ES2564458T3 - Elementos quirúrgicos maxilofaciales que tienen patrones superficiales microgeométricos ordenados - Google Patents

Abstract

Un sistema de implante dental que comprende un elemento de implante (40, 46, 100, 200) para inserción quirúrgica en un hueso maxilofacial y tejido de un paciente, dicho elemento de implante tiene una sección de collarín proximal (42, 50, 150, 250) y una sección semejante a anclaje distal (44, 52, 53, 244), dicho elemento de implante está configurado para recepción complementaria de un elemento de tope, y dicho elemento de implante está configurado de manera que con la recepción de un elemento de tope la región proximal más superior de dicha sección de collarín proximal topa en dicho elemento de tope, la totalidad de la superficie lateral de dicha sección de collarín proximal (42, 50, 150, 250) tiene un primer patrón de superficie repetitivo microgeométrico ordenado en una forma de una multiplicidad de lomas y surcos alternos, cada uno tiene una anchura establecida en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrómetros, y una profundidad establecida en un intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrómetros, por lo que dichos patrones repetitivos microgeométricos definen una guía para una promoción preferencial de la tasa, orientación y dirección del crecimiento de colonias de células de dicho tejido o hueso maxilofacial, que están en contacto con dichos patrones de superficie.

Description

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DESCRIPCION

Elementos quirurgicos maxilofaciales que tienen patrones superficiales microgeometricos ordenados Antecedentes de la descripcion Campo de la descripcion

La presente descripcion esta relacionada con la aportacion de patrones microgeometricos repetitivos ordenados a zonas de interfaz de hueso y tejido de implantes dentales, para efectuar mejor adhesion en el tejido blando y oseointegracion de un implante al hueso.

Tecnica Anterior

Numerosas publicaciones establecen que el crecimiento, migracion y orientacion de conexiones celulares, asf como smtesis de matriz extracelular y orientacion de la misma, son moderados por la forma de superficie de sustrato (es decir, microgeometna) asf como por la qmmica de superficie. Sin embargo, los hallazgos en dichas publicaciones no abordan que efecto tendnan diferentes microgeometnas y dimension de sustrato en diversos parametros de crecimiento y migracion de colonias celulares en lugar de la morfologfa de celulas individuales. Asf, mientras la tecnica anterior establece que la microgeometna de superficie de los sustratos influye en la orientacion celular, no describe ni sugiere que efecto tendna diferente microgeometna de superficie como implantes en la tasa o la direccion del crecimiento de colonias celulares de diferentes celulas de tejido blando o hueso que rodea o topa dicho sustrato.

La interaccion de microgeometna de superficie entre superficies de tejido blando o hueso y de implante se ha demostrado en implantes ortopedicos ceramicos o metalicos. Esta interaccion indica que superficies de implante lisas promueven la formacion de encapsulacion de tejido de fibrosis grueso y que superficies de implante rugosas promueven la formacion de encapsulacion de tejido blando mas delgada e integracion osea mas cercana. Superficies de implante de titanio y aleacion de titanio lisas y porosas han mostrado tener efectos diferentes en la orientacion del tejido fibroso o celulas oseas in vitro. Ademas, la rugosidad de superficie ha demostrado ser un factor en integracion de tejido o hueso en implantes que tienen superficies de hidroxiapatita y alterar la dinamica de la conexion y crecimiento celulares en implantes de polfmero cuyas superficies se han hecho rugosas mediante gravado hidrolttico.

A partir del examen de caractensticas de crecimiento in vitro de celulas cultivadas en superficies planas se han desarrollado las siguientes caractensticas "conductuales" celulares:

1. crecimiento dependiente de la conexion: la dependencia de la conexion de sustrato o celula diploide para el crecimiento normal;

2. inhibicion dependiente de la densidad: la tendencia de dichas celulas a ralentizar o detener el crecimiento una vez que se ha formado una monocapa confluente;

3. funcion de exploracion de sustrato: la capacidad de algunos tipos de celulas para migrar sobre una superficie en busqueda de areas aceptables para conexion y crecimiento; y

4. guiado de contacto: la capacidad de algunos tipos de celulas para migrar y orientarse a lo largo de estructuras ffsicas. J. L. Ricci, et al., Trans. Soc. Biomat. 17.253 (1991); J. L. Ricci, et al., Tissue-Inducing Biomaterials. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 252,221-229 (1992); J. Ricci, et al., Bull. Hosp. Joint. Dis. Orthop. Inst, supra: J. L. Ricci, et al, J. Biomed Mater Res. 25(5), supra.; D.M. Brunette, et al, J. Dent. Res., 11-26 (1986); P. Clark, et al. Development. 108,635-644 (1990).

La caractenstica conductual de grna de contacto celular se ha demostrado in vitro en una variedad de superficies tales como titanio ranurado, polfmero de epoxi ranurado y materiales de matriz de colageno de diferentes texturas y orientaciones. Tambien se ha mostrado que las superficies de polfmero y metal mecanizadas con surcos provocan orientacion de matriz extracelular y celular in vivo y estimulan o impiden el crecimiento hacia abajo epitelial en implantes dentales experimentales. B. Cheroudi, et al. J Biomat. Mater. Res. 24. 1067-1085 (1990) y 22. 459-473 (1988); G. A. Dunn, et al supra; J. Overton, supra; S. L. Shor. supra; R. Sarber, et al, supra.

Se ha mostrado que sustratos que contienen surcos de configuraciones y tamanos diferentes tienen efectos orientadores en los fibroblastos y se ha mostrado que sustratos que contienen surcos de profundidad variable tienen diferentes grados de efecto en la orientacion de celulas individuales estableciendo que superficies con surcos pueden modular la orientacion celular in vitro y pueden provocar crecimiento tisular y celular orientado in vivo. Por ejemplo, se ha mostrado que el tejido fibroso forma interdigitaciones con surcos relativamente grandes en el intervalo de aproximadamente 140 pm y puede tener como resultado una barrera eficaz contra el crecimiento hacia abajo de tejido blando perpendicular a los surcos. Tambien se ha mostrado que surcos mas pequenos del orden de aproximadamente 3-22 pm son mas eficaces en el guiado por contacto de celulas individuales. D.M. Brunette, et al.

