ITVR20130290A1 - Biomateriale per uso come materiale ricostruttivo di ossa alveolari atrofizzate o danneggiate - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:

“BIOMATERIALE PER USO COME MATERIALE RICOSTRUTTIVO DI

OSSA ALVEOLARI ATROFIZZATE O DANNEGGIATE”

CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE

Il presente trovato riguarda un biomateriale utilizzabile in ambito dentale come materiale ricostruttivo di ossa alveolari atrofizzate o danneggiate, dotato di elevate caratteristiche di integrazione con il sistema biologico in cui viene ad interfacciarsi, di bioinduttività e di bioconduttività.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Nel settore dell’odontoiatria e della chirurgia maxillo-facciale, esistono varie tecniche in grado di cercare di ripristinare la porzione danneggiata o compromessa di osso alveolare, vale a dire l’osso che circonda la radice di un dente, al fine di permettere l’inserimento di un relativo impianto. Le cause di perdita del volume originario di osso alveolare possono essere svariate. Le cause principali sono: perdita o estrazione dei denti (edentulia), patologie quali la parodontite o piorrea, la gengivite, eccetera, traumi di vario genere, l’osteoporosi, eccetera.

In figura 1 sono illustrati vari stadi dell’evoluzione della parodontite o piorrea. In particolare, nella figura 1A è illustrata una situazione normale, in cui non si ravvisa la presenza di placca batterica, né di infiammazione o di perdita ossea. Nella figura 1B si possono notare i primi segni di placca batterica P e gengivite G con segni di infiammazione; non vi è ancora perdita ossea. Nella figura 1C si inizia ad osservare una irreversibile e progressiva perdita ossea A che, in figura 1D, si estende anche al dente vicino. Inizia la mobilità del/i dente/i interessato/i.

L’implantologia ossea è una procedura chirurgica che sostituisce l’osso mancante con un innesto osseo artificiale, naturale o sintetico, al fine di creare una base solida per un impianto dentale.

L’impianto dentale è costituito da una radice artificiale del dente, in genere realizzata da una vite di titanio che viene inserita nell’osso della mandibola o della mascella per sostituire un dente mancante. Gli impianti dentali possono presentare una forma cilindrica o conica, con lunghezza e diametro variabile in base alle esigenze del paziente e alla quantità di osso alveolare intatto.

L’intervento di implantologia ossea viene invece effettuato sia per la mascella superiore che per la mascella inferiore. Tale tecnica viene impiegata anche nel caso di necessità di riempire lo spazio lasciato dall’estrazione dei denti, dopo la rimozione di cisti ossee o in caso di difetti parodontali, nei casi di difetti ossei post-traumatici con conseguente perdita dei denti, eccetera.

In genere, un impianto dentale avviene in due fasi. Nella prima fase si inserisce l'impianto che si deve integrare con l'osso; nella seconda fase di trattamento, dopo circa 3-4 mesi dalla prima fase per la mascella inferiore e 5-6 mesi per la mascella superiore, si avvita, sopra all'impianto, un moncone su cui si cementa la corona definitiva.

Tuttavia, può capitare che le dimensioni dell’osso alveolare siano talmente ridotto da non essere sufficienti per alloggiare l’inserimento degli impianti dentali. La riduzione di volume dei processi alveolari viene comunemente chiamata “atrofia ossea”. Il posizionamento degli impianti dentali, tuttavia, dipende direttamente della quantità e qualità dell’osso. Nei casi di avanzata atrofia ossea, per poter inserire degli impianti, occorre aumentare il volume dell'osso alveolare; tali tecniche possono essere effettuate sia prima di effettuare la chirurgia implantare (Rigenerazione Ossea Preimplantare) che contemporaneamente all'intervento impiantare (Rigenerazione Ossea Perimplantare).

La chirurgia ricostruttiva preimplantare offre varie soluzioni in caso di vasto danneggiamento osseo, al fine di aumentare il volume dell’osso alveolare. Tra queste è possibile ricordare l’implantologia ossea e il rialzo del seno mascellare. Un primo trattamento di implantologia ossea è la “Rigenerazione Ossea Guidata” o “Guided Bone Regeneration” (GBR). L'obiettivo della GBR è di promuovere la formazione di nuovo osso per ricostruire una cresta alveolare atrofica prima dell'inserimento implantare o in concomitanza con lo stesso. Tale tecnica utilizza membrane sia riassorbibili che non riassorbibili e materiali riempitivi di diversa natura, quali osso autologo, materiali sostitutivi di derivazione, eccetera. Il materiale riempitivo viene invaso dall'osso del paziente e rimpiazzato dallo stesso nell'arco di 6-12 mesi.

La figura 2 illustra schematicamente l’utilizzo della tecnica GBR, nella quale è stata utilizzata una membrana M al di sotto della quale viene posizionato il materiale riempitivo B o sostituto osseo, al fine di essere mantenuto in sito dalla stessa.

