BIOMATERIALES
Se define
biomaterial como cualquier sustancia o combinación de sustancias, de origen
natural o sintético, diseñadas para
actuar interfacialmente con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar,
aumentar o sustituir algún tejido, órgano o función del organismo humano.
Desafortunadamente, el término biomaterial se utiliza equivocadamente en un
sentido más amplio para designar cualquier objeto utilizado en relación con la
asistencia sanitaria, incluido el embalaje.
Los
biomateriales se implantan con el objeto de remplazar y/o restaurar tejidos
vivientes y sus funciones, lo que implica que están expuestos de modo temporal
o permanente a fluidos del cuerpo.
Las
condiciones que debe cumplir un material para ser un buen biomaterial son:
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El material no debe
incluir componentes solubles en el sistema vivo excepto si es de forma
intencionada para conseguir un fin específico (por ejemplo en sistemas de
liberación de medicamentos).
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El sistema vivo no
debe degradar del implante excepto si la degradación es intencionada y
diseñada junto con el implante (por ejemplo en suturas adsorbibles).
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Las propiedades
físicas y mecánicas del polímero, deben ser las más apropiadas para ejercer
la función para la que han sido elegidas (por ejemplo un tendón sustituido
debe tener un módulo de tensión adecuado, una membrana de diálisis la
permeabilidad apropiada, una junta de cadera debe tener un bajo coeficiente
de rozamiento). Las propiedades mecánicas deseadas deben mantenerse durante
el tiempo de vida esperado para el implante.
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El material debe ser
biocompatible, siendo este concepto extensible al potencial cancerígeno que
pueda poseer y a la interacción con el sistema inmunológico del que va a
formar parte.
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El implante debe ser
esterilizable y libre de bacterias y endotoxinas adheridas a las paredes de
las células de las bacterias.
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En general la mayor
parte de los biomateriales no satisfacen todas estas condiciones, de manera que
los materiales utilizados en medicina deben de ser diseñados específicamente
para cumplir unas determinas funciones. Así se puede afirmar que es una labor
que hay que realizar entre el médico, científico y el ingeniero.
Atendiendo a su
origen, los biomateriales pueden ser:
- naturales: son
materiales complejos, heterogéneos y difícilmente caracterizables y
procesables. Algunos ejemplos son el colágeno purificado, fibras proteicas
(seda, lana ...), etc..
- sintéticos: Los
biomateriales sintéticos pueden ser metales, cerámicas o polímeros y comúnmente
se denominan materiales biomédicos, para diferenciarlos de los biomateriales de
origen natural.
Se puede hacer una
clasificación según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se
aplican como implantes quirúrgicos.
-
En el primer grupo se incluyen todos aquellos implantes que deben tener
un carácter permanente, como son los sistemas o dispositivos utilizados para
sustituir parcial o totalmente a tejidos u órganos destruidos como consecuencia
de una enfermedad o trauma.
-
En el segundo grupo, se incluyen los biomateriales degradables de
aplicación temporal, es decir, aquellos que se diseñan para desempeñar una
función y finalmente ser absorbidos o integrados en el sistema biológico. Por
tanto la eliminación quirúrgica de estos componentes no es necesaria.
Atendiendo a
su naturaleza química pueden clasificarse en:
-
Biometales.
-
Biocerámicas.
-
Biopolímeros.
Esta va a ser
la clasificación que vamos a seguir.
Breve historia
de los biomateriales en medicina
La primera aplicación
de biomateriales en medicina no se produce hasta 1860 con la introducción de
las técnicas quirúrgicas asépticas. A principios de 1900 se aplican las
primeras placas óseas hechas de metal con la finalidad de separar roturas o
fracturas. Durante los siguientes años las aleaciones metálicas constituyen la
única forma de biomateriales en uso. No es hasta la Segunda Guerra
Mundial que se produce un rápido avance en la ciencia de los polímeros,
principalmente enfocado a las aplicaciones médicas. El poli (metilmetacrilato)
(PMMA) fue uno de los primeros polímeros utilizados como material biomédico,
aplicándose como material par reparar la córnea humana [Robinson et al., 2001].
Los polímeros no
únicamente reemplazaron a otros materiales en aplicaciones médicas, como la
sustitución de los catéteres metálicos por polietileno, sino que abrieron
el campo a otras nuevas aplicaciones antes difícilmente asequibles. Así,
en 1950 se fabrica el primer corazón artificial, llevado a la práctica a
finales de 1960. En la actualidad los polímeros continúan en amplio crecimiento
y sus aplicaciones son cada vez mayores dentro del campo de la medicina,
mejorando las propiedades de los materiales ya existentes y desarrollando
nuevos polímeros par aplicaciones específicas. En la figura 1 se muestra una
secuencia histórica de los polímeros de mayor relevancia en el campo de la
medicina desde su aparición.
