PROCEDIMIENTO PARA MAXIMIZAR Y UNIFORMIZAR LA SUPERFICIE DE CONTACTO EN UN IMPLANTE

Campo de Ia invenciόn

La presente invenciόn se refiere a un procedimiento para maximizar y uniformizar Ia superficie de contacto en un implante. La presente invenciόn tambien se refiere al implante obtenido mediante este procedimiento. En particular, dicho implante es un implante dental.

Antecedentes

Un implante es un aparato, prόtesis o sustancia que se coloca en el cuerpo para mejorar alguna de sus funciones o con fines esteticos. En particular, un implante dental es un elemento que permite sustituir Ia raiz de una pieza dental. La forma del implante consiste generalmente en un cilindro roscado exteriormente para Ia implantaciόn y estabilizaciόn en el tejido όseo, y el material utilizado para su fabricaciόn suele ser Ti, Zr, Ta, Nb, Al, V, Mg y sus aleaciones.

Para llevar a cabo su colocaciόn, el implante es inserido en Ia mandibula o el maxilar del paciente a traves de una intervenciόn quirύrgica. Una vez el implante ha sido fijado, se anade un pilar que sera Ia base para colocar una prόtesis definitiva. Los requisitos dimensionales y los acabados superficiales de los diferentes elementos que componen un implante son, entre otros, factores decisivos a Ia hora de asegurar el exito.

La colocaciόn de un implante dental ofrece muchas ventajas respecto a los procedimientos tradicionales basados en puentes y coronas. Entre otras, las ventajas principales son:

- mejoras funcionales: mayor facilidad al comer y hablar, mayor duraciόn, y mantenimiento minimo.

- mejoras esteticas y anatόmicas: mantenimiento de los contornos faciales y prevenciόn de Ia perdida del hueso, aumento de Ia confianza delante de diversas situaciones cuotidianas, etc.

Histόricamente, Ia principal desventaja del tratamiento con implantes ha sido su complejo proceso y el tiempo total que transcurre desde el inicio del tratamiento hasta su finalizaciόn, tanto desde el punto de vista del odontόlogo como del paciente.

Inicialmente, el tratamiento se realiza en dos fases . El dentista comienza colocando el implante y Io deja un periodo de entre 3 y 6 meses, periodo que es considerado necesario para conseguir una integraciόn completa entre el implante y el hueso. Durante este periodo el paciente lleva una prόtesis provisional hasta que, una vez se asegura que el implante esta fijado correctamente se Ie instala Ia prόtesis definitiva. La tendencia en el desarrollo y en las mejoras sucesivas de este producto ha estado encaminada a reducir este periodo de tiempo entre el inicio y el final del tratamiento .

Las innovaciones se han centrado en obtener superficies con determinadas caracteristicas quimicas y topograficas que optimicen y aceleren el proceso de integraciόn όsea. A Io largo de los anos se han desarrollado distintas tecnicas para conferir a Ia superficie del implante dichas caracteristicas. Entre estas tecnicas destacan: Ia proyecciόn por plasma spray de fosfatos de calcio o de titanio, el grabado acido, el pasivado, Ia proyecciόn de particulas y Ia oxidaciόn anόdica .

Una de las caracteristicas superficiales que mas directamente influye en Ia respuesta celular όsea es Ia

rugosidad, mientras que Ia dimension total del area de contacto entre el implante y el hueso contribuye a una mejor estabilidad primaria. Es sabido que a mayor area de contacto mayor estabilidad primaria. Vease, por ejemplo, Conrado Aparicio et al . , Corrosion behaviour of commercially pure titanium shot blasted with different materials and sizes of shot particles for dental implant applications. Biomaterials 24 (2003) 263-273. Por tanto, algunos tratamientos superficiales intentan maximizar Ia superficie real de los implantes para incrementar el area de contacto implante/hueso .