Un secondo trattamento utilizzabile per la correzione dell’atrofia ossea è l’”innesto a blocco”. Per l’innesto a blocco, il prelievo osseo si effettua solitamente da siti intra-orali come il mento o l’angolo mandibolare. Nel caso di innesti molto estesi, tuttavia, è necessario far ricorso a siti extra- orali, come ad esempio l’anca o la teca cranica. Tale tecnica prevede che l’osso sia prelevato in forma di blocchetti, i quali vengono opportunamente sagomati e fissati nel sito ricevente mediante piccole viti di titanio (viti trans-corticali). L’osso autologo, vale a dire il tessuto proprio del paziente, è il materiale migliore per effettuate questo intervento. In figura 3 è possibile vedere una situazione di incremento orizzontale del volume osseo alveolare attraverso l’utilizzo di un blocco di osso corticale. La cresta alveolare C atrofica in senso orizzontale (cd. Cresta a lama di coltello) è illustrata nella figura 3A mentre nella figura 3B si vede l’innesto di un blocco osseo B fissato con delle viti V alla cresta atrofica. Una volta che l’innesto si è integrato alla cresta atrofica, la stessa presenta un volume idoneo al posizionamento di un impianto dentale P (figura 3C). In figura 4 è illustrato schematicamente un incremento verticale del volume osseo alveolare attraverso l’utilizzo di un blocco di osso corticale B, la cresta atrofica verticale C, illustrata in figura 4A viene addizionata con un blocco osseo avvitato alla stessa (figura 4B) e, una volta avvenuta l’integrazione del blocco alla cresta, viene posizionato l’impianto P (figura 4C).

Una terza modalità di implantologia ossea è l’espansione della cresta (Split Crest). Infatti, una delle più frequenti limitazioni anatomiche che impediscono un corretto posizionamento implantare, è il riassorbimento orizzontale dell'osso e, oltre alle tecniche summenzionate, la tecnica “Split Crest”. consente di aumentare lo spessore di creste edentule contestualmente all’'inserimento dell’impianto. Tale tecnica avviene previa osteotomia.

In figura 5 sono illustrate le varie fasi di tale tecnica: in figura 5A è illustrata la cresta C atrofica a lama di coltello, in figura 5B è illustrato l’uso di scalpelli o altri utensili T adatti per aprire la cresta (osteotomia), in figura 5C è illustrata la cresta atrofica divaricata (“split crest”) ed, infine, in figura 5D l’inserimento impiantare dopo l’espansione.

Infine, la tecnica relativa al rialzo del seno mascellare viene effettuato in caso di necessità di inserire gli impianti dentali nella mascella superiore. Il seno mascellare è, infatti, una fisiologica cavità aerea che si estende nella zona posteriore della mascella superiore (maxilla), nella quale molto spesso, dopo la perdita di denti, si verifica la riduzione in altezza dello spessore dell’osso.

Esistono due tecniche differenti per incrementare l’altezza dell’osso in questa sede: il “mini rialzo del seno mascellare” (Elevazione interna) e il “grande rialzo del seno mascellare” (Elevazione esterna).

Il mini rialzo del seno mascellare viene eseguito per ottenere un aumento volumetrico in altezza di pochi millimetri (circa 2 o 3 mm), in un sito con uno spessore osseo insufficiente in altezza (circa 6-8 mm), posto che l’impianto dentale presenta solitamente una lunghezza di 8-10 mm.

Nella figura 6 vengono illustrate le varie fasi di tale tecnica: da un accesso operatorio intra-orale (figure 6A e 6B) il pavimento del seno è esposto e la membrana di rivestimento del seno viene sollevata delicatamente; lo spazio formatosi viene riempito di osso autologo B particolato e/o di osso artificiale (figura 6C), al fine di permettere il conseguente impianto P (figura 6D).

Il grande rialzo del seno mascellare, invece, viene eseguito qualora esista un ridottissimo volume in altezza di osso residuo nelle zone posteriori della mascella. In presenza di uno spessore sufficiente di osso basale residuo (circa 4-5 mm), gli impianti possono essere inseriti contemporaneamente al rialzo del seno mascellare. Altrimenti si rigenera l’osso e si procede al posizionamento degli impianti solo dopo un tempo di attesa di 6-8 mesi.

I riempitivi ossei attualmente impiegati possono essere di origine naturale, vale a dire di derivazione da osso animale autologo e/o allologo o da corallo, riassorbibili, in forma di granuli derivati da osso di tipo corticale e/o spongioso, o in forma di blocchi derivati da sezioni ossee. Tali materiali in forma di granuli possono essere miscelati a materiali in gel o in altre tipologie di soluzioni o sospensioni. Ali materiali, una volta inseriti nelle cavità ossee, subiscono una totale degradazione a seguito dell’attività osteoclastica in circa 4-6 mesi.

Alternativamente, i riempitivi ossei possono essere di tipo sintetico, riassorbibili, generalmente a base di calcio fosfato o idrossiapatite o bio-vetri o calcio solfato o acido polilattico e/o poliglicolico o miscele degli stessi. Il riassorbimento di tali materiali avviene tra 4 e 24 mesi a seconda della tipologia.

Tali riempitivi ossei, sia di tipo naturale che sintetico, ad eccezione dei blocchi d’osso che vengono fissati tramite viti, vengono inseriti in apposite cavità e, in seguito a ciò, ricoperti tramite la sutura, o tramite un lembo gengivale, o ancora tramite l’utilizzo di apposite membrane (tecnica GBR) di tipo riassorbibile o non riassorbibile. In quest’ultimo caso, tali membrane dovranno essere rimosse in un secondo momento, tramite un ulteriore intervento chirurgico.

Tali tecniche, e i materiali riempitivi utilizzati nelle stesse, presentano tuttavia degli inconvenienti, soprattutto quando l’atrofia ossea è molto estesa e si renda necessario contenere il biomateriale, i granuli, la polvere, o il gel, ecc, su più lati. Questa operazione si esegue, attualmente, applicando sopra ed intorno a detto biomateriale dei foglietti di collagene M che, tuttavia, danno un contenimento parziale ed approssimato (vedere Fig 2).