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Development, supra; P. Clark et al, supra. Los hallazgos en estas publicaciones no abordan que efectos tendnan diferentes microgeometnas y tamanos de sustrato en diversos parametros de crecimiento y migracion de colonias celulares en lugar de la morfologfa de celulas individuales. Esto es, estas publicaciones no describen ni sugieren que efecto tendna diferente microgeometna de superficie de implantes en la tasa o en la direccion del crecimiento de colonias celulares de diferentes celulas y diferentes tejidos que rodeen un implante. Ademas, estas publicaciones no describen ni consideran el sustrato con textura o microgeometna cruda mas eficaces para controlar el crecimiento de colonias celulares.

Los metodos actuales utilizados para dar textura a las superficies de elementos de implantes dentales emplean tipicamente tecnicas de arenado con alumina, cuentas de vidrio o arena y tecnicas de gravado con acido, de la superficie de implante. En tecnicas de arenado con alumina, cuentas de vidrio o arena, generalmente se utiliza aire comprimido para impulsar un medio de rafaga sobre la superficie de implante a una velocidad alta para deformar y, en algunos casos, eliminar partes de la superficie de implante. La textura de superficie obtenida depende del tamano, forma y dureza del material de implante y de la velocidad con la que se impulsa el medio de rafaga sobre la superficie de implante. Las superficies mas comunes producidas por rafagas de arena o cuentas de vidrio son mates o satinadas, mientras que las rafagas con alumina producen una superficie rugosa aleatoria.

En tecnicas de gravado con acido, se coloca un patron o mascara sobre la superficie del implante que no se desea dar textura. Las partes expuestas son tratadas tipicamente con un acido que corroe la superficie expuesta del implante con lo que la superficie tratada con acido se lava o neutraliza con un disolvente apropiado y se retira el patron o mascara.

Ilustrativo de la tecnica de rafagas con arena o cuentas de vidrio es el metodo descrito en la patente de EE.UU. n° 5.057.208 de H. R. Sherry, et al., en donde la superficie de implante es arenada con tiro metalico seguido por rafagas de cuentas de vidrio y luengo electropulido.

Ilustrativo de una tecnica de gravado con acido es el metodo descrito en la patente de EE.UU. n° 4.778.469 de R. Y. Lin, et al., en donde se utiliza un ocupante de espacio soluble en acido (p. ej., aluminio o cinc). El ocupante de espacio contiene el patron que se va a transferir a la superficie de implante y se coloca sobre la parte deseada de la superficie de implante a la que se va a dar textura. El ocupante de espacio se presiona en la superficie de implante y luego se retira tratandolo con acido.

Se ha encontrado que estas tecnicas de arenado tfpicas dejan restos de los materiales de procesamiento incrustados en la superficie de implante como contaminantes. Estos restos tambien se han encontrado en tejido blando aislado de las areas adyacentes en reemplazos de cadera totales de encaje a presion que han fallado, lo que indica que los restos se liberaron de la superficie de los implantes. Estos problemas de restos contaminantes residuales han sido vencidos por el uso de sistemas laser que producen sustratos microgeometricos con textura sin introducir contaminantes de partfculas incrustadas. Veanse, por ejemplo, las patentes de EE.UU. n° 5.645.740 y 5.607.607 de Naiman y Lamson. La presente descripcion refina y extiende la ensenanza de las mismas con particular referencia a implantes dentales. La tecnica anterior tambien se caracteriza por implantes pensados para uso en tejido blando, tales como la patente de EE.UU. n° 5.011.494 de Von Recum, et al., y su familia de patentes relacionadas. En las mismas, se proporcionan superficies texturadas de implantes con una variedad de configuraciones geometricas que comprenden una pluralidad de salientes y rebajes formados en un cuerpo tridimensional. En las mismas se especifica que las distancias y dimension medias de puente, anchura y diametral juegan un papel para optimizar el anclaje celular en superficies de implante. Sin embargo, la ensenanza de Von Recum no es aplicable a tejido organico semejante a hueso duro, como existe en un ambiente de implante dental.

Otra referencia que emplea rugosidad aleatoria de un implante es la patente de EE.UU. n° 5.571.017 (1996) de Niznick que, que a pesar de abordar el area de implantes dentales, no emplea un patron de superficie microgeometrico repetitivo preestablecido u ordenado. Similarmente, la patente de Ee.UU. n° 4.320.891 (1982) de Branemark emplea una superficie micropunteada aleatoriamente para crear poros en el intervalo de 10 a 1000 nanometros (un micrometro). Vease la figura 36. Ademas, Branemarks indica que los resultados optimos en su sistema se obtienen con diametros de poro iguales o menores a aproximadamente 300 nanometros. En el mismo, aunque Branemark indica que sus superficies de implante pueden asumir un patron de surcos, corrugados o canales, dichas geometnas no estan ordenadas ni son repetitivas, y es evidente que el intervalo de enfoque del mismo esta en el intervalo de 0,3 a 1 micrometro en terminos de diametros o anchura de dichas estructuras. Ademas, basado en las dimensiones de superficie mucho mas pequenas con las que trata Brenemark, esta claro que el enfoque de Brenemark es el de crecimiento de celulas individuales, esto en lugar de la promocion de tasa, orientacion y direccion de colonias enteras de celulas, es decir, el objeto de la presente descripcion.

La patente de EE.UU. n° 4.752.294 (1988) de Lundgren se refiere a canales y aberturas de crecimiento entrante de tejido que tienen una dimension de aproximadamente 30 micrometros. Por consiguiente, la dimension de interes para Lungren supera mucho la dimension maxima (25 micrometros) que concierne a la presente descripcion. Ademas, la ensenanza de Lundgrin es fundamentalmente la de una grna o elemento, de caracter substancialmente

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tridimensional, para facilitar regeneracion tisular dirigida. La presente descripcion esta relacionada unicamente con texturas de superficie y no aborda la regeneracion de tejido.