BIOMETALES
La ciencia de materiales
define un metal como un material en el que existe un solape entre la banda de
valencia la banda de conducción en su
estructura electrónica, y es esto lo que le da la capacidad de conducir
fácilmente calor y electricidad.
El concepto de metal refiere
se refiere tanto a elementos puros, así como a aleaciones con características
metálicas. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los
elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y
el polonio.
Los metales tienen una serie
de propiedades características como son:
-
Maleabilidad: Capacidad de
los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión
-
Ductilidad: propiedad de los
metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de
tracción
-
Tenacidad: resistencia que
presentan los metales a romperse al recibir fuerzas bruscas
-
Resistencia mecánica:
Capacidad para resistir esfuerzo de tracción, comprensión,torsión y flexión sin
deformarse ni romperse
Además tienen un punto de
fusión alto y son buenos conductores de
calor y electricidad, todo estas propiedades aportan a los metales unas
cualidades propias para utilizarse en el cuerpo humano.
A pesar de las cualidades ya descritas
de los elementos metálicos, hay que señalar que el número de metales que se
utilizan en la fabricación de implantes es muy limitado, teniendo en cuenta que
más de tres cuartas partes del sistema periódico son elementos metálicos, y
esto se debe a la falta de biocomatibilidad.
El primer requisito para su utilización
en implantes es que sean tolerados por el organismo, por lo que es muy
importante la dosis que puedan aportar a los tejidos vivos.
Elementos que se utilizan como biomateriales metálicos
Un requisito imprescindible para la
utilización como biomaterial es que tengan una buena resistencia a la
corrosión, ya que esto es un problema general de los metales, que se ve
agravado en estos casos debido al entorno en el que se encuentra, el cuerpo
humano es un medio hostil, ya que se encuentra a temperaturas elevadas, unos 37
º C y en condiciones agresivas. Es por eso que se buscan elementos metálicos
que se escapan del problema de la corrosión como pueden ser los metales
preciosos, o bien otros que se pasiven, es decir que formen una capa de óxido
en su superficie protegiendo el interior del metal y evitando así el avance de
la corrosión, como bien ocurre en el Titanio.
Los implantes metálicos se utilizan
esencialmente cuando su función principal es la de soportar carga, ya que
tienen una resistencia elevada y un módulo elástico superior al del hueso.
Una prótesis muy común realizada con
elementos metálicos son los implantes de cadera, donde se utilizan aleaciones
de Co-Cr.
El principal
inconveniente de los implantes metálicos es el rechazo que pueda originarse a
causa de un ataque del sistema inmune.
Interacción del
biometal con el organismo
La biocompatibilidad del material esta ampliamente relacionada con
las reacciones entre la superficie del material y la respuesta inflamatoria del
tejido húesped. Esta respuesta depende de varios factores, no solo relacionados
con el biomaterial, sino también con características del paciente y el
procedimiento quirúrgico. Considerando solamente el material, la
biocompatiblidad de los metales esta principalmente determinada por la
toxicidad de los metales individuales presentes, las reacciones químicas
superficiales, la rugosidad y la porosidad.
La respuesta casi inerte de los metales es consecuencia del
proceso de encapsulamiento que toma lugar después de la implantación, a través
del cual el metal queda rodeado y aislado del tejido circundante. El primer
paso de estre proceso es que el implante es cubierto por coágulos sanguineos
que contienen leucocitos, eritrocitos, trombocitos y proteinas coagulantes.
Tanto el implante como la cirugía disparan una reaccion inflamatoria que
elimina el tejido dañado, coágulos y bacterias.
Las células inflamatorias llegan a la zona dañada para expurgar
los reisudos y materiales extraños. Al retardarse el proceso de limpieza, las
enzimas de los macrófagos activados inducen a los fibroblastos a crear una
capsula fibrosa alrededor del implante. El material queda encapsulado por una
capa fibrosa delgada alrededor del implante, lo cual puede ser ideal par
aimplantes en contacto o que sustituyan tejidos suaves. Por el contrario en
tejidos duros la capa fibrosa impide la integración del implante al hueso, debilitando
la unión implante-hueso.
Para una interacción metal- tejido duro, un
implante ideal se esperaria un comportamiento diferente, después de la reacción
inflamatoria se inicia una respuesta reparativa entre dos o tres dias después
de la colocación del implante. Entonces las células pluripotente provenientes
de la médula ósea se diferencian en osteoblastos formando una capa cerca de la
superficie del implante. Los osteoblastos, fibroblasots y capilares penetran en
la capa de coágulo, reemplazandola y llenando el espacio entre el hueso y el
implante con una matriz extracelular rica en colágeno, la cual posteriormente
mineralizaría. Durante la mineralización se forman vesículas en la matriz que
confinan al material calcificado. De modo que la presencia de vesículas sobre
el biomaterial a corto tiempo del implante es un buen signo de aceptación
primaria del material. Al romperse la membrana de las vesículas, emergen los
cristales de apatita formando estructuras calcificadas. Estos continuan
creciendo y mineralizando hasta alcanzar y unirse a la superficie del implante.