La presente invenzione, pertanto, si propone di risolvere gli inconvenienti della tecnica nota, al fine di garantire una migliore rigenerazione ossea all’interno dell’impianto osseo, migliori caratteristiche meccaniche ed un tempo di attesa, prima di poter effettuare l’impianto vero e proprio, drasticamente ridotte rispetto alle tecniche classiche.

SCOPI DELL’INVENZIONE

Il compito tecnico della presente invenzione è quindi quello di migliorare lo stato della tecnica.

Nell’ambito di tale compito tecnico, costituisce uno scopo della presente invenzione mettere a punto un biomateriale adatto ad interfacciarsi con tessuti organici orali senza creare reazioni avverse nel tessuto stesso o a livello sistemico. Un altro scopo della presente invenzione è di mettere a punto un biomateriale dalle caratteristiche bioinduttive e bioconduttive, in particolare osteoinduttive e osteoconduttive.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è di mettere a punto un biomateriale atto a permettere la colonizzazione al suo interno del tessuto organico con cui entra in contatto, al contempo garantendo buone caratteristiche di resistenza meccanica. Questi ed altri scopi sono raggiunti dal biomateriale secondo una o più delle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 illustra le fasi di evoluzione della parodontite o piorrea;

la figura 2 illustra schematicamente la tecnica GBR secondo la tecnica nota; la figura 3 illustra schematicamente le fasi di incremento orizzontale del volume osseo attraverso l’uso di un blocco di osso secondo la tecnica nota;

la figura 4 illustra schematicamente le fasi di incremento verticale del volume osseo attraverso l’uso di un blocco di osso secondo la tecnica nota;

la figura 5 illustra schematicamente la tecnica di espansione della cresta secondo la tecnica nota;

la figura 6 illustra schematicamente le fasi della tecnica relativa al rialzo del seno mascellare secondo la tecnica nota;

la figura 7 illustra schematicamente le fasi della tecnica relativa al rialzo del seno mascellare secondo la tecnica nota;

la figura 8 illustra schematicamente le fasi della tecnica relativa al rialzo del seno mascellare secondo la presente invenzione;

la figura 9 illustra schematicamente la tecnica GBR secondo la presente invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE DELL’INVENZIONE.

Nella presente trattazione, per biomateriale si intende un materiale di qualsiasi natura e origine in grado di interfacciarsi con un sistema biologico allo scopo di aumentare, trattare o sostituire un qualunque tessuto, organo o funzione del corpo; per bioinduttività si intende la capacità del biomateriale di indurre la neoformazione del tessuto con cui tale biomateriale viene ad interfacciarsi; per bioconduttività si intende la capacità del biomateriale di creare un supporto idoneo, atto a permettere la colonizzazione delle cellule progenitrici del tessuto con cui tale materiale si interfaccia e in grado di garantirne la sopravvivenza e la proliferazione. Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione è un materiale composito biocompatibile bioinduttivo e bioconduttivo.

Tale biomateriale 10 comprende un componente 12 atto a formare una matrice strutturale 20. Il componente 12 è solidificabile. Tale matrice strutturale 20 è porosa e permanente, nel senso che non viene riassorbita una volta a contatto con i liquidi biologici del corpo umano.

Tale componente 12 atto a formare una matrice strutturale 20 comprende almeno un componente polimerico, un componente metallico puro o in lega e/o un componente ceramico e/o un biovetro e/o un materiale plastico, eccetera. In una versione dell’invenzione, il componente 12 è un materiale plastico, ad esempio un polimero acrilico o cemento osseo realizzato in polimetilmetacrilato (PMMA) o un polimero termoplastico, quale una resina acrilica, il polietilene, il polipropilene, il poliestere, un polimero termoformabile ed altri materiali simili. La matrice strutturale 20 che costituisce il biomateriale 10 secondo la presente invenzione determina il supporto strutturale del biomateriale stesso e ne conferisce buone caratteristiche meccaniche, superiori a quelle dei materiali ceramici e comparabili a quelle dei cementi acrilici classici, tali da consentire l’applicazione anche di carichi diretti. Tale biomateriale 10 non risulta pertanto fragile. Infatti, il biomateriale in oggetto è più elastico dell’osso: il suo modulo elastico è, infatti, di 1,5-3,0 GPa. Al contrario, i materiali attuali, essendo di natura ceramica, sono molto più rigidi e fragili. L’idrossiapatite, ad esempio, ha un modulo elastico che varia da 40 a 117 GPa, risultando pertanto molto più rigido del tessuto osseo il cui modulo si aggira intorno ai 18 GPa.

Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione comprende inoltre un componente solubile 14.

Tale componente solubile 14 comprende un materiale inorganico bioceramico calcico, come ad esempio il tricalciofosfato (TCP), il calcio solfato (CS) e/o il calcio carbonato (CC), o un biovetro, o un materiale bioceramico o una miscela degli stessi.

Tale componente solubile 14 può anche comprendere ulteriormente altri sali inorganici dotati di solubilità e biocompatibilità come il cloruro di sodio, il cloruro di potassio o i sali di magnesio e alluminio o il sale di calcio.

Tale componente solubile 14 può comprendere sostanze organiche solubili tipo polisaccaridi, come uno zucchero sintetico o non sintetico, come il lattosio, e carboidrati, come amidi, o collagene o delle gelatine.

Tale componente solubile 14 è sotto forma di polvere e granuli o di altri agglomerati simili.

