ITVI20010126A1

ITVI20010126A1 - Cemento osseo radiopaco per uso ortopedico nonche' metodo di realizzazione

Info

Publication number: ITVI20010126A1
Application number: IT2001VI000126A
Authority: IT
Inventors: Renzo Soffiatti; Pierfrancesco Robotti
Original assignee: Tecres Spa
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-11-30
Also published as: CN100355464C; CA2447046C; WO2002096474A1; JP2004534575A; CA2447046A1; MXPA03010856A; DE60205914D1; EP1409032A1; ATE303166T1; CN1512898A; ES2247341T3; EP1409032B1; DK1409032T3; US7186761B2; US20040157952A1; DE60205914T2; NZ529157A

Description

D E S C R I Z I O N E

Campo di applicazione.

La presente invenzione riguarda il settore dei cementi ossei ed ha specificamente per oggetto un cemento osseo acrilico radiopaco con elevate caratteristiche meccaniche nonché un metodo di preparazione dello stesso.

Il cemento osseo secondo il trovato si presta pertanto ad essere impiegato vantaggiosamente in chirurgia ove sia necessaria la combinazione di un’elevata radiopacità ed una notevole resistenza meccanica.

Più in particolare, la presente invenzione riguarda un cemento osseo particolarmente adatto per applicazioni in vertebroplastica, cranioplastica, chirurgia maxillofacciale e per la fissazione protesica in chirurgia ortopedica.

Stato della tecnica

Nel settore della chirurgia ortopedica sono noti e comunemente usati cementi ossei costituiti da una miscela di resine biocompatibili con i tessuti ossei, per fissare stabilmente nei punti più svariati dello scheletro protesi di vario tipo o per ripristinare la continuità dei tessuti.

Le resine più comunemente usate appartengono alla famiglia degli acrilici. I cementi ossei di maggiore diffusione sono costituiti da due fasi, una liquida essenzialmente composta da metilmetacrilato con aggiunta di N,N, dimetilparatoluidina come acceleratore ed idrochinone come stabilizzante, l’altra solida costituita da una polvere secca essenzialmente composta da polimetilmetacrilato con un perossido, in genere perossido di benzoile, come iniziatore di polimerizzazione. Al momento dell’uso, le due fasi vengono miscelate, la polvere di polimero che costituisce la fase solida si scioglie nel monomero presente nella fase liquida formando una soluzione viscosa fluida.

Nel frattempo la N, N, dimetilparatoluidina provoca la decomposizione del perossido con la formazione dei radicali liberi che iniziano la reazione di polimerizzazione che porta all'indurimento della miscela.

Oltre al polimetilmetacrilato, sono noti cementi ossei con una fase solida contenente resine del tipo polietilmetacrilato, polibutilmetacrilato, poli(metilmetacrilato-stirene) e/o loro copolimeri, i quali rientrano nella famiglia delle resine acriliche.

L’azione del cemento osseo consiste nel completo riempimento degli spazi esistenti tra la protesi e la cavità ossea predisposta per il suo impianto, in modo da assicurare un ancoraggio meccanico e la perfetta congruenza dell’impianto osseo.

La resistenza meccanica del cemento indurito così ottenuto non è elevata come quella dei tessuti ossei originari. Infatti, per effetto di carichi notevoli ovvero per effetto di sollecitazioni a fatica ad elevato numero di cicli, i riempimenti di cemento osseo possono cedere e rompersi. L’evoluzione nel tempo di tali riempimenti, la loro eventuale sfaldatura od il loro cedimento meccanico devono perciò poter essere rilevati e monitorati ad esempio con le normali tecniche radiologiche o tomografiche.

Poiché la resina plastica di base è trasparente ai raggi X, il cemento osseo deve essere reso opaco mediante l'aggiunta di opportune sostanze inorganiche biocompatibili.

L’opacità alla radiazione X degli elementi aumenta in modo sostanzialmente proporzionale al peso atomico degli stessi. In genere, in specie per gli elementi più pesanti, aumenta anche la tossicità. In medicina sono stati e sono comunemente usati, come elementi di contrasto del tipo iodio sia in forma elementere, sia legato, bismuto, sotto forma di carbonato, bario, sotto forma di solfato.