La patente de EE.UU. n° 4.553.272 (1985) de Mears esta relacionada, como la de Van Recum anterior, con el desarrollo de implantes porosos que tienen tamanos de poro en el intervalo de 25 a 400 micrometros, esto es, un intervalo mmimo que supera mucho el intervalo maximo aplicable a los patrones de superficie repetitivos microgeometricos ordenados ensenados en esta memoria. Ademas, en vista de la dimension grande de los canales ensenados por Mears, no existe ni se sugiere relacion entre tamano de celula, tamano de estructura y control celular resultante de los mismos.

La patente de EE.UU. n° 5.004.475 (1991) de Vermeire esta relacionada con una protesis de cadera que tiene canales o surcos que, similarmente a Mears, estan pensados para promover el crecimiento entrante de tejido pero que no tienen correlacion entre microgeometna de superficie, tamano de celula y crecimiento de celulas. Vermeire ademas no ensena ninguna estructura ni dimension preferidas para los canales o surcos de la misma.

Patentes tales como la patente de EE.UU. n° 5.094.618 (1992) de Sullivan y 5.316.478 (1994) de Chalifoux ensenan el uso de poste dental roscado para uso endodontico en asociacion con restauracion dental y fijacion mejorada entre la restauracion y una parte de diente superviviente. Dichas referencias emplean salientes substancialmente aleatorios de una dimension mucho mayor que la contemplada por la presente descripcion, sin embargo, difieren principalmente de la presente descripcion por la falta de ensenanza de patrones de superficie repetitivos y ordenados dentro del intervalo aplicable con el fin de obtener caractensticas ventajosas del crecimiento de colonias de celulas en la interfaz entre un hueso maxilofacial y/o tejido y un implante dental y/o elemento de tope.

De ese modo, toda la tecnica anterior del registro aborda el asunto de adhesion osea a un implante ya sea a nivel de crecimiento entrante de tejido que conlleva una dimension muy por encima de la presentada en esta memoria o esta relacionada con el control del crecimiento u orientacion de celulas individuales, en lugar de colonias de celulas, que en resultado requiere el empleo de caractensticas de dimensiones de superficie substancialmente mas pequenas que las empleadas por los inventores dentro de las mismas.

Compendio de la descripcion

La invencion se define en las reivindicaciones.

Por consiguiente un objeto de la descripcion es proporcionar superficies microgeometricas que alteren el comportamiento de crecimiento de colonias de celulas conectadas a las mismas.

Otro objeto es proporcionar superficies microgeometricas del tipo anterior que tengan configuraciones en seccion transversal, que sean preferenciales para tipos particulares de celulas o tejidos.

Un objeto adicional es proporcionar sustrato de implante microgeometrico para controlar conexion celular, crecimiento con orientacion, migracion y funcion tisular in vivo y tenga en el mismo dimensiones preferenciales para la prevencion de crecimiento celular en un primer eje y para inducir el crecimiento a lo largo de un segundo eje.

Un objeto adicional es proporcionar configuraciones texturadas microgeometricas repetitivas a implantes aplicables en una variedad de aplicaciones medicas.

Los objetos y ventajas anteriores e incluso otros se haran evidentes a partir de la breve descripcion de los dibujos, la descripcion detallada de la descripcion presentadas mas adelante en esta memoria, y las reivindicaciones adjuntas a esta memoria.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista esquematica en planta en un eje xy y con 750 aumentos, que muestra patrones de superficie microgeometricos ordenados que tienen lomas y surcos paralelos, cada uno de aproximadamente igual anchura, segun la presente descripcion.

La figura 2 es una vista, similar a la de la figura 1, sin embargo en la que anchura sucesiva en eje y de dichas lomas

y surcos vana con la direccion en eje y del patron de superficie de la misma.

La figura 3 es una vista en planta esquematica de un patron de superficie microgeometrico ordenado que define una

matriz biaxial x-y de rebajes y salientes alternos a lo largo de cada eje.

La figura 4 es una vista en planta, similar a la de la figura 3, que muestra sin embargo un patron en el que todos rebajes y salientes del mismo son colineales entre sr

La figura 5 es una vista en planta, similar a la de la figura 4, en la que todas lomas son de seccion transversal x-y circular.

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La figura 6 es una vista, similar a las figuras 3 a 5, en la que los surcos del patron definen una rejilla xy como patron de superfine de la misma.

Las figuras 7 a 14 son vistas en seccion transversal en plano yz de los patrones de las figuras 1 a 6 que muestran variaciones en la geometna en plano yz, esto es, relacion de surcos y lomas que son aplicables a uno o mas patrones en plano xy mostrados en las figuras 1 a 6.

Las figuras 15 a 19 muestran patrones adicionales de superficie en plano xy que, respectivamente, comprenden patrones radiados, concentricos, circulares, abanico, radiados con concentricos y radiados con polares cruzados.

La figura 20 es una vista en alzado de un implante dental cilmdrico en el que todas superficies implantables del mismo estan provistas de mismo patron microgeometrico longitudinal lineal.

La figura 21 es una vista ampliada de lado superior de un implante de rosca trapezoidal en el que la parte de anclaje del mismo no ha sido provista de un patron de superficie mientras que la parte proximal o de collarm del mismo ha sido provista de un primer patron para la finalidad de interfaz osea y un segundo patron encima del primer patron para fines de conexion de tejido blando.

La figura 22 es una vista en corte de tejido que muestra la implantacion de un implante de rosca trapezoidal en hueso en el que el anclaje de implante y la parte inferior del collarm del mismo han sido provistos de una superficie de adhesion de hueso mientras una parte superior del collarm proximal ha sido provista de una superficie de adhesion de tejido blando.

La figura 25 es una vista ampliada que muestra interfaces de adhesion de hueso y tejido utilizando la estructura de la figura 22.

