ITTO20070660A1 - PHOSPHATE-SHAPED GLASS AND CERAMIC GLASSES IN POROUS SHAPE FOR THE REGENERATION OF THE BONE FABRIC. - Google Patents

Description

"Vetri e vetroceramici fosfati in forma porosa per la rigenerazione del tessuto osseo" "Phosphate glass and glass-ceramics in porous form for bone tissue regeneration"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce a materiali vetroceramici bioriassorbibili, in particolare a materiali vetroceramici porosi (scaffold) utili come materiali da impianto e a procedimenti per la loro produzione. The present invention relates to bioabsorbable glass-ceramic materials, in particular to porous glass-ceramic materials (scaffolds) useful as implant materials and to processes for their production.

L'applicazione principale dei materiali oggetto dell'invenzione è prevista nel settore della sostituzione di piccole e grandi ossa, e in generale nella ricostruzione guidata dell'osso. The main application of the materials object of the invention is foreseen in the field of replacement of small and large bones, and in general in guided bone reconstruction.

In particolare, l'invenzione si riferisce a materiali ottenuti da composizioni vetrose a base di P2O5contenenti quantità minori di CaO nonché altri ossidi come MgO, Na3O, K2O e SiO2. In particular, the invention relates to materials obtained from glass compositions based on P2O5 containing minor quantities of CaO as well as other oxides such as MgO, Na3O, K2O and SiO2.

E' noto che i fosfati di calcio sono materiali di notevole interesse per la produzione di scaffold per ingegnerìa tessutale, grazie alla loro buona biocompatibilità e alle loro proprietà osteointegrative. Tuttavia, l'impiego di tali materiali è limitato a causa della loro lenta biodegradabilità. Young-Sang Park et al. in J. Mater. Sci. 41 (2006), 4357-4364 descrivono la produzione di scaffold tridimensionali macroporosì utilizzando vetro di fosfato di calcio con il metodo della schiuma poliuretanica. Il vetro fosfato di calcio impiegato presenta un rapporto atomico Ca/p, di 0,6. It is known that calcium phosphates are materials of considerable interest for the production of scaffolds for tissue engineering, thanks to their good biocompatibility and their osseointegrative properties. However, the use of these materials is limited due to their slow biodegradability. Young-Sang Park et al. in J. Mater. Sci. 41 (2006), 4357-4364 describe the production of macroporous three-dimensional scaffolds using calcium phosphate glass by the polyurethane foam method. The calcium phosphate glass used has an atomic ratio Ca / w of 0.6.

WO 01/94274, descrive un materiale espanso ceramico rinforzato con vetro per l'impiego in applicazioni bìomediche, che comprende idrossiapatìte come componente principale e un vetro biocompatibile in una quantità dell'ordine del 2% e comunque inferiore al 10% in peso. Da questi materiali sono ottenuti scaffold mediante la tecnica della spugna polimerica . WO 01/94274, describes a glass-reinforced ceramic foam material for use in biomedical applications, which comprises hydroxyapatite as the main component and a biocompatible glass in an amount of the order of 2% and in any case less than 10% by weight. Scaffolds are obtained from these materials using the polymer sponge technique.

Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire materiali vetroceramici compatti e porosi che presentano ottime caratteristiche di biocompatibilità ed elevate proprietà di bioriassorbimento, che li rendono utilizzabili in applicazioni relative a materiali di impianto precedentemente citate . An object of the present invention is to provide compact and porous glass-ceramic materials which have excellent biocompatibility characteristics and high bioabsorption properties, which make them usable in applications relating to the previously mentioned implant materials.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire materiali vetroceramici che presentano ottime proprietà meccaniche, nonché procedimenti di produzione che consentono di ottenere tali proprietà . Another object of the invention is to provide glass-ceramic materials which have excellent mechanical properties, as well as production processes which allow these properties to be obtained.

Gli oggetti dell'invenzione sono definiti dalle rivendicazioni che seguono, che costituiscono parte integrale della presente descrizione. The objects of the invention are defined by the following claims, which form an integral part of the present description.

In particolare, nell'ambito dell'invenzione si utilizzano composizioni di polveri vetrose a base di fosfato contenenti i seguenti ossidi: In particular, within the scope of the invention, phosphate-based vitreous powder compositions containing the following oxides are used:

- P2O540-55% mol; - P2O540-55% mol;

- CaO 20-35% mol; - CaO 20-35% mol;

- Na2O 10-20% mol; - Na2O 10-20% mol;

- MgO 0-10% mol, preferibilmente 5-10% mol; - MgO 0-10% mol, preferably 5-10% mol;

- K2O 0-5% mol, preferibilmente 2-5% mol; - K2O 0-5% mol, preferably 2-5% mol;

- SiO20-5% mol, preferibilmente 2-4% mol. - SiO20-5% mol, preferably 2-4% mol.