La patente US 5,478,237 de Ishizawa describe las desventajas de las tecnicas de tratamientos superficiales existentes, tales como plasma spray, TPS (titanium plasma spray), inmersiόn, etc... y llega a Ia conclusion de obtener un nuevo tratamiento superficial para tener un implante de titanio de geometria complicada con un tratamiento superficial biolόgicamente activo. En dicho tratamiento a partir del titanio se van creando capas: ■ capa formada a partir de TPS, capa a partir de un ataque acido (acid etching) o sand blasting (shot blasting) capa de oxidaciόn anόdica capa de compuestos de Ca y P - tratamiento hidrotermico

En dicha patente tambien se describen las ventajas del anodizado: buena adhesion del material y Ia capa y un tratamiento uniforme incluso con geometrias complejas.

La patente US 2005/0019365 de Frauchiger describe las desventajas de Ia patente de Ishizawa (gran nύmero de etapas y Ia obtenciόn de cristales de hidroxiapatita pueden ser fragiles debilitando mucho Ia capa) . Mediante el proceso que se describe se consigue que

Ia superficie contenga entre un 1 y un 40% en volumen de compuestos de fosfato de calcio. Como pretratamiento opcionalmente puede utilizar un shot blasting y/o un ataque acido . En el articulo J. C. de Vicente, O. Recio, L. Martin-Villa, L. M. Junquera, J. S. Lόpez- Arranz :Histomorphometric evaluation of guided bone regeneration around implants with SLA surface : an experimental study in beale dogs . Int. J. Oral Maxillofacial. S urg.2006 ; 35 : 1047-1053, se describe un estudio de los implantes con superficie SLA utilizando shot blasting y un ataque acido pero sin anodizar. Se deduce pues que Ia tecnica de shot blasting no tiene porque ir unida al anodizado. En el articulo M. Papakyriacou et al.Effects of surface treatments on high cycle corrosion fatigue of metallic implant materials . International Journal of fatigue 22 (2000) 873-886 se describe un estudio de fatiga donde se utilizan implantes sometidos a shot blasting. Mediante ninguna de las tecnicas conocidas se consigue una capa rica en Ca, P y F con un aumento de Ia superficie de contacto en mas de un 75% (presencia de macrorrugosidad y microporosidad) a Ia vez que se reduce el nύmero de etapas a tan solo un tratamiento fisico y uno quimico obteniendo ademas una capa mas uniforme.

Breve descripciόn de las figuras

La figura 1 corresponde a Ia observaciόn mediante MEB (Microscopia Electrόnica de Barrido) de una superficie pulida de Ia aleaciόn TIgAl ₄ V ELI .

La figura 2 corresponde a Ia observaciόn mediante MEB de una superficie de Ia aleaciόn TIgAl ₄ V ELI a Ia que se ha aplicado un tratamiento de shot blasting con

particulas de όxido de aluminio (AI2O3) .

La figura 3 corresponde a Ia observaciόn mediante MEB de una superficie de Ia aleaciόn Ti ₆ Al ₄ V ELI a Ia que se ha aplicado un tratamiento de oxidaciόn anόdica. La figura 4 corresponde a Ia observaciόn mediante MEB de una superficie de Ia aleaciόn Ti ₆ Al ₄ V ELI a Ia que se ha aplicado un tratamiento de shot blasting con particulas de όxido de aluminio (AI2O3) y posteriormente una oxidaciόn anόdica segύn las condiciones descritas en el procedimiento de Ia presente invenciόn.

Las figuras 5A y 5B muestran imagenes de microscopia electrόnica de un cultivo de osteoblastos sobre Ia superficie tratada (shot blasting + oxidaciόn anόdica) al cabo de 24 horas de Ia incubaciόn. Se observa Ia presencia de extensiones citoplasmaticas (filipodios) en el dorso celular.

Descripciόn resumida de Ia invenciόn

La presente invenciόn se refiere a un procedimiento para maximizar y uniformizar Ia superficie de contacto en un implante. En particular dicho implante es un implante dental.

Un primer objeto de Ia presente invenciόn es un procedimiento para maximizar y uniformizar Ia superficie de contacto en un implante utilizando un tratamiento fisico (shot blasting) y un tratamiento quimico (oxidaciόn anόdica) . En particular dicho implante es un implante dental.

Un segundo objeto de Ia presente invenciόn es un implante obtenido mediante el procedimiento segύn el primer objeto de Ia invenciόn. En particular dicho implante es un implante dental.