La figura 24 es una vista en corte de tejido que muestra implantacion de un implante en hueso que incluye un tope, en el que toda la superficie de tope e implante ha sido provista de interfaces de adhesion de hueso y tejido, respectivamente.

La figura 25 es una vista esquematica que muestra el uso de un implante maxilofacial alargado para soportar el hueso maxilar con respecto al complejo de seno.

La figura 26 es una vista ampliada de un implante dental de rosca trapezoidal, del tipo de la figura 22, que ha sido provisto de la superficie microgeometrica ordenada inventiva en el collarm.

La figura 27 es una ampliacion (con 170 aumentos) de la parte de collarm de la figura 26, que muestra un patron de surcos y lomas continuos, como se representa en la figura 1.

La figura 28 es una micrograffa electronica que muestra el uso de lomas y surcos discontinuos en eje x, en ambos ejes x e y, correspondiente en los mismos al patron de la figura 3.

La figura 29 es una micrograffa electronica, sin embargo, con 1700 aumentos, de las vistas de las figuras 28 o 31 a continuacion.

La figura 30 es una micrograffa electronica del patron de superficie sobre el collarm de un implante similar al mostrado en la figura 26 en el que los surcos del mismo con continuos, en lugar de los segmentos de loma y surcos discontinuos en eje x de la figura 28.

La figura 31 es una ampliacion de micrograffa electronica con potencia 600 del collarm del implante mostrado en la figura 26. Esta se fotografio con un angulo para mostrar la altura de loma y la profundidad de surco.

La figura 32 es una micrograffa de un patron de superficie microgeometrico de la tecnica anterior que muestra la aleatoriedad de dicho patron.

Descripcion detallada de la divulgacion

Estructura osea

Tejido oseo es el tejido de soporte ngido que constituye el componente principal de casi todas estructuras esqueleticas de los vertebrados adultos. Existe en forma densa o esponjosa, conocidos respectivamente como hueso compacto y esponjoso. El tamano ffpico de celula osea es del orden de aproximadamente 10000 nm, esto es 10 micrometros.

El tejido oseo consiste en una mezcla qrnmica de sales inorganicas (65 a 70 por ciento) y diversas sustancias organicas (30 a 35 por ciento) y es tanto duro como elastico. Su dureza se deriva de constituyentes inorganicos, principalmente fosfato calcico y carbonato calcico, con pequenas cantidades de fluoruros, sulfatos y cloruros; su

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elasticidad se deriva de sustancias organicas tales como colageno, material celular elastico, y grasas. Estructuras tubulares internas llamadas canales haversianos contienen tejidos nerviosos y vasos sangumeos que proporcionan nutrientes organicos a los huesos. Rodeando estos canales hay algo de tejido poroso compuesto de placas delgadas, conocidas como laminillas anulares, y que contiene usualmente cavidades rellenas de una red de tejido conjuntivo llamado medula osea o tejido mieloide. La medula osea supone del 2 al 5 por ciento del peso corporal de una persona y consiste en tejido de dos tipos. La medula osea amarilla esta compuesta principalmente de grasa, y la medula osea roja es tejido en el que se originan los globulos blancos y rojos y las plaquetas sangumeas. Las partes externas de los huesos, encerrando todos los componentes mencionados anteriormente, incluyen lo mas compacto y duro de todo el tejido oseo, que a su vez generalmente esta enfundado por una membrana fibrosa vascular conocida como el periostio.

Microtextura de superficie

Con respecto al hueso y al tejido blando adherido al mismo, se ha encontrado que la tasa y direccion de crecimiento de colonias celulares y el crecimiento de diferentes tipos de celulas que rodean un implante quirurgico o dental se pueden controlar y efectuar utilizando los implantes de esta descripcion. En general, dichos implantes comprenden una pluralidad de zonas separadas de superficie texturada, cada zona contiene un patron o diseno microgeometrico repetitivo diferente que se representa y expone al tipo de celula particular para el desarrollo de su crecimiento de colonia unico. Estas superficies de diseno texturado microgeometrico repetitivo diferente estan pensadas para:

(a) promover la tasa y orientar la direccion del crecimiento oseo, y disuadir el crecimiento de tejido blando para lograr una fijacion segura de la superficie de implante al tejido oseo;

(b) promover la tasa y orientar la direccion del crecimiento de tejido blando mientras se disuade el crecimiento de tejido oseo para lograr integracion de tejido blando con la superficie de implante; y/o

(c) crear una barrera que disuada el crecimiento de tejido blando, particularmente tejido fibroso blando, y de ese modo impedir la migracion del crecimiento de tejido blando en superficies de conexion de tejido oseo del implante.

Los implantes de la descripcion se pueden proporcionar a partir de materiales adecuados y aceptables que estan comercialmente disponibles, tales como aleaciones de cromo y cobalto de fundicion o forjado, diversos grados de titanio comercial, aleaciones de titanio, aleaciones de acero inoxidable, resinas termoplasticas tales como polietiletercetona, polifenieno sulfuro, ceramicas, alumina, asf como combinaciones de los mismos.

Ejemplo de superficie mejorada de crecimiento oseo para dirigir la conduccion de tejido oseo

Se ha mostrado que una superficie que consiste en surcos y lomas de 12 p aumenta la relacion de crecimiento de colonias celulares de RBM (medula osea en ratas) a RTF (fibroblasto de tendones de ratas) para estimular el crecimiento celular oseo sobre el crecimiento tisular fibroso. Ademas, esta superficie provoco migracion direccional espedfica de celulas oseas a una tasa aproximadamente el doble que las celulas en una superficie plana. Esta superficie se puede utilizar para mejorar crecimiento de hueso frente a tejido blando asf como para dirigir el crecimiento oseo a regiones de una superficie de implante en las que se necesite fijacion osea.