Il componente solubile 14 in forma di polvere ha una dimensione sostanzialmente inferiore a 100 micron mentre il componente solubile in forma di granuli o di altri agglomerati simili ha una dimensione sostanzialmente superiore a 100 micron e preferibilmente compresa tra 200 e 500 micron.

Il componente solubile 14 che compone il biomateriale 10 secondo la presente invenzione ha la capacità, una volta entrato a contatto con acqua e/o liquidi di vario genere e/o liquidi biologici, di sciogliersi e/o solubilizzarsi: viene, quindi, eliminato dal biomateriale 10 stesso ed in particolare dalla matrice strutturale 20, lasciando dei corrispondenti spazi vuoti a formare una porosità sotto forma di microcavità 16 e di macrocavità 18 aperte, interconnesse le une alle altre, che rendono intercomunicanti tutte le cavità presenti nel biomateriale stesso.

In una versione dell’invenzione, la solubilità del componente solubile 14 è lenta, nel senso che il materiale solubile 14 viene completamente solubilizzato in una o più settimana o in qualche mese.

Ad esempio, il componente solubile 14 può comprendere una miscela di sostanze di differente natura chimica (come un inorganico sale di calcio e un organico collagene suino o uno zucchero eventualmente sintetico). Il primo si scioglie tra i 6 e 12 mesi, mentre il secondo si scioglie in 2-30 giorni. In questo modo, il composto organico sciogliendosi rapidamente lascia subito delle cavità che vengono immediatamente occupate dal tessuto fibroso che comincerà così rapidamente ad interagire con il nuovo materiale. Terminata poi l’occupazione delle cavità lasciate dal composto organico, comincia l’occupazione, da parte del tessuto fibroso, delle cavità lasciate dal materiale tardo solubile a base di sali di calcio.

Le microcavità 16, originate dallo scioglimento del componente solubile 14 in forma di polvere, si sommano ai “canalicoli”, già presenti nella matrice strutturale, anch’essi di dimensioni inferiori a 100 micron che confluiscono o sono connessi o coniugati, unitamente alle microcavità 16, con le macrocavità 18. Le microcavità 16 e i canalicoli, proprio in ragione delle loro ridotte dimensioni, minimizzano il degradamento meccanico del biomateriale e permettono l’invasione capillare da parte di fluidi biologici presenti nel tessuto osseo circostante e la corrispondente migrazione di fattori di crescita o di fattori osteogenetici, necessari per la promozione della crescita ossea. Tali fattori giungono fino alle macrocavità 18, le quali, originate dal componente solubile 14 sotto forma di granuli o altri agglomerati simili, hanno una dimensione maggiore di 100 micron.

Le macrocavità 18 possono avere una forma sostanzialmente sferoidale. Tali macrocavità 18 hanno preferibilmente una dimensione compresa tra 200 e 500 micron.

Le macrocavità 18 e le microcavità16 sono ottenute a partire dal componente solubile 14 e hanno sostanzialmente la forma di tale componente solubile 14.

Il biomateriale 10 è pertanto parzialmente riassorbibile, in quanto il componente solubile 14 viene riassorbito nel corpo umano, come precedentemente descritto. In virtù della sua natura porosa e della sua capacità ad assorbire i liquidi per capillarità, il biomateriale 10 secondo la presente invenzione può essere vantaggiosamente usato come sistema di rilascio di farmaci (Drug Delivery System), al fine di contenere e somministrare principi attivi con funzione anche di farmaco nel luogo di collocazione.

Il componente solubile 14 è distribuito omogeneamente all’interno del biomateriale 10; analogamente la porosità sotto forma di microcavità 16 e macrocavità 18 è presente omogeneamente in tutta la massa del biomateriale 10. Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione può eventualmente comprendere un livello di umidità in percentuale variabile, eventualmente sotto forma di acqua o soluzioni acquose. Tale umidità ha come funzione quella di determinare la formazione dei “canalicoli”, sopra descritti, nella matrice strutturale 20.

All’interno dei “canalicoli” può venir ospitato, in parte, il componente solubile 14. Il biomateriale secondo l’invenzione è utilizzato come materiale ricostruttivo, con funzione di sostituto osseo o materiale riempitivo, e collocato in una atrofia ossea, secondo le finalità descritte per le tecniche note. Tuttavia, rispetto ai materiali riempitivi di tipo noto, il biomateriale 10 non semplicemente riempie una cavità, ma è in grado di ricostruire una parte di osso alveolare danneggiato o atrofizzato, garantendone al contempo la rigenerazione all’interno del biomateriale 10 stesso. Ad esempio, in una forma di realizzazione, il biomateriale secondo la presente invenzione viene utilizzato nella tecnica di rigenerazione ossea guidata (GBR). A tal fine, il biomateriale promuove la formazione di nuovo osso per ricostruire una cresta alveolare atrofica prima dell'inserimento implantare o in concomitanza con lo stesso. Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione, come visibile in figura 9, viene applicato nella lacuna ossea dopo aver impiantato il perno dell’impianto, in modo da circondarlo. II biomateriale 10 secondo la presente invenzione viene messo a contatto con la superficie ossea aperta e sanguinante: in questa modo si permette al sangue e alle cellule in neoformazione di entrare nelle microcavità 16 e nelle macrocavità 18 presenti nella matrice strutturale 20 del biomateriale 10 stesso. Tali microcavità 16 e macrocavità 18, come indicato precedentemente, si creano dalla solubilizzazione del componente solubile 14 presente nel biomateriale 10 secondo la presente invenzione.