Utilizzando composti quali sali od ossidi, l’elemento radiopaco costituisce solo una parte dell’additivo. Ad esempio il metallo è solo il 58% del solfato di bario, essendo il resto materiale sostanzialmente trasparente alla radiazione X.

Nei noti cementi ossei, tali materiali radiopacizzanti sono generalmente costituiti da aggiunte di solfato di bario o ossido di zirconio, in quantità pari a circa il 10% in peso del polimero secco.

Tali aggiunte, introducendo discontinuità nel polimero, deprimono ulteriormente le caratteristiche meccaniche del cemento indurito aumentando il rischio di cedimenti e la frequenza delle rotture o degli sfaldamenti.

Per ridurre tali inconvenienti, il brevetto statunitense US-A-5795922 insegna ad incapsulare in microcapsule di materiale polimerico compatibile la sostanza radio-opacizzante, in questo caso compresa tra i sali di bario, l’ossido di zirconio ed i vetri di bismuto. Nella formazione del cemento osseo, il materiale polimerico di dissolve totalmente nella fase liquida liberando il contenuto, sostanza radiopaca, che viene inglobata nel polimero che si forma.

Tali noti cementi ossei non risultano adatti per il trattamento di alcune patologie, ad esempio nel caso della vertebroplastica.

Infatti, nel caso di patologie in genere di tipo tumorale, quando si produce uno svuotamento della struttura della vertebra, quest’ultima perde la sua resistenza meccanica e sotto il peso del corpo collassa producendo uno schiacciamento delle terminazioni nervose, con la conseguenza di provocare nel paziente una elevata sofferenza e la perdita parziale della funzione motoria.

Attualmente, secondo la tecnica fino ad oggi nota, tali patologie sono trattate con protesi, placche metalliche oppure con somministrazione di antidolorifici.

Altra tecnica nota per tali patologie consiste nell aprire la vertebra, introdurre del cemento osseo del tipo sopra descritto e richiuderla. Il cemento osseo indurito sostituisce la parte vertebrale mancante.

Recentemente è stata proposta una nuova tecnica che prevede l’iniezione mediante un ago di cemento osseo fluido all’interno della vertebra, evitando l’intervento chirurgico invasivo sopra accennato.

Questa tecnica richiede l’uso di un cemento osseo in forma fluida di bassa viscosità, tale da poter essere facilmente iniettato attraverso un ago che può avere un diametro anche inferiore a 2 mm.

L’operazione è complessa e non priva di rischi poiché un errore di posizionamento del cemento può provocare il contatto della resina con le terminazioni della colonna vertebrale, causando una paralisi del paziente o un forte aumento del dolore dovuto all’inserimento di sporgenze a diretto contatto con i centri nervosi che passano attraverso la colonna vertebrale.

Per condurre l’operazione in assoluta sicurezza, il chirurgo deve essere assolutamente ben informato dello stato di avanzamento dell’iniezione che viene controllata in tempo reale mediante l’utilizzo di raggi X. Poiché il tempo in cui avviene il monitoraggio è molto lungo, in genere alcune ore, l’intensità dell’esposizione alle radiazioni deve essere estremamente bassa. Così, non è possibile utilizzare tecniche radiologiche o tomografiche che implicano dosi significative di radiazione, bensì tecniche fluoroscopiche in cui il paziente è sottoposto a radiazione X di bassa intensità.

I cementi ossei noti sopra descritti, particolarmente adatti alla fissazione di protesi, si sono rivelati non sufficientemente opachi alla radiazione X di bassa intensità, scarsamente visibili, praticamente trasparenti e sostanzialmente inadatti per condurre l’iniezione con sufficiente sicurezza.

Nella letteratura medico-scientifica sono riportati alcuni casi in cui il chirurgo, per rendere sufficientemente radiopaco il cemento impiegato, ha aggiunto una notevole quantità di mezzo di contrasto radiopacizzante solfato di bario fino ad arrivare al 30 - 40 % in peso.