Descripciόn de Ia Invenciόn

Un primer objeto de Ia presente invenciόn se refiere a un procedimiento para maximizar y uniformizar Ia superficie de contacto en un implante, en particular un implante dental, que comprende las etapas de :

A) Tratamiento fisico por shot blasting sobre el implante en el que se utilizan particulas seleccionadas del grupo que consiste en όxido de aluminio, carburo de silicio, όxido de titanio, όxido de zirconio, microesferas de vidrio, con un tamano Optimo, para que toda Ia geometria del implante quede uniformemente tratada a una P entre 1 y 8 bares, preferiblemente entre 3 y 5 bares, durante el tiempo necesario hasta completar el tratamiento;

B) Tratamiento quimico por oxidaciόn anόdica que comprende :

1) preparaciόn del electrolito formado por compuestos de Ca, P y F solubles, como minimo un agente complejante y una soluciόn acida o basica en agua desionizada;

2) adiciόn de cόmo minimo un tensioactivo

3) aplicaciόn de los siguientes parametros de oxidaciόn a Ia cubeta con electrolito, donde el implante sera el anodo y el catodo estara formado por una malla metalica fabricada preferiblemente de titanio, platino o acero inoxidable intensidad de corriente constante adecuada a Ia dimension del implante - potencial: en ascenso entre 0 y 200 V tiempo: necesario para obtener el tratamiento adecuado .

Aunque no se describan especificamente en el procedimiento descrito anteriormente, es evidente para un

experto en Ia materia que tanto despues del tratamiento de shot blasting como antes y despues del tratamiento quimico se realizan etapas de limpieza bien conocidos en Ia tecnica. Igualmente, en Ia preparaciόn del electrolito es evidente para un experto en Ia materia que se agitara el tiempo necesario para obtener un electrolito homogeneo (aproximadamente 24 horas).

Entre los materiales utilizados para dicho implante estan los habituales del sector, preferiblemente Ti, Zr, Ta, Nb, Al, V, Mg, y sus aleaciones.

En Ia etapa A se utilizan preferentemente particulas de όxido de aluminio entre 212 y 300 μm y el tiempo necesario para esta etapa es preferentemente de 30 a 40 segundos.

En Ia etapa (Bl) como compuesto de Ca del electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, acetato de calcio, glicerofosfato de calcio y citrato de calcio. En una realizaciόn mas preferente dicho compuesto de Ca es acetato calcico. La concentraciόn de dicho compuesto de Ca en el electrolito es como maximo de 63,8 g/1.

En Ia etapa (Bl) como compuesto de P del electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, bis (hidrόgeno fosfato de calcio, acido fosfόrico, glicerofosfato de calcio y glicerofosfato de sodio. En una realizaciόn mas preferente dicho compuesto de P es bis (dihidrόgeno fosfato) de calcio. La concentraciόn de dicho compuesto de P en el electrolito es como maximo de 31,5 g/1.

En Ia etapa (Bl) como compuesto de F del electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, fluoruro

de sodio y fluoruro de amonio. La concentraciόn de dichos compuesto de F en el electrolito es como maximo de 30 g/1.

En Ia etapa (Bl) como agente complejante del electrolito se incluye, pero sin ser limitativo, acidos carboxilicos inorganicos (acido citrico, acido tartarico, acido nitriloacetico, EDTA, CDTA, DTPA, acido 2-hidroxi- etilendiamintriacetico, TTHA) , cetonas (dicetonas, policetonas) , acidos organofosfόricos u organofosfatos (con mas de dos grupos fosfato) , acidos organofosfόnicos u organofosfonatos (con mas de dos grupos fosfonatos), acidos organofosforosos y/u organofosfitos (con mas de dos grupos fosfitos). En una realizaciόn mas preferente dicho agente complejante es EDTA. La concentraciόn de dicho agente complejante en el electrolito es como maximo de 50 g/1.

En Ia etapa (Bl) se utiliza una soluciόn acida o basica, preferiblemente basica. Una soluciόn para obtener un pH basico incluye, pero sin ser limitativo, una soluciόn de hidrόxido de metales alcalinos y/o alcalino-terreos, preferentemente sodio. Una soluciόn para obtener un pH acido incluye, pero sin ser limitativo, una soluciόn de acido sulfύrico, acido nitrico, acido clorhidrico y/o acido fosfόrico .