Il biomateriale 10, secondo la presente invenzione, indurisce rapidamente. Per tale ragione, può essere posizionato nell’atrofia ossea senza necessità di utilizzare membrane atte a trattenerlo in situ, come invece illustrato in figura 2.

Se necessario, il chirurgo potrà creare dei sottosquadri nella sede ossea in modo da radicare meccanicamente al meglio il biomateriale 10.

Inoltre, il perno dell’impianto, essendo parzialmente conficcato nell'osso residuo, esercita un forte potere radicante mantenendo le interfacce tra l’osso e il biomateriale stabili e congruenti.

Il biomateriale 10 è autoportante, nel senso che non necessita di membrane o altri dispositivi al fine di mantenersi nel luogo di inserimento dell’osso alveolare atrofizzato o danneggiato.

Inoltre, il biomateriale in oggetto appena impiantato aderisce al tessuto osseo in virtù di un aggancio di tipo meccanico. Infatti, grazie alla sua formo fluida, entra intimamente nelle asperità naturali dell’osso o in quelle create dal medico in forma di sottosquadri. L’indurimento causato dalla polimerizzazione che sopraggiunge dopo alcuni minuti, congela il materiale in una forma immutabile. Nei mesi successivi, il rimodellamento osseo attuerà l’incorporazione del biomateriale rendendolo parte strutturale dell’osso ed ad esso intimamente connesso.

Grazie alla forma immutabile del biomateriale, in particolare del componente 12 atto a formare una matrice strutturale 20, l’impianto dentale in esso ancorato godrà di una stabilità nel tempo assolutamente impensabile con i materiali attuali. Infatti, questi ultimi, essendo solubili, cambiano continuamente forma nel tempo in quanto vengono erosi dai fluidi biologici con i quali entrano in contatto, rendendo in tal modo gli impianti ad essi connessi, soggetti a loro volta a lente ma negative migrazioni. Ciò non accade con il biomateriale secondo la presente invenzione, con particolare riferimento al componente 12 atto a formare una matrice strutturale 20, che non viene eroso nè riduce il suo volume, una volta impiantato.

La continuità strutturale viene poi raggiunta grazie alla proliferazione di un nuovo tessuto osseo all’interno del biomateriale 10. La matrice strutturale 20, al cui interno transitano e crescono le cellule del tessuto osseo in formazione, protegge le stesse. Contrariamente ai materiali di tipo noto, che induriscono in un tempo più lungo, non è presente il rischio di rottura del tessuto osseo neo formato, a causa dell’instabilità o della solo debole coesione presente appunto in tali materiali. Grazie al biomateriale della presente invenzione, dotato di una matrice strutturale 20 rigida e permanente, che si realizza subito dopo l’inserimento o l’impianto del biomateriale 10, l’osso neo formato può ricostituirsi senza danneggiamenti e ritardi nella guarigione del paziente.

Infatti, il tempo di solidificazione del componente (12) atto a formare una matrice strutturale (20) è compreso tra 2 e 60 minuti.

Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione permette, infatti, di unire senza soluzione di continuità un materiale sintetico, qual è il biomateriale stesso, e un tessuto biologico, qual è il tessuto osseo alveolare presente nella bocca. Tale biomateriale 10, infatti, si “fonde” con il tessuto osseo diventandone parte continua ed inscindibile, eliminando la discontinuità tipica dei prodotti similari. Un ulteriore vantaggio conferito dal biomateriale secondo la presente invenzione, come dimostrato da recentissime evidenze sperimentali, è che il biomateriale stesso non solo guida la neoformazione ossea al suo interno, ma esercita una forte stimolazione osteogenica anche al suo esterno.

In questo modo, il biomateriale secondo la presente invenzione viene circondato da tessuto osseo perfettamente vitale e strutturalmente maturo. Tale tessuto osseo è stimolato a crescere attorno al biomateriale stesso, in quanto richiamato da quest’ultimo grazie alla sua conformazione e composizione.

Questo aspetto è molto importante perché rende possibile indurre addensamento osseo intorno al sito di inserimento del biomateriale secondo la presente invenzione. Tale possibilità è particolarmente utile nei casi osteopenia o osteoporosi. L'introduzione del biomateriale secondo la presente invenzione nell'osso malato, porta quindi, oltre ad un rafforzamento meccanico, anche il contrasto biologico alla evoluzione della malattia.

Il biomateriale 10, differentemente rispetto ai materiali noti che sono in forma di polvere o granuli, i quali vengono compattati nel sito di impianto, essendo dotato di una matrice strutturale 20 rigida e permanente, non subisce contrazioni o diminuzioni di volume con il tempo. Pertanto, il chirurgo può decidere il piano di inserimento degli impianti dentali, senza doverli inserire in posizione più alta rispetto al contiguo arco dentale, in previsione della conseguente diminuzione di volume del riempitivo osseo di tipo tradizionale.

Inoltre, come illustrato nelle figure 6 e 7, solitamente il rialzo del seno mascellare avviene con inserimento del materiale riempitivo dietro l’osso, all’interno della cavità presente, che come tale può contenerlo. In tal modo, tuttavia, il piano di scarico delle forze dei perni dell’impianto è più basso di quello dei denti naturali. Questo comporta la necessità di avere denti artificiali più lunghi, che avranno un braccio di leva più lungo e, di conseguenza, un maggiore carico meccanico che lavora sui perni compromettendone la stabilita. In particolare, in figura 7A è visibile il materiale riempitivo, mentre in figura 7B è visibile l’integrazione dello stesso con l’osso.