Interacción metal-sangre
Otra de las aplicaciones actuales de los biomateriales metálicos,
donde se incluye el acero inoxidable, el nitino, el titanio y aleacciones de
platino iridio y otras de magnesio son en aplicaciones cardiovasculares, donde
tienen un particular interés en el desarrollo de stents. Los stents son
utilizados para tratar la enfermedad coronaria arterial (ECA). La causa más
frecuente de la ECA
es una enfermedad denominada aterosclerosis que se produce cuando se forman una
sustancia cérea dentro de las arterias (colesterol, calcio, fibrina…)
dificultando el flujo de sangre al corazón. Se recurre a cirugía para reducir
el riesgo de un ataque cardiaco, colocando un stent, que es una malla metálica
de forma tubular que permite mantener abierto el vaso sanguíneo.
BIOCERÁMICAS
Un material cerámico es
aquel de naturaleza inorgánica o mineral, no metálico, que se procesa mediante
calor, en un horno o al fuego.
Los materiales cerámicos son
generalmente frágiles o vidriosos, casi siempre se fracturan ante esfuerzos de
tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales
porosos.
Tienen elevada resistencia a
la compresión si la comparamos con los metales incluso a altas temperaturas, su
gran dureza lo hace un material ampliamente utilizado como abrasivo.
Las biocerámicas se introducen
en la década de los setenta, una época en la que comenzaban a detectarse
fracasos en los biomateriales utilizados hasta ese momento, como eran el acero,
aleaciones de cobalto y polimetilmetacrilato.
El fracaso se debía, entre
otras razones, a la encapsulación de estos materiales, lo que hico dirigir las
miradas hacia las cerámicas, en un intento de buscar una buena oseointegración.
Sin embargo la fragilidad típica de las cerámicas restringió, en gran medida,
su campo de aplicación, seleccionando sólo funciones que no necesitaran
elevadas prestaciones mecánicas, a excepción de la alúmina y la zircona, que se
emplearon y emplean en articulaciones de cadera.
Elementos que se utilizan como biomateriales cerámicos
Hay que tener presente que las
biocerámicas podrían ser los biomateriales ideales, ya que poseen una buena
biocompatibilidad y oseointegración, ya que tienen una baja reactividad química
y son bastante inertes, y a su vez, son los materiales más parecidos al
componente mineral del hueso
Ca10(PO4)6(OH)2
La estructura cristalográfica de la HAp consiste en un apilamiento casi compacto de
los grupos fosfato que forman dos tipos de túneles paralelos en el eje C, donde
se localizan los iones Ca2+. Una de las principales características de la
estructura apatítica es la de admitir un gran número de sustituciones que dejan
sin cambio la estructura cristalográfica. La hidroxiapatita fosfocálcica
cristaliza en el sistema hexagonal (grupo espacial =P6 3/m) de
acuerdo con los siguientes parámetros cristalográficos:
a = 9,418 Å,
c = 6,881 Å,
b = 120°.
Imagen por SEM Difractograma
Las aplicaciones de las biocerámicas hoy en día están centrada en
la fabricación de implantes que no soporten cargas, como es el caso de la
cirugía del oído medio, en el relleno de defectos óseos tanto en cirugía bucal
como en cirugía ortopédica y en el recubrimiento de implantes dentales y
articulaciones metálicas, pero su futuro es mucho más ambicioso.
BIOPOLIMEROS
Aunque
los polímeros son inferiores a los metales
y a las cerámicas en términos de propiedades de resistencia, poseen
características que los hacen muy atractivos en aplicaciones biomédicas, entre
ellas su baja densidad, resistencia química y facilidad de moldeo, lo que se
traduce en menor coste. Debido a todas estas cualidades son los más utilizados
en la actualidad.
APLICACIONES
A. CARDIOVASCULARES:
Los biopolímeros se usan con éxito en
válvulas cardiacas. Las válvulas cardiacas humanas son propensas a sufrir
enfermedades como la estenosis y la insuficiencia. La estenosis se presenta
porque la válvula cardiaca se vuelve rígida y eso impide que se abra
completamente. La insuficiencia es una condición en la cual la válvula cardiaca
permite cierto reflujo de sangre. Ambas condiciones son peligrosas se deben tratar mediante el remplazo de la
válvula cardiaca dañada, ya sea con una válvula de tejido animal o cadavérico o
con una válvula artificial.