En Ia etapa (B2) como tensioactivo se incluyen sales sόdicas y/o potasicas de acidos grasos lineales, alquilbencenosulfato lineal, parafin sulfonatos, CC-olefin sulfonatos, dialquil sulfosuccinatos, alquil sulfatos, alquil polieter sulfatos, alquil fosfatos, alquilbenceno sulfonatos de longitud de cadena larga, preferiblemente que contengan de 8 a 20 atomos de C, aminas grasas y sus sales, sales de amonio cuaternario, aminas grasas polietoxiladas, alquilfenoles polietoxilados, alcoholes grasos polietoxilados, acido grasos polieotxilados y alcanolamidas

y/o condensados de alcanolamina . En una realizaciόn mas preferente dicho tensioactivo es lauril sulfato sόdico. La concentraciόn de dicho tensioactivo de Ia etapa B4) del procedimiento es como maximo de 50 g/1.

En cuanto a los parametros de control de Ia oxidaciόn de Ia etapa (B3) se encuentran Ia densidad de corriente, el potencial, el tiempo y Ia temperatura.

La intensidad de corriente aplicada depende del resultado de combinar una densidad de corriente constante, el area de implante y el factor que indica el aumento de superficie conseguido en el tratamiento fisico (shot blasting) obtenido a partir de un interferόmetro όptico. Los presentes inventores han observado que Ia densidad de corriente optima es aproximadamente de 0,75 mA/mm ² . Con densidades de corriente inferiores, el proceso necesitaria mas tiempo en alcanzar una diferencia de potencial de 140 V y el proceso no seria viable industrialmente . Con densidades mas elevadas las propiedades de Ia capa no seria las mismas ya que el crecimiento de Ia capa de όxido no seria homogenea.

El potencial utilizado comienza en 0 y evoluciona libremente hasta el limite marcado a Io largo del proceso. Preferentemente se trabaja en un intervalo entre 100 y 170 V, mas preferentemente ente 130 y 140 V.

El tiempo de aplicaciόn de corriente suele ser variable dependiendo de Ia superficie a anodizar, pero, preferentemente esta entre 40 y 90 segundos. La temperatura utilizada suele ser Ia habitual en este tipo de procesos, es decir, a temperatura ambiente.

Sorprendentemente, los presentes inventores han observado que mediante dicho procedimiento no es necesario aplicar ningύn tipo de pre-tratamiento en base a un ataque

acido para conseguir rugosidad, ya que en estos casos existe el riesgo elevado de incorporaciόn de hidruros en Ia superficie y fragilizar, de esta forma el cuerpo del implante . Adicionalmente, los resultados de dicho procedimiento consiguen incrementar en mas de un 75 % el area total de contacto del implante respeto su valor inicial y, ademas, permite seguir aprovechando las ventajas ya conocidas de Ia oxidaciόn anόdica como Ia incorporaciόn de elementos quimicos (por ejemplo, Ca, P, F intentando que el contacto y Ia integraciόn con el hueso sea el maximo. Topograficamente, se obtiene un implante con una macrorugosidad y una microporosidad que intenta ser biomimetico con su entorno biolόgico. Mediante un ύnico proceso quimico se crea una microporosidad uniforme en toda Ia geometria del implante consiguiendo una relaciόn de Ca/P similar al de Ia hidroxiapatita .

Como elemento novedoso se ha introducido un tensioactivo en el proceso de oxidaciόn anόdica para reducir el tamano de las burbujas formadas en Ia superficie del metal durante el proceso y de esta manera reducir el impacto negativo que puedan tener estas burbujas de oxigeno en el tratamiento superficial, tanto a nivel estetico como funcional. A diferencia de Io que podria pasar con una superficie lisa, cuando se tiene una superficie rugosa aumenta Ia posibilidad de que las burbujas se adhieran con mas facilidad en los poros o zonas rugosas. Por tanto, el tensioactivo permite una correcta homogenizaciόn del tratamiento en toda Ia superficie tratada evitando una oxidaciόn excesiva en zonas puntuales que podria afectar negativamente las propiedades del recubrimiento obtenido (por ejemplo, desconche y fragilizaciόn de Ia capa obtenida) .