Contrariamente a ciò, con il biomateriale 10 secondo la presente invenzione è possibile livellare la lacuna ossea anteriormente, montando i perni allo stesso livello dei denti naturali (figura 8A e 8B), evitando le suddette conseguenze dannose.

In particolare, una delle peculiarità del biomateriale secondo la presente invenzione, particolarmente utile nel settore ortodontico e della chirurgia maxillofacciale, è quella che il biomateriale 10 è un materiale ricostruttivo, in quanto riesce a ricreare parti mandanti di osso alveolare, avendo come unica necessità quella di avere una base su cui poggiare. La differenza rispetto ai materiali noti in forma di granuli è che questi ultimi non sono in grado di ricostruire porzioni mancanti di osso, ma solamente a riempire cavità presenti nell’osso stesso. Pertanto, oltre ad una base cui appoggiarsi, hanno bisogno anche di più pareti di contenimento, create dalla parete dell’osso o da una o più membrane appositamente posizionate per il loro contenimento e posizionamento in situ.

In particolare, per promuovere la rigenerazione ossea, il biomateriale 10 è pervaso da microcavità 16 aperte, interconnesse le une alle altre, che rendono intercomunicanti tutte le cavità presenti nel biomateriale stesso; le dimensioni medie di dette microcavità 16, solitamente inferiori a 100 micron, sono sufficientemente piccole da consentire il riempimento con liquidi mediante forza capillare. Inoltre, il biomateriale 10 contiene delle macrocavità 18 con dimensioni maggiori di 100 micron e di forma sostanzialmente sferoidale. In tal modo, essendo il biomateriale 10 circondato da tessuto osseo vivente, viene pervaso da quest’ultimo, crescendo all’interno della matrice strutturale 20, nei vuoti lasciati dalla dissoluzione del componente solubile 14.

Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione, pertanto, presenta una porosità delle giuste dimensioni che, oltre a favorire e invocare la rigenerazione ossea al suo interno, è in grado di assorbire per capillarità fluidi di vario genere, sostanze gassose e/o acqua o altri liquidi biologici e/o farmaci e sostanze medicamentose. Tale biomateriale 10 è poi in grado di rilasciare nuovamente tali sostanze all’esterno e di renderle disponibili al suo interno. Inoltre, poiché il componente solubile 14 in granuli o altri agglomerati simili, e la conseguente macrocavità 18, è intervallato da componente solubile 14 in polvere, con conseguente microcavità 16, sono assicurate le richieste caratteristiche meccaniche del biomateriale stesso. Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione, grazie alla suddetta omogenea distribuzione del componente solubile 14 in forma di polvere e granuli o agglomerati simili, presenta macrocavità 18, intercorrelate tra loro e con le microcavità 16, sia nella parte superficiale che interna del biomateriale 10. In tal modo, la colonizzazione dell’osso neoformato avviene in tutte le zone libere del biomateriale 10, arrivando alla completa integrazione dell’osso fino alla parte più centrale del biomateriale stesso.

Variando la percentuale di porosità presente all’interno del biomateriale 10, è possibile predisporre una gamma di biomateriali, a seconda delle diverse esigenze del paziente e del chirurgo.

Per variare la porosità, viene variato il rapporto percentuale tra il componente solubile 14 e il componente 12 atto a formare la matrice strutturale 20. Analogamente, può essere variato il rapporto tra materiale inorganico (corrispondente alla parte solubile del biomateriale 10 o al componente solubile 14) e materiale organico (corrispondente ai polimeri e/o ai monomeri presenti nella parte strutturale del biomateriale 10 o al componente 12 atto a formare una matrice strutturale 20) presenti nel biomateriale 10. Una maggior percentuale di materiale organico rispetto all’inorganico fa aumentare le proprietà meccaniche del biomateriale; una maggior percentuale di materiale inorganico rispetto all’organico fa aumentare la componente riassorbibile del biomateriale 10 e quindi la ricrescita ossea o la capacità di assorbimento e/o rilascio di liquidi o sostanze farmaceutiche o antisettiche.

Ad esempio, nell’osso mascellare non soggetto a carichi, il biomateriale 10 può presentare maggiori proprietà di assorbimento di liquidi rispetto alle proprietà meccaniche: invece, in un osso mascellare soggetto a carichi, vale a dire che deve sostenere l’impianti di perni e denti, sono maggiormente importanti le proprietà meccaniche del biomateriale 10.

Le macrocavità 18 fungono pertanto da “richiamo” di tessuto osseo osteoide, che le raggiunge, migrando attraverso le microcavità 16. Anche le microcavità 16 si riempiono di tessuto osteoide neoformato ma solo se esistono delle macrocavità 18: se tali macrocavità 18 sono assenti, il tessuto osteoide non entra nelle microcavità 16.

La presenza di microcavità 16 unitamente a macrocavità 18 intercomunicanti è pertanto un requisito essenziale per rendere il biomateriale secondo la presente invenzione dotato di proprietà osteoinduttive e osteoconduttive.

Tale biomateriale viene utilizzato, nell’uomo e/o negli animali, come materiale ricostruttivo per ossa alveolari atrofizzate o danneggiate, per l’inserimento in ossa mandibolari atrofiche o in lacune formate dalla perdita di denti, per cause traumatiche o in seguito a determinate patologie quali la parodontite o piorrea, eccetera.