D’altra parte, l’uso di un metallo sotto forma di sale fa si che solo il 58% in peso del materiale introdotto sia effettivamente radiopaco.

La presenza di quantità massicce di radiopacizzante polverulento nella matrice acrilica aumenta la probabilità di innesco delle rotture e, conseguentemente, mina l’integrità della struttura e compromette la resistenza meccanica del materiale nel lungo periodo (resistenza a fatica). Questo fenomeno si verifica anche quando le prestazioni statiche rispettano le caratteristiche minime della normativa ISO 5833.

II paziente ne trae comunque giovamento, ma l’intervento non da garanzie di mantenimento del risultato sperato nel lungo periodo, essendo la struttura del rinforzo estremamente debole.

Nella letteratura medico-scientifica sono riportati altri casi in cui il chirurgo aggiunge al cemento osseo del tipo noto sopra descritto, contenente circa il 10 % in peso del polimero secco di solfato di bario oppure circa il 15 % in peso del polimero secco di ossido di zirconio, una quantità di tungsteno in polvere pari a circa 2 % in peso come ulteriore mezzo radiopacizzante.

E' pure nota l'aggiunta di circa il 9% in peso di tantalio in polvere in un cemento osseo privo di sostanze radiopacizzanti.

In tutti i casi sopra citati, l'aggiunta è fatta direttamente dal chirurgo, poco prima dell'intervento, sotto la sua responsabilità ed utilizzando materiale non certificato. Ciò ha permesso di migliorare la radiopacità senza deprimere troppo le proprietà meccaniche del cemento acrilico ottenuto.

Tuttavia, anche questi ultimi cementi ossei si sono rivelati non privi di inconvenienti.

Un primo inconveniente risiede nel fatto che il tantalio in polvere, a differenza del tantalio in placche, non è considerato biocompatibile secondo la normativa attuale. La biocompatibilità del tantalio è legata aH’assorbimento di ossigeno, fenomeno che risulta accresciuto dalla notevole superficie specifica della forma finemente suddivisa necessaria per una buona dispersione nel cemento acrilico. Anche se il cemento viene preparato immediatamente prima dell'uso, è praticamente impossibile impedire che l'ossigeno venga assorbito dal metallo e mantenere il tenore dello stesso a valori inferiori a 300 ppm come prescritto dalla normativa attuale (ISO 13782) e pertanto l’uso dell'ossido di tantalio è vietato dalla farmacopea.

Un secondo inconveniente risiede nel fatto che la polvere di tantalio deve essere preparata dal chirurgo al momento dell’utilizzo poiché, a causa dei requisiti di sterilità e biocompatibilità sopra citati, è praticamente impossibile reperire sul mercato polvere di tantalio in forma sterile.

Un ulteriore inconveniente risiede nel fatto che è difficile ottenere una distribuzione dei diametri delle particelle costituenti la polvere fine adatto all'iniezione con una siringa.

Un ulteriore inconveniente risiede nel fatto che la fase di dispersione della polvere di tantalio tende ad inglobare d’aria nel cemento osseo.

Un ulteriore inconveniente risiede nel fatto che risulta estremamente difficile ottenere una dispersione omogenea della polvere nella matrice polimerica.

Presentazione dell’invenzione

Uno scopo generale del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota sopra citata, mettendo a disposizione un cemento osseo acrilico che presenti caratteristiche di elevata radiopacità e resistenza meccanica.

Uno scopo particolare è quello di mettere a disposizione un cemento osseo acrilico che presenti caratteristiche resistenza meccanica più elevate, in particolare un migliore comportamento a fatica, rispetto ai noti cementi ossei del passato.

Uno scopo particolare è quello di mettere a disposizione un cemento osseo acrilico che presenti caratteristiche di elevata radiopacità senza aggiunte di additivi costituiti solo in parte da elementi radiopacizzanti.