Nell'ambito dell'invenzione sono inoltre preferibilmente utilizzate composizioni di vetri che presentano un rapporto atomico Ca/P nel campo da 0.18 a 0.44. Within the scope of the invention, glass compositions having an atomic ratio Ca / P in the range from 0.18 to 0.44 are also preferably used.

Una composizione vetrosa particolarmente preferita contiene: A particularly preferred glass composition contains:

- P2O545% mol ; - P2O545% mol;

CaO 26% mol ; CaO 26% mol;

- MgO 7% mol; - MgO 7% mol;

- NaO215%mol; - NaO215% mol;

- K2O 4% mol; - K2O 4% mol;

- SiO23% mol. - SiO23% mol.

Rientrano nell'ambito dell'invenzione sia materiali porosi (scaffold) costituiti da solo vetro, ottenuti con 1'impiego delle composizioni sopra citate, sia costituiti da materiali compositi a matrice vetrosa, rinforzata da particelle ceramiche, quali idrossiapatite, in cui la fase vetrosa sia la componente maggioritaria; ad esempio, la componente di idrossiapatite può essere compresa tra 5% e 50% riferito al peso totale del materiale poroso. The scope of the invention includes both porous materials (scaffolds) consisting of glass only, obtained with the use of the aforementioned compositions, and consisting of composite materials with a vitreous matrix, reinforced by ceramic particles, such as hydroxyapatite, in which the glass phase is the majority component; for example, the hydroxyapatite component can be between 5% and 50% referred to the total weight of the porous material.

I materiali vetrosi o vetroceramici in forma porosa, oggetto dell'invenzione, sono preferibilmente ottenuti attraverso il metodo di trattamento termico (burn-out) di un compatto di polveri contenenti le polveri vetrose precedentemente descritte e polveri di una fase organica, oppure mediante il metodo di replicazione di una spugna, quantunque rientrino nell’ambito dell'invenzione materiali porosi ottenuti mediante altri procedimenti produttivi noti nello stato dell'arte, The vitreous or glass-ceramic materials in porous form, object of the invention, are preferably obtained through the method of heat treatment (burn-out) of a compact of powders containing the previously described vitreous powders and powders of an organic phase, or by the method replication of a sponge, although porous materials obtained by other production processes known in the state of the art fall within the scope of the invention,

Il metodo di burn-out di una fase organica è stato già riportato dagli autori della presente in venzione per vetri a base di silice (vedasi C. Vìtale-Brovarone et al. J. Mater. Sci. Mater. in Med. The burn-out method of an organic phase has already been reported by the authors of the present invention for silica-based glasses (see C. Vìtale-Brovarone et al. J. Mater. Sci. Mater. In Med.

17 (2006), 1069-1078). In particolare, la tecnica prevede la realizzazione di un compatto di polveri di vetro e di particelle organiche, le cui dimensioni sono scelte in modo appropriato in funzione della porosità che si intende conseguire; tale compatto di polveri viene quindi trattato termicamente portando alla sinterizzazione in fase viscosa del vetro e all'ossidazione della componente organica con formazione della porosità. 17 (2006), 1069-1078). In particular, the technique provides for the production of a compact of glass powders and organic particles, the dimensions of which are chosen appropriately according to the porosity to be achieved; this compact of powders is then thermally treated leading to the sintering of the glass in the viscous phase and to the oxidation of the organic component with formation of porosity.

Preferibilmente il contenuto di fase organica è compreso tra 40 e 70% in volume; la fase organica preferita è costituita da polveri di polietilene con dimensioni preferibilmente comprese tra i 50 e 600 micron. Il trattamento termico del compatto di polveri è generalmente eseguito a temperature comprese tra 500 e 700°C, preferibilmente tra 500 e 600°C, per tempi, ad esempio, da 1 a 3 ore. A tali temperature, il vetro fosfato rammollisce e, sotto l'azione della componente organica che brucia sviluppando fumi, il compatto di polveri rigonfia notevolmente dando origine a porosità elevatissime, generalmente comprese tra 50 e 90% in volume e più specificatamente tra 70 e 90% in volume. Preferably the organic phase content is between 40 and 70% by volume; the preferred organic phase is constituted by polyethylene powders with dimensions preferably between 50 and 600 microns. The heat treatment of the powder compact is generally carried out at temperatures between 500 and 700 ° C, preferably between 500 and 600 ° C, for times, for example, from 1 to 3 hours. At these temperatures, the phosphate glass softens and, under the action of the organic component that burns and develops fumes, the compact of dust swells considerably giving rise to very high porosities, generally between 50 and 90% by volume and more specifically between 70 and 90 % by volume.