Superficies de ejemplo para estimulacion de crecimiento de tejido fibroso

Dado que el tejido fibroso y las celulas oseas generalmente "compiten" por areas de superficie, la relacion de aumento de area de hueso a colonia de tejido blando, en una superficie dada, es un parametro importante en la seleccion de superficie. La relacion indica la estimulacion o inhibicion relativas de crecimiento celular en estas superficies. Teoricamente, esta relacion sena significativa para proporcionar ventaja para el crecimiento de uno u otro tipo de celula en una superficie, favoreciendo las relaciones altas al crecimiento celular oseo y favoreciendo las relaciones bajas al crecimiento de tejido fibroso. Sobre la base de estas relaciones, un entrante o surco de 2 micrometros proporciono un 32,8% de disminucion en crecimiento de hueso/tejido blando, proporcionando una ventaja significativa en crecimiento de tejido celular blando. La superficie se podna utilizar para aumentar el crecimiento celular de tejido fibroso; tambien se puede utilizar para orientar significativamente el crecimiento de estas celulas. Una superficie de entrante o surco de 4 micrometros proporciono una relacion similar, pero basada en menores tasas de crecimiento globales. Por lo tanto, si se necesita un crecimiento celular fibroso no orientado, una superficie de control plana proporciona una ventaja inherente para las celulas de tejido RTF con una relacion de crecimiento celular de hueso a tejido blando de aproximadamente 0,6. Este efecto ha sido observado in vivo cuando superficies lisas han mostrado favorecer la formacion de capsula de tejido fibroso grueso en comparacion con superficies texturadas de la misma composicion, que muestran menos formacion de capsula fibrosa y osteointegracion mas extensiva.

Ejemplo de superficies para estimulacion de crecimiento de tejido oseo

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La superficie que tiene la mayor relacion de crecimiento celular de hueso a tejido blando es el sustrato de entrantes o surcos de 12 - p. La base de la relacion es el hecho de que esta superficie inhibe el crecimiento de colonias de tejido blando en un 53,1 % relativo a controles. Esto es cercano a la supresion maxima de crecimiento celular de tejido blando visto en dicha microgeometna. La misma superficie, sin embargo, no suprime al maximo el crecimiento celular oseo (46,3% de supresion relativa a controles). La supresion diferencial da como resultado un 14,4% de aumento en crecimiento de hueso/tejido blando relativo a la relacion de control. Cuando hay presentes ambos tipos de celulas y compiten por el crecimiento, esto proporciona una ventaja significativa para el crecimiento de colonia osea. Las celulas oseas crecidas en esta superficie tambien exhiben en gran medida crecimiento direccional mejorado en el eje x. Una superficie in vivo de este tipo favorece el crecimiento de hueso sobre el tejido blando y se puede utilizar para conducir el crecimiento oseo direccional.

Se estudiaron ademas los sustratos texturados para determinar los sustratos preferibles y sus estructuras para control del crecimiento celular. El estudio se realizo para determinar el efecto de un intervalo de surcos en el control del crecimiento celular.

Orientacion y migracion celulares

Se observo que las superficies experimentales provocaron conexion y migracion celulares orientadas, teniendo como resultado crecimiento de colonia alargado, que fue acelerado en la direccion x (paralela al eje de la microgeometna de superficie) e inhibido en la direccion y (perpendicular al eje de la microgeometna de superficie). A nivel de celula individual, las celulas paredan estar "canalizadas" en la direccion x, en comparacion con el cultivo de control en el que las celulas resultantes se mueven aleatoriamente en superficies planas. La "canalizacion" mas eficiente se observo en las superficies de 6 pm y 8 pm. En estas superficies, se observo que ambos tipos de celulas duras y blandas se conectaban y orientaban dentro de los surcos. Esto tuvo como resultado un crecimiento mejorado en eje x y casi sin crecimiento en eje y para ambos tipos de celulas en estas superficies.

En microgeometnas mas pequenas, se observo un efecto diferente. Ambas celulas RBM y RTF puentearon las superficies en los surcos de 2 pm, teniendo como resultado celulas con diferentes morfologfas que las de superficies de 6, 8 y 12 pm. Estas celulas eran anchas y aplanadas y no estaban bien orientadas. En los surcos de 4 pm, la medula osea de rata y las celulas RTF mostraron morfologfas mixtas, con la mayona de celulas alineadas y alargadas pero no totalmente conectadas dentro de los surcos. Esto tuvo como resultado un crecimiento apreciable en eje x de las celulas de medula osea en las superficies de 2 pm y de las celulas RTF en las superficies de 2 y 4 pm. En el otro extremo del intervalo de tamano, tambien se observo crecimiento limitado en eje y cuando estos tipos de celulas credan en las superficies de 12 pm. Esto puede ser el resultado de la orientacion celular y "reordenacion" celular que tienen como resultado un crecimiento limitado en eje y.

Los resultados de los efectos observados de estas superficies en el crecimiento de colonias celulares general de medula osea y RTF fueron pronunciados. Todos los sustratos experimentales provocaron aumentos variables pero significativos en el crecimiento en eje x en comparacion con el aumento de diametro de los controles e inhibicion variable pero pronunciada del crecimiento en eje y.

De manera importante, la supresion del crecimiento celular fue diferente entre tipos de celulas. Esto ofrece la oportunidad de proporcionar diferenciadamente una ventaja de crecimiento a un tipo de celula sobre el otro.

Con referencia a los medios por los que los principios presentados anteriormente y los datos experimentales pueden reducirse a la practica, se ha encontrado que un sistema de implante dental que incluye al menos un elemento de implante y, en una aplicacion dada, un elemento de tope, puede recibir un tratamiento superficial selectivo de la manera ilustrada en las figuras 1 a 6 que muestran una variedad de patrones que pueden comprender patrones de superficie repetitivos microgeometricos ordenados, y que se puede aplicar a materiales que incluyen titanio, acero inoxidable, plastico, ceramica, vidrio biocompatible y combinaciones de los mismos, dichos materiales se pueden revestir con revestimientos que incluyen hidroxiapatita, rugosidad por RBM, titanio, pulverizacion con plasma, sulfato de calcio, vidrio biocompatible, colageno, componentes de factor de crecimiento y combinaciones de los mismos. Mas particularmente, con referencia a la figura 1, los patrones repetitivos microgeometricos ordenados del asunto pueden adoptar la forma de una multiplicidad de surcos 10 y lomas 12 alternos, en los que cada loma y surco respectivo expone una anchura entre aproximadamente 6,0 y aproximadamente 25 micrometres y una profundidad en un intervalo entre aproximadamente 2 y aproximadamente 25 micrometros. En la realizacion de la figura 1, un patron repetitivo infinito de lomas y surcos lineales coplanarios que tienen anchura substancialmente igual define una superficie microtexturada de un implante o sustrato como se contempla en la presente descripcion.

