antifúngicos de azol, tales como clotrimazol, fluconazol, itraconazol, ketoconazol, miconazol o voriconazol; antifúngicos de polieno, tales como anfotericina B o nistatina; antifúngicos de equinocandina, tales como caspofungina o micafungina, u otros antifúngicos, tales como ciclopirox, flucitosina, griseofulvina o terbinafina. En algunas realizaciones, el antibiótico que se incluye en una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva es vancomicina. Para una explicación y guía adicional con respecto a la utilización de cementos, tales como cementos de fosfato de calcio, como sistemas de administración de fármacos, véase, por ejemplo, Verron, y otros Drug Discovery Today. 15(13/14): 547-552 (2010).

Como un ejemplo particular de añadir un material terapéutico, osteoinductivo a una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, la proteína morfogenética ósea 2 (BMP-2) se puede mezclar con el cemento biológicamente reabsorbible en una proporción de 0,17 mg de BMP-2 por cada 1 g de cemento. Como otro ejemplo particular de la adición de un agente terapéutico a una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se pueden añadir 30 mg de un antibiótico deseado, tal como vancomicina, por gramo de cemento y se pueden mezclar en forma de polvo directamente con el polvo de cemento reabsorbible antes de la implantación. Aún como otro ejemplo particular de la adición de un agente osteogénico terapéutico a una composición de injerto óseo de la presente memoria descriptiva, se puede añadir un bisfosfonato para la mejora y conservación de la calidad ósea local de una manera que tiene ventajas claras

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respecto a otros enfoques. A este respecto, en algunas realizaciones, el bisfosfonato se puede mezclar directamente con los componentes en polvo del cemento, de tal modo que se distribuya uniformemente con la masa de cemento fraguada final y haciendo que la liberación del bisfosfonato dependa de la velocidad de reabsorción del cemento por los osteoclastos y la posterior deposición del bisfosfonato en cualquier hueso recién formado cercano. En otras realizaciones, el bisfosfonato se puede mezclar con una partícula de hueso de aloinjerto procesado del cemento compuesto de tal modo que reside principalmente en ubicaciones discretas en el injerto y, en particular, en la superficie de las partículas de injerto. En este caso, en lugar de incluir el bisfosfonato en el propio cemento, el bisfosfonato se liberaría rápidamente y se distribuiría a la región local a medida que se forma un hueso nuevo en respuesta al procedimiento de injerto óseo. Cualquier hueso nuevo, formado de esta manera, se infundiría con el fármaco bisfosfonato y se conservaría más fácilmente en relación con el hueso normal. Aún en otras realizaciones, el bisfosfonato se puede mezclar tanto con el polvo de cemento como con las partículas de hueso para obtener los dos efectos beneficiosos de los enfoques resumidos anteriormente.

Además, en algunas realizaciones del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se dan a conocer procedimientos para tratar un defecto óseo. En algunas realizaciones, se da a conocer un procedimiento para tratar un defecto óseo que comprende las etapas de: proporcionar una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva; y administrar una cantidad eficaz de la composición de injerto óseo a un sitio de defecto óseo en un individuo.

Tal como se utilizan en el presente documento, los términos “tratamiento” o “tratar” se refieren a cualquier tratamiento de un defecto óseo, que incluye, pero sin limitación a los mismos, el tratamiento profiláctico y el tratamiento terapéutico. Por lo tanto, los términos “tratamiento” o “tratar” incluyen, pero sin limitación a los mismos: prevenir un defecto óseo o el desarrollo de un defecto óseo; inhibir la progresión de un defecto óseo; detener o prevenir el desarrollo de un defecto óseo; reducir la gravedad de un defecto óseo; mejorar o aliviar los síntomas asociados con un defecto óseo; y causar una regresión del defecto óseo o uno o más de los síntomas asociados con el defecto óseo.

El término “defecto óseo” se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier imperfección o discontinuidad en la estructura de un hueso. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el sitio del defecto óseo es un espacio óseo, o, en otras palabras, un espacio vacío que típicamente está ocupado por hueso. Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, el defecto óseo es una fractura ósea o una ruptura en la continuidad de un hueso. Aún como otro ejemplo, en algunas realizaciones, el sitio del defecto óseo es un sitio de una fusión ósea prevista, tal como sitios en los que partes de hueso se frotan entre sí.

Para la administración de una composición de injerto óseo descrita en el presente documento, las composiciones de injerto óseo se administran típicamente en una cantidad suficiente para llenar el sitio del defecto óseo, es decir, una “cantidad eficaz”. Por supuesto, la cantidad óptima de una composición de injerto óseo utilizada para llenar un defecto óseo variará dependiendo del tamaño y/o la forma del defecto óseo particular que se está llenando. Sin embargo, la determinación y el ajuste de la cantidad de una composición de injerto óseo para utilizar en una aplicación particular, así como también cuándo y cómo hacer tales ajustes, se pueden determinar utilizando sólo experimentación rutinaria.

En algunas realizaciones de los procedimientos terapéuticos descritos en el presente documento, las composiciones de injerto óseo se pueden utilizar en asociación con diversos otros dispositivos comúnmente utilizados para tratar un defecto óseo. Se ha observado que la colocación de varios dispositivos en un defecto óseo a menudo falla debido a que el dispositivo se desprende o se retira del hueso o defecto óseo. Por ejemplo, a menudo se colocan tornillos en un hueso, solos o bien en asociación con diversos cementos, tal como se muestra en las figuras 45A y 45B, respectivamente. Sin embargo, la colocación de un tornillo en un hueso, particularmente cuando la colocación del tornillo en un hueso se aumenta con cemento, frecuentemente da como resultado un fallo de la composición del cemento, ya sea en la interfaz del hueso y el cemento, tal como se muestra en la figura 45C, o en la interfaz del tornillo y el cemento, tal como se muestra en la figura 45D. Sin embargo, al utilizar las composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se ha observado, además, que las partículas de hueso procesadas forman un puente sobre las interfaces de tornillo-cemento y de cemento-hueso y fortalecen las mismas, figura 45E. Como tal, en algunas realizaciones de los procedimientos divulgados en la presente memoria descriptiva, para tratar un defecto óseo, se puede administrar una cantidad eficaz de una composición de injerto óseo a un sitio de un defecto óseo en un individuo antes de colocar un dispositivo, tal como un tornillo, en el sitio del defecto óseo.

Aún en realizaciones adicionales del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se dan a conocer kits. En algunas realizaciones, se dan a conocer un kit que incluye un polvo de cemento biológicamente reabsorbible y una pluralidad de partículas de hueso procesadas, en el que cada una de las partículas de hueso procesadas tiene una forma configurada para interconectarse con partículas de hueso adyacentes. En algunas realizaciones de los kits, el polvo de cemento biológicamente reabsorbible y las partículas de hueso procesadas se envasan en recipientes separados o se envasan conjuntamente en un solo recipiente.

En algunas realizaciones, las partículas de hueso incluidas en el kit se liofilizan o se deshidratan de otro modo. A

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este respecto, en algunas realizaciones, el kit incluye, además, un vehículo acuoso para añadir al polvo de cemento, las partículas de hueso, o tanto el polvo de cemento como las partículas de hueso. En algunas realizaciones, el vehículo acuoso se puede dosificar y envasar en un recipiente separado, de tal modo que el recipiente incluya una cantidad precisa de vehículo acuoso para preparar una composición de injerto óseo que tenga una consistencia deseada. En otras realizaciones, el kit comprende, además, instrucciones para mezclar el polvo de cemento y las partículas de hueso y, a continuación, combinar esa mezcla con una cantidad prescrita de un vehículo acuoso de manera que se produzca una composición de injerto óseo que tiene una consistencia deseada y puede, a continuación, administrarse a un individuo.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término “individuo” incluye individuos tanto humanos como animales. Por lo tanto, se dan a conocer utilizaciones terapéuticas veterinarias de acuerdo con el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva. Por lo tanto, el objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva prevé el tratamiento de mamíferos, tales como seres humanos, así como de aquellos mamíferos de importancia debido a estar en peligro, tales como tigres siberianos; de importancia económica, tales como los animales criados en granjas para consumo humano; y/o animales de importancia social para los humanos, tales como animales mantenidos como mascotas o en zoológicos. Entre los ejemplos de dichos animales se incluyen, pero sin limitación a los mismos: carnívoros, tales como gatos y perros; suidos, incluidos cerdos, puercos y jabalíes; rumiantes y/o ungulados, tales como ganado, bueyes, ovejas, jirafas, ciervos, cabras, bisontes y camellos; y caballos. También se proporciona el tratamiento de aves, incluido el tratamiento de aquellos tipos de aves que se encuentran en peligro y/o que se mantienen en zoológicos, así como las aves de caza, y más particularmente, las aves de caza domesticadas, es decir, aves de corral, tales como pavos, gallinas, patos, gansos, gallinas de Guinea, y similares, dado que también son de importancia económica para los humanos. De este modo, también se da a conocer el tratamiento del ganado, incluidos, pero sin limitación a los mismos, suidos domésticos, rumiantes, ungulados, caballos (incluidos caballos de carrera), aves de corral y similares.

El objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos específicos pero no limitantes. Algunos de los siguientes ejemplos pueden incluir compilaciones de datos que son representativos de los datos recopilados en diversos momentos durante el curso del desarrollo y la experimentación relacionados con la presente invención. Además, algunos de los siguientes ejemplos son proféticos, a pesar de los valores numéricos, los resultados y/o los datos a los que se hace referencia en los ejemplos y están contenidos en los mismos.

EJEMPLOS

EJEMPLO 1 - Fabricación de partículas de hueso cortical planas

Para fabricar partículas de hueso cortical planas a través del refinamiento de un hueso intacto en un mayor número de partículas de hueso cortical separadas, se obtuvo primero un hueso intacto, y se eliminó todo el tejido blando de la diáfisis del hueso, siendo retirados los trozos más grandes de tejido blando mediante una cuchilla, y siendo extraído el periostio y los tejidos conjuntivos mediante una rueda o un cepillo de alambre de acero inoxidable. A continuación, los extremos distal y proximal del hueso se retiraron con una sierra, dejando sólo la región diafisaria del hueso. A continuación, toda la médula ósea y el tejido blando dentro de la parte larga del hueso se retiraron físicamente, y el hueso se enjuagó. Se utilizó un escariador para eliminar cualquier material óseo esponjoso restante del interior del hueso diafisario hasta que sólo quedó hueso cortical. El cuerpo de hueso cortical resultante se limpió a fondo con detergente y agua desionizada (DI), y el cuerpo del hueso cortical se empapó posteriormente en etanol al 100 por ciento durante una noche.

Después del baño en etanol durante una noche, cada cuerpo de hueso se secó y se cortó longitudinalmente para crear de 3 a 4 cañas de hueso cortical que tenían aproximadamente 1 pulgada de ancho. Esos trozos fabricados de hueso cortical se cortaron con el eje longitudinal del material óseo que corría en la misma dirección que la parte más grande de los trozos terminados. A continuación, se utilizó una trituradora de superficie para crear trozos de hueso cortical adelgazadas de 0,5 mm de espesor y aproximadamente de 1 a 2 pulgadas cuadradas. Esa creación de trozos delgados de hueso cortical se realizó mediante el mecanizado de pequeñas partes de cada caña de hueso de una en una debido a la forma curva y orgánica de las cañas. Una vez que se creó un trozo de hueso cortical de 0,5 mm de espesor, se marcó la dirección longitudinal del hueso y se empaparon los trozos de hueso de 0,5 mm de espesor en agua desionizada al vacío durante una hora. Esto permitió que el material se ablandara o se volviera ligeramente flexible y también llenó todos los huecos abiertos con agua para minimizar la cantidad de astillas en el proceso de estampado/perforación posterior y para reducir los residuos. A continuación, el material óseo de 0,5 mm de espesor se eliminó del agua desionizada y su superficie se secó. El hueso se insertó, a continuación, en una perforadora personalizada con cuidado para asegurar que la dirección longitudinal del hueso estuviera en la orientación correcta en la perforadora. A continuación, la perforadora se utilizó para crear una matriz de partículas de hueso cortical conformadas con un espesor de 0,5 mm. A continuación, se utilizó un microscopio con una escala para medir los trozos de hueso individuales y asegurar que su tamaño y forma estuvieran de acuerdo con las especificaciones adecuadas. Típicamente, las partículas de hueso cortical fabricadas tenían 2,5 mm de largo y 1,5 mm de ancho por 0,5 mm de espesor.

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EJEMPLO 2 - Fabricación de partículas complejas de hueso cortical

Para fabricar partículas de hueso cortical tridimensionales más complejas mediante el refinado de un hueso intacto en un gran número de partículas de hueso cortical, se obtuvo, en primer lugar, un hueso intacto, y se retiró todo el tejido blando de la diáfisis del hueso, siendo retiradas los trozos más grandes de tejido blando con una cuchilla, y siendo el periostio y los tejidos conectivos eliminados con una rueda o un cepillo de alambre de acero inoxidable. A continuación, los extremos distal y proximal del hueso se retiraron con una sierra que dejaba solo la región diafisaria del hueso. Toda la médula ósea y el tejido blando dentro del cuerpo del hueso se retiraron, a continuación, físicamente y el hueso se enjuagó. Se utilizó, un escariador para retirar cualquier material óseo esponjoso restante del interior del hueso diafisario hasta que solo quedó hueso cortical. A continuación, el cuerpo del hueso cortical resultante se limpió a fondo con detergente y agua desionizada, y el cuerpo de hueso cortical se empapó posteriormente en etanol al 100 por ciento durante una noche.

Después del baño de etanol durante una noche, cada cuerpo de hueso se secó y se cortó longitudinalmente para producir cañas de hueso del tamaño de una “cerilla”, teniendo cada caña de 4 a 5 mm de ancho y aproximadamente 75 mm de longitud. Cada una de estas “cerillas” de hueso cortical se fijó, a continuación, en una maceta del tamaño de un dedal con una resina epoxi o de poliéster con el debido cuidado para asegurarse de que los trozos de hueso “cerilla” se mantuvieran concéntricos con el centro de la maceta. Una vez que el material óseo se fijó en una maceta, se utilizó entonces una operación de giro para crear las formas similares a una mancuerna (véase, por ejemplo, las Figuras 1A-1C). Brevemente, cada maceta que contenía el material óseo se montó en un torno, pero, en lugar de un cortador tradicional, tal como se utiliza comúnmente en las operaciones del torno, se utilizó un disco abrasivo fino (aproximadamente 0,5 mm de espesor) para moldear las partículas de hueso dado que el disco abrasivo evitó astillar el material óseo. Durante el procedimiento de torneado, el disco abrasivo se utilizó para cortar el material óseo perpendicularmente a la rotación del material óseo en el torno. Una vez que se formaron las partículas de hueso con forma de mancuerna, se utilizó un microscopio junto con una escala para asegurar que las partículas de hueso fueran del tamaño y las dimensiones adecuadas. Para la mayoría de las aplicaciones, se fabricaron partículas de hueso con forma de mancuerna que tenían aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de diámetro en los extremos y 0,5 mm de diámetro en la parte central.