Secondo una forma di attuazione preferita, il procedimento secondo l'invenzione contempla che, nella fase di trattamento termico, la direzione di evacuazione dei fumi di combustione della fase organica sia pilotata in modo da generare un ' anisotropia nella forma e nell'orientamento delle porosità e così pure nelle caratteristiche meccaniche dello scaffold; tale aspetto è estremamente positivo in quanto suscettibile di generare le più elevate resistenze meccaniche in una o più direzioni, in analogia a quanto avviene per il tessuto osseo spongioso. According to a preferred embodiment, the process according to the invention contemplates that, in the heat treatment step, the direction of evacuation of the combustion fumes of the organic phase is controlled so as to generate an anisotropy in the shape and orientation of the porosities. and so also in the mechanical characteristics of the scaffold; this aspect is extremely positive as it is capable of generating the highest mechanical strengths in one or more directions, in analogy to what happens for spongy bone tissue.

Il procedimento di replicazione di una spugna per l'ottenimento di materiali porosi, è descritto nella letteratura tecnica dalla pubblicazione di Y. Park et al. precedentemente citata, in relazione a vetri fosfati con composizioni molto ricche di CaO (quindi potenzialmente poco riassorbibili) e da C. Vitale-Brovarone et al. in Acta Biomar. 3 (2007), 199-208 per vetri a base di sìlice. The replication process of a sponge for obtaining porous materials is described in the technical literature by the publication of Y. Park et al. previously cited, in relation to phosphate glasses with compositions very rich in CaO (therefore potentially not very resorbable) and by C. Vitale-Brovarone et al. in Acta Biomar. 3 (2007), 199-208 for silice-based glass.

Tale procedimento contempla la preparazione di una sospensione acquosa (slurry) di polveri vetrose, eventualmente includente particelle di una seconda fase rinforzante ceramica, come idrossiapatite, ove tale sospensione acquosa è preferibilmente additivata con agenti disperdenti e/o leganti come polìvinilalcool , glicolepolietilenico e dimetilformammide . La spugna polimerica, tipicamente poliuretanica, viene quindi impregnata con la suddetta sospensione acquosa e lasciata asciugare a temperatura ambiente. La spugna impregnata viene quindi sottoposta a trattamento termico, a temperature generalmente comprese tra 600 e 700°C con un riscaldamento fino alla temperatura di sinterizzazione, preferibilmente compreso tra 1°C/minuto e 5°C/minuto, con mantenimento in temperatura con tempi da 1 a 3 ore. A tale temperatura le polveri vetrose o vetroceramiche rammolliscono e sinterizzano, generando una replica vetroceramica o composita della spugna. Secondo una forma di attuazione preferita, a seguito della fase di impregnazione della spugna, si esegue una fase di rimozione selettiva della sospensione in eccesso lungo una o più direzioni, in modo tale per cui si realizza, a seguito del trattamento termico una distribuzione anisotropica delle porosità e/o un ispessimento delle pareti dei pori e della trabecole e di conseguenza un’anisotropia nelle proprietà meccaniche dello scaffold. This process contemplates the preparation of an aqueous suspension (slurry) of glassy powders, possibly including particles of a second ceramic reinforcing phase, such as hydroxyapatite, where this aqueous suspension is preferably added with dispersing and / or binder agents such as polyvinyl alcohol, polyethylene glycol and dimethylformamide. The polymeric sponge, typically polyurethane, is then impregnated with the aforementioned aqueous suspension and left to dry at room temperature. The impregnated sponge is then subjected to heat treatment, at temperatures generally between 600 and 700 ° C with a heating up to the sintering temperature, preferably between 1 ° C / minute and 5 ° C / minute, with temperature maintenance with times 1 to 3 hours. At this temperature the glass or glass ceramic powders soften and sinter, generating a glass ceramic or composite replica of the sponge. According to a preferred embodiment, following the step of impregnating the sponge, a step of selective removal of the excess suspension is carried out along one or more directions, in such a way that, following the heat treatment, an anisotropic distribution of the porosity and / or thickening of the pore walls and trabeculae and consequently an anisotropy in the mechanical properties of the scaffold.

Nei disegni annessi, forniti in relazione agli esempi che seguono: In the accompanying drawings, provided in connection with the following examples:

la figura 1 è una fotografia di un compatto di polveri di vetro fosfato; Figure 1 is a photograph of a phosphate glass powder compact;

la figura 2 è una fotografia del compatto di polveri di figura 1 dopo il trattamento termico (rigonfiamento); Figure 2 is a photograph of the powder compact of Figure 1 after heat treatment (swelling);

la figura 3 è una fotografia dello scaffold ottenuto con il metodo di burn-out (Esempio 1); figure 3 is a photograph of the scaffold obtained with the burn-out method (Example 1);

la figura 4 è una micrografia dello scaffold di figura 3; Figure 4 is a micrograph of the scaffold of Figure 3;

la figura 5 è una fotografia di scaffold prima (sinistra) e dopo impregnazione con siero bovino diluito in acqua e inchiostro rosso (a destra); Figure 5 is a photograph of a scaffold before (left) and after impregnation with bovine serum diluted in water and red ink (right);

la figura 6 illustra micrografie SEM degli scaffold prima (a sinistra) e dopo (a destra) immersione in SBF { le aree scure evidenziano le porosità aperte) e Figure 6 illustrates SEM micrographs of the scaffolds before (left) and after (right) immersion in SBF (dark areas highlight open porosities) and

la figura 7 è una micrografia che illustra l'adesione di osteoblasti dopo sette giorni su uno scaffold con la composizione descritta nell'esempio 2 che segue e trattata a 610°C per tre ore. Figure 7 is a micrograph illustrating the adhesion of osteoblasts after seven days on a scaffold with the composition described in Example 2 below and treated at 610 ° C for three hours.