Il biomateriale secondo la presente invenzione, infatti, stimola l’osteogenesi in modo che nuovo osso venga prodotto nelle zone ad esso limitrofe. Tale neoformazione continua fino alla completa invasione del biomateriale. In questo modo tale biomateriale rimane ancorato saldamente all’osso preesistente, è permanente in quanto la matrice strutturale 20 non viene degradata dai liquidi biologici, diventando parte strutturale dell’osso alveolare capace di farsi carico delle sollecitazioni meccaniche che interessano lo stesso, nonché dell’impianto di denti artificiali e/o impianti simili.

In una forma di realizzazione ulteriore, il biomateriale 10 sopra descritto può essere addizionato con materiali radiopachi, ad esempio il solfato di bario e/o altri materiali radiopachi noti.

Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione si presenta sotto forma di pasta fluida iniettabile o applicabile ad esempio tramite l’uso di una spatola, tramite le modalità standard attualmente utilizzate per i materiali noti.

Il fatto che il biomateriale possa essere presente in questa forma è conferito dalla capacità del componente 12 atto a costituire una matrice strutturale 20 di essere in forma fluida, e di solidificare dopo applicazione dello stesso in un tempo prestabilito, relativamente breve, di alcuni minuti, rispetto ai materiali noti.

Nella forma di pasta fluida, tale biomateriale 10 può pertanto essere inserito in una siringa di estrusione o in simili mezzi di estrusione.

La tabella 1 descrive una forma di realizzazione del biomateriale 10 secondo la presente invenzione e descrive le caratteristiche meccaniche di vari materiali a confronto.

Tabella 1

Temperatura

Resistenza Modulo di Resistenza Resistenza a transizione

Materiale a flessione elasticità a trazione compressione vetrosa Tg

(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (°C)

Osso

- 49-148 11-19 - 131-205 corticale

Osso

- - 9-32 - 2

spongioso

Ceramica

- 1-2 8 - 10-15 porosa

PMMA

poroso con

110 17 1,17 - 36

granuli di

TCP PMMA 110 70 3 50 100 Acciaio

- 280 200 515 -

316

Il biomateriale 10 secondo la presente invenzione comprende o può essere addizionato con almeno una sostanza farmaceutica o antisettica. Tale almeno una sostanza farmaceutica o antisettica può essere inizialmente presente nel componente 12 che forma la matrice strutturale 20 e/o nel componente solubile 14 e/o può essere successivamente introdotta nel biomateriale 10 tramite impregnazione, addizione, spruzzatura, eccetera. In tal modo, il biomateriale 10 secondo la presente invenzione può aiutare, ad esempio, a combattere l’infezione presente nell’osso alveolare o nei tessuti adiacenti al sito di impianto. Alternativamente, iniettando il biomateriale 10 in un dente in cui sta iniziando un’infezione o una patologia, è possibile iniziare a combattere la stessa senza la necessità di estrarre il dente stesso.

Tale almeno una sostanza farmaceutica o antisettica può comprendere, in una versione dell’invenzione, Argento. Questo metallo possiede proprietà antisettiche e pertanto rende il biomateriale 10 antisettico. Tale metallo può essere vantaggiosamente aggiunto in dosi efficaci tra 0,5% e 10%.

L’Argento può essere in forma di polvere o granuli, la cui granulometria è compresa tra 1 e 200 micron.

L'Argento può essere in forma metallica oppure salina come, ad esempio, l’Argento Nitrato. Altre forme sono analogamente adatte come, ad esempio, l'Argento Colloidale o Argento elettrolitico o simili composti contenenti Argento.

Un ulteriore vantaggio del biomateriale 10 secondo la presente invenzione è che, a differenza di quanto accado con i materiali noti comprendenti granuli, può essere iniettato anche tramite siringhe dotate di aghi sottili, in quanto la sua consistenza permette ciò.

In una ulteriore forma di realizzazione, il biomateriale 10 comprende almeno un antibiotico o è addizionato con almeno un antibiotico.

In una versione dell'invenzione, il biomateriale 10, vale a dire il componente 12 atto a formare una matrice strutturale 20 e/o il componente solubile 14, può comprendere un materiale addizionale avente almeno una delle seguenti morfologie o conformazioni: fibre, microfibre, nanofibre, tuboli, microtuboli, nanotuboli e/o nanotubi.

Le suddette morfologie possono essere piene o cave o una miscela di morfologie piene e cave.

Tale materiale addizionale conferisce, al biomateriale 10, un "rinforzo meccanico" e, quando si tratta di morfologie cave, ad esempio fibre cave e/o tuboli, esso agisce da guida per l'invasione tissutale.

Il materiale addizionale può essere di tipo solubile o insolubile (e quindi permanente).

Nel caso in cui il materiale addizionale sia di tipo insolubile, ad esempio fibre insolubili, esso si lega meccanicamente la matrice strutturale 20, conferendo una maggiore resistenza e rinforzo alla matrice strutturale 20 stessa, e di conseguenza, al biomateriale 10.

Nel caso in cui il materiale addizionale sia di tipo solubile, ad esempio sotto forma di fibre solubili, esso si scioglie e, sciogliendosi, lascia una cavità addizionale utile per guidare la crescita tissutale all'interno della cavità addizionale stessa e all'interno delle microcavità 16 e delle macrocavità 18 del biomateriale 10.

La cavità addizionale presenta una conformazione corrispondente a quella del materiale addizionale dal quale è stata formata, vale a dire a forma di fibra, microfibra, nanofibra o una conformazione tubolare corrispondente a quella del tubolo, microtubolo, nanotubolo o nanotubo, dal quale è stata formata.