EJEMPLO 3 - Desmineralización parcial del hueso cortical

Para desmineralizar parcialmente las partículas de hueso cortical fabricadas mediante la eliminación del calcio de la superficie de las partículas, se colocaron, en primer lugar, de 9,0 a 10,0 g de partículas de hueso cortical limpias y desgrasadas en un vaso de precipitados de vidrio de 1.000 ml con una barra de agitación magnética. A continuación, se añadieron aproximadamente 600 ml de HCl 0,05 N al recipiente para asegurar que estuviera presente un volumen suficiente de ácido para evitar la neutralización durante el proceso de desmineralización. A continuación, la solución ácida que contenía las partículas de hueso cortical se agitó durante 90 minutos utilizando una barra de agitación magnética para facilitar la mezcla adecuada. Después de 90 minutos, las partículas de hueso se dejaron sedimentar en la solución, y el ácido se vertió utilizando una malla delgada, un filtro de alambre de acero inoxidable. A continuación, los trozos de hueso se lavaron inmediatamente con agua desionizada hasta que el pH se neutralizó. Posteriormente, los trozos de hueso se secaron durante varias horas en un deshidratador/horno a una temperatura de aproximadamente 100°F (38°C). Mediciones adicionales de la capa descalcificada, utilizando un microscopio óptico y un microscopio electrónico de barrido (SEM) para examinar la morfología de la superficie de las varillas empapadas en ácido, revelaron que el procedimiento dio como resultado una descalcificación de aproximadamente el 10% de cada trozo de hueso.

Ejemplo 4. Análisis de la resistencia a la flexión de una composición de injerto óseo basada en fosfato de calcio (fosfato tetracálcico/fosfato monocálcico/carbonato de calcio)

Para evaluar la resistencia a la flexión de un cemento de fosfato de calcio que comprendía una mezcla de fosfato tetracálcico, fosfato monocálcico y polvo de carbonato de calcio y aumentada con partículas de hueso cortical con formas especiales, se realizaron experimentos de ensayos mecánicos utilizando dicho cemento de fosfato de calcio con diversas cantidades de partículas de hueso cortical parcialmente desmineralizadas, conformadas para determinar los efectos de comportamiento mecánico de la adición de varias cantidades de las partículas de hueso cortical procesado de forma especial al cemento basado en calcio de ejemplo. Brevemente, en estos experimentos, se utilizó un cemento de fosfato de calcio que comprendía polvo de fosfato tetracálcico (TTCP), polvo de fosfato monocálcico (MCP) y polvo de carbonato de calcio y se preparó mezclando la mezcla en polvo con agua en una proporción de polvo respecto a agua de 2,6:1 en peso para formar una pasta, que luego fue capaz de fraguar en quince minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso corticales se crearon mediante un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una anchura de la parte central de 0,5 mm (véase, por ejemplo, las figura 1A). Estas partículas de hueso se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente. Después de que las partículas se formaran y se deshidrataran, se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en

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proporciones de volumen del 10,0% y el 20,0%. A continuación, los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron por completo.

Para fines de comparación, las mezclas de fosfato de calcio también se fabricaron utilizando partículas de hueso cortical con forma no especial de tamaño similar a las descritas anteriormente. Las partículas con forma no especial se produjeron al moler residuos óseos de 0,5 mm de espesor que se produjeron durante la fabricación de las partículas de hueso conformadas. Los residuos óseos se molieron en un molino rotativo para producir una variedad de tamaños de partícula que se clasificaron utilizando dos tamices en múltiples pasadas para producir partículas con dimensiones de tamaño de partícula de 1,75 mm a 0,5 mm. Estas partículas también se desmineralizaron parcialmente, tal como se ha descrito anteriormente y se deshidrataron antes de añadirse al polvo de fosfato de calcio, y se mezclaron completamente para producir proporciones de volumen aproximadas del 10% y el 40%.

Posteriormente a la formación de los polvos y las partículas de hueso, se crearon muestras de ensayo combinando el hueso seco y los materiales de cemento con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción de 2,6:1 de polvo de fosfato de calcio con respecto a agua en peso), mezclando con una espátula delgada de metal hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron en moldes cilíndricos de Teflon® (Du Pont de Nemours and Company Corporation, Wilmington, DE.) que se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

A continuación, se llevó a cabo el ensayo de flexión utilizando un dispositivo de tres puntos con un tramo de soporte de 11 mm y una “pala” central redondeada que aplicaba una carga a la parte superior de la muestra orientada horizontalmente a una velocidad de 0,1 pulgadas/min (2,54 mm/min), tal como se representa en la figura 3. Se registró la fuerza máxima lograda antes de la primera rotura de la muestra que da como resultado una reducción del 40% en la carga aplicada o un cambio significativo en la rigidez de la muestra. Se calculó la tensión de rotura como la resistencia a la flexión basada en la carga de flexión aplicada y la geometría de la muestra utilizando la fórmula o=Mc/I, en la que I es el momento de inercia de la sección transversal circular de la muestra.

Tabla 1. Resistencia a la flexión (MPa) de composiciones de injerto óseo basadas en fosfato de calcio (fosfato

: tetracálcico/fosfato monocálcico/carbonato cálcico)

: CaP 100% Tr 10% Tr 20% Alt 10% Alt 40%

Media: 4,4 8,1 6,4 7,9 3,5

Desv. Est.: 1,3 1,9 1,1 2,2 0,9

P: <0,005 <0,01 <0,005 NS

Tal como se muestra en la figura 4 y la tabla 1, después de analizar los resultados de estos experimentos, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a un cemento de fosfato de calcio mejora significativamente las propiedades mecánicas del cemento en el exigente modo de carga de flexión. En otras palabras, los resultados anteriores demostraron que se puede añadir un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo a un cemento de fosfato de calcio y se puede utilizar para aumentar la resistencia a la flexión del cemento de fosfato de calcio. Por el contrario, cuando las partículas de hueso añadidas al 40% tenían una forma no especial (Alt), la resistencia a la flexión disminuyó significativamente, tal como también se muestra en la figura 4, indicando, además, que el comportamiento mecánico de las composiciones de injerto óseo se puede mejorar mediante la inclusión de partículas de hueso con forma especial. Además, se descubrió que se requería un mayor porcentaje de partículas de hueso con una forma no especial para añadirse al cemento para conseguir un nivel similar de potencial de remodelación a través de la interconexión en comparación con las partículas con forma especial que se incluyeron en un porcentaje menor.

Ejemplo 5 - Análisis de la resistencia a la flexión de una composición de injerto óseo basada en fosfato cálcico (fosfato alfa-tricálcico/hidroxiapatita)

Para evaluar adicionalmente la resistencia a la flexión de los cementos basados en fosfato de calcio aumentados con partículas de hueso cortical con forma especial, se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos adicionales utilizando un cemento de fosfato de calcio alternativo con diversas cantidades de partículas de hueso cortical con forma especial parcialmente desmineralizadas. Brevemente, en este experimento adicional, se utilizó un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial, que incluía un polvo de fosfato alfa-tricálcico que, al mezclarse con una solución de fraguado, formó hidroxiapatita precipitada. Cuando esta mezcla en polvo se mezcló con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2,6:1 en peso, se formó una pasta que luego era capaz de fraguar en quince minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical se crearon nuevamente a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor, en promedio, con una región central ancha de 0,5 mm (véase, por ejemplo, la figura 1A). Estas partículas de hueso se obtuvieron una vez más a partir de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y se desmineralizaron parcialmente después de la pesada y la adición de las partículas de hueso al polvo de cemento premezclado en una proporción de volumen del 10,0%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron por completo.

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Nuevamente, para fines de comparación, las mezclas de fosfato de calcio también se prepararon utilizando partículas de hueso cortical con forma no especial con un tamaño similar a las descritas anteriormente. Las partículas con forma no especial se produjeron de nuevo utilizando residuos óseos y tenían dimensiones de tamaño de partícula entre 1,75 mm y 0,5 mm. Estas partículas también se desmineralizaron parcialmente, tal como se ha descrito anteriormente y se deshidrataron antes de añadirse al polvo de fosfato de calcio y se mezclaron completamente para producir una proporción de volumen aproximada del 40%, dado que en los experimentos descritos anteriormente se descubrió que se requería añadir un porcentaje mayor de partículas de hueso con forma no especial al cemento para conseguir un nivel similar de potencial de remodelación a través de la interconexión en comparación con las partículas de hueso con forma especial incluidas en un porcentaje menor.

Después de la formación de los polvos y de las partículas de hueso, se crearon nuevamente muestras de ensayo combinando el hueso seco y los materiales de cemento con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción de 2,6:1 de polvo de fosfato de calcio con respecto a agua en peso) y mezclando con una espátula fina de metal hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron nuevamente en moldes cilíndricos Teflon® (Du Pont De Nemours And Company Corporation, Wilmington, Delaware) para producir muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

Se realizó de nuevo el ensayo de flexión con estas muestras adicionales basadas en fosfato de calcio utilizando el dispositivo de flexión de tres puntos descrito anteriormente (véase la figura 3). La fuerza máxima que se consiguió antes de la primera rotura de la muestra que dio como resultado una reducción del 40% en la carga aplicada o un cambio significativo en la rigidez de la muestra se registró una vez más, y se calculó posteriormente la tensión de rotura como resistencia a la flexión sobre la carga de flexión aplicada y la geometría de la muestra, utilizando la fórmula o= Mc/I, en la que I es el momento de inercia del área de la sección transversal circular de la muestra.

Tabla 2. Resistencia a la flexión (MPa) de composiciones de injerto óseo basadas en fosfato de calcio (fosfato

: alfa-tricálcico/hidroxiapatita precipitada) CaP*100% Tr 10% Alt 40%

Media: 3,8 4,2 2,1

Desv. Est.: 1,4 1,2 0,9

P: NS <0,005

Tal como se muestra en la figura 5 y la tabla 2, después del análisis de los resultados de estos experimentos, se observó una vez más que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a un cemento de fosfato de calcio alternativo, que comprendía fosfato alfa-tricálcico/hidroxiapatita precipitada, mejoraba significativamente las propiedades mecánicas del cemento en el exigente modo de carga de flexión. De forma similar al experimento descrito anteriormente en el ejemplo 4, cuando las partículas de hueso añadidas al 40% tenían una forma no especial (Alt), la resistencia a la flexión disminuía significativamente, tal como se muestra en la figura 5, indicando, además, que la resistencia a la flexión del fosfato de calcio podría aumentarse utilizando partículas de hueso con forma especial.

Ejemplo 6 - Análisis de la resistencia a la flexión de una composición de injerto óseo basada en sulfato de calcio

Para evaluar la resistencia a la flexión de un cemento basado en fosfato no cálcico en conjunto con las partículas de hueso cortical con forma especial, descritas en el presente documento, también se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos utilizando un cemento de sulfato de calcio (CaS) con diversas cantidades de partículas de hueso cortical parcialmente desmineralizadas, con forma especial. Brevemente, en este experimento adicional, se utilizó un cemento de CaS de calidad comercial y se mezcló con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2:1 en peso, de tal modo que se formó una pasta que era capaz de fraguar en 20 minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, a continuación, las partículas de hueso cortical se crearon nuevamente a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una anchura central de 0,5 mm (véase, por ejemplo, la figura 1A). Estas partículas de hueso también se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y se desmineralizaron parcialmente después de la pesada y la adición de las partículas de hueso al polvo de cemento premezclado en unas proporciones de volumen del 10,0% y el 20,0%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron completamente.

De nuevo, para fines de comparación, las mezclas de CaS también se prepararon utilizando partículas de hueso cortical con una forma no especial de tamaño similar las descritas anteriormente. Las partículas con forma no especial se produjeron de nuevo utilizando residuos óseos y tenían dimensiones de tamaño de partícula de entre 1,75 mm y 0,5 mm. Estas partículas también se desmineralizaron parcialmente, tal como se ha descrito anteriormente y se deshidrataron antes de añadirse al polvo de fosfato de calcio, y se mezclaron completamente para producir proporciones de volumen aproximadas del 10% y el 40%, dado que en los experimentos descritos anteriormente se descubrió que se requería añadir un mayor porcentaje de partículas de hueso con forma no especial al cemento para conseguir un nivel similar de potencial de remodelación a través de la interconexión en

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comparación con las partículas con forma especial, que se incluyeron en un porcentaje menor.

Después de la formación de los polvos y las partículas de hueso, se crearon nuevamente muestras de ensayo combinando el hueso seco y los materiales de cemento con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción 2:1 de CaS en polvo con respecto al agua en peso) y mezclando con una espátula fina de metal hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron nuevamente en moldes cilíndricos de Teflon® (Du Pont de Nemours and Company Corporation, Wilmington, DE) para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

A continuación, se realizó de nuevo el ensayo de flexión utilizando el dispositivo de flexión de tres puntos descrito anteriormente (véase la figura 3). La fuerza máxima conseguida antes de la primera rotura de la muestra que da como resultado una reducción del 40% en la carga aplicada o un cambio significativo en la rigidez de la muestra se registró una vez más, y la tensión de rotura para estas muestras se calculó posteriormente como la resistencia a la flexión basada en la carga de flexión aplicada y la geometría de la muestra utilizando la fórmula o=Mc/I, en la que I es el momento de inercia del área de la sección transversal circular de la muestra.

Tabla 3. Resistencia a la flexión (MPa) de cementos compuestos basados en sulfato de calcio

Ca S100% Tr 10%

Media 3,7 5,0

Desv. Est. 0,4 0,9

P <0,005

Tr 20% Alt 10% Alt 40%

5,0 3,0 1,9

0,9 0,5 0,1

<0,005 <0,05 <0,0005

Tal como se muestra en la figura 6 y la tabla 3, después de analizar los resultados de estos experimentos, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a un cemento diferente basado en calcio, concretamente un cemento de CaS, también mejoró significativamente las propiedades mecánicas del cemento en el exigente modo de carga de flexión, demostrando que un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo puede añadirse a un cemento de CaS y utilizarse para aumentar la resistencia a la flexión del cemento de CaS utilizando partículas de hueso que tienen formas especializadas. De forma similar al experimento descrito anteriormente en los ejemplos 4 y 5, cuando las partículas de hueso añadidas al 10% y al 40% tenían una forma no especial (Alt), la resistencia a la flexión disminuía significativamente, tal como se muestra en la figura 6.

Ejemplo 7 - Análisis de la resistencia a la flexión de una composición de injerto óseo basada en sulfato de calcio, que incluye partículas de hueso cortical alargadas

Para evaluar la resistencia a la flexión de un cemento basado en calcio aumentado con partículas de hueso cortical con forma especial que tienen una forma diferente a las descritas anteriormente, se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos utilizando cemento de sulfato de calcio (CaS) con una cantidad de partículas de hueso cortical parcialmente desmineralizadas del diez por ciento (10%) que se conformaron de un modo alargado, que se diseñó para imitar una cadena de estructuras de soporte discretas e independientes. En estos experimentos, los polvos de CaS disponibles en el mercado se mezclaron con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2:1 en peso, de tal modo que se formó una pasta que era capaz de fraguar en veinte minutos en una masa sólida. A diferencia de la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical en estos experimentos se crearon a través del proceso de mecanizado para producir partículas con forma especial de aproximadamente 10 ó 14,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central ancha de 0,5 mm (figura 1G). Estas partículas de hueso también se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente de tal manera que se creó una estructura flexible alargada. Después de que las partículas se formaran y se deshidrataran, las partículas se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en una proporción en volumen del 10%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron completamente. Para propósitos de comparación, también se creó un control de cemento de CaS al 100% utilizando el mismo polvo y agua descritos en una proporción de 2:1 en peso.