Esempio 1: produzione di uno scaffold mediante metodo di burn-out Example 1: production of a scaffold by the burn-out method

Nell'esempio sono state utilizzate polveri di vetro aventi la composizione preferita precedentemente riportata. Tali polveri sono state miscelate con 50% in volume di polietilene con granulometrìa compresa tra 100 e 300 micron e sottoposte a compattazione per ottenere un compatto (figura 1), il trattamento termico è stato eseguito in forno a 550°C per tre ore, con evacuazione direzionale dei fumi di combustione. Lo scaffold ottenuto (figura 3 e 4) presenta una porosità totale pari a 90±3% in volume ed è quindi decisamente superiore al quantitativo di fase organica impiegato grazie all'effetto combinato della spinta dei fumi e del rammollimento del vetro. In the example glass powders having the previously reported preferred composition were used. These powders were mixed with 50% by volume of polyethylene with particle size between 100 and 300 microns and subjected to compaction to obtain a compact (figure 1), the heat treatment was carried out in an oven at 550 ° C for three hours, with directional evacuation of combustion fumes. The scaffold obtained (figures 3 and 4) has a total porosity of 90 ± 3% by volume and is therefore decidedly higher than the quantity of organic phase used thanks to the combined effect of the thrust of the fumes and the softening of the glass.

Contrariamente ai vetri fosfati, oggetto dell'invenzione, nel caso di vetri a base di silice, durante il trattamento termico, l'allontanamento dei fumi e il rammollimento del vetro avvengono a temperature notevolmente differenti e quindi non è possibile sfruttare l'effetto di rigonfiamento. La figura 4 mostra una micrografia SEM del materiale ottenuto, in cui è possibile osservare la dimensione e la tipologia di porosità introdotte. Le porosità risultano parzialmente chiuse, con dimensioni dì alcune centinaia di micron e finestrature di alcune decine di micron. La figura 4 evidenzia inoltre una certa anisotropia nelle porosità che risultano prevalentemente orientate e allungate lungo la direzione di allontanamento dei fumi. Contrary to the phosphate glasses, object of the invention, in the case of silica-based glasses, during the heat treatment, the removal of the fumes and the softening of the glass occur at considerably different temperatures and therefore it is not possible to exploit the swelling effect. . Figure 4 shows an SEM micrograph of the material obtained, in which it is possible to observe the size and type of porosity introduced. The porosities are partially closed, with dimensions of a few hundred microns and windows of a few tens of microns. Figure 4 also shows a certain anisotropy in the porosities which are mainly oriented and elongated along the direction of removal of the fumes.

Inoltre, lungo le pareti si osserva la presenza di una diffusa microporosità che rende tali scaffold facilmente permeabili ai fluidi grazie a forze capillari. A tale proposito la figura 5 mostra uno scaffold prima e dopo una fase di impregnazione in siero bovino diluito al 25% in acqua colorata da alcune gocce di inchiostro; l'omogeneo assorbimento del fluido anche all'interno dello scaffold è elevato come si può osservare dalle immagini relative alla sezione dello scaffold. La parziale chiusura delle porosità rende tali scaffold facilmente lavorabili in modo da ottenere geometrie semplici; per quanto riguarda invece la rigenerazione ossea, è noto come la presenza di porosità aperte e fortemente interconnesse sia necessaria per favorire una rapida ed efficace vascolarizzazione dello scaffold. Nonostante la presenza di macroporosità chiuse, l'immersione degli scaffold in SBF ha evidenziato come durante il processo di riassorbimento, le sottili pareti dei pori vengano gradatamente erose, aprendo le porosità inizialmente chiuse come si può osservare in figura 6. L'elevata porosità interconnessa rende possibile la vascolarizzazione dello scaffold e il flusso di nutrienti e cellule al suo interno. Furthermore, a diffuse microporosity is observed along the walls which makes these scaffolds easily permeable to fluids thanks to capillary forces. In this regard, figure 5 shows a scaffold before and after an impregnation step in bovine serum diluted to 25% in water colored by a few drops of ink; the homogeneous absorption of the fluid also inside the scaffold is high as can be seen from the images relating to the section of the scaffold. The partial closure of the porosities makes these scaffolds easily workable in order to obtain simple geometries; as regards bone regeneration, it is known that the presence of open and strongly interconnected porosities is necessary to favor a rapid and effective vascularization of the scaffold. Despite the presence of closed macroporosities, the immersion of the scaffolds in SBF showed that during the resorption process, the thin walls of the pores are gradually eroded, opening the initially closed porosities as can be seen in figure 6. The high interconnected porosity it makes possible the vascularization of the scaffold and the flow of nutrients and cells within it.