Un altro scopo particolare del presente trovato è quello di mettere a disposizione un cemento osseo acrilico fluido, preparato con materiali biocompatibili senza decadimento della biocompatibilità.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un cemento osseo acrilico fluido preparato in modo sterile con materiale sterile o facilmente sterilizzabile.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un cemento osseo acrilico particolarmente adatto alla vertebroplastica.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un metodo di preparazione di un cemento osseo acrilico che sia relativamente semplice da preparare da parte del chirurgo.

I suddetti scopi ed altri ancora che saranno maggiormente compresi nel seguito, sono raggiunti da un cemento osseo acrilico radiopaco per uso ortopedico in accordo con la rivendicazione 1, comprendente una fase solida essenzialmente costituita da una polvere di almeno un polimero a base di polimetilmetacrilato, un iniziatore di polimerizzazione radicalica ed una materiale radiopacizzante, e da una fase liquida costituita da una miscela di almeno un monomero, un acceleratore ed uno stabilizzatore, detta fase solida essendo atta a polimerizzare ed indurire all'atto della sua combinazione con detta fase liquida in modo da ottenere una matrice di cemento osseo, caratterizzato dal fatto che detto materiale radiopacizzante comprende particelle di metalli ad elevato peso molecolare, joro miscele, leghe o composti degli stessi, ricoperte da uno strato di rivestimento in un polimero compatibile con detta matrice e con caratteristiche di barriera all'ossigeno, detto strato di rivestimento essendo non completamente disciolto in detta fase liquida in modo da mantenere almeno in parte inalterate le sue caratteristiche di barriera all’ossigeno.

Grazie a tale composizione, il cemento osseo risulta dotato di una notevole radiopacità ottenuta con aggiunta di una limitata quantità di elemento di contrasto radiopaco.

Inoltre, il cemento osseo presenta proprietà meccaniche notevolmente superiori a quelli dell’arte anteriore nei quali l’elemento di contrasto è additivato ma non legato alla matrice polimerica e costituisce un elemento di innesco per rotture della massa polimerizzata.

Nel metodo di realizzazione del cemento osseo, lo strato polimerico di rivestimento del metallo definisce, all’atto della polimerizzazione, una zona di adesione chimica tra le catene del polimero in formazione ed i grani del metallo. Ciò determina un accrescimento delle caratteristiche meccaniche del composito in cui le particelle di metallo non sono più un elemento slegato dalla matrice polimerica.

Ciò consente di sfruttare la maggiore duttilità del materiale metallico rispetto alla fragilità del materiale polimerico conferendo a tutto il composito nel suo insieme più elevate proprietà meccaniche, in modo particolare una maggiore tenacità e resistenza a fatica.

Un ulteriore vantaggio del cemento osseo secondo il trovato consiste nel fatto che lo strato di rivestimento polimerico biocompatibile e sterilizzabile preserva ogni singolo grano metallico di tantalio o tungsteno contenuto nella miscela dalla esposizione all’ossigeno. In tal modo, viene impedito l'assorbimento di ossigeno evitando al formazione di ossidi e superando gli inconvenienti e le limitazioni farmacologici legati alla presenza di ossigeno.

Anche dopo l'aggiunta della fase solida alla fase liquida, tale rivestimento, non dissolvendosi completamente, conserva la sua funzione di barriera e protezione del metallo contenuto.

Inoltre il cemento osseo può essere fornito nella stessa confezione del mezzo di contrasto e direttamente aggiunto dal produttore alla fase solida nella quantità e nella distribuzione dei diametri ottimale per l'applicazione desiderata come presidio medico sterile.

Un ulteriore vantaggio del trovato risiede nella possibilità di additivare il cemento con principi attivi che verranno rilasciati in situ per trattare eventuali patologie.

Un ulteriore vantaggio del cemento osseo secondo il trovato consiste nel fatto che esso può essere formulato con una fluidità tale da permettere l'applicazione attraverso una cannula avente un diametro interno inferiore a 2 mm.

Il trovato seconda la presente invenzione può essere vantaggiosamente impiegato nel riempimento di lacune ossee profonde e critiche con operazioni a contenuta invasività, ad esempio con tecniche percutanee. Inoltre l’utilizzo può essere esteso in zone in cui sono richieste radiopacità e prestazioni meccaniche elevate non sopportabili dai noti cementi ossei.