Posteriormente a la formación de los polvos y las partículas de hueso, se crearon muestras de ensayo combinando los materiales secos con la cantidad adecuada de agua destilada (proporción 2:1 de polvo de CaS con respecto al agua en peso), y mezclando con una espátula hasta se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron en moldes cilíndricos de Teflon® (Du Pont de Nemours and Company Corporation, Wilmington, DE.) diseñados para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

De manera similar a los experimentos descritos anteriormente, a continuación, se llevó a cabo el ensayo de flexión utilizando un dispositivo de flexión de tres puntos con un tramo de soporte de 11 mm y una “pala” central redondeada que aplicaba una carga a la parte superior de la muestra orientada horizontalmente a una velocidad de 0,1 pulgadas/min (2,54 mm/min). La fuerza máxima conseguida antes de la primera rotura de la muestra que da como resultado una reducción del 40% en la carga aplicada o un cambio significativo en la rigidez de la muestra se registró nuevamente para estas muestras, y la tensión de rotura se calculó como la resistencia a la flexión basada en la carga de flexión aplicada y la geometría de la muestra utilizando la fórmula o= Mc/I, en la que I es el momento de

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inercia del área de la sección transversal circular de la muestra.

Los resultados del ensayo de resistencia a la flexión obtenidos a partir de estos experimentos se representan en la figura 7 y en la tabla 4 a continuación, en los que la tabla 4 contiene los datos de fuerza máxima registrados para cada ensayo durante el ensayo de flexión de 3 puntos.

Tabla 4. Resistencia a la flexión (MPa) de cementos compuestos basados en sulfato de calcio que incluyen

partículas de hueso cortical alargadas

Media Desv. Est. P

CaS 100% 3,7 0,4

Elong 10% 6,0 1,9

<0,005

Una vez más, los resultados indicaron que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Elong) a un cemento de CaS mejoraba significativamente sus propiedades mecánicas en el exigente modo de carga de flexión, e indicaba, además, que el comportamiento mecánico de las composiciones de injerto óseo puede ser mejorado a través de la presencia de partículas de hueso con forma especial.

Ejemplo 8 - Análisis de la resistencia a la cizalladura de una composición de injerto óseo basada en fosfato de calcio (fosfato tetracálcico/fosfato monocálcico/carbonato de calcio)

Para evaluar la resistencia a la cizalladura de un cemento de fosfato de calcio que comprende una mezcla de fosfato tetracálcico, fosfato monocálcico y polvo de carbonato de calcio y aumentada con partículas de hueso cortical con forma especial, también se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos utilizando un cemento de fosfato de calcio de este tipo con diversas cantidades de partículas de hueso cortical con forma, parcialmente desmineralizadas. Estos experimentos se llevaron a cabo, como mínimo en parte, porque se creía que las propiedades mecánicas en el exigente modo de carga de cizalladura también son importantes para la función mecánica de los materiales cuando se implantan en el cuerpo para controlar los fragmentos de fractura. Brevemente, en estos experimentos, se utilizó un cemento de fosfato de calcio que comprendía polvo de fosfato tetracálcico (TTCP), polvo de fosfato monocálcico (MCP) y polvo de carbonato de calcio, y se preparó mezclando la mezcla de polvo con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2,6:1 en peso para formar una pasta, la cual, a continuación, era capaz de fraguar en quince minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical se crearon a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central ancha de 0,5 mm (véase, por ejemplo, la figura 1A). Estas partículas de hueso se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinos y se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente. Después de que las partículas se formaron y se deshidrataron, se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en proporciones de volumen del 10,0% y el 20,0%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron completamente.

Para fines de comparación, las mezclas de fosfato de calcio también se prepararon utilizando partículas de hueso cortical con una forma no especial de tamaño similar a las descritas anteriormente. Nuevamente, las partículas con una forma no especial se produjeron moliendo residuos óseos de 0,5 mm de espesor para producir partículas con dimensiones de tamaño de partícula de 1,75 mm a 0,5 mm. Estas partículas también se desmineralizaron parcialmente, tal como se describió anteriormente y se deshidrataron antes de añadirse al polvo de fosfato de calcio y se mezclaron completamente para producir proporciones de volumen aproximadas del 10% y el 40%, dado que en los experimentos descritos anteriormente se descubrió que se requería que se añadiera al cemento un mayor porcentaje de partículas de hueso con una forma no especial para conseguir un nivel similar de potencial de remodelación a través de la interconexión, en comparación con las partículas con forma especial que se incluyeron en un porcentaje menor.

Posteriormente a la formación de los polvos y las partículas de hueso, a continuación, se crearon muestras de ensayo combinando el hueso seco y los materiales de cemento con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción de 2,6:1 de polvo de fosfato de calcio con respecto a agua en peso), mezclándose con una espátula delgada de metal, hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron en moldes cilíndricos afilados (cónicos) que se habían mecanizado en un bloque de aluminio. Los moldes se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro promedio de 8 mm repartidas por encima de un estrechamiento de 1 grado a lo largo de la longitud de la muestra. De este modo, el diámetro mínimo de la muestra de ensayo fue de 7,83 mm, y el diámetro máximo fue de 8,17 mm. El fundamento para el estrechamiento fue la facilidad de extracción de las muestras de los moldes en una sola pieza y el ensayo de cizalladura utilizando un dispositivo de ensayo de cizalladura que compartía el mismo estrechamiento que los moldes, tal como se representa en la figura 8.

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Tabla 5. Resistencia a la cizalladura (MPa) de cementos compuestos basados en fosfato de calcio

CaP100% Tr 10%

Media 4,3 3,4

Desv. Est. 0,7 0,5

p <0,005

Tr 20% Alt 10% Alt 40%

2,3 3,0 1,6

0,4 0,7 0,4

<0,0001 <0,001 <0,00001

Tal como se muestra en la figura 9 y tabla 5, tras el análisis de los resultados de estos experimentos, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a un cemento de fosfato de calcio a una fracción del 10% en volumen mejoraba las propiedades mecánicas de la composición en el exigente modo de carga de cizalladura, mientras que la adición del 20% de partículas de hueso con forma especial y el 10% y el 40% de partículas de hueso con una forma no especial (Alt) debilitó significativamente el fosfato de calcio en la cizalladura. Por lo tanto, estos resultados indican, de este modo, que se puede añadir un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo a un cemento de fosfato de calcio y mejorar sus propiedades mecánicas de cizalladura.

Ejemplo 9 - Análisis de la resistencia a la flexión de una composición de injerto óseo basada en fosfato de calcio (fosfato alfa-tricálcico/hidroxiapatita)

Para evaluar adicionalmente la resistencia a la cizalladura de cementos basados en fosfato de calcio aumentados con partículas de hueso cortical con forma especial, se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos adicionales utilizando un cemento de fosfato de calcio alternativo con diversas cantidades de partículas de hueso cortical con forma, parcialmente desmineralizadas. Brevemente, en estos experimentos adicionales, se utilizó un cemento de fosfato de calcio que comprendía un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial, que incluía polvo de fosfato alfa-tricálcico que, tras mezclarse con una solución de fraguado, forma hidroxiapatita precipitada. Cuando esta mezcla en polvo se mezcló con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2,6:1 en peso, se formó una pasta que fue capaz de fraguar en quince minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, a continuación, se crearon nuevamente partículas de hueso cortical a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central de 0,5 mm de ancho (véase, por ejemplo, la figura 1A). Estas partículas de hueso se obtuvieron una vez más de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y se desmineralizaron parcialmente después de la pesada y la adición de las partículas de hueso al polvo de cemento premezclado en proporciones de volumen del 10,0% y el 20%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron, a continuación, de forma completa.

Nuevamente, para fines de comparación, también se prepararon mezclas de fosfato de calcio utilizando partículas de hueso cortical con una forma no especial de tamaño similar a las descritas anteriormente. Nuevamente, se produjeron las partículas con una forma no especial utilizando residuos óseos y tenían dimensiones de tamaño de partícula entre 1,75 mm y 0,5 mm. Estas partículas también se desmineralizaron parcialmente, tal como se describió anteriormente y se deshidrataron antes de ser añadidas al polvo de fosfato de calcio, y se mezclaron completamente para producir una proporción de volumen aproximada del 40%, dado que en los experimentos descritos anteriormente se descubrió que se requería la adición de un mayor porcentaje de partículas de hueso con una forma no especial al cemento para conseguir un nivel similar de potencial de remodelación a través de la interconexión, en comparación con las partículas con forma especial que se incluyeron en un porcentaje menor.

Después de la formación de los polvos y las partículas de hueso, se crearon nuevamente muestras de ensayo combinando el hueso seco y los materiales de cemento con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción de 2,6:1 de polvo de fosfato de calcio con respecto a agua en peso), mezclándose con una espátula de metal delgada, hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron, una vez más, en moldes cilíndricos cónicos afilados (cónicos) que se habían mecanizado en un bloque de aluminio. Los moldes se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro promedio de 8 mm extendidas en un estrechamiento de 1 grado a lo largo de la longitud de la muestra. Por lo tanto, el diámetro mínimo de la muestra de ensayo fue de 7,83 mm, y el diámetro máximo fue de 8,17 mm. El fundamento para el estrechamiento fue la facilidad de extracción de las muestras de los moldes de una sola pieza y para el ensayo de cizalladura utilizando un dispositivo de ensayo de cizalladura, representado en la figura 8, que compartía el mismo estrechamiento que los moldes.

Tabla 6. Resistencia a la cizalladura (MPa) de cementos compuestos basados en fosfato de calcio

CaP 100% Tr 10%

Tr 20% Alt 40%

Media Desv. Est.

2,8: 3,2 1,5 1,2

0,4: 0,7 0,3
0,4

p: NS <0,00001 <0,00001

Tal como se muestra en la figura 10 y la tabla 6, tras el análisis de los resultados de estos experimentos, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a otro

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cemento de fosfato de calcio a una fracción de volumen del 10% mejoró las propiedades mecánicas de la composición en el exigente modo de carga de cizalladura, mientras que la adición del 20% de partículas de hueso con forma especial y el 40% de partículas de hueso con una forma no especial (Alt) debilitó significativamente el fosfato de calcio en la cizalladura. Como tal, estos resultados también indicaron que un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo se puede añadir a un cemento de fosfato de calcio y mejorar sus propiedades mecánicas de cizalladura.

Ejemplo 10 - Análisis de la resistencia a la cizalladura de una composición de injerto óseo basada en sulfato de calcio

Para evaluar la resistencia a la cizalladura de un cemento basado en fosfato no cálcico junto con las partículas de hueso cortical con forma especial descritas en la presente memoria descriptiva, también se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos utilizando un cemento de sulfato de calcio (CaS) con diversas cantidades de partículas de hueso cortical con forma, parcialmente desmineralizadas para evaluar los efectos sobre el comportamiento mecánico de la adición de diversos porcentajes de partículas de hueso cortical procesadas de forma especial a ese cemento basado en calcio. Brevemente, en este experimento adicional, se utilizó un cemento de CaS de calidad comercial y se mezcló con agua en una proporción de polvo con respecto al agua de 2:1 en peso, de tal manera que se formó una pasta que fue capaz de fraguar en 20 minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, a continuación, se crearon nuevamente partículas de hueso cortical a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central de 0,5 mm de ancho (véase, por ejemplo, la figura 1A). Estas partículas de hueso también se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinos y se desmineralizaron parcialmente después de la pesada y la adición de las partículas de hueso al polvo de cemento premezclado en unas proporciones de volumen del 10,0% y el 20,0%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron, a continuación, completamente.

Después de la formación de los polvos y las partículas de hueso, se crearon nuevamente muestras de ensayo combinando el hueso seco y los materiales de cemento con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción 2:1 de polvo de CaS con respecto al agua en peso), y mezclando con una espátula fina de metal hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron una vez más en moldes cilíndricos afilados (cónicos) que se habían mecanizado en un bloque de aluminio. Los moldes se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro promedio de 8 mm repartidas por encima de un estrechamiento de 1 grado a lo largo de la longitud de la muestra. De este modo, el diámetro mínimo de la muestra de ensayo fue de 7,83 mm, y el diámetro máximo fue de 8,17 mm. El fundamento para el estrechamiento fue la facilidad de extracción de las muestras de los moldes de una sola pieza y para el ensayo de cizalladura utilizando un dispositivo de ensayo de cizalladura hecho a medida, representado en la figura 8, que compartía el mismo estrechamiento que los moldes.

Tabla 7. Resistencia a la cizalladura (MPa) de cementos compuestos basados en fosfato de calcio

CaP 100% Tr 10% Tr 20%

Media 0,8 1,0 0,9

Desv. Est. 0,4 0,5 0,4

Tal como se muestra en la figura 11 y la tabla 7, tras el análisis de los resultados de estos experimentos, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a un cemento de CaS no comprometía significativamente sus propiedades mecánicas en el exigente modo de carga de cizalladura. En otras palabras, los resultados anteriores demuestran, además, que un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo se puede añadir a un cemento de CaS sin afectar negativamente a sus propiedades mecánicas, siempre que las partículas posean las formas que se han ensayado en el presente documento.

Ejemplo 11 - Resistencia a la tracción diametral de una composición de injerto óseo basada en sulfato de calcio

Para evaluar la resistencia a la tracción diametral de un cemento de sulfato de calcio que incorpora las partículas de hueso con forma especial del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos utilizando un cemento de sulfato de calcio (CaS) que incorporaba diversas cantidades de partículas de hueso cortical con forma, parcialmente desmineralizadas. En estos experimentos, y de forma similar a los experimentos descritos anteriormente, se utilizó un cemento de CaS de calidad comercial que cuando se mezcló con agua en una proporción de polvo con respecto al agua 2:1 en peso, fue capaz de formar una pasta que fraguó en veinte minutos en una masa sólida. Además, en estos experimentos y, de nuevo, de forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical se crearon a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial aproximadamente de 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central de 0,5 mm de ancho (figura 1A). Estas partículas de hueso también se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y también se

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desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente. Después de que las partículas se formaron y se deshidrataron, se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en proporciones de volumen del 10,0% y el 20,0%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso seco se mezclaron completamente.

Para comparación, se prepararon mezclas alternativas utilizando partículas de hueso cortical con una forma no especial de tamaño similar a las descritas anteriormente. Las partículas con una forma no especial se produjeron nuevamente triturando residuos óseos de 0,5 mm de espesor para producir partículas entre 1,75 mm y 0,5 mm de dimensiones de tamaño de partícula, y también se desmineralizaron parcialmente, tal como se describió anteriormente y se deshidrataron antes de su adición al polvo de CaS y se mezclaron completamente para producir proporciones de volumen aproximadas del 10% y el 40%, dado que en los experimentos descritos anteriormente, se descubrió que se requería la adición de un porcentaje mayor de partículas de hueso con una forma no especial al cemento para conseguir un nivel similar de potencial de remodelación a través de la interconexión en comparación con las partículas con forma especial que se incluyeron en un porcentaje menor.