La peculiare composizione di tali materiali, li rende particolarmente bioriassorbibili, rendendo possibile, una volta impiantati, una loro permanenza all'interno del corpo umano solo per il tempo necessario al tessuto osseo per rigenerarsi. The peculiar composition of these materials makes them particularly bioabsorbable, making it possible, once implanted, to stay inside the human body only for the time necessary for the bone tissue to regenerate.

A tale proposito, ottimizzando il trattamento di sinterizzazione è possibile indurre una più o meno elevata cristallizzazione del vetro modificandone in tal modo le cinetiche di riassorbimento. La composizione oggetto dell'esempio ha evidenziato, in seguito al trattamento di sinterizzazione, la presenza di due diverse fasi cristalline identificate come: Ca2P2O7e Na2Mg(PO4)3. In particolare la prima fase a cristallizzare è il fosfato di calcio, mentre il fosfato di magnesio e sodio cristallizza a temperature leggermente superiori. In this regard, by optimizing the sintering treatment it is possible to induce a more or less high crystallization of the glass, thus modifying its resorption kinetics. The composition of the example showed, following the sintering treatment, the presence of two different crystalline phases identified as: Ca2P2O7 and Na2Mg (PO4) 3. In particular, the first phase to crystallize is calcium phosphate, while magnesium and sodium phosphate crystallizes at slightly higher temperatures.

Variando il trattamento termico per l'ottenimento degli scaffold è possibile quindi modulare la tipologia e l'abbondanza delle fasi cristalline che nucleano, nonché la quantità e la composizione della fase amorfa residua, così da modulare la cinetica di riassorbimento del materiale. By varying the heat treatment to obtain the scaffolds, it is therefore possible to modulate the type and abundance of the crystalline phases that nuclean, as well as the quantity and composition of the residual amorphous phase, so as to modulate the resorption kinetics of the material.

Le caratteristiche di riassorbimento degli scaffold ottenuti con diverse temperature di sinterizzazione sono state testate sia in soluzioni fisiologiche simulate {SBF) sia in acqua bidistillata, immergendo gli scaffold per tempi fino a quattro mesi, effettuando un ricambio della soluzione fisiologica alla settimana e monitorando sia le variazioni di pH che le variazioni di peso associate. Inoltre, sono stati condotti dei test di solubilità in tampone Tris-H1l in accordo con quanto definito dalla norma ISO 10993-14 ("Biological Evaluation of Medicai Devices - part 14 Identification and Quantification of Degradatìon Products from Ceramica" ) . The reabsorption characteristics of the scaffolds obtained with different sintering temperatures were tested both in simulated physiological solutions (SBF) and in double distilled water, immersing the scaffolds for up to four months, carrying out a change of the physiological solution per week and monitoring both changes in pH that the associated weight changes. Furthermore, solubility tests in Tris-H1l buffer were conducted in accordance with the provisions of ISO 10993-14 ("Biological Evaluation of Medical Devices - part 14 Identification and Quantification of Degradation Products from Ceramica").

Ad esempio, per quanto riguarda gli scaffold prodotti con il metodo del burn-out di fase organica e trattati a 550°C per tre ore, dopo quattro mesi in SBF, la perdita di peso è pari al 75% senza che si assista alla disintegrazione dello scaffold. For example, as regards the scaffolds produced with the organic phase burn-out method and treated at 550 ° C for three hours, after four months in SBF, the weight loss is equal to 75% without disintegration. of the scaffold.

E' importante sottolineare come i test in SBF diano dei risultati parziali per quanto riguarda il riassorbimento in quanto si osserva la precipitazione di fosfati di calcio sulla superficie dì tali materiali, in seguito alla bioattività della fase amorfa residua e del Ca2P2O7che è riportata in letteratura. I test eseguiti in acqua e in Tris-HC1 risultano sotto questo punto dì vista maggiormente significativi, evidenziando per la composizione oggetto dell'esempio un valore pari al 50%. It is important to underline that the tests in SBF give partial results as regards the reabsorption since the precipitation of calcium phosphates on the surface of these materials is observed, following the bioactivity of the residual amorphous phase and of the Ca2P2O7 which is reported in the literature. The tests carried out in water and in Tris-HC1 are from this point of view more significant, showing a value equal to 50% for the composition object of the example.

Esempio 2: produzione di scaffold mediante il metodo della spugna polimerica Example 2: production of scaffolds by the polymer sponge method

E’ stata preparata una sospensione delle polveri vetrose aventi la composizione preferita precedentemente riportata, in acqua additivata con polivinilalcool (vetro: 35% in peso, polivìnialcol 6% in peso il restante acqua distillata). Una spugna poliuretanica, è stata quindi impregnata con la suddetta sospensione e sottoposta a trattamento termico a 610°C per tre ore ottenendo una porosità finale pari a 80 ± 1%. A suspension of the vitreous powders having the previously reported preferred composition was prepared in water with the addition of polyvinyl alcohol (glass: 35% by weight, polyvinyl alcohol 6% by weight the remaining distilled water). A polyurethane sponge was then impregnated with the above suspension and subjected to heat treatment at 610 ° C for three hours obtaining a final porosity of 80 ± 1%.