La ventaja de
las válvulas de cerdo respecto a las mecánicas es que se trata de un tejido
natural, mucho más parecido al tejido humano. El inconveniente es que,
precisamente por ser natural, la fiablidad no siempre es del cien por cien, y
el desgaste acostumbra a ser superior que en las válvulas mecánicas.
La válvula artificial consiste en un reborde,
dos foliolos semicirculares y un aro de costura. El reborde y los foliolos
pueden hacerse con materiales tales como aleaciones de Ti o Co-Cr. El aro está
hecho de biopolímeros como PTFE(teflón) expandido o PET(Dracon). Tiene la
función crucial de conectar la válvula al tejido cardiaco mediante la
aplicación de suturas. Los materiales poliméricos son los únicos con los que se
puede hacer esta conexión. Los foliolos permiten el flujo de la sangre en la
posición que se muestra en la figura y en posición cerrada obstruyen dicho flujo.
La coagulación de la sangre, que es un efecto colateral indeseable, se presenta
debido a la interacción de los glóbulos rojos de la sangre con la valvula
artificial. Los pacientes con valvulas cardiacas artificiales deben usar
anticoagulantes.
Los injertos vasculares se usan en
operaciones de derivación coronaria para desviar el flujo sangúineo de arterias
severamente obstruidas. Estos injertos vasculares pueden ser de tejidos
naturales o artificiales. Los injertos artificiales deben tener alta
resistencia a la tencsión y resistir las oclusiones (taponamientos) de la
arteria causadas por trombosis (coagulación sanguínea). El teflón o el dracon
se usan para esta aplicación. Sin embargo el teflón tiene mejor desempeño
contra la oclusión.
A.
OFTALMICAS
Los polímeros
son cruciales e irremplazables en aplicaciones oftálmicas. Las funciones
ópticas del ojo son corregidas por medio de anteojos, lentes de contacto
(blandas y duras) e implantes intraoculares, y todos ellos están hechos principalmente
de polímeros.
Las lentes
duras se fabricaban inicialmente de PMMA que tiene excelente propiedades
ópticas pero carece de permeabilidad al O2. En la actualidad se está
investigando para fabricar lentes rígidas con mayor permeabilidad al O2, llamadas
lentes rígidas permeables a gases (RGP). Para ello al PMMA se le añaden
siliconas y fluoropolímeros.
Las
lentes de contacto blandas están hechas de hidrogel, un material polimérico
hidrofílico que absorbe el agua y al hacerlo se hincha hasta un nivel
específico. Debida a su naturaleza blanda, los hidrogeles pueden adoptar la
forma exacta de la córnea y permitir así un ajuste adecuado.
- Carácter hidrófilo: debido a la presencia en la
estructura de grupos solubles en agua (-OH, -COOH, -CONH2, -CONH, SO3H).
- Insolubles en agua: debido a la existencia de una
red polimérica tridimensional en su estructura.
- Presentan elástica la cual está determinada la
baja densidad de entrecruzamiento del polímero. Gracias a esto pueden adoptar
la forma exacta de la córnea. Permitiendo así un ajuste adecuado
- Se hinchan en agua aumentando considerablemente su volumen hasta
alcanzar un equilibrio químico-físico, pero sin perder su forma. La forma no
hidratada se denomina xerogel.
- Además, la córnea necesita O2, que únicamente se puede permear a
través de las lentes blandas. Los hidrogeles hidratados permiten un grado
significativo de permeabilidad del O2.
El material
original usado era el poli-HEMA (2-hidroetilmetacrilato), pero se han
desarrollado otros nuevos polímeros con mejores técnicas de fabricación para
producir lentes de contacto blandas más delgadas.
El tratamiento
de afecciones tales como la catarata ( turbiedad del lente ocular debido al
exceso de células muertas) requiere cirugía y la remoción del cristalino opaco
del ojo, y su subsecuente reemplazo con implantes de lentes intraoculares. Los
lentes intraoculares consisten en una lente y táctiles (brazas laterales), que
son necesarios para unir las lentes a los ligamentos de suspensión a fin de
mantener las lentes en su lugar. Al igual que con las lentes duras, tanto la
porción óptica como los brazos laterales de la maoría de las lentes
intraoculares están hechos de PMMA.
SISTEMAS DE
ADMINISTRACIÓN DE MEDICAMENTOS
En muchas
ocasiones no es posible administrar los medicamentos utilizando píldoras o
inyecciones, por el efecto adverso del mismo en otros órganos o tejidos. Para
ello usamos sistemas de implantes para la administración de estos medicamentos.
Estos implantes se fabrican con polímeros biodegradables, como