A continuación, se crearon las muestras de ensayo combinando los materiales secos con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción 2:1 de polvo de CaS con respecto al agua en peso), y mezclando con una espátula metálica fina hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron en moldes cilíndricos afilados (es decir, cónicos) que se habían mecanizado en un bloque de aluminio. Los moldes se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

El ensayo de tensión diametral se realizó utilizando dos platos paralelos pulidos (véase la figura 12). La muestra cilíndrica se colocó horizontalmente de tal manera que se pudiera aplicar una carga de compresión en una dirección perpendicular al eje longitudinal a una velocidad de 0,1 pulgadas/min (2,54 mm/min). A continuación, se registró la fuerza máxima lograda antes de la primera rotura de la muestra que dio como resultado una reducción del 40% en la carga aplicada o un cambio significativo en la rigidez de la muestra, y la tensión de rotura se calculó en función de la carga aplicada y la geometría de la muestra utilizando la fórmula o = 2P/(p*D*L), en la que P es la carga, D es el diámetro y L es la longitud de la muestra.

Tabla 8. Resistencia a la tracción diametral (MPa) de cementos compuestos basados en sulfato de calcio

: CaS100% Tr 10% Tr 20% Alt 10% Alt 40%

Media: 1,1 1,5 1,4 0,9 0,7

Desv. Est.: 0,2 0,4 0,4 0,2 0,2

Tras el análisis de los resultados de los experimentos de resistencia a la tracción diametral, y tal como se muestra en la figura 13 y la tabla 8, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas (Tr) a un cemento de CaS puede aumentar significativamente su resistencia mecánica en el modo de carga exigente de tracción diametral, mientras que la adición del 10% y el 40% de partículas de hueso con una forma no especial (Alt) debilitó significativamente la resistencia a la tracción diametral del fosfato de calcio. Por lo tanto, estos resultados también proporcionan más apoyo para el hallazgo de que un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo se puede añadir a un cemento basado en Ca y se puede utilizar para mejorar sus propiedades mecánicas, siempre que las partículas posean las formas únicas ensayadas en el presente documento. .

Ejemplo 12 - Tenacidad a la flexión (energía hasta la rotura) de una composición de injerto óseo basada en fosfato de calcio cuando se carga dinámicamente

Para evaluar la tenacidad a la flexión de un cemento basado en fosfato de calcio que incorpora las partículas de hueso con forma especial del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, cuando dicha composición se carga dinámicamente, se llevaron a cabo experimentos mecánicos utilizando cemento de fosfato de calcio con diversas cantidades de partículas de hueso cortical con forma especial, parcialmente desmineralizadas. Brevemente, se utilizó un cemento de fosfato de calcio que comprendía, polvo de fosfato tetracálcico (TTCP), polvo de fosfato monocálcico (MCP), polvo de carbonato de calcio, y se mezcló con agua en una proporción de polvo con respecto al agua de 2,6:1 en peso, de tal modo que se formó una pasta que fraguó en quince minutos en una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinos se crearon nuevamente a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una región central de 0,5 mm de ancho (figura 1A). A continuación, estas partículas de hueso se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente y, después de que las partículas se formaron y se deshidrataron, se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en proporciones de volumen de aproximadamente el 10,0% y el 20,0%. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso secas se mezclaron, a continuación, completamente.

A continuación, se crearon muestras de ensayo combinando los materiales secos con una cantidad adecuada de agua destilada (proporción 2,6:1 de polvo de fosfato de calcio con respecto al agua en peso), mezclándolos con una

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espátula de metal delgada, hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron en moldes cilíndricos Teflon® (Du Pont De Nemours And Company Corporation, Wilmington, DE). Los moldes están diseñados para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

De forma similar a los experimentos descritos anteriormente, el ensayo de flexión dinámica se realizó utilizando un dispositivo de flexión de tres puntos con un tramo de soporte de 11 mm y una “pala” central redondeada que aplica una carga a la parte superior de la muestra orientada horizontalmente a una velocidad de 10 mm/s. La tenacidad de las muestras se calculó como la energía hasta la rotura midiendo la parte de debajo de la curva de carga-desplazamiento durante el ensayo hasta la rotura en la flexión.

Tabla 9. Tenacidad a la flexión (energía hasta el fallo; N-mm) de cementos compuestos basados en fosfato de

calcio

CaP 100% Tr 10%

Media 21,9 160,4

Desv. Est. 3,6 46,3

P <0,00001

Tras el análisis de los resultados de los experimentos de flexión dinámica, y tal como se muestra en la tabla 9, se observó que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas a un cemento de fosfato de calcio mejoraba significativamente sus propiedades mecánicas en el modo de carga exigente de flexión, lo que indica que un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo se puede añadir eficazmente a un cemento de fosfato de calcio al tiempo que aumenta significativamente su resistencia a la flexión, siempre que las partículas posean las formas únicas ensayadas en el presente documento.

Ejemplo 13 - Ensayo mecánico del cemento de fosfato de calcio con diversas inclusiones porcentuales de partículas de hueso cortical alargadas parcialmente desmineralizadas

Se llevaron a cabo experimentos de ensayos mecánicos utilizando cemento de fosfato de calcio con diversas cantidades de partículas de hueso cortical alargadas parcialmente desmineralizadas para determinar los efectos de comportamiento mecánico de la adición de diversos porcentajes de partículas de hueso cortical especialmente procesadas a un cemento de fosfato de calcio de ejemplo. Brevemente, se utilizó un cemento de fosfato de calcio de calidad comercial que comprendía partes equimolares de polvos de fosfato tetracálcico (TTCP) y de fosfato dicálcico anhidro (DCPA). Cuando estos polvos se mezclaron con una solución de fosfato de sodio, se formó una pasta que fraguó en 20 minutos en una masa de cerámica sólida de hidroxiapatita.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, se crearon partículas de hueso cortical a través de un proceso de molienda que produjo partículas alargadas de aproximadamente 5 mm de longitud y 0,5 mm de espesor en promedio. Estas partículas de hueso se obtuvieron a partir de las regiones diafisarias medias de fémures y tibias porcinos y también se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente. Después de que las partículas se formaron y secaron, las partículas se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en las siguientes proporciones en peso: el 0,0%, 1,25%, 2,5%, 3,75% y 5,0 por ciento. Los cementos resultantes fueron etiquetados como X000, X125, X250, X375 y X500, respectivamente. Debido a que la cerámica era más densa que las partículas de hueso parcialmente desmineralizadas, los porcentajes en volumen de hueso en el cemento eran aproximadamente un 50% mayores que los porcentajes en peso. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso seco se mezclaron completamente.

A continuación, se crearon muestras de ensayo mezclando los materiales secos con una cantidad adecuada de una solución de fosfato de sodio (NaP), utilizando una espátula de metal delgada, hasta que se formó una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extendieron en moldes cilíndricos afilados (cónicos) que se habían mecanizado en un bloque de aluminio. Los moldes se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro promedio de 8 mm repartidas en un estrechamiento de 1 grado a lo largo de la longitud de la muestra. De este modo, el diámetro mínimo de la muestra de ensayo fue de 7,83 mm y el diámetro máximo de 8,17 mm. El fundamento del estrechamiento fue la facilidad de extracción de las muestras de los moldes de una sola pieza y para el ensayo de cizalladura.

El ensayo de cizalladura se realizó utilizando un dispositivo de ensayo de cizalladura hecho a medida (véase la figura 8). El ensayo de flexión de tres puntos se realizó utilizando el mismo tipo de muestra con la tensión de flexión máxima colocada en el punto central (8 mm de diámetro) de la muestra. En ambos casos, sin embargo, los ensayos se realizaron haciendo avanzar el dispositivo. Adicionalmente, además de ensayar la resistencia de cada muestra (flexión y cizalladura) que se midió en función de la geometría de la muestra y la carga máxima obtenida antes de la rotura, el trabajo de rotura (o tenacidad) de cada muestra se determinó calculando el área bajo la curva de desplazamiento de carga para cada ensayo.

Los resultados del ensayo de flexión para estas muestras se representan en la figura 14. Los resultados del ensayo de flexión para un cemento de fosfato de calcio de control fueron similares a otros valores publicados para el cemento de fosfato de calcio estándar (Xu y otros, J Biomed Mater Res. 2001 Dic. 5; 57(3):457-66). La resistencia

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para las muestras del 0% fue de 12,4 ± 2,9 MPa (media ± DE). Ninguna de las muestras con hueso procesado añadido fue significativamente diferente del control (p> 0,05). El más resistente de los compuestos fue el material óseo al 3,75% que tenía una resistencia de 10,5 ± 2,3 MPa. La tabla 10, a continuación, contiene los datos de fuerza máxima registrados para cada ensayo durante el ensayo de flexión, y fue la fuerza máxima que se utilizó para calcular la resistencia de cada muestra de ensayo.

Tabla 10. Flexión de 3 puntos

Fuente de hueso: XBC+0,0% XBC+1,25% XBC+2,50% XBC+3,75% XBC+5,0%

: 45,16 279,24 192,85 156,56 152,29 218,43

: 40,64 297,13 94,68 125,66 236,67 214,48

: 23 121,93 157,43 92,75 145,69 154,15

: 51,09 203,39 172 220,79 163,45 173,65

: 48,35 215,5 166,62 243,51 219,31 80,09

: 50,56 150,22 152,41 306,6 233,06 206,39

Fuente de h.: X000 X125 X250 X375 X500

Media: 43.133 226.402 155.998 190.978 191.745 174.532

DE: 10.96 53.718 33.172 80.146 42.340 52.675

Los resultados del ensayo de tenacidad a la flexión se representan en la figura 15 y en la tabla 11, a continuación. Los resultados de la tenacidad a la flexión mostraron una mayor tenacidad en los compuestos de mayor porcentaje en comparación con el cemento de control.

Tabla 11. Tenacidad a la flexión de 3 puntos

Fuente de hueso: XBC+0,0% XBC+1,25% XBC+2,50% XBC+3,75% XBC+5,0%

: 15.897 16.893 12.058 10.532 36.569 87.730

: 6.487 18.711 4.057 15.042 50.082 43.205

: 1.988 10.250 7.297 3.971 30.344 21.818

: 4.271 11.095 10.562 133.208 19.176 28.934

: 4.651 12.792 9.001 102.57 64.465 8.095

: 5.112 5.976 8.170 141.448 58.247 51.019

Fuente de h.: X000 X125 X250 X375 X500

Media: 6.403 12.620 8.524 67.727 43.147 40.134

DE: 4.875 4.636 2.773 64.838 17.392 27.859

Los resultados del ensayo de resistencia a la cizalladura se representan en la figura 16 y en la tabla 12, a continuación. La tabla 3 contiene los datos de fuerza máxima registrados para cada ensayo durante el ensayo de cizalladura. Fue esa fuerza máxima la que se dividió entre el área de la sección transversal de la muestra y se utilizó para calcular la resistencia a la cizalladura de cada muestra de ensayo. La resistencia a la cizalladura del cemento de control fue significativamente mayor que la de los cementos compuestos en todos los porcentajes, pero cada uno de estos fue razonablemente resistente a la cizalladura y ninguno fue significativamente diferente entre sí.

Tabla 12. Resistencia a la cizalladura

Fuente de hueso: XBC+0,0% XBC+1,25% XBC+2,50% XBC+3,75% XBC+5,0%

: 74,1 416,9 228,1 89,9 202,1 144,9

: 49,7 499,1 177,7 210,7 284,2 132

: 44,7 473,2 236,5 131,1 165,2 220,5

: 32,1 435,3 228,2 277 224,7 87,5

: 35,2 455,8 231,1 153 213,5 60,8

: 134,9 173,2 222,8 179,5 182,3 179,4


: 329,8

Fuente de h.: X000 X125 X250 X375 X500

Media: 61.783 408.917 220.733 173.533 212 137.516

DE: 38.790 118.984 21.551 65.328 41.344 58.502

Los resultados del ensayo de tenacidad a la cizalladura se representan en la figura 17 y en la tabla 13, a continuación. La tenacidad a la cizalladura no mostró diferencias significativas entre ninguno de los grupos de muestra.

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Tabla 13. Tenacidad a la cizalladura

Fuente de hueso: XBC+0,0% XBC+1,25% XBC+2,50% XBC+3,75% XBC+5,0%

: 7,2 17,4 20,3 9 31,2 15,9

: 7,1 25 27,8 15,7 16,4 13,8

: 3,5 31 12,7 14 16,4 19,5

: 3,2 19,7 15,6 20,1 23 13,2

: 3,8 18,6 20,7 13,6 19 9,7

: 12,5 18,4 21,7 14 14,7 22,2


: 24,9

Fuente de h.: X000 X125 X250 X375 X500

Media: 6.217 21.683 19,8 14,4 20.116 15.717

DE: 3.565 5.298 5.229 3.586 6.154 4.530

Los resultados anteriores indican que la adición de partículas de hueso alargadas y parcialmente desmineralizadas a un cemento de fosfato de calcio no comprometió significativamente sus propiedades mecánicas en los exigentes modos de carga de cizalladura y flexión. En otras palabras, los resultados anteriores demuestran que se puede añadir un material osteoconductivo, reabsorbible y osteoinductivo a un cemento de fosfato de calcio sin afectar negativamente a sus propiedades mecánicas. A este respecto, y sin desear estar ligado a ninguna teoría en particular, se cree que los resultados descritos anteriormente proporcionan más apoyo para la proposición de que el comportamiento biológico (incorporación, reabsorción, formación de hueso nuevo) de las composiciones de cemento óseo puede mejorarse mediante la presencia de los materiales óseos, sin sacrificar las propiedades mecánicas del cemento.

Ejemplo 14 -Análisis de formas simples incluidas con conectividad bidimensional (2D)

Para analizar adicionalmente los beneficios que pueden derivarse de producir partículas de hueso con forma especial e incluir esas partículas dentro de la composición de injerto óseo basada en cemento para aumentar la incorporación, reabsorción y remodelación y formación de hueso nuevo en un material endurecido combinado resultante, se realizó un análisis llevado a cabo para examinar la maximización de la interconexión de las partículas, poros o canales incluidos, junto con la minimización del volumen total de partículas, poros o canales incluidos. La eficacia con la que una forma particular puede lograr conectividad completa es importante para la eficacia de esa forma en comparación con otras formas. En otras palabras, cuando se comparan diferentes formas de partículas para su inclusión en las composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, la forma que está más conectada con el menor volumen de material de partículas puede, en algunos casos, considerarse la más ventajosa. La teoría de la percolación indica que para una matriz con espacios regulares de huecos potenciales, la probabilidad de que exista un hueco determinado oscila de 0 a 1 (desde no existencia de huecos hasta todos los huecos presentes). Además, habrá una probabilidad umbral importante en la que es posible o probable que exista una ruta continua entre huecos que conecte el límite exterior de la estructura con el centro de la estructura. El nivel de la probabilidad umbral depende de la forma de los huecos (o en este caso, la forma de las partículas incluidas) y la forma de la estructura general. Véase, por ejemplo, Genin D. Percolation: Theory and Applications. NIST. 2007, que se incorpora en el presente documento como referencia en su totalidad.