In particolare, la tecnica dell'impregnazione è stata modificata in modo da realizzare una distribuzione delle porosità e uno spessore delle pareti dei pori e delle trabecole differente nelle varie direzioni. Questo risultato è stato conseguito modulando la fase di rimozione della sospensione in eccesso in modo da rivestire maggiormente le trabecole della spugna polimerica in una o più direzioni, realizzando quindi, dopo il trattamento termico, uno scaffold con una direzione di maggior resistenza meccanica. Tale accorgimento si rivela particolarmente utile nel caso di applicazioni sottocarico in cui sia richiesta una resistenza meccanica elevata. In particular, the impregnation technique has been modified in order to achieve a distribution of porosities and a different thickness of the walls of the pores and trabeculae in the various directions. This result was achieved by modulating the removal step of the excess suspension in order to coat the trabeculae of the polymeric sponge more in one or more directions, thus creating, after the heat treatment, a scaffold with a direction of greater mechanical strength. This expedient is particularly useful in the case of underload applications where a high mechanical resistance is required.

Le caratteristiche di riassorbimento dello scaffold così ottenuto sono state testate in soluzione fisiologica (SBF) risultando in una perdita di peso dopo tre mesi pari al 18%. Il più significativo test eseguito in acqua e in Tris-HC1 ha dato luogo a un valore di perdita di peso del 38%. The reabsorption characteristics of the scaffold thus obtained were tested in physiological solution (SBF) resulting in a weight loss after three months of 18%. The most significant test performed in water and in Tris-HC1 resulted in a weight loss value of 38%.

Sia nel caso dello scaffold ottenuto con il metodo di burn-out, sia nel caso dello scaffold ottenuto mediante il metodo della spugna polimerica, sono stati così ottenuti valori di perdita di peso estremamente elevati e decisamente superiori rispetto a quanto riportato in letteratura per i fosfati di calcio cristallini, quali ad esempio il fosfato tricalcico nella sua forma beta (β-Ca3(PO4)2) o per altri fosfati di calcio cristallini. Both in the case of the scaffold obtained with the burn-out method and in the case of the scaffold obtained by the polymeric sponge method, extremely high and decidedly higher weight loss values were obtained than those reported in the literature for phosphates. of crystalline calcium, such as for example tricalcium phosphate in its beta form (β-Ca3 (PO4) 2) or for other crystalline calcium phosphates.

La caratterizzazione biologica effettuata sulla composizione oggetto degli esempi ha evidenziato buoni risultati in termini di adesione e proliferazione cellulare, come mostrato in figura 7, in cui si osserva il buon grado di distensione di alcuni osteoblasti sulla superficie del materiale che si sta riassorbendo. The biological characterization carried out on the composition object of the examples has shown good results in terms of cell adhesion and proliferation, as shown in Figure 7, in which the good degree of distension of some osteoblasts on the surface of the material being reabsorbed is observed.

Quale che sia la tecnica utilizzata per la produzione dello scaffold, attraverso la sua frantumazione controllata è possìbile ottenere dei granuli porosi delle dimensioni desiderate, tipicamente comprese tra 0,2 e 5 mm da utilizzarsi nel settore dei riempitivi ossei. Whatever the technique used for the production of the scaffold, through its controlled crushing it is possible to obtain porous granules of the desired size, typically between 0.2 and 5 mm to be used in the field of bone fillers.

I materiali porosi oggetto dell'invenzione presentano rispetto ad altri materiali proposti per applicazioni simili, quali i vetri a base di SiO2, nonché rispetto a materiali a base di vetri fosfati noti nella tecnica anteriore, migliorate caratteristiche di riassorbibilità. Il riassorbimento di un biomateriale da impianto è una caratteristica molto richiesta, ma difficilmente ottenibile da un materiale per sostituzioni ossee che presenti nel contempo adeguate proprietà meccaniche. The porous materials object of the invention have, with respect to other materials proposed for similar applications, such as SiO2-based glasses, as well as with respect to materials based on phosphate glasses known in the prior art, improved resorbability characteristics. The resorption of an implant biomaterial is a highly sought after feature, but difficult to obtain from a material for bone replacement which at the same time has adequate mechanical properties.