Otro elemento novedoso es Ia utilizaciόn de una densidad de corriente constante adecuada a Ia dimension

del implante para optimizar Ia topografia de Ia superficie. Si se realizara a un potencial constante y variando Ia densidad de corriente, como habitualmente se realiza en Ia tecnica, seria mas dificil controlar el proceso, ya que deberia determinarse que intensidad es Ia necesaria para parar el proceso, Ia cual seria diferente en funciόn del nύmero de implantes a anodizar. Adicionalmente, el crecimiento de Ia capa no seria exactamente igual porque al inicio del experimento habria demasiada corriente que disminuiria con el tiempo produciendo cierta heterogeneidad en Ia superficie. Por tanto, mediante Ia utilizaciόn de una densidad de corriente constante se consigue un crecimiento de Ia capa mas controlada y uniforme.

En Ia siguiente tabla 1 se muestran los resultados de Ia evoluciόn del parametro microtopografico incremento de superficie (%) en funciόn de los tratamientos aplicados: shot blasting, oxidaciόn anόdica y shot blasting + oxidaciόn anόdica en una superficie pulida de Ti ₆ Al ₄ V.

Tabla 1

A partir de Ia Tabla 1, se observa claramente un incremento de Ia superficie cuando se utiliza el tratamiento de Ia presente invenciόn. Las tecnicas utilizadas para el calculo de dicho parametro microtopografico se basan en Ia Perfilometria Sin Contacto

descritas por Buddy D. Ratner et al . , Biomaterials Science (2nd edition) capitulo 2.15, Elsevier Academic Press.

Con respecto a las figuras ilustrativas de Ia presente invenciόn, en Ia figura 4 se observa claramente que Ia combinaciόn del proceso de shot blasting + oxidaciόn anόdica proporciona una superficie caracterizada por Ia macrorrugosidad ("desniveles") y Ia microporosidad (poros que recuerdan el aspecto de los crateres) . Si se compara con Ia superficie de Ia figura 2

(solo shot-blasting) se observa que esta tambien tiene macrorrugosidad con respecto a Ia superficie totalmente lisa (figura 1), observandose una topografia formada por aristas muy pronunciadas, pero en cambio no se observa Ia formaciόn de poros (crateres) .

Si se compara con Ia superficie de Ia figura 3 (solo anodizado) se observa Ia presencia de poros pero en cambio los desniveles no son tan explicitos (topografia con aristas mas redondeadas) como los observados en Ia superficie tratada solo con shot-blasting o combinando ambos tratamientos .

Por Io tanto, es claro que por separado los dos tratamientos aumentan Ia superficie de contacto pero en una proporciόn y caracteristicas diferentes que cuando se combinan las dos ya que entonces el aumento de Ia superficie es mucho mas marcado y Ia topografia reύne tanto Ia macrorrugosidad como Ia microporosidad, aspectos muy importantes en Ia adhesion de las celulas y Ia posterior osteointegraciόn .

Un segundo objeto de Ia presente invenciόn se refiere al implante obtenido mediante el procedimiento descrito en Ia presente invenciόn. En particular dicho implante es un implante dental.

A modo ilustrativo y no limitativo, se describe, a continuaciόn, el siguiente ejemplo de realizaciόn de Ia presente invenciόn:

Ejemplo 1

Sobre un disco de 10 mm se realizό un tratamiento shot blasting con particulas de όxido de aluminio Al ₂ O ₃ a una presiόn de 3 bar durante 20 segundos sobre una base giratoria. Paralelamente, se preparό el electrolito con Ia siguiente composiciόn:

Tras colocar el implante en Ia cubeta de oxidaciόn anόdica junto con el electrolito y una malla de titanio se fijaron los siguientes parametros de oxidaciόn: - Intensidad: 0, 0736 A

Potencial en ascenso hasta 170 V Temperatura de 25°C

Finalmente se hace una limpieza del disco con agua desionizada y ultrasonidos .