Para llevar a cabo el análisis 2D de las formas de las partículas de hueso, la estructura general se representó primero por una masa de forma regular de cemento sustituto de hueso sintético endurecido de dimensiones similares a un defecto relleno (2,5 cm x 2,5 cm). A continuación, el material de cemento se infundió con partículas de hueso con forma especial que aceleran la incorporación y remodelación del material sintético. Tres formas diferentes fueron consideradas. Primero, se utilizaron círculos (esferas en 3D) para representar la forma más general indicativa de molienda simple de hueso en un molino. En segundo lugar, se utilizaron rectángulos para representar partículas alargadas producidas mediante un proceso de mecanizado simple. En tercer lugar, se utilizaron formas de hueso con forma de mancuerna con extremos ampliados (véase, por ejemplo, la Figura 1A), ya que se ha demostrado que estas formas presentan beneficios de resistencia, y este análisis también se diseñó, como mínimo, en parte, para demostrar cualquier beneficio biológico de esas formas debido a la conectividad.

A continuación, el análisis utilizó un espacio de cuadrícula de 10 * 10 con 100 espacios rectangulares. A su vez, cada ubicación podría estar ocupada por una forma particular (primeros círculos, etc.). A medida que aumentaba la probabilidad de una presencia de huecos, el número de formas presentes se aproximaba a 100. Se utilizó un generador de números aleatorios para determinar la siguiente ubicación para colocar una forma. Cada análisis de formas se repitió diez veces, y se registró el valor de probabilidad en el que se logró la conectividad de borde a centro. Los rectángulos y las partículas de hueso con forma especial podían “conectarse” (es decir, contactarse entre sí) en lados o esquinas, pero los círculos sólo podían “conectarse” en los lados (figura 18). Posteriormente, la cuadrícula se rellenó aleatoriamente diez veces con conectividad de esquina y diez veces con sólo la conectividad lateral permitida. Las probabilidades umbral resultantes fueron de 26,3 ± 7,0% y 46,6 ± 4,6% para la conectividad de esquina (rectángulos y mancuernas) y conectividad lateral (círculos), respectivamente.

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Tabla 14 Experimento de cuadrícula que representa un caso sólo de conectividad lateral que consiguió una conectividad de borde a centro con una probabilidad de hueco del 49%. La ruta conectada de lado a lado alcanza una de las cuatro cuadrículas centrales (No. 46) y se conecta a las cuadrículas de borde externo (No. 8, 9, 30, 40). Las diversas posiciones de cuadrícula de 1 a 100 se destacaron aleatoriamente mediante la generación de números aleatorios secuenciales.

1: 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11: 12 13 14 15 16 17 18 19 20

21: 22 23 24 25 26 27 28 29 30

31: 32 33 34 35 36 37 38 39 40

41: 42 43 44 45 46 47 48 49 50

51: 52 53 ::54 : : 57 58 59 60

■.r.r.Dy::::::::: • • ->0

61: 62 63 64: 65 66 67 68 69 70

71: 72 73 74 75 76 77 78 79 80

81: 82 83 84 85 86 87 88 89 90

91: 92 93 94 95 96 97 98 99 100

Tabla 15 Experimento de cuadrícula que representa un caso de conectividad lateral y/o de esquina que logró una conectividad de extremo a centro con una probabilidad de hueco del 29%. La ruta conectada alcanza una de las cuatro cuadrículas centrales (No. 55) y se conecta a la cuadrícula del borde exterior (No. 93). Las diversas posiciones de cuadrícula de 1 a 100 se destacaron aleatoriamente mediante la generación de números aleatorios secuenciales.

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2: 3 4 5 6 7 8 9 10

12: 13 14 15 16 17 18 19 20

22: 23 24 25 26 27 28 29 30

32: 33 34 35 36 37 38 39 40

42: 43 44 45..... 46 47 48 49 50

52: 53 54 55 : : 56 : 57 58 59 60

62: 63 64 65 66 67 68

72: 73 74 75 76 77 78 79 80

82: 83 84 85 86 87 88 89 90

92: 93 94 95 96 97 98 99 100

Después de examinar los resultados de este análisis (véase tabla 16), se observó que la fracción de volumen (fracción de área en 2D) de cada espacio de cuadrícula ocupado por las tres formas es Rectángulo: 100%, Mancuerna: 66,7%, Círculo: 78,5 %. Por lo tanto, las cantidades de material óseo incluido (fracción de volumen) de cada forma requerida para lograr conectividad umbral se calculó adicionalmente en el 26,3% para formas rectangulares, 26,3 x 0,667 = 17,5% para mancuernas y 46,6 x 0.785 = 36,6% para círculos. Más particularmente, se descubrió que, en comparación con los círculos, las formas con mancuernas sólo requieren aproximadamente la mitad del material para lograr una conectividad comparable, lo que se suma a los beneficios de resistencia descritos anteriormente.

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Tabla 16. Resultado de diversas pruebas de análisis de la conectividad 2D Prueba

Media

DE

1: Quadrado 23 Círculo 49

2: 22 43

3: 27 46

4: 27 49

5: 41 51

6: 34 37

7: 17 42

8: 29 50

9: 22 48

10: 21 51

: 26,3 7,04036 46,6 4,599517

Ejemplo 15 - Análisis de formas simples incluidas con conectividad tridimensional (3D)

Para evaluar adicionalmente la conectividad de diversas formas, se repitió el análisis descrito anteriormente como un análisis tridimensional comparando esferas y formas de mancuernas en un patrón de cuadrícula tridimensional similar al descrito en el ejemplo anterior con la siguiente excepción: el patrón contenía 1.000 espacios con forma de cubo que podían estar ocupados por esferas o cubos o por mancuernas. Las esferas podrían “conectarse” sólo en las caras, mientras que los cubos y las formas de mancuernas se podrían conectar en las caras, los bordes y las esquinas. En este sentido, la conectividad potencial de un espacio dado ocupado por un cubo o una forma de mancuerna con sus 26 vecinos se completa con 6 caras, 12 bordes y 8 esquinas conectadas. Con una esfera, sólo había 6 conexiones potenciales (es decir, seis puntos de contacto).

Tabla 17. Resultados de diversas pruebas de análisis de conectividad 3D.

Prueba

Media

DE

: Cubo Esfera

1: 57 305

2: 63 297

3: 53 383

4: 123 344

5: 70 241

6: 133 257

7: 87 271

8: 155 198

9: 119 338

10: 76 253

: 93,6 288,7

: 36,0037 55,58787

Después de examinar los resultados de este análisis, se descubrió que la fracción de volumen de cada espacio de cuadrícula ocupado por las tres formas es Cubo: 100%, Mancuerna: 55,5%, Esfera: 52,3% y, por lo tanto, las cantidades de material óseo incluido (fracción de volumen) de cada forma requerida para lograr la conectividad de umbral son del 9,4% para las formas de cubo, 9,36 x 0,555 = 5,2% para las mancuernas, y 28,9 x 0,523 = 15,1% para las esferas. Más particularmente, se descubrió que, en comparación con las esferas, las formas de mancuernas sólo requieren un tercio del material para lograr una conectividad comparable, lo que se suma a los beneficios de resistencia descritos anteriormente.

Ejemplo 16 - Modelado de elementos finitos de partículas de hueso con forma de mancuerna en un cemento de fosfato de calcio

Para determinar los efectos sobre el comportamiento mecánico de la adición de partículas de hueso cortical procesadas, con forma especial, a un cemento de fosfato de calcio de ejemplo cargado con tensión uniaxial, se utilizó un sistema de modelado de elementos finitos para modelar las propiedades mecánicas de las partículas con forma de mancuernas en comparación con las formas más comunes, tales como cilindros simples. Sin desear estar ligado a ninguna teoría en particular, se pensó que si las partículas de hueso interconectadas demostraran un beneficio mecánico en comparación con formas más comunes, tales como cilindros o esferas, entonces las formas únicas serían capaces de mostrar un efecto sinérgico que podría conseguirse en términos de mecánica y biología.

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En resumen, para examinar los beneficios mecánicos potenciales, se realizaron análisis de elementos finitos utilizando una versión de investigación académica de un paquete de software disponible en el mercado (Ansys Release 12.0.1) que se ejecuta en un PC estándar. El primer análisis se estableció como una simulación de deformación plana bidimensional utilizando elementos cuadrilaterales de 8 nodos. El plano de ensayo era una región rectangular de 3,5 mm de ancho y 4 mm de alto. Las condiciones de límite eran tales que el límite izquierdo se fijó en la dirección x (horizontal). La esquina inferior izquierda estaba anclada para no moverse en la dirección y (vertical). Se aplicó un desplazamiento en x uniforme de 0,0005 mm hacia el límite derecho.

Se crearon y ejecutaron cinco modelos (figura 19), siendo la salida la distribución de tensiones de Von Mises sobre el plano de ensayo. El modelo 1 era completamente de cemento de fosfato de calcio, los modelos 2 y 3 contenían tres partículas de hueso rectangulares, y los modelos 4 y 5 contenían tres partículas de hueso con una forma de mancuerna. En los modelos 3 y 5, los trozos de hueso tenían una capa uniforme de colágeno de 0,1 mm de espesor alrededor de su periferia. Las partículas de mancuernas que se modelaron en estos análisis tenían 2,5 mm de largo y 1,5 mm de ancho por 0,5 mm de espesor. Además, en los análisis, los modelos tenían 4 mm de altura y 3 mm de ancho.

El cemento de fosfato de calcio se modeló con las siguientes propiedades mecánicas: un módulo elástico de 40 GPa; una proporción de Poisson de 0,33; un límite elástico de 5 MPa; y un módulo plástico del 5% del módulo elástico.

El hueso cortical se modeló con las siguientes propiedades mecánicas: un módulo elástico de 15 GPa; una proporción de Poisson de 0,3; un límite elástico de 150 MPa; y un módulo plástico del 5% del módulo elástico.

La capa de colágeno (es decir, la superficie desmineralizada) del hueso cortical se modeló con las siguientes propiedades mecánicas: un módulo elástico de 150 MPa y una proporción de Poisson de 0,45.

Tras revisar los resultados del modelado de elementos finitos, se observó que el modelo compuesto sólo de cemento de fosfato de calcio (modelo 1) mostró una distribución uniforme de la carga de más de 5 MPa, lo que indica un fallo completo de la sustancia de cemento a este nivel de tensión (figura 20). En el modelo 2, la inclusión de cilindros óseos era algo protectora del cemento de fosfato de calcio más frágil y más débil (figura 21). Hubo, sin embargo, un amplio camino desde la parte superior hasta la parte inferior de la muestra que indicaba el fallo del cemento y, como tal, se predijo que esa muestra probablemente habría fallado por completo. En el modelo 3, la capa desmineralizada de 0,1 mm de espesor fue de poco beneficio, ya que las regiones de carga elevada de cemento de fosfato de calcio eran similares al modelo 2 (figura 22). El modelo 4 mostró un efecto protector diferente, con las partículas con forma de mancuerna superpuestas que permitían sólo regiones aisladas de alta tensión de cemento de fosfato de calcio (figura 23). Finalmente, el modelo 5 mostró un efecto protector aún mayor cuando se incluyeron las partículas con forma de mancuerna superpuestas con una capa desmineralizada uniforme de 0,1 mm de espesor (figura 24), ya que solo había un número limitado de pequeñas regiones de tensión de cemento de fosfato de calcio en exceso de su fuerza.

Al analizar los resultados, se observó que si los resultados se cuantificaban calculando la cantidad de área de cemento de fosfato de calcio a la que se aplicó tensión por encima de su resistencia (> 5 MPa), entonces el efecto protector de las partículas de hueso incluidas podría ser visto claramente (figura 25). Adicionalmente, además de los beneficios mecánicos evidentes de las formas de mancuerna, había menos material óseo total en los modelos 4 y 5 (6,75 mm2) en comparación con los modelos 2 y 3 (7,5 mm2) y había más longitud total de la capa desmineralizada (colágeno) (28,8 mm frente a 19,8 mm). Sin desear estar ligado a ninguna teoría en particular, se creía que también se esperaría que las formas de mancuerna tuvieran mejores propiedades biológicas debido a la mayor cantidad de superficie osteoconductiva que queda expuesta.

Los resultados anteriores del modelo de elementos finitos representaron un beneficio mecánico de la adición de las partículas de hueso con forma de mancuerna al cemento de fosfato de calcio. Las partículas de hueso con forma de mancuerna, menos rígidas pero más resistentes, protegían al cemento de llegar a la tensión máxima. Las partes de ramificación de las partículas de hueso con forma de mancuerna permitieron una mejor entrelazado con el cemento, lo que ayudó en el beneficio mecánico, especialmente en comparación con las barras rectas de hueso utilizadas en los modelos 2 y 3. Inesperadamente, la adición de la capa desmineralizada (colágeno) a los trozos óseos mejoró el beneficio mecánico de la adición de las partículas de hueso con forma de mancuerna y esa combinación única creó una estructura compuesta que podría sufrir una mayor tensión mientras minimizaba la cantidad de sus materiales componentes que alcanzaban la tensión crítica.

Ejemplo 17 - Ensayo de manejo del volumen óseo

Las partículas de hueso de forma especial del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva se pueden incorporar en cualquier relleno de huecos óseos (BVF), tal como un cemento basado en calcio, y se ha observado que hay un porcentaje óptimo de volumen de partículas de hueso de forma especial que deberían incorporarse en un BVF endurecido para lograr una resistencia máxima a la flexión, a la tracción o a la compresión. Sin embargo, se reconoció además que había otras aplicaciones en las que la resistencia mecánica era de poca importancia, en las

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que las necesidades de una respuesta biológica específica y/o la remodelación de un defecto o vacío óseo eran de mayor importancia que cualquier resistencia mecánica del BVF. Por ejemplo, algunas aplicaciones pueden requerir una mayor cantidad de partículas de hueso de forma especial, siendo absorbido un porcentaje menor del volumen de las composiciones de injerto óseo por el material de cemento de fosfato de calcio, de tal manera que las composiciones de injerto óseo lograrían una incorporación y remodelación más rápida de un espacio de defecto. A este respecto, se llevaron a cabo experimentos para determinar qué valor elevado de un porcentaje del volumen del BVF podría ser absorbido por las partículas de hueso de forma especial antes de que las características de manejo de la composición de injerto impidieran que el material fraguara a una masa sólida.

Brevemente, en estos experimentos, se utilizó un cemento de fosfato de calcio que comprendía polvo de fosfato tetracálcico (TTCP), polvo de fosfato monocálcico (MCP) y polvo de carbonato de calcio. Cuando estos polvos se mezclaron con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2,6:1 en peso, se formó una pasta que fraguó en quince minutos en una masa sólida. Además, en estos experimentos y de forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical se crearon a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas especialmente formadas de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central de 0,5 mm de ancho (véase la figura 1A). Estas partículas de hueso se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinos y se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente.

Después de que las partículas se formaron y se deshidrataron, se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en una proporción aproximada del 50% en volumen. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso seco se mezclaron completamente, y el líquido se añadió a los componentes secos y se mezcló durante 40 segundos para crear una pasta homogénea. El material mojado y mezclado era muy granular y se mantendría unido si se comprimiera. A continuación, el material se cargó en dos moldes cilíndricos de Teflon® (Du Pont de Nemours and Company Corporation, Wilmington, DE.). Los moldes se diseñaron para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm. Se utilizó una varilla de 7 mm para comprimir el material consigo mismo y dentro del espacio vacío del molde. A los 20 minutos, las muestras cilíndricas se extrajeron del molde. Una muestra se colocó inmediatamente en PBS y la otra se dejó al aire libre para completar el fraguado. A los 35 minutos, la muestra en PBS se había roto ligeramente pero era dura y estaba fraguada. La muestra que se dejó secar al aire libre estaba en dos trozos y también había fraguado.