Inoltre, a differenza di altri materiali (polimeri) che presentano prodotti dissoluzioni acide, gli scaffold oggetto dell'invenzione non modificano il pH dell'ambiente locale durante il loro riassorbimento. Le caratteristiche di riassorbimento osservate sono superiori anche rispetto ai fosfati dì calcio cristallini attualmente commercializzati (β-TCP) e rispetto ai vetroceramici fosfati riportati in letteratura che contengono mediamente quantità tivi nettamente superiori di CaO che stabilizza il network vetroso attraverso la formazione di crosslink . Furthermore, unlike other materials (polymers) which have acid dissolving products, the scaffolds object of the invention do not modify the pH of the local environment during their reabsorption. The observed resorption characteristics are also higher than the crystalline calcium phosphates currently marketed (β-TCP) and compared to the glass-ceramic phosphates reported in the literature which on average contain significantly higher quantities of CaO which stabilizes the glass network through the formation of crosslinks.

Le tempistiche di degrado possono essere modulate agendo sulla composizione del vetro e sulla presenza di fasi cristalline più o meno solubili per venire incontro alle specifiche esigenze cliniche. The degradation times can be modulated by acting on the composition of the glass and on the presence of more or less soluble crystalline phases to meet specific clinical needs.

Claims (22)

RIVENDICAZIONI 1. Materiale vetroceramico bioriassorbile, ottenuto per sinterizzazione di polveri vetrose a base fosfato contenenti i seguenti ossidi, in percentuali molari: - P2O540-55%, - CaO 20-35%, - Na2O 10-20%, - MgO 0-10%, - K2O 0-5%, - SiO20-5%. CLAIMS 1. Bioabsorbable glass-ceramic material, obtained by sintering phosphate-based glass powders containing the following oxides, in molar percentages: - P2O540-55%, - CaO 20-35%, - Na2O 10-20%, - MgO 0-10%, - K2O 0-5%, - SiO20-5%. 2. Materiale vetroceramico secondo la rivendicazione 1, contenente 5-10% mol di MgO. 2. Glass ceramic material according to claim 1, containing 5-10 mol% of MgO. 3 . Materiale vetroceramico secondo le rivendicazioni 1 o 2, comprendente da 2 a 5% mol di K2O. 3. Glass ceramic material according to claims 1 or 2, comprising from 2 to 5 mol% of K2O. 4. Materiale vetroceramico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, comprendente da 2 a 4% mol di SiO2. 4. Glass ceramic material according to any one of claims 1 to 3, comprising 2 to 4 mol% of SiO2. 5. Materiale vetroceramico bioriassorbibile ottenuto per trattamento termico di una composizione come definita nella rivendicazione 1, particolarmente di una composizione comprendente in percentuali molari: - P2O545%, CaO 26%, Na2O 15%, - MgO 7%, - K204%, - SiO23%. 5. Bioabsorbable glass-ceramic material obtained by heat treatment of a composition as defined in claim 1, particularly of a composition comprising in molar percentages: - P2O545%, CaO 26%, Na2O 15%, - MgO 7%, - K204%, - SiO23%. 6. Materiale poroso riassorbibile ottenibile mediante trattamento termico di un compatto di polveri comprendente polveri vetrose come definite nelle rivendicazioni da 1 a 5 e polvere di una fase organica con un contenuto tra 40 e 70% in volume. 6. Resorbable porous material obtainable by heat treatment of a powder compact comprising glassy powders as defined in claims 1 to 5 and powder of an organic phase with a content between 40 and 70% by volume. 7. Materiale poroso riassorbibile secondo la rivendicazione 6, ottenibile mediante trattamento termico a temperature comprese tra 500 e 700°C, preferibilmente tra 500 e 600°C per tempi da uno a tre ore. 7. Resorbable porous material according to claim 6, obtainable by heat treatment at temperatures between 500 and 700 ° C, preferably between 500 and 600 ° C for times from one to three hours. 8. Materiale poroso riassorbibile ottenibile mediante impregnazione di una spugna polimerica con una sospensione di polveri di vetro come definite in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 e successivo trattamento termico a temperature comprese tra 600 e 700°C con un riscaldamento fino alla temperatura di sinterizzazione compresa tra l°C/minuto e 5°C/minuto e mantenimento in temperatura per tempi da uno a tre ore. 8. Resorbable porous material obtainable by impregnating a polymeric sponge with a suspension of glass powders as defined in any one of claims 1 to 5 and subsequent heat treatment at temperatures between 600 and 700 ° C with heating up to the temperature of sintering between 1 ° C / minute and 5 ° C / minute and temperature maintenance for times from one to three hours. 9. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato da anìso tropia nella forma e orientamento delle porosità e/o nelle caratteristiche meccaniche. 9. A porous material according to any one of claims 6 to 8, characterized by anosotropy in the shape and orientation of the porosities and / or in the mechanical characteristics. 10. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9, avente una porosità con dimensione dei pori superiore ai 100 micron e preferibilmente comprese tra 100 e 600 micron. 10. A porous material according to any one of claims 6 to 9, having a porosity with a pore size greater than 100 microns and preferably between 100 and 600 microns. 11. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 10, caratterizzato da una percentuale in volume di pori compresa tra 50 e 90% in volume preferibilmente tra 70 e 90% in volume. 11. Porous material according to any one of claims 6 to 10, characterized by a percentage by volume of pores comprised between 50 and 90% by volume, preferably between 70 and 90% by volume. 12. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 11, caratterizzato dal fatto che comprende una seconda fase rinforzante di natura ceramica, preferibilmente idrossiapatite. 12. A porous material according to any one of claims 6 to 11, characterized in that it comprises a second reinforcing phase of ceramic nature, preferably hydroxyapatite. 13. Materiale poroso secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che comprende da 5 a 50% in peso di idrossiapatite riferito al peso del materiale poroso. 13. A porous material according to claim 12, characterized in that it comprises from 5 to 50% by weight of hydroxyapatite based on the weight of the porous material. 14. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 13, caratterizzato da una porosità aperta e interconnessa. 14. A porous material according to any one of claims 6 to 13, characterized by an open and interconnected porosity. 15. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzato dal fatto che presenta una porosità parzialmente chiusa e uno spessore di pareti tale per cui le pareti sono suscettibili di apertura per formare una porosità interconnessa durante il processo di riassorbimento in ambiente fisiologico. 15. Porous material according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it has a partially closed porosity and a thickness of walls such that the walls are susceptible to opening to form an interconnected porosity during the reabsorption process in a physiological environment . 16. Materiale poroso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 15, caratterizzato dal fatto che è ottenuto da una miscela di polveri come definite in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il rapporto atomico Ca/P è compreso tra 0.18 a 0.44. 16. Porous material according to any one of claims 6 to 15, characterized in that it is obtained from a mixture of powders as defined in any one of claims 1 to 5, wherein the atomic ratio Ca / P is between 0.18 to 0.44. 17. Procedimento per la produzione di un materiale poroso mediante trattamento termico di un compatto di polveri contenente polveri vetrose come definite nelle rivendicazioni da 1 a 5 e polveri di una fase organica caratterizzato dal fatto che detta fase organica comprende polveri di polietilene con dimensioni comprese tra 50 e 600 micron. 17. Process for the production of a porous material by heat treatment of a powder compact containing glassy powders as defined in claims 1 to 5 and powders of an organic phase characterized in that said organic phase comprises polyethylene powders with dimensions ranging from 50 and 600 microns. 18. Procedimento secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che detto compatto di polveri è trattato termicamente a temperature comprese tra 500 e 700°C e preferibilmente tra 500 e 600°C per tempi da 1 a 3 ore. 18. Process according to claim 17, characterized in that said powder compact is heat treated at temperatures between 500 and 700 ° C and preferably between 500 and 600 ° C for times from 1 to 3 hours. 19. Procedimento secondo le rivendicazioni 17 o 18, caratterizzato dal fatto che detta fase di trattamento termico comprende le operazioni di pilotare l’evacuazione dei fumi di combustione di detta fase organica, allo scopo di conseguire un'anisotropia nella forma e orientamento delle porosità e/o nelle caratteristiche meccaniche del materiale . 19. Process according to claims 17 or 18, characterized in that said heat treatment phase comprises the operations of driving the evacuation of the combustion fumes of said organic phase, in order to achieve an anisotropy in the shape and orientation of the porosities and / or in the mechanical characteristics of the material. 20. Procedimento per la produzione di un materiale poroso mediante impregnazione di una spugna polimerica, preferibilmente poliuretanica, con polveri di vetro come definite in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 e successivo trattamento termico a temperature comprese tra 600 e 700°C, con un riscaldamento fino alla temperatura di sinterizzazione compreso tra 1°C/minuto e 5°C/minuto e mantenimento in temperatura per tempi da uno a tre ore. 20. Process for the production of a porous material by impregnating a polymeric sponge, preferably polyurethane, with glass powders as defined in any one of claims 1 to 5 and subsequent heat treatment at temperatures between 600 and 700 ° C, with heating up to the sintering temperature between 1 ° C / minute and 5 ° C / minute and maintaining the temperature for times from one to three hours. 21. Procedimento secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che l'operazione di impregnazione di detta spugna polimerica con detta sospensione è effettuata con rimozione selettiva della sospensione in eccesso lungo una o più direzioni predeterminate, al fine di conseguire una distribuzione anisotropica delle porosità e/o un ispessimento delle pareti dei pori e delle trabecole e determinare un’anisotropia nelle proprietà meccaniche del materiale. 21. Process according to claim 20, characterized in that the impregnation operation of said polymeric sponge with said suspension is carried out with selective removal of the excess suspension along one or more predetermined directions, in order to achieve an anisotropic distribution of the porosities and / or a thickening of the walls of the pores and trabeculae and determine an anisotropy in the mechanical properties of the material. 22. Materiale granulare, poroso, utilizzabile come riempitivo osseo, ottenuto mediante frantumazione a dimensioni comprese tra 0,2 e 5 mm di un materiale poroso come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 16.22. Granular, porous material, usable as a bone filler, obtained by crushing to dimensions between 0.2 and 5 mm of a porous material as defined in any one of claims 6 to 16.