En la realizacion de la figura 2 se muestra una superficie en la que lomas 14 y surcos 16 alternos aumentan de anchura en el eje y con referencia a un eje transversal relativo al eje de dichas lomas y surcos. Por consiguiente, con referencia a tipos de tejidos con los que existe una transicion de tipo de tejido o gradiente de densidad de tejido, se puede emplear una superficie texturada del tipo de la figura 2.

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En la figura 3, se muestra un patron de superficie en el que lomas 18 adoptan la forma de salientes mientras surcos 20 adoptan la forma de rebajes para definir de ese modo una configuracion de tablero de ajedrez. En el mismo dichas lomas y surcos se alternan con referencia a ambos ejes x e y de una superficie dada.

La realizacion de la figura 4 difiere de la de la figura 3 en que las lomas 22 de la misma forman un patron lineal biaxial. Similarmente, los surcos 24 de la realizacion de la figura 4 definen una matriz x-y formada de rebajes que pueden asumir varias geometnas.

En la figura 5 se muestra una realizacion de la descripcion en la que depresiones circulares 26 definen surcos o depresiones mientras las areas entre las mismas, es decir los espacios 28, definen lomas o salientes. Puede apreciarse a partir de lo mismo que la terminologfa "lomas y surcos alternos", tal como se emplea en esta memoria, abarca una variedad de patrones geometricos microtexturados en los que las lomas y surcos de los mismos mientras se alternan entre sf pueden por sf mismos comprender cualquiera de una variedad de geometnas incluyendo canales, rectangulos, paralelogramos, cuadrados, drculos y ovalos.

Con referencia a la figura 6, se muestra una disposicion semejante a una rejilla en la que surcos 30 definen una matriz xy que se grava en una superficie 32 de manera que la superficie 32, vista con relacion a los surcos gravados 30, comprende lomas.

De la realizacion de las figuras 1a 6 se puede apreciar que la anchura (o diametro) de un surco dado no tiene por que corresponder a la de su respectiva loma, siempre que dichas anchuras se encuentren dentro del intervalo mencionado anteriormente de aproximadamente 2 a 25 micrometros con una profundidad en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrometros. De ese modo, mediante experimentacion intensiva, como se ha presentado anteriormente, se ha determinado que un patron repetitivo microgeometrico dentro del alcance de la presente descripcion puede definir una grna para promocion preferencial de la tasa, orientacion y direccionalidad del crecimiento de colonias de celulas de hueso maxilofacial o tejido sin el requisito de que la anchura de una loma sea igual a la de un surco en el que esta, esencialmente, el surco de la superficie microtexturada que define la grna para la promocion preferencial del crecimiento de colonias de celulas. En la mayona de aplicaciones, es deseable maximizar la densidad de surcos sobre una superficie dada para obtener de ese modo el efecto de crecimiento celular deseado; sin embargo, diferentes ambientes clmicos dictaran el uso de diferentes patrones de superficie y densidad si la distribucion de surcos.

Con referencia a las vistas de las figuras 7 a 14, se muestran secciones transversales esquematicas que se pueden emplear en asociacion con las configuraciones texturadas microgeometricas descritas anteriormente con referencia a las figuras 1a 6. En otras palabras, las visas de las figuras 7 a 14 ilustran la gama de geometnas que se pueden definir dentro del plano yz de los patrones de superficie. Como resultado, las figuras 7 a 9 muestran variaciones de anchura de loma a, altura de loma y surco b, y anchura de surco c. Tfpicamente, la altura de loma sera igual a la profundidad de surco. El parametro d es la suma de anchura de loma y surco.

El lado derecho de la figura 7 indica que las superficies en eje y no necesitan ser lineales.

Las figuras 10 y 11 muestran que las paredes de las lomas y/o surcos pueden estar inclinadas en yz ya sea hacia dentro o hacia fuera con respecto al eje z. Las figuras 12 y 13 muestran que la transicion desde una superficie de loma en eje y a una superficie de surco no tiene por que ser brusca, sino que puede ser curvada. En la figura 14 se muestra una vista en seccion transversal de un patron en el que todas las superficies yz son sinusoidales. En dicha realizacion, se maximiza el potencial de "puenteo" entre lmeas de crecimiento de colonias celulares dado que no hay presente una delineacion brusca entre lomas y surcos.

En las figuras 15 a 19 se muestran patrones de superficie xy adicionales que son programables mediante el uso de procesos seleccionados del grupo de procesos que consiste en gravado con laser, gravado con acido, gravado mecanico y fotolitograffa. Mas particularmente, la figura 15 comprende un patron radiado. La figura 16 un patron circular concentrico, la figura 17 un patron de abanico radiado, la figura 18 un patron radiado/concentrico, y la figura 19 un patron radiado con un patron polar cruzado. A partir de los mismos, se apreciara que un patron de superficie repetitivo microgeometrico ordenado puede, dentro del alcance de la descripcion, asumir una gran variedad de patrones lineales unidireccionales, lineales biaxiales, radiales, radiales y polares, no lineales, y lineales o polares diferenciales.