Los resultados de estos experimentos indicaron que la adición de estas partículas de hueso de forma especial y parcialmente desmineralizadas a un cemento de fosfato de calcio a una concentración del 50% de partículas de hueso en volumen permite manipular y colocar el material en un defecto, aunque el material tenga más forma de gránulos húmedos que de pasta En otras palabras, los resultados anteriores demuestran que un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo se puede añadir a un cemento de fosfato de calcio en concentraciones del orden del 50% de partículas de hueso procesadas, de forma especial, y aun así mantener la capacidad de la composición de injerto óseo para formar una masa endurecida.

Ejemplo 18 - Capacidad de inyección de las composiciones de injerto óseo

Para evaluar las características de manejo de una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva, se investigó un cemento de fosfato de calcio con partículas de hueso cortical de forma especial, desmineralizadas, para determinar si las características de manejo de la composición de injerto óseo húmeda se prestaría a ser inyectada en una vista defectuosa. Brevemente, se utilizó un cemento de fosfato de calcio que comprendía polvo de fosfato tetracálcico (TTCP), polvo de fosfato monocálcico (MCP), polvo de carbonato de calcio. Cuando estos polvos se mezclaron con agua en una proporción de polvo con respecto a agua de 2,5:1 en peso, se formó una pasta que fraguó en quince minutos a una masa sólida.

De forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical se crearon a través de un proceso de mecanizado que produjo partículas de forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de ancho en cada extremo y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central ancha de 0,5 mm (véase la figura 1A). Estas partículas de hueso se obtuvieron de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinos y se desmineralizaron parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente. Después de que las partículas se formaron y se deshidrataron, las partículas se pesaron y se añadieron al polvo de cemento premezclado en una proporción aproximada del 10% en volumen. Los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso seco se mezclaron completamente, y el líquido se añadió a los componentes secos y se mezcló durante 30 segundos para crear una pasta homogénea. A continuación, este material mojado se cargó en un dispositivo de administración de tipo jeringa y se inyectó a través de una cánula de calibre 6 (aprox. 4,6 mm DI). Se inyectó aproximadamente 1 cc en un recipiente pequeño y se cubrió con una solución salina tamponada con fosfato (PBS) después de que hubieran transcurrido 20 minutos. Se dejó otro volumen de aproximadamente 1 cc al aire libre y se dejó fraguar sobre la mesa de trabajo. Ambos volúmenes fraguaron en 15 minutos. La parte que se cubrió PBS y se dejó durante la noche no mostró ninguna turbidez de la solución ni signos de que el material de cemento no hubiera fraguado o se hubiera disuelto en algún grado.

De este modo, los resultados de estos experimentos indicaron que la adición de partículas de hueso parcialmente

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desmineralizadas de forma especial, a un cemento de fosfato de calcio no redujo la capacidad de ser inyectada de la composición de injerto óseo. En otras palabras, los resultados anteriores demostraron que se puede añadir un material osteoconductivo, remodelable, reabsorbible y osteoinductivo a un cemento de fosfato de calcio mientras que se mantiene la capacidad de los rellenos de huecos óseos de ser inyectados a través de una cánula.

Ejemplo 19 - Análisis del cemento de hidroxiapatita aumentado con partículas de hueso de xenoinjerto para mejorar la incorporación a defectos esponjosos

El cemento de hidroxiapatita (HAC) es biocompatible y osteoconductivo, pero su reabsorción lenta limita la formación de hueso nuevo. La adición de poros o materiales biológicos ayuda a la reabsorción, pero típicamente compromete la resistencia a corto plazo. Para ello, se determinaron los efectos de la adición de hueso de xenoinjerto descalcificado sobre la reabsorción de cemento, la formación de hueso nuevo y la resistencia en un modelo animal establecido durante diez semanas, a efectos de examinar si las partículas de hueso de xenoinjerto procesadas aumentarían la incorporación y formación de hueso nuevo en el HAC sin disminuir su resistencia.

Todos los procedimientos fueron aprobados por un comité institucional de cuidado y uso en animales. Brevemente, en el primer experimento, doce conejos hembra blancos New Zeland de seis meses de edad se utilizaron para comparar la incorporación biológica de xenoinjerto frente a aloinjerto en un defecto de hueso esponjoso en los cóndilos femorales laterales. Se prepararon defectos de perforación (8,0 mm de longitud, 4,0 mm de diámetro) y se rellenaron con hueso esponjoso de aloinjerto obtenido de otros conejos o hueso esponjoso de xenoinjerto de cerdos jóvenes. El injerto óseo se lavó en detergente orgánico (Triton X-100) y se trituró hasta un tamaño promedio de partícula de 2 mm. Las muestras de injerto se hicieron impactar en un tubo antes de colocarse en el defecto. El análisis histológico se realizó en muestras de fémur después de tres (n=6) o diez (n=6) semanas. Se midió la cantidad de hueso nuevo y se evaluó y cuantificó el grado de respuesta inflamatoria utilizando una escala analógica de 0-3. Se administró calceína tres días antes del sacrificio para indicar hueso recién formado.

En el segundo experimento, se utilizaron ocho conejos blancos hembra New Zeland de seis meses de edad. Se prepararon de nuevo defectos de perforación (8,0 mm de longitud, 5,0 mm de diámetro), pero se rellenaron con HAC solo o HAC mezclado con partículas de hueso de xenoinjerto procesadas de cerdos jóvenes (XBC) a una proporción volumétrica de aproximadamente el 25%. Las partículas eran “agujas” alargadas de hueso cortical que tenían aproximadamente 5 mm de largo y tenían un diámetro de aproximadamente 1 mm. Las partículas de hueso cortical se lavaron extensivamente, se desmineralizaron en HCl diluido y se volvieron a lavar. Se llevó a cabo microtomografía computarizada (pTC), histología descalcificada y descalcificada, y el ensayo de indentación mecánica de los defectos de curación después de diez semanas (n=8). El hueso nuevo y la respuesta inflamatoria/inmunitaria se clasificaron en una escala de 0-3, y el marcados de calceína se cuantificó como el porcentaje de área de hueso nuevo. El análisis estadístico fue mediante pruebas t de Student.

Después del análisis de los resultados del primer experimento, se observó que la respuesta de consolidación de hueso esponjoso de aloinjerto mostró una incorporación rápida del injerto con formación de hueso nuevo a las 3 semanas y una remodelación casi completa a las 10 semanas (figura 26A) con una respuesta inflamatoria mínima y formación de hueso nuevo (figura 26B). En muchos casos, fue difícil distinguir los defectos del aloinjerto del hueso normal a las 10 semanas. La respuesta de consolidación del hueso esponjoso de xenoinjerto fue considerablemente más lenta (figura 26C) con una respuesta inflamatoria mucho mayor a las 3 y 10 semanas y un nivel generalmente más alto de formación de hueso nuevo (figura 26D). A las diez semanas, hubo formación de hueso nuevo en ambos grupos, pero con hueso nuevo sustancial con el xenoinjerto (figura 27A). La disminución en el hueso en el grupo de aloinjerto a las 10 semanas se debió a una remodelación extensiva de vuelta al estado normal. Nuevamente, la respuesta inflamatoria fue mayor con xenoinjerto y permaneció mayor durante 10 semanas (figura 27B).

Después del análisis de los resultados del segundo experimento, se observó que, en general, el grupo XBC mostró significativamente más formación de hueso nuevo que el grupo HAC a lo largo del defecto (p<0,05). El grupo XBC, sin embargo, mostró significativamente más respuesta inflamatoria/inmunitaria que el grupo HAC (p<0,05). Las reconstrucciones tridimensionales de pTC mostraron que el HAC era básicamente inerte, mientras que el XBC asumía una apariencia que sugería una incorporación más extensiva. De hecho, después de 10 semanas, el cilindro de HAC (figura 28A) estaba bien fijado y parecía estar integrado con el hueso esponjoso, pero sin mucha remodelación, mientras que el cilindro de XBC (figura 28B) parecía estar remodelando más extensivamente con formación de hueso nuevo. La resistencia a la indentación de HAC era significativamente mayor que XBC después de sólo diez semanas (p<0,05), pero ambos injertos eran más resistentes que el hueso esponjoso normal en todo momento.

En el segundo experimento, después de 10 semanas, no había formación de hueso nuevo dentro del defecto relleno con HAC (figura 29A), mientras que el defecto relleno con XBC (figura 29B) tenía varias regiones de actividad celular extensiva con formación de hueso nuevo (véase, por ejemplo, la figura 29C). Después de 10 semanas, también hubo significativamente más formación de hueso nuevo dentro de los defectos de XBC en comparación con HAC (figura 30A; p<0,05). También hubo significativamente más respuesta inflamatoria/celular en el XBC en comparación con el HAC (figura 30B; p<0,05). Además, después de 10 semanas, hubo una tendencia hacia más actividad de formación de hueso nuevo dentro de los defectos de XBC (figura 31A), tal como se indica mediante el

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marcado con calceína, en comparación con HAC (figura 31B) (véase también la figura 31C). Finalmente, el ensayo de indentación romo utilizando un indentador de diámetro de 1,5 mm no mostró diferencia significativa en el tiempo cero, pero el XBC resistió significativamente menos fuerza de indentación después de 10 semanas in vivo (figura 32). Cabe señalar que el XBC se mantuvo más resistente que el hueso esponjoso después de 10 semanas.

Los resultados de los experimentos anteriores indicaron que la adición de xenoinjerto a HAC creó un material compuesto bioactivo que se incorporó, se reabsorbió y se reemplazó por hueso nuevo más rápidamente. La presencia de partículas de xenoinjerto creó una respuesta inflamatoria vigorosa, pero sin desear estar ligado a ninguna teoría en particular, se pensó que podría haber algún beneficio en la velocidad de reabsorción del componente HAC del XBC debido a la infiltración de células. Esa inclusión volumétrica de injerto óseo rápidamente reabsorbido no comprometió la fuerza de indentación inicial del defecto relleno con respecto al hueso esponjoso normal.

Ejemplo 20 - Cemento de fosfato de calcio aumentado con aloinjerto como sustituto de injerto óseo de autoendurecimiento

Se utilizó un modelo animal establecido para determinar los efectos de añadir formas diseñadas de forma especial de hueso cortical de aloinjerto parcialmente desmineralizado sobre el comportamiento y la biocompatibilidad del cemento a corto plazo, y para evaluar adicionalmente si la presencia de partículas de hueso procesadas aumentaría la velocidad de incorporación del cemento sin comprometer sus características de manejo. Brevemente, se utilizó un conejo blanco hembra New Zeland de seis meses de edad para evaluar las características de manejo y la incorporación biológica de cemento de fosfato de calcio aumentado con aloinjerto en defectos de hueso esponjoso en los cóndilos femorales laterales de ambas extremidades posteriores. Todos los procedimientos fueron aprobados, en primer lugar, por el comité institucional de cuidado y uso de animales. En primer lugar, se prepararon defectos de perforación (8,0 mm de longitud, 5,0 mm de diámetro) y se rellenaron con un novedoso cemento de fosfato de calcio aumentado con formas especialmente diseñadas de hueso cortical de aloinjerto parcialmente desmineralizado. Las partículas eran “mancuernas” alargadas de hueso cortical de aproximadamente 2,5 mm de largo, 1,5 mm de diámetro en los extremos y 0,5 mm de diámetro en la parte central (véase la figura 1A). Antes de mezclar con el cemento, las partículas se mecanizaron a partir de un fémur de conejo donador, se lavaron extensivamente, se desmineralizaron en HCl diluido y se volvieron a lavar. La capa externa de cada mancuerna se desmineralizó a un espesor de aproximadamente 100 a 200 pm. Las partículas limpiadas se dejaron secar al aire en un horno a 37oC durante 24 horas y luego se sellaron en recipientes herméticos estériles antes de su utilización.

En el momento de la cirugía, y después de la creación del defecto, el cemento se mezcló combinando 2,4 g de polvo de cemento de fosfato de calcio y 30 partículas con forma de mancuerna (véase la figura 1A) de hueso parcialmente desmineralizado (0,064 g). Las partículas de hueso parcialmente desmineralizadas se añadieron primero al recipiente de polvo de cemento de fosfato de calcio y se mezclaron completamente con una espátula para dispersar uniformemente el hueso dentro del polvo. A continuación, se añadió una solución de fosfato de sodio a la mezcla seca de cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso parcialmente desmineralizadas. A continuación, el material se mezcló durante 30 segundos para formar una pasta con una consistencia uniforme. Una vez que se obtuvo una consistencia uniforme, se utilizó una espátula para rellenar el defecto de perforación que se creó en el fémur distal del conejo. Como resultado de rellenar el defecto con la pasta, cada hueco se hizo para contener aproximadamente de 9 a 12 trozos de hueso desmineralizado o, en otras palabras, de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 15% de partículas de hueso desmineralizado por volumen del defecto. A continuación, la superficie externa del defecto se cubrió con un tapón de cera de hueso para detener el sangrado y prevenir la osteogénesis perióstica en el defecto. A continuación, la herida se cerró y el proceso se repitió para la extremidad opuesta.

Posteriormente, se dejó que el conejo se recuperara y que deambulara normalmente y comiera una dieta normal ad libitum. Después de diez días, el conejo se sacrificó y se realizó un barrido de pTC de alta resolución (vóxeles de 14 pm) en ambos fémures distales antes de que se prepararan para la histología descalcificada utilizando tinción con hematoxilina y eosina.

Tras obtener los resultados de estos experimentos, la imagen del barrido de micro-TC (figura 33) muestra la extensión en la que el cemento sustituto de hueso experimental pudo rellenar el defecto y la extensión en la que cemento endurecido se extiende y la presencia de varias “mancuernas” de aloinjerto parcialmente desmineralizadas. Además, las mancuernas de aloinjerto son claramente visibles en varias ubicaciones dentro del defecto relleno (véase, por ejemplo, la figura 34), y la capa desmineralizada en las partículas de hueso es claramente visible debido a la radiotransparencia de esa capa. Además, se pudieron ver otros fragmentos óseos de aloinjerto en otros niveles en diferentes regiones del defecto.

La histología de los experimentos descritos anteriormente mostró la medida en que el cemento experimental rellenó el defecto (figura 35), y mostró claramente que había una distribución de trozos de hueso de aloinjerto a lo largo de la sección transversal. Se observó una sola “mancuerna” en una orientación horizontal y otras están en diversas orientaciones fuera del plano del trozo. A una mayor ampliación (100 aumentos) de las secciones de histología, se observó infiltración celular en el límite del defecto en la capa desmineralizada del trozo de hueso de aloinjerto

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(figura 36) y también se observó la incorporación de una partícula de aloinjerto del límite del defecto a través de la capa desmineralizada junto con una marca tenue entre la capa ósea desmineralizada y el hueso mineralizado (figura 37). Secciones histológicas adicionales mostraron la infiltración celular y la incorporación de partículas de aloinjerto con una marca tenue entre la capa ósea desmineralizada y el hueso mineralizado (figura 38).