Il materiale addizionale nelle suddette morfologie può comprendere polimeri insolubili e/o solubili, sintetici o naturali (animali, vegetali, marini o minerali), metalli, carbonio insolubile, carboidrati solubili (zuccheri complessi, ecc).

Inoltre, i minerali di calcio solubili e/o non solubili possono essere strutturati come nanotubi.

L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo.

Inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall’ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (22)

1. RIVENDICAZIONI 1. Biomateriale composito, biocompatibile, osteoinduttivo e/o osteoconduttivo, comprendente un componente (12) solidificabile, formante una matrice strutturale (20), e un componente solubile (14), in cui detto componente (12) solidificabile comprende uno o più materiali selezionati tra un componente polimerico, un componente metallico puro o in lega, un componente ceramico, un biovetro, un materiale plastico, un polimero acrilico, un cemento osseo, un cemento osseo realizzato in polimetilmetacrilato, un polimero termoplastico, una resina acrilica, polietilene, polipropilene, poliestere, un polimero termoformabile, una miscela degli stessi e/o materiali simili, per l’uso come materiale ricostruttivo di ossa alveolari atrofizzate o danneggiate o di lacune formate dalla perdita di denti, per cause traumatiche o in seguito a determinate patologie quali la parodontite o piorrea, eccetera.
2. 2. Biomateriale secondo la rivendicazione 1, in cui detto componente solubile (14) comprende un materiale inorganico bioceramico calcico, ad esempio tricalciofosfato e/o calciosolfato (CS) e/o calcio carbonato (CC), o un biovetro, o un materiale bioceramico o una miscela degli stessi e/o in cui detto componente solubile comprende altri sali inorganici dotati di solubilità e biocompatibilità, quali ad esempio il cloruro di sodio, il cloruro di potassio o sali di magnesio e alluminio, e/o in cui detto componente solubile comprende sostanze organiche solubili tipo polisaccaridi, come il lattosio, e/o tipo carboidrati, come gli amidi, o collagene o delle gelatine.
3. 3. Biomateriale secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto componente solubile (14) in forma di polvere ha una dimensione inferiore a 100 micron.
4. 4. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente solubile (14) in forma di granuli o altri agglomerati simili ha una dimensione compresa tra 200 e 500 micron.
5. 5. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale solubile (14) sciogliendosi determina la formazione di spazi vuoti che costituiscono una porosità.
6. 6. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale solubile (14) in forma di polvere sciogliendosi determina la formazione di spazi vuoti che costituiscono una porosità formata da microcavità di dimensioni inferiori a 100 micron.
7. 7. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto materiale solubile (14) in forma di granuli o altri agglomerati simili sciogliendosi determina la formazione di spazi vuoti che costituiscono una porosità formata da macrocavità di dimensioni superiori a 100 micron e/o di forma sostanzialmente sferoidale.
8. 8. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) comprende materiali radiopachi, ad esempio il solfato di bario e/o altri materiali radiopachi noti.
9. 9. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente (12) formante una matrice strutturale (20) è in forma fluida solidificabile in un breve tempo di solidificazione.
10. 10. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto tempo di solidificazione è compreso tra 2 e 60 minuti.
11. 11. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) comprendente detto componente (12) formante una matrice strutturale (20) in forma fluida, è iniettabile.
12. 12. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto componente (12) formante una matrice strutturale (20) è solidificabile e forma una matrice strutturale permanente (20).
13. 13. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta matrice strutturale permanente (20), una volta dissolto detto componente solubile (14), è porosa.
14. 14. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) comprende o è addizionato con almeno una sostanza farmaceutica o antisettica.
15. 15. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta almeno una sostanza farmaceutica o antisettica comprende Argento, in cui detto Argento è presente in forma di polvere o granuli, la cui granulometria è compresa tra 1 e 200 micron, e/o in cui detto Argento comprende almeno uno tra Argento metallico o un sale di Argento, o Argento Nitrato o Argento Colloidale o Argento elettrolitico o composti contenenti Argento.
16. 16. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto Argento è presente in una concentrazione compresa tra 0,5% e 10% sul totale di detto biomateriale.
17. 17. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) è autoportante.
18. 18. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) è intimamente connesso al tessuto osseo circostante.
19. 19. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) è un materiale promotore della crescita ossea sia all’interno del volume da esso occupato, sia nel tessuto osseo ad esso circostante, creando un addensamento osseo.
20. 20. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto biomateriale (10) e/o detto componente (12) atto a formare una matrice strutturale (20) e/o detto componente solubile (14) comprende un materiale addizionale avente almeno una delle seguenti morfologie o conformazioni: fibre, microfibre, nanofibre, tuboli, microtuboli, nanotuboli e/o nanotubi, in cui dette morfologie o conformazioni sono di tipo pieno o cavo o una miscela di morfologie piene e cave.
21. 21. Biomateriale secondo la rivendicazione precedente, in cui detto materiale addizionale è un rinforzo meccanico della matrice strutturale (20) e/o una guida per l'invasione tissutale del biomateriale (10) e/o in cui detto materiale addizionale è di tipo solubile o insolubile e/o in cui detto materiale addizionale solubile è atto a determinare, una volta sciolto, la formazione di almeno una cavità addizionale.
22. 22. Biomateriale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 20 o 21, in cui detto materiale addizionale comprende almeno uno tra polimeri insolubili e/o solubili, sintetici o naturali, di origine animale, vegetale, marina o minerale, metalli, carbonio insolubile, carboidrati solubili, zuccheri complessi, minerali di calcio solubili e/o non solubili, ecc.