Con il cemento osseo acrilico radiopaco secondo il trovato è possibile, ad esempio, eseguire interventi di vertebroplastica di assoluta sicurezza, con monitoraggio continuo dell’operazione ottenuto somministrando al paziente una quantità limitata di radiazione X ed ottenendo un sostegno indurito dotato di notevoli resistenza meccanica alle sollecitazioni indotte dalla deambulazione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite ma non esclusive di cementi ossei acrilici radiopacizzati, illustrati a titolo esemplificativo e non limitativo e con l’ausilio delle unite tavole nelle quali:

la FIG. 1 mostra una rappresentazione schematica del cemento osseo; la FIG. 2 mostra una rappresentazione parzialmente sezionata di una particella di metallo radiopaco rivestita di polimero protettivo a base di polimetilmetacrilato;

le FIG. 3, FIG. 4 e FIG.5 mostrano fotografie al SEM (Microscopio elettronico a scansione) a diversi ingrandimenti, rispettivamente 1000x, 3000x, 10000x, delle particelle metalliche di tantalio radiopache tal quali prima di essere rivestite di polimero protettivo;

le FIG. 6 e FIG. 7 mostrano fotografie al SEM (Microscopio elettronico a scansione) a diversi ingrandimenti, rispettivamente 3000x e 10000x, delle particelle metalliche di tantalio radiopache rivestite di polimero protettivo.

Descrizione dettagliata di esempi di realizzazione preferiti Un cemento osseo acrilico radiopaco per uso ortopedico secondo il trovato comprendente essenzialmente una fase solida disciolta in una fase liquida.

La fase solida è sostanzialmente costituita da una miscela di almeno un polimero acrilico, ad esempio a base di polimetilmetacrilato, almeno un iniziatore di polimerizzazione radicalica ed almeno una o più sostanze opache ai raggi X. Più specificamente, la miscela può comprendere polimetilmetacrilato, poli(metilmetacrilato-stirene), polibutilmetacrilato e loro copolimeri e perossido di benzoile come iniziatore. Inoltre, nella miscela della fase solida possono essere presenti uno o più principi attivi farmacologici.

La fase liquida è essenzialmente costituita da una miscela di un monomero, almeno un acceleratore ed almeno uno stabilizzatore. Più specificamente, il monomero può esser costituito da monometilmetacrilato e l'accelerante può essere costituito da N,N, dimetilparatoluidina.

Con riferimento alla Fig. 1, il cemento osseo indurito, indicato globalmente con 1, è composto da una matrice polimerica 2 in cui sono omogeneamente disperse particelle di forma irregolare 3 costituite da elementi radio opachi 4 rivestiti da polimero compatibile con la matrice polimerica 2.

La particella di forma irregolare 3, rappresentata schematicamente in FIG. 2, è costituita dall’elemento radio opaco 4 totalmente rivestito da uno strato di polimero 5 compatibile con la matrice 2 avente uno spessore 6 tale da non dissolversi totalmente nella fase liquida durante la polimerizzazione.

Una caratteristica peculiare della presente invenzione consiste nell'aggiunta di elementi radiopachi aventi peso molecolare elevato, superiore a 130 Dalton, in forma metallica, di miscele di metalli o di composti metallici quali leghe. Infatti, molti elementi aventi peso atomico elevato, ad esempio superiore a 125 Dalton, sono fortemente radiopachi e quindi suscettibili di essere usati purché non tossici o utilizzabili in forma non tossica.

Preferibilmente, le sostanze radiopache contenute nella fase solida comprendono particelle di tungsteno e/o tantalio in forma metallica, loro composti o miscele degli stessi, le quali particelle sono ricoperte da uno strato di rivestimento di un polimero compatibile con tale cemento osseo. In luogo del tantalio o del tungsteno potranno essere utilizzati altri metalli ad elevato peso atomico quali oro, platino, bismuto o piombo.

Opportunamente, lo strato di rivestimento delle particelle è un polimero acrilico a base di polimetilmetacrilato.