También se utilizó una reconstrucción en 3-D de micro-TC en la región distal del fémur que contenía el defecto de perforación relleno para examinar la capacidad de la composición de injerto óseo para tratar el defecto de perforación. A este respecto, un recorte transversal de la reconstrucción a través del centro del defecto mostró la extensión a la que el cemento endurecido se extendía a través de toda la región del defecto y la presencia de varias “mancuernas” de aloinjerto parcialmente desmineralizadas dentro del propio defecto (figura 39B). Cuando se recortó la reconstrucción del defecto desde la parte superior y frontal, los trozos de hueso de aloinjerto se pudieron ver a otros niveles en diferentes regiones del defecto (figura 39C). Además, la capa desmineralizada en los trozos óseos era claramente visible debido a su radiotransparencia.

Para examinar adicionalmente la composición de injerto óseo, se creó una reconstrucción de losa de aproximadamente 2 mm de espesor de la región de defecto llena de cemento. Esa reconstrucción mostró secciones transversales de varias “mancuernas” de aloinjerto cortical dentro de la región de defecto llena de cemento (figura 40A). Además, la misma losa, vista con un umbral diferente, mostró la capa de colágeno (desmineralizada) en las “mancuernas” de aloinjerto (figura 40B). Las regiones fuera de la región del defecto también se destacaron porque tienen la misma densidad de TC que el colágeno. Sin embargo, en ambas reconstrucciones, las partículas de hueso con forma de mancuerna incluidas se interconectaron y se distribuyeron a través del defecto dando un aspecto trabecular.

Una reconstrucción de losa de 0,5 mm de espesor de la región de defecto llena de cemento mostró, además, secciones transversales, como mínimo, de dos mancuernas de aloinjerto corticales (figura 41A). La misma losa con un umbral diferente también mostró la capa de colágeno (desmineralizada) en las partículas con forma de mancuernas de aloinjerto (figura 41B). Las regiones fuera de la región del defecto también se destacaron porque tenían la misma densidad de TC que el colágeno. De forma similar a las reconstrucciones mencionadas anteriormente, la losa de 0,5 mm también reveló partículas con forma de mancuerna que se interconectaron y se distribuyeron a lo largo del defecto, dando un aspecto trabecular.

Los resultados anteriores demostraron que un cemento sustituto de hueso que comprendía cemento de fosfato de calcio y partículas de hueso cortical con forma de mancuerna podría manipularse y administrarse de manera similar a los cementos sustitutos de hueso existentes. Además, la distribución de las partículas de hueso de aloinjerto procesadas de forma especial era evidente en las secciones de histología y, cuando las partículas interactuaban con el tejido del huésped en los límites del defecto, hubo una rápida infiltración de células e indicios de reabsorción del injerto y el cemento de fosfato de calcio. También fue evidente la consolidación y formación de hueso nuevo en algunos lugares después de solo 10 días.

Las partículas de hueso con forma de mancuerna también parecían mejorar la distribución del injerto óseo y aumentar la probabilidad de contacto con los límites del defecto. Además, pareció que la capa desmineralizada facilitó la reabsorción y la infiltración del sustituto óseo y promovió la incorporación y la formación de hueso nuevo después de diez días in vivo.

Ejemplo 21 - Análisis de un cemento de fosfato de calcio aumentado con huesos como un sustituto de injerto óseo de autoendurecimiento en un modelo en conejo

Para determinar los efectos de la adición de hueso cortical humano parcialmente desmineralizado, con forma especial, sobre el comportamiento del cemento a corto plazo y la biocompatibilidad, y para evaluar si la presencia de esas partículas de hueso procesadas aumenta la velocidad de incorporación del cemento sin comprometer sus características de manejo se utiliza un modelo animal establecido. Brevemente, 36 conejos hembra blancos New Zeland de seis meses de edad se utilizan para evaluar las características de manejo y la incorporación biológica de cemento de fosfato de calcio aumentado con aloinjerto en defectos de hueso esponjoso en los cóndilos femorales laterales de ambas extremidades posteriores. Todos los procedimientos están aprobados por un comité institucional de cuidado y uso de animales. En primer lugar, se preparan defectos de perforación (8,0 mm de longitud, 5,0 mm de diámetro) y se rellenan con una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que comprende un cemento de fosfato de calcio aumentado con hueso cortical de aloinjerto parcialmente desmineralizado y especialmente desestructurado. Las partículas son trozos alargados con forma de mancuerna de hueso cortical de aproximadamente 2,5 mm de largo, 1,5 mm de ancho en los extremos, y tienen un espesor de 0,5 mm en la parte central. Antes de mezclar con el cemento, las partículas corticales se mecanizan, se lavan extensivamente, se desmineralizan en HCl diluido, se vuelven a lavar, se liofilizan y se esterilizan. A continuación, la capa externa de cada partícula de hueso procesada se desmineraliza a un espesor de aproximadamente 50 a 200 mm.

En el momento de la cirugía, y después de la creación del defecto, el polvo de cemento estéril se mezcla al combinar polvo de cemento de fosfato de calcio y partículas procesadas de hueso parcialmente desmineralizado. El hueso

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parcialmente desmineralizado se añade primero al recipiente de polvo de cemento de fosfato de calcio y se mezcla completamente con una espátula para dispersar uniformemente el hueso dentro del polvo. A continuación, se añade una solución de fosfato de sodio a la mezcla seca de cemento de fosfato de calcio y el hueso parcialmente desmineralizado. A continuación, el material se mezcla durante 30 segundos para formar una pasta con una consistencia uniforme. Una vez que se obtiene una consistencia uniforme, se utiliza una espátula para rellenar el defecto de la perforación creado en el fémur distal del conejo. Como resultado de rellenar el defecto con la pasta, se crea cada espacio para que contenga entre el 10 por ciento y aproximadamente el 15 por ciento de estructuras óseas desmineralizadas por volumen del defecto. A continuación, la herida se cierra y el proceso se repite para la extremidad opuesta.

Posteriormente, se deja que los conejos se recuperen y deambulen normalmente y coman una dieta normal ad libitum. Después de tres semanas (n=12), 8 semanas (n=6), 12 semanas (n=12) y 24 semanas (n = 6), los conejos se sacrifican y se lleva a cabo un barrido de pTC de alta resolución (vóxeles de 14 pm) en ambos fémures distales antes de que estén preparados para la histología descalcificada y/o no descalcificada. Algunas muestras se preparan por separado para los ensayos mecánicos para medir la resistencia a la compresión del defecto reparado junto con el hueso circundante en diversos puntos temporales.

En cada punto temporal, la histología revela que hay más formación de hueso nuevo dentro de los defectos tratados que contienen el hueso parcialmente desmineralizado. El análisis del comportamiento mecánico del hueso y el defecto también revela que la resistencia de la reparación se mantiene en la resistencia original de hueso esponjoso representativo o por encima de la misma, durante el período experimental. En conjunto, estos resultados demuestran que una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva que comprende un cemento de fosfato de calcio aumentado con formas especialmente diseñadas de hueso cortical de aloinjerto parcialmente desmineralizado, puede utilizarse eficazmente como parte de un procedimiento para tratar un defecto óseo.

Ejemplo 22 - Osteoinductividad de un cemento compuesto basado en fosfato de calcio que contiene partículas de hueso cortical procesadas

La evaluación de la formación de hueso ectópico en un modelo atímico en rata sin pelaje después de la implantación en bolsas intramusculares o subcutáneas es el patrón actual para evaluar las propiedades osteoinductivas de los materiales implantables. Por lo tanto, de este modo se utiliza un modelo en rata sin pelaje atímica en un experimento para evaluar las propiedades osteoinductivas de las composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva y para comparar esas composiciones con otros materiales. Brevemente, se preparan composiciones de injerto óseo de ensayo combinando un polvo de fosfato de calcio, una solución de fraguado y partículas de hueso con forma especial, parcialmente desmineralizadas. A continuación, las muestras de ensayo se conforman en un disco de 5 mm con un espesor de 0,5 mm, y los discos se implantan bilateralmente en cuatro (4) animales en bolsas musculares subcutáneas en la región axilar de cada una de las ratas macho atímicas sin pelaje. Una vez anestesiados, se realiza una pequeña incisión y se crea una abertura a través de la piel, el tejido subcutáneo y la fascia de cada animal. A continuación se forma una bolsa muscular cortando en la misma dirección que las fibras musculares y, a continuación, se utilizan las tijeras y se extienden para crear una bolsa en el músculo. La muestra de ensayo de 0,1 ml se inserta con cuidado utilizando fórceps y, una vez que se verifica que el artículo de ensayo está colocado correctamente y manteniendo la forma, se sutura la bolsa del músculo. A continuación, se repite la cirugía en el sitio de implante bilateral. Si es necesario, se administra una media dosis adicional de ketamina/xilazina para mantener un nivel de anestesia suficiente para completar el procedimiento de implantación.

Los sitios del implante se cosechan en bloque después de 28 días después de la implantación y se envían para la preparación histológica. Los portaobjetos histológicos se puntúan para la osteoinductividad y las respuestas inflamatorias se registran de acuerdo con el sistema de puntuación de Edwards y otros (1998), que utiliza una escala 0-4, en la que 0 indica que no hay indicios de formación de hueso, y 1, 2, 3 y 4 indican menos del 25%, 26-50%, 51-75% y mayor del 75%, respectivamente, de la superficie del implante involucrada en la formación de hueso nuevo. Además, la madurez ósea se puntúa de acuerdo con Katz y otros (2006). Durante la puntuación, cada una de las muestras se aleatorizan y enmascaran frente a los investigadores.

Tras el análisis de la puntuación, se observa que, en promedio, los discos de ensayo implantados que incorporan los elementos de refuerzo óseo procesados producen una puntuación osteoinductiva válida en comparación con las muestras de control con el 100% de cemento, lo que indica que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas a un cemento de fosfato de calcio mejora sus propiedades osteoinductoras, e indica, además, que tanto el comportamiento biológico (incorporación, remodelación, formación de hueso nuevo) como el comportamiento mecánico de las composiciones de cemento óseo pueden mejorarse mediante la presencia de materiales óseos con forma especial.

Ejemplo 23 - Tampón acuoso del polvo de cemento, las partículas de hueso procesadas y combinación líquida de fraguado

La presencia de las partículas de hueso especialmente procesadas del objeto dado a conocer en la presente

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memoria descriptiva permite cierta flexibilidad en el manejo de las proporciones de polvo con respecto a líquido cuando se preparan pastas de cemento. Además, la presencia de las partículas de hueso con un componente desmineralizado o porosidad adicional permite que las partículas de hueso absorban o liberen agua de una manera que afecta positivamente a las características de manejo y/o resistencia del cemento. Además, las partículas de hueso con forma especial tienen una capa descalcificada que les da a las partículas la capacidad de absorber pequeñas cantidades de humedad. Se consideró que cada una de estas características era importante, dado que la masa de agua u otro fluido biológico que pueden retener las partículas de hueso con forma especial se puede considerar, a la luz de las cantidades de proteínas osteogénicas, agua, sangre, antibióticos y otros materiales similares, que puede ser retenido por las partículas. A este respecto, se piensa adicionalmente que la humedad residual que pueden absorber las partículas de hueso con forma especial también puede utilizarse para alterar las características de manejo de los rellenos de vacíos óseos de sal de calcio.

Por lo tanto, para determinar con más precisión la cantidad de humedad que las partículas de hueso individuales, con forma especial son capaces de retener, cinco lotes separados de una cantidad conocida de partículas de hueso con forma especial se deshidrataron primero a 40-42oC con convección durante cuatro horas y luego cada lote fue pesado. Esta masa se registró como peso del lote de partículas de hueso con forma especial deshidratadas. El lote de partículas se superhidrató entonces cubriendo las partículas con agua desionizada y dejando las partículas al vacío durante una hora. Después de hidratar las partículas, cada partícula se retiró del baño de agua y la humedad residual en la superficie de las partículas individuales se eliminó con un paño sin pelusa mediante el secado breve de la superficie. Una vez que se eliminó la humedad superficial, las partículas se volvieron a pesar, y ese peso posterior se consideró el peso totalmente hidratado. La diferencia en la masa del estado deshidratado al completamente hidratado se utilizó para calcular la masa de agua. Adicionalmente, para confirmar adicionalmente la masa de las partículas de hueso deshidratadas, las partículas se volvieron a colocar en el deshidratador y se dejaron en condiciones de convección a 40-42°C hasta que la masa inicial de los lotes se estabilizó. Los lotes se pesaron en puntos temporales múltiples. Inicialmente, la masa disminuyó rápidamente en los primeros puntos temporales, y la diferencia en la masa de los lotes entre los puntos temporales disminuyó gradualmente a medida que aumentaba el tiempo transcurrido.

Tabla 18. Pesos diferenciales de formas de hueso hidratadas y deshidratadas

Grupo: Peso de Tr Totalmente deshidratado Hidratado Diferencia % Secado de nuevo a los 5 min 15 min 40 min

1: 1,5324 17,9535 18,5824 0,6289 41,0402 18,3544 18,1622 17,9999

2: 1,532 18,0937 18,6642 0,5706 37,2389 18,4725 18,3288 18,1301

3: 1,5335 17,9426 18,6457 0,7031 45,84936 18,496 18,2766 18,0053

4: 1,5317 17,9541 18,6085 0,6544 42,72377 18,4104 18,2049 18,0077

5 Media DE: 1,5497 18,1871 18,8293 0,6422 41,44028 41,6585 3,108894 18,7086 18,5136 18,255

Tras el análisis de los resultados de estos experimentos, y tal como se muestra en la tabla 17 anterior, se determinó que las partículas de hueso cortical parcialmente desmineralizadas, con forma especial y procesadas (Tr) pueden retener aproximadamente el 40% de su masa en agua. A las proporciones de polvo con respecto a líquido típicas utilizadas en los experimentos in vivo anteriores, esta cantidad de agua representaba una variación significativa en la cantidad de líquido que se podía mezclar con el polvo para formar una pasta de cemento realizable.

Ejemplo 24 - Capacidad de transporte de factor autólogo de las partículas de hueso incluidas y efectos mecánicos de inclusión de factores autólogos

Tal como se señaló, la presencia de partículas de hueso con forma especial permite una flexibilidad adicional en el manejo de las proporciones de polvo con respecto a líquido cuando se preparan pastas de cemento. A su vez, se cree que esta propiedad permite, además, que la sangre (u otros factores autólogos) de un individuo se utilice para preacondicionar las partículas de hueso incluidas para un mejor comportamiento biológico (in vivo). Además, también se cree que la presencia de partículas de hueso con un componente desmineralizado o porosidad adicional permite que los factores autólogos (sangre, suero, células, aspirado de médula ósea, etc.) sean absorbidos o adsorbidos por las partículas de hueso para obtener beneficios biológicos en una forma que no afecte negativamente a las características de manejo y/o resistencia del cemento. Para evaluar el alcance de estos beneficios, se realizan experimentos para determinar si añadir una pequeña cantidad de sangre a las partículas de hueso secas, antes de mezclar las partículas con polvo de cemento y fraguar el líquido, afectaría negativamente a las propiedades mecánicas posteriores del producto final.