Con referencia a la figura 20, se muestra un elemento de implante cilmdrico simple 40 del presente sistema de implante dental en el que tanto una seccion de plataforma 42 como una seccion de anclaje 44 de la misma estan provistas de un patron de superficie repetitivo lineal unidireccional del tipo de la figura 1 anterior tomada en combinacion con cualquiera de las geometnas de seccion transversal de las figuras 7 a 14 anteriores. En la misma, una multiplicidad de lomas y surcos alternos se aplica a la superficie lateral entera del implante 40 a lo largo de un eje que es coaxial con el eje de insercion quirurgica del implante en un tejido o hueso maxilofacial.

En la figura 21 se muestra una parte superior de un implante de rosca trapezoidal 46 que ha sido insertado quirurgicamente en hueso 48. Sin embargo, en la realizacion de la figura 21, la seccion de anclaje no ha sido

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

microtexturada mientras que la seccion de plataforma 50 de la misma ha sido provista de un primer patron de superficie repetitivo microgeometrico ordenado hasta una seccion distal 52 de la misma mientras una parte proximal 54 ha sido provista de un segundo patron geometrico ordenado mas adecuado para la finalidad de interfaz o adhesion de tejido (en lugar de hueso). Dicho segundo patron ordenado exhibe una anchura de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrometros y una profundidad en un intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrometros en el que se ha determinado que el tejido, tal como tejido gingival es mas susceptible de promocion preferencial de tasa, orientacion y direccionalidad del crecimiento de colonias de celulas si la anchura de los surcos es algo mas pequena que la tratada anteriormente con referencia a interfaz y adhesion de hueso.

Con referencia a la figura 22, se muestra un implante de rosca trapezoidal adicional 100 que ha sido insertado quirurgicamente dentro de hueso 48. Sin embargo, en la realizacion de la figura 22, la superficie lateral entera del anclaje del implante de rosca trapezoidal se ha provisto con la misma primera superficie repetitiva ordenada 52 descrita anteriormente con referencia a la figura 21. Ademas, la region proximal 154 se ha provisto de una superficie mas adecuada para interfaz de adhesion de tejido, es decir, dicho segundo patron ordenado, mientras que la region inferior 152 se ha provisto del mismo patron que la superficie de anclaje 53. En la cima de cada uno de los implantes de las figuras 24 a 26 se muestra una superficie de agarre 60 utilizada para fines de insercion quirurgica y para recepcion complementaria de un elemento de tope de un sistema de implante dental.

La figura 23 comprende una vista ampliada de una de interfaz de adhesion osea 162 que existe entre el hueso 48 y el primer repetitivo microgeometrico ordenado del anclaje 53 del implante 100. Tambien se muestra en la misma regiones inferior y superior 152 y 154 de la seccion de plataforma 150 del implante asf como una interfaz 165 de dicha region superior 154 con tejido gingival 164. Se muestran ademas interfaces de adhesion 163 entre hueso 48 y la region inferior 152 de la plataforma 150. A partir de la misma se puede apreciar el efecto de los patrones de superficie repetitivos microgeometricos inventivos en la formacion de interfaces de adhesion de hueso y tejido, esto es, el efecto del cual es fortalecer hueso y tejido en las regiones que rodean inmediatamente un elemento de implante dental.

Patrones microgeometricos de este tipo se pueden formar mediante diversos metodos, incluyendo, sin limitacion, gravado con laser, gravado con acido, gravado mecanico y fotolitograffa.

Lo anterior se puede apreciar mas completamente con referencia a la vista de la figura 24, que es similar a las vistas de las figuras 22 y 23, pero para el uso de un anclaje cilmdrico texturado 244, en lugar de una seccion de anclaje de rosca trapezoidal, de un implante dental 200. Sin embargo, en la realizacion de la figura 24 se muestra adicionalmente un epitelio gingival 66 encima de tejido gingival 164 tambien referido como tejido conjuntivo, entre el epitelio y el hueso cortical 48. En la figura 24 se muestra ademas un tope 270 (asegurado sobre un saliente de implante 268) de un sistema de implante dental, que se ha provisto de collarines 254 que tienen regiones microtexturadas 266 para efectuar interfaces de adhesion de tejido gingival y de epitelio en las mismas. Ademas, un collarm 253 del implante 200 se ha provisto de una superficie microtexturada adaptada particularmente para interfaz de adhesion osea 265. Por consiguiente, a partir de la figura 24, se puede apreciar que en una aplicacion dada se pueden emplear hasta cinco superficies microtexturadas diferentes para maximizar adhesion de hueso y tejido a una u otra parte de un elemento de implante y/o un elemento de tope de un sistema de implante dental. Como tal, se lograran diferentes patrones de interfaz y adhesion de tejido o hueso, esto es, diferentes formas de promocion de tasa, orientacion y direccionalidad del crecimiento de colonias en contacto de celulas con referencia a diferentes superficies microtexturadas del material de implante. Dichas interfaces estan indicadas por los numerales 262 (anclaje de implante a interfaz de hueso), 265 (collarm de implante a de interfaz hueso), 266 (collarm a enda) 272.

Con referencia a la figura 25 se muestra la manera con la que se puede utilizar un implante 300 como medios de soporte quirurgico de un hueso maxilofacial 302 mediante fijacion del mismo a un hueso 304 del complejo de seno. Dicho implante es valioso en el area de cirugfa reconstructiva y en procedimientos dentales en los que el hueso cortical carece de suficiente fortaleza o estabilidad para recibir y sostener de otro modo un elemento de implante. En la aplicacion de la figura 25, los extremos superior e inferior del implante 300 estaran provistos de superficies microtexturadas como se ha descrito anteriormente.

En las figuras 26 a 31 se muestran micrograffas de las superficies microgeometricas inventivas con aumentos que van de 600 a 1700.

La figura 26 es una vista ampliada de un implante dental de rosca trapezoidal, del tipo de la figura 22, que ha sido provisto de la superficie microgeometrica ordenada inventiva.

La figura 27 es una ampliacion con 170 aumentos de la parte de collarm de la figura 26, que muestra un patron de surcos y lomas discontinuos, como se representa en la figura 1.