Vantaggiosamente, lo strato di rivestimento potrà essere ottenuto mediante aggiunta del polimero a base di polimetilmetacrilato disciolto in solvente miscibile con l’acqua ad una dispersione in acqua delle particelle metalliche a cui è stato preventivamente asportato lo strato superficiale seguite da evaporazione dei solventi ed essiccamento dello strato stesso.

Il contenuto in ossigeno nel tantalio metallico è preferibilmente inferiore a circa 300 ppm.

II diametro delle particelle radio opache ricoperte di polimetilmetacrilato potrà essere compreso tra circa 1μm e circa 150 μm .

Prima della deposizione del rivestimento, il diametro delle particelle metalliche radio opacizzanti potrà essere compreso tra circa 1 μιτι e circa 100 pm.

Le particelle radio opacizzanti prima della deposizione del rivestimento possono essere di natura nanometrica, ad esempio con diametro compreso tra circa 25 nanometri e circa 1000 nanometri. In questo modo il diametro delle particelle radio opacizzanti rivestite, le quali contengono una pluralità od un aggregato di particelle metalliche di natura nanometrica, potrà essere compreso tra circa 20 pm e circa 60 pm con il notevole vantaggio di una più omogenea e facile dispersione delle particelle stesse nella polvere polimerica.

Oppurtunamente tali particelle metalliche nanometriche potranno essere presinterizzate.

Preferibilmente, il rapporto in peso tantalio o tungsteno polimetilmetacrilato nelle particelle, è compreso tra circa 95/5 e circa 70/30.

Il peso molecolare del polimero di rivestimento delle particelle potrà essere vantaggiosamente compreso tra circa 20.000 e circa 800.000 dalton.

La quantità di elemento radio opacizzante potrà opportunamente variare tra circa 1 e circa 20% in peso sulla fase solida ed è preferibilmente compresa tra circa 2% e circa 5% in peso sulla fase solida.

Vantaggiosamente, la fase solida e le particelle radio opache rivestite pottranno essere raccolte nella stessa confezione. In alternativa, la fase solida e le particelle radio opache rivestite sono contenute in confezioni separate.

Nel caso di confezione unica, questa potrà essere costituita da una valva contenente sia la fase solida, sia la fase liquida. Nell’uso clinico, la valva contenente il cemento viene aperta ed il suo contenuto, costituito da una busta contenente la polvere e la fiala contenente la fase liquida, trasferito asetticamente su un ripiano sterile in sala operatoria.

Nella preparazione del cemento, dopo aver aperto la fiala, tutto il liquido è posto nella ciotola di miscelazione e tutta la polvere è versata nel liquido. Per minimizzare l'inclusione di bolle, il cemento deve essere mescolato muovendo la spatola dalla periferia verso il centro della ciotola. Poiché tutta la polvere deve esser bagnata dal liquido, con la spatola vengono delicatamente affondati nella massa umida gli eventuali residui di polvere non bagnata.

La massa liquida a questo punto potrà essere trasferita in una siringa per l'iniezione in situ.

La polvere di radio opacizzante secondo il presente trovato potrà essere mescolata con la fase solida del sistema cemento osseo.

Nella tabella 1 sono mostrate alcuni esempi indicativi non esaustivi di formulazioni preferite.

Tabella 1

Tantalio ricoperto PMMA 5,000

Con cementi ossei preparati secondo la metodica sopra riportata e secondo le formulazioni riportate nella tabella 1, seguendo le norme ISO 5833, ASTM F451-99 e ISO 527, sono stati preparati alcuni provini per misurare la resistenza a compressione, la resistenza a trazione, la resistenza a flessione e il lavoro di rottura. Questo ultimo, espresso in MJ/m<3>, è calcolato come integrale sotteso alla curva sforzo-deformazione ricavata nella prova a flessione.

Nelle tabelle 2, 3 e 4 sono riportati i valori, espressi in MPa, rilevati sui campioni.

Tabella 2

<* >Limite non presente nella normativa.