En resumen, y de forma similar a los experimentos descritos anteriormente, se llevan a cabo experimentos mecánicos utilizando cemento de fosfato de calcio con el 10% en volumen de partículas de hueso cortical con forma especial, parcialmente desmineralizadas para determinar los efectos sobre el comportamiento mecánico de añadir sangre a las partículas de hueso cortical especialmente procesadas. En estos experimentos, se utiliza un cemento de fosfato de calcio que comprende polvo de fosfato tetracálcico (TTCP), polvo de fosfato monocálcico (MCP), polvo

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de carbonato de calcio y, de forma similar a la metodología descrita anteriormente, las partículas de hueso cortical también se crean mediante un proceso de mecanizado que produce partículas con forma especial de aproximadamente 2,5 mm de longitud, 1,5 mm de anchura en cada extremo, y 0,5 mm de espesor en promedio con una parte central ancha de 0,5 mm (véase la figura 1A). Estas partículas de hueso se obtienen de nuevo a partir de las regiones diafisarias de fémures y tibias porcinas y se desmineralizan parcialmente utilizando la metodología descrita anteriormente. Después de que las partículas se formaran y se deshidrataran, se pesan para representar una proporción en volumen del 10% de la mezcla total (tal como se describió anteriormente en los ejemplos previos). Antes de que los componentes secos de los polvos de cemento y las partículas de hueso se mezclen, se mezcla una pequeña cantidad (0,25 cc) de sangre humana con las partículas de hueso (0,345 g) y se dejan en remojo en un recipiente poco profundo durante aproximadamente 2 minutos. A continuación, las partículas de hueso se eliminan de la sangre y se mezclan con el polvo de cemento seco en cantidad suficiente para crear 3 cc de pasta de cemento.

A continuación se crean las muestras de ensayo combinando los materiales secos con una cantidad adecuada de líquido de fraguado, mezclándolos con una espátula de metal delgada, hasta que se forme una pasta húmeda consistente. A continuación, los materiales se extienden en moldes cilíndricos de Teflon® (Du Pont de Nemours and Company Corporation, Wilmington, DE.). Los moldes están diseñados para crear muestras de ensayo de 20 mm de longitud con un diámetro de 8 mm.

A continuación se realiza el ensayo de flexión utilizando un dispositivo de flexión de tres puntos, tal como se describió anteriormente (véase, por ejemplo, al figura 3). Tras el análisis de los resultados de estos experimentos, se observa que la adición de sangre a las partículas de hueso con forma especial, parcialmente desmineralizadas antes de combinarlas con un cemento de fosfato de calcio no afecta significativamente a las propiedades mecánicas de la composición de injerto óseo resultante en el exigente modo de carga de flexión.

Ejemplo 25 - Propiedades de elución del cemento combinado y partículas de hueso para administrar agentes terapéuticos, entre los que se incluyen antibióticos y proteínas de factores de crecimiento.

Para evaluar la capacidad de las composiciones de injerto óseo del objeto dado a conocer en la presente memoria descriptiva a ser utilizado como sistema de liberación de diversos agentes terapéuticos, se realizaron experimentos para evaluar la elución de diversos agentes de interés a partir del producto final endurecido cuando se incubó en una ambiente líquido. Brevemente, en estos experimentos, para ensayar la elución de proteínas del factor de crecimiento tales como proteínas morfogenéticas óseas (BMP), se utilizó una proteína análoga lisozima, y para ensayar la elución con antibióticos, se utilizó vancomicina. En estos experimentos se utilizó una composición de injerto óseo del objeto dado a conocer de la presente memoria descriptiva que comprendía fosfato de calcio, consistente en polvo de fosfato tetracálcico (TTCP) y polvo de fosfato dicálcico anhidro (DCPA) más aproximadamente un 25% de partículas de hueso cortical con forma especial. (por volumen). La lisozima (Sigma, St. Louis, MO) se adsorbió previamente sobre las partículas de hueso antes de que se añadieran al cemento para lograr una carga del 0,0168 o 0,168%. A este respecto, la lisozima se disolvió en 0,85 ml de solución fijadora a una concentración de 0,44 y 4,4 mg/ml y, a continuación, se añadió a las partículas de hueso. Las mezclas de proteína-hueso se hicieron girar entonces a temperatura ambiente durante 30 minutos, después de lo cual la mezcla se añadió a 2,225 g de polvo de fosfato de calcio. La vancomicina (Sigma, St. Louis, MO) se mezcló en seco con el polvo de fosfato de calcio (2,225 g) y partículas de hueso antes de la adición de la solución de fraguado (0,85 ml). Se añadieron el 0,3, el 3,0 o el 10,0% (6,68, 66,8 o 222,5 mg) de antibiótico a cada muestra. Cada lote de mezcla de cemento/hueso cargado con antibiótico o proteína se extendió en un molde para formar muestras de 19 mm de diámetro y 1,5 mm de espesor. Para comparación, se tomaron muestras de cemento libre de fármacos utilizando 2,225 g de cemento, partículas de hueso y solución de fijación de 0,85 ml. Después de permitir que las muestras fragüen durante la noche a temperatura ambiente, se llevaron a cabo experimentos de liberación.

Para los experimentos de liberación, las muestras se sumergieron en 3 ml de solución salina tamponada con fosfato 150 mM, pH 7,4, y se incubaron a 37°C con agitación suave. Todo el sobrenadante se recogió y se reemplazó diariamente para mantener las condiciones inmersión y un volumen constante. La concentración de vancomicina se determinó midiendo la absorbancia a 280 nm (lector de microplacas UV de Biotek PowerWave HT, Bio Tek Instruments Inc., Winooski, VT) y comparando una curva patrón construida con el antibiótico. La concentración de lisozima se midió utilizando el ensayo de proteínas MicroBCA (Thermo Fisher, Waltham, MA) de acuerdo con las instrucciones del fabricante, con la excepción de que las muestras se incubaron a 37oC durante dos horas después de la adición del reactivo de trabajo al sobrenadante. La absorbancia se midió a 570 nm y se comparó con las curvas patrón preparadas con lisozima. Tanto para los ensayos de antibióticos como de proteínas, los resultados de las muestras libres de fármacos se utilizaron para corregir efectos de biomateriales inespecíficos.

Tras el análisis de los resultados de estos experimentos, se descubrió que las composiciones de injerto óseo de la presente invención eran capaces de liberar tanto la proteína análoga del factor de crecimiento, la lisozima (figuras 42A y 42B), como el antibiótico, vancomicina (figuras 43A y 43B). La lisozima se liberó en una cantidad similar, independientemente de la cantidad utilizada porque las capas de colágeno disponibles de las partículas de hueso controlaban la proteína. La vancomicina se liberó de una manera dependiente de la dosis cuando se colocó en un ambiente líquido porque se mezcló en todo el cemento. Las figuras 42A y 43A muestran la cantidad medida (mg) de lisozima o vancomicina presente en el sobrenadante en cada punto cuando se reemplazó. La suma total (pg) de la

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lisozima o vancomicina liberada se muestra en las figuras 42B y 43B. Debido a la naturaleza in vitro de los experimentos, no hubo disolución de los cementos endurecidos. Por lo tanto, sólo el polvo de antibiótico en la superficie de la muestra estaba disponible para su liberación en el fluido circundante. La liberación acumulativa creciente de lisozima o vancomicina ilustra que la adición de partículas de hueso con forma especial y parcialmente desmineralizadas a un cemento de fosfato de calcio puede utilizarse como un sistema de administración eficaz para diversos agentes terapéuticos.

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68. Patente de Estados Unidos No. 7.628.851, concedida a Armitage, y otros, el 8 de diciembre de 2009, y titulada “Bone Cement Compositions Having Fiber-Reinforcement and/or Increased Flowability”.

69. Patente de Estados Unidos No. 7.494.950, concedida a Armitage y otros, el 24 de febrero de 2009, y titulada Bone Cement Compositions Having Fiber-Reinforcement and/or Increased Flowability.

70. Patente de Estados Unidos No. 7.291.345, concedida a Winterbottom y otros, el 6 de noviembre de 2007, y titulada “Bone Cement Compositions Having Fiber-Reinforcement and/or Increased Flowability”.

71. Patente de Estados Unidos No. 7.270.813, concedida a Shimp, y otros, el 18 de septiembre de 2007, y titulada “Coupling Agents for Orthopedic Biomaterials”.

72. Patente de Estados Unidos No. 7.163.691, concedida a Knaack, y otros, el 16 de enero de 2007, y titulada “Bone Graft”.

73. Patente de Estados Unidos No. 6.911.212, concedida a Gertzman, y otros, el 28 de junio de 2005, y titulada “Malleable Putty and Flowable Paste with Allograft Bone Having Residual Calcium for Filling Bone Defects”.

74. Patente de Estados Unidos No. 6.599.516, concedida a Knaack, el 29 de julio de 2003, y titulada “Malleable Implant Containing Solid Element that Resorbs or Fractures to Provide Access Channels”.

75. Patente de Estados Unidos No. 6.548.080, concedida a Gertzman y otros, el 15 de abril de 2003, y titulada “Method for Partially Demineralized Cortical Bone Constructs”.

76. Patente de Estados Unidos No. 6.432.436, concedida a Gertzman, y otros, el 13 de agosto de 2002, y titulada “Partially Demineralized Cortical Bone Constructs”.

77. Patente de Estados Unidos No. 5.827.735, concedida a Young y otros, el 27 de octubre de 1998, y titulada “Pluripotent Mesenchymal Stem Cells and Methods of Use Thereof”.

78. Patente de Estados Unidos No. 5.672.346, concedida a Srour y otros, el 30 de septiembre de 1997, y titulada “Human Stem Cell Compositions and Methods”.

79. Patente de Estados Unidos No. 5.559.022, concedida a Naughton y otros, el 24 de septiembre de 1996, y titulada “Liver Reserve Cells”.

80. Patente de Estados Unidos No. 5.507.813, concedida a Dowd, y otros, el 16 de abril de 1996, y titulada “Shaped Materials Derived from Elongate Bone Particles”.

81. Patente de Estados Unidos No. RE39.587, reconcedida a Gertzman y otros, el 24 de abril de 2007 y titulada “Malleable Paste for Filling Bone Defects”.

82. Publicación de patente de Estados Unidos No. 2008/0145392 “Bone Graft”, Knaack, y otros, 29 de junio de 2008.

83. Publicación de patente de Estados Unidos No. 2007/0191963 “Injectable and Moldable Bone Substitute Materials” Winterbottom, y otros, 16 de agosto de 2007.

84. Publicación de patente de Estados Unidos No. 2004/0146543 “Synthesis of a Bone-Polymer Composite Material”, Shimp, y otros 29 de julio de 2004.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Composición de injerto óseo, que comprende:

un cemento biológicamente reabsorbible; y

una pluralidad de partículas de hueso procesadas, estando cada una de las partículas cortada de un hueso intacto o una parte del mismo, y teniendo cada una de las partículas de hueso una forma configurada para interconectar con partículas de hueso adyacentes, en la que:

(1) cada partícula de hueso tiene forma de mancuerna, y tiene una parte central y dos partes en el extremo ampliadas; o

(2) cada una de las partículas de hueso incluye una pluralidad de partes ampliadas y una pluralidad de partes centrales, alineadas a lo largo de un eje longitudinal común, extendiéndose cada una de las partes ampliadas lateralmente alejándose del eje longitudinal común de cada parte central, y cada una de las partes centrales interpuesta entre las respectivas partes ampliadas.
2. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que cada una de las partículas de hueso se configura adicionalmente para entrelazarse con el cemento biológicamente reabsorbible.
3. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que el cemento biológicamente reabsorbible es un cemento basado en calcio, preferentemente un cemento de fosfato de calcio o un cemento de sulfato de calcio.
4. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que cada parte en el extremo de cada partícula de hueso con forma de mancuerna es sustancialmente rectangular y se extiende lateralmente alejándose de un eje longitudinal de la parte central de la partícula de hueso.
5. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que una sección transversal de las partículas de hueso es de forma sustancialmente redonda, elíptica, cuadrada, rectangular o triangular.
6. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que las partículas de hueso están desmineralizadas en aproximadamente el 5% hasta aproximadamente el 90%.
7. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que:

(1) las partículas de hueso comprenden hueso cortical, hueso esponjoso o ambos, tanto cortical como esponjoso;

(2) las partículas de hueso se seccionan del grupo que comprende partículas de hueso de autoinjerto, partículas de hueso de aloinjerto, partículas de hueso de xenoinjerto, y combinaciones de las mismas;

(3) las partículas de hueso comprenden de aproximadamente el 1 por ciento hasta aproximadamente el 50 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo; o

(4) las partículas de hueso comprenden de aproximadamente el 1 por ciento hasta aproximadamente el 15 por ciento en volumen de la composición de injerto óseo.
8. Composición de injerto óseo, según la reivindicación 1, en la que la composición comprende, además:

(1) un material osteoinductivo, un material osteogénico, o ambos; o

(2) un antibiótico.
9. Composición de injerto óseo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, para utilización en el tratamiento de un defecto óseo, en el que la composición de injerto óseo es para la administración en un sitio de un defecto óseo en un individuo.
10. Composición de injerto óseo, para utilización según la reivindicación 9, en la que el defecto óseo es un hueco del hueso, una fractura o un sitio de una fusión ósea deseada.
11. Kit, que comprende:

un polvo de cemento biológicamente reabsorbible; y

una pluralidad de partículas de hueso procesadas, estando cada una de las partículas cortada de un hueso intacto o una parte del mismo, y teniendo cada una de las partículas de hueso la forma configurada para interconectar con partículas de hueso adyacentes, en el que

(1) cada partícula de hueso tiene forma de “mancuerna”, y tiene una parte central y dos partes en el extremo ampliadas; o

(2) cada una de las partículas de hueso incluye una pluralidad de partes ampliadas y una pluralidad de partes centrales, alineadas a lo largo de un eje longitudinal común, extendiéndose cada una de las partes

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ampliadas lateralmente alejándose del eje longitudinal común de cada parte central, y cada una de las partes centrales interpuesta entre las respectivas partes ampliadas.
12. Kit, según la reivindicación 11, en el que:

(1) las partículas de hueso están liofilizadas.

(2) el polvo de cemento biológicamente reabsorbible está contenido en un primer recipiente, y en el que las partículas de hueso procesadas están contenidas en un segundo recipiente;

(3) en el que el polvo de cemento biológicamente reabsorbible y las partículas de hueso procesadas se empaquetan juntas en un solo recipiente;

(4) el polvo de cemento biológicamente reabsorbible es un polvo de cemento basado en calcio; o

(5) las partículas de hueso están desmineralizadas en aproximadamente el 5% hasta aproximadamente el 90%
13. Kit, según la reivindicación 11, que comprende, además:

(1) un vehículo acuoso para adición al polvo de cemento biológicamente reabsorbible, las partículas de hueso o ambos, tanto el polvo del elemento biológicamente reabsorbible como las partículas de hueso; o

(2) instrucciones para mezclar las partículas de hueso procesadas y el polvo de cemento biológicamente absorbible.
14. Kit, según la reivindicación 11, en el que cada parte del extremo de cada partícula de hueso con forma de mancuerna es sustancialmente rectangular y se extiende lateralmente alejándose de un eje longitudinal de la parte central de la partícula de hueso.