La figura 28 es una micrograffa electronica que muestra el uso de lomas y surcos alternos, en ambos ejes x e y, correspondientes en los mismos al patron de la figura 3.

La figura 29 es una micrograffa electronica, sin embargo, con 1700 aumentos, de las vistas de las figuras 28 o 31.

La figura 30 es una micrograffa electronica del patron de superficie sobre la estructura de rosca del implante de la figura 26 en el que los surcos del mismo con continuos, en lugar de los segmentos de loma y surcos discontinuos en eje x de la figura 28.

La figura 31 es una ampliacion de micrograffa electronica con potencia 600 del collarm del implante mostrado en la 5 figura 26. En todas las figuras, los surcos longitudinales pequenos en las mismas reflejan fusion relacionada con laser, en lugar de una parte de la superficie microgeometrica del implante.

Si bien se ha mostrado y descrito la realizacion preferida de la presente descripcion, se ha de apreciar que la descripcion se puede plasmar de otro modo que el mostrado y descrito espedficamente en esta memoria y que, dentro de dicha realizacion, se pueden hacer ciertos cambios en la forma y la disposicion de las partes sin apartarse 10 de la ideas o principios subyacentes de esta descripcion como se presentan en las reivindicaciones adjuntas a esta memoria.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema de implante dental que comprende un elemento de implante (40, 46, 100, 200) para insercion quirurgica en un hueso maxilofacial y tejido de un paciente, dicho elemento de implante tiene una seccion de collarm proximal (42, 50, 150, 250) y una seccion semejante a anclaje distal (44, 52, 53, 244), dicho elemento de implante esta configurado para recepcion complementaria de un elemento de tope, y dicho elemento de implante esta configurado de manera que con la recepcion de un elemento de tope la region proximal mas superior de dicha seccion de collarm proximal topa en dicho elemento de tope, la totalidad de la superficie lateral de dicha seccion de collarm proximal (42, 50, 150, 250) tiene un primer patron de superficie repetitivo microgeometrico ordenado en una forma de una multiplicidad de lomas y surcos alternos, cada uno tiene una anchura establecida en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrometros, y una profundidad establecida en un intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 25 micrometros, por lo que dichos patrones repetitivos microgeometricos definen una grna para una promocion preferencial de la tasa, orientacion y direccion del crecimiento de colonias de celulas de dicho tejido o hueso maxilofacial, que estan en contacto con dichos patrones de superficie.
2. 2. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1, en el que la superficie lateral de dicha seccion semejante a anclaje distal (44, 53, 244) de dicho elemento de implante tambien comprende dicho primer patron microgeometrico repetitivo sobre el mismo.
3. 3. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1, en el que la superficie lateral de una region mas superior (54, 154, 254) de dicha seccion de collarm proximal (50, 150, 250) comprende un segundo patron microgeometrico ordenado de lomas y surcos en un intervalo de anchura de entre aproximadamente 2 y aproximadamente 25 micrometres, y una profundidad en un intervalo de aproximadamente 2 a 25 micrometres, dicha region superior de dicha seccion de collarm proximal define una interfaz de adhesion (165, 266) de tejido blando, y en el que la superficie lateral de una region inferior (52, 152, 253) de dicha seccion proximal comprende dicho primer patron de superficie de lomas y surcos alternos, la superficie lateral de dicha region inferior constituye una interfaz de adhesion (163, 265) de hueso .
4. 4. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1, que comprende ademas un elemento de tope proporcionado para acoplamiento complementario con dicho elemento de implante, la superficie lateral de dicho elemento de tope incluye una zona de adhesion de tejido definida por un patron repetitivo microgeometrico ordenado en forma de una multiplicidad de lomas y surcos alternos que tienen anchuras establecidas en un intervalo entre aproximadamente 2 y aproximadamente 25 micrometros, y una profundidad establecida en un intervalo de aproximadamente 2 a 25 micrometros.
5. 5. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 4 en el que materiales base de dicho elemento de tope se seleccionan del grupo que consiste en materiales de titanio comercialmente puro, aleaciones de titanio, acero inoxidable, plastico, ceramica, vidrio biocompatible y combinaciones de los mismos
6. 6. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1 en el que materiales base de dichos elementos de implante se seleccionan del grupo que consiste en materiales de titanio y aleaciones del mismo, acero inoxidable, ceramica, vidrio biocompatible y combinaciones de los mismos.
7. 7. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1 en el que dicho patron microgeometrico repetitivo de lomas y surcos comprende aplicacion a superficies de dicho elemento de implante en orientaciones que, relativas a un eje longitudinal de dicho sistema de implante, se seleccionan del grupo que consiste en orientaciones verticales, horizontales, diagonales, radiales, circunferenciales y concentricas.
8. 8. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 7 en el que una superficie de dicho elemento de implante comprende un revestimiento seleccionado del grupo de superficies que consisten en hidroxiapatita, rugosidad por RBM (arenado con medio reabsorbible), titanio, pulverizacion con plasma, sulfato de calcio, vidrio biocompatible, colageno, componentes de factor de crecimiento y combinaciones de los mismos.
9. 9. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1 en el que dicho patron de lomas y surcos define geometnas substancialmente paralelas.
10. 10. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 9 en el que dicho patron es semejante a una rejilla.
11. 11. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1 en el que dicho patron de lomas y surcos define una geometna radial.
12. 12. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 1 en el que dicho patron de lomas y surcos define geometnas polares.
13. 13. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 11 en el que dicho patron incluye ademas geometnas polares.
14. 14. El sistema de implante dental segun la reivindicacion 6 en el que dicho patron microgeometrico repetitivo es generado por gravado con laser, gravado con acido, gravado mecanico o fotolitograffa.
15. 15. El sistema segun la reivindicacion 1 en el que dicho elemento de implante exhibe una seccion transversal longitudinal radial seleccionada del grupo de geometnas que consisten en semejante a tornillo, tornillo en

    5 disminucion, cilmdrica, cilmdrica en disminucion, rosca trapezoidal y rosca trapezoidal inversa.