Tabella 3

Tabella 4

Le prove sono state condotte a temperatura ed umidità ambiente. I provini, preparati secondo ISO 5833, sono stati mantenuti in acqua a 37°C per 48 ore, estratti pochi minuti prima della prova e deformati a velocità imposta di 20 mm/min per le misure di compressione, 10 mm/min per le misure di trazione, 5 mm/min per le misure di flessione.

Il lavoro di rottura del cemento osseo secondo il presente trovato mostra un incremento del 26 % rispetto al valore del cemento osseo convenzionale e del 40 % rispetto al valore del cemento osseo reso radio opaco mediante aggiunta massiccia (30%) di solfato di bario.

Con cementi ossei preparati secondo la metodica sopra riportata e le formulazioni riportate nella tabella 1 sono stati misurati i valori delle proprietà chimiche e chimico fisiche quali viscosità, scorrimento, doudhing time, setting time e temperatura massima di polimerizzazione secondo le norme ISO 5833:92, ASTM F451-99. 1 valori ottenuti sono riportati nelle tabelle 5 e 6.

Tabella 5

Il valore η^, della viscosità dinamica apparente a 4’ dalla miscelazione, misurata a 22 °C ed umidità del 32 %, è convenzionalmente assunto come parametro descrittivo del comportamento reologico del materiale.

Le misure di DT, ST e massima temperatura di polimerizzazione sono condotte in laboratorio termostatato alla temperatura di 23 °C ± 1 ed umidità relativa superiore al 40% utilizzando materiale a sua volta lasciato in termostato alle stesse condizioni per almeno 16 ore.

Tabella 6

Lo scorrimento rappresenta la massa di cemento espressa in grammi, che fluisce dalla ciotola di miscelazione inclinata di 90°C in 60 secondi dopo 1' e 30” dall'inizio della miscelazione.

Il cemento osseo secondo il presente trovato raggiunge prestazioni molto elevate in tutte le direzioni dello sforzo, in particolare l’additivo metallico esalta la resistenza a compressione.

In tutti i casi, i materiali hanno superato i limiti richiesti dalle normative e quindi, da un punto di vista meccanico, rientrano pienamente tra i cementi ossei.

La temperatura di polimerizzazione risulta incrementata nel materiale con tantalio anche se ampiamente inferiore ai valori richiesti dalle norme.

Si sottolinea che il cemento osseo secondo il trovato potrà essere vantaggiosamente utilizzato per interventi chirurgici di vertebroplastica mediante iniezione percutanea di cemento in situ, ovvero per interventi chirurgici di osteosintesi in cui sono richieste elevate radiopacità e prestazioni meccaniche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Cemento osseo acrilico radiopaco per uso ortopedico, comprendente una fase solida essenzialmente costituita da una polvere di almeno un polimero a base di polimetilmetacrilato, un iniziatore di polimerizzazione radicalica ed una materiale radiopacizzante, e da una fase liquida costituita da una miscela di almeno un monomero, un acceleratore ed uno stabilizzatore, detta fase solida essendo atta a polimerizzare ed indurire all'atto della sua combinazione con detta fase liquida in modo da ottenere una matrice di cemento osseo, caratterizzato dal fatto che detto materiale radiopacizzante comprende particelle di metalli ad elevato peso molecolare, loro miscele, leghe o composti degli stessi, ricoperte da uno strato di rivestimento in un polimero compatibile con detta matrice e con caratteristiche di barriera all’ossigeno, detto strato di rivestimento essendo non completamente disciolto in detta fase liquida in modo da mantenere almeno in parte inalterate le sue caratteristiche di barriera all’ossigeno.
2. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti metalli ad elevato peso molecolare hanno un peso molecolare maggiore di 130 Dalton.
3. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti metalli ad elevato peso molecolare sono il tantalio ed il tungsteno.
4. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti metalli ad elevato peso molecolare sono selezionati in modo da presentare un contenuto di ossigeno inferiore a 300 ppm in peso.
5. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto strato di rivestimento di dette particelle metalliche è un polimero acrilico a base di polimetilmetacrilato.
6. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che ogni singola particella metallica non rivestita ha un diametro medio compreso tra circa 1 pm e circa 100 μηι.
7. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ogni singola particella metallica rivestita ha un diametro medio compreso tra circa 1pm e circa 150 pm.
8. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di rivestimento in polimero acrilico ricopre ogni singola particella metallica.
9. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto strato di rivestimento in polimero acrilico ricopre un aggregato di particelle nanometriche metalliche preventivamente sinterizzate.
10. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che dette particelle metalliche di detto aggregato hanno un diametro medio compreso tra circa 25 nm e circa 1000 nm.
11. Cemento osseo acrilico secondo le rivendicazioni dalla 6 alla 10, caratterizzato dal fatto che dette particelle metalliche rivestite hanno una distribuzione di diametri con deviazione standard relativamente bassa in modo da conferire alla polvere un elevato grado di scorrevolezza e fluidificare il cemento prima del suo indurimento.
12. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il peso molecolare del polimero di rivestimento di dette particelle compatibile con detto cemento osseo è compreso tra circa 20.000 e circa 800.000 Dalton.
13. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il peso molecolare del polimero di rivestimento di dette particelle compatibile con detto cemento osseo è compreso tra circa 300.000 e circa 800.000 Dalton.
14. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il rapporto in peso tra il metallo contenuto in dette particelle ed il loro polimero di rivestimento è compreso tra circa 95:5 e circa 70:30.
15. Cemento osseo acrilico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la quantità dell’elemento radiopacizzante è compresa tra circa 1 e circa 20% in peso sulla fase solida.
16. Cemento osseo acrilico secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la quantità dell’elemento radiopacizzante è preferibilmente compresa tra circa 2% e circa 5% in peso sulla fase solida.
17. Cemento osseo acrilico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase solida comprende inoltre uno o più principi attivi farmacologici.
18. Cemento osseo acrilico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase solida e dette particelle radiopache rivestite sono contenute in una medesima confezione.
19. Cemento osseo acrilico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto detta fase solida e dette particelle radiopache rivestite sono contenute in confezioni separate.
20. Cemento osseo acrilico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta fase solida comprende polimetilmetacrilato, poli(metilmetacrilato-stirene), polibutilmetacrilato, e loro copolimeri.
21. Metodo per la realizzazione di un cemento osseo acrilico radiopaco per uso ortopedico, comprendente le seguenti fasi: preparazione di una fase solida essenzialmente costituita da una polvere di almeno un polimero a base di polimetilmetacrilato, un iniziatore di polimerizzazione radicalica ed una materiale radiopacizzante; - preparazione di una fase liquida costituita da una miscela di almeno un monomero, un acceleratore ed uno stabilizzatore, miscelazione di detta fase solida in detta fase liquida per realizzare la polimerizzazione in modo da ottenere una matrice di cemento osseo; - in cui il materiale radiopacizzante è realizzato mediante preparazione di una polvere di particelle di metalli ad elevato peso molecolare, loro miscele, leghe o composti degli stessi, e rivestimento di dette particelle con uno strato di un polimero compatibile con detta matrice e con caratteristiche di barriera all’ossigeno, detto strato di rivestimento essendo non completamente disciolto in detta fase liquida in modo da mantenere almeno in parte inalterate le sue caratteristiche di barriera all’ossigeno.
22. Metodo secondo la rivendicazione 21 , caratterizzato dal fatto che detto strato di rivestimento di dette particelle metalliche è ottenuto mediante aggiunta di detto polimero disciolto in solventi organici miscibili con l’acqua ad una dispersione in acqua di dette particelle metalliche radio opache e successiva evaporazione ed essiccamento di detti solventi.
23. Metodo secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che dette particelle metalliche prima di essere rivestite sono sottoposte ad una fase di asportazione del loro strato superficiale.
24. Uso del cemento osseo secondo una o più delle rivendicazioni dalla 1 alla 20 per interventi chirurgici di vertebroplastica mediante iniezione percutanea di cemento in situ.
25. Uso del cemento osseo secondo una o più delle rivendicazioni dalla 1 alla 20 per interventi chirurgici di osteosintesi in cui sono richieste elevate radiopacità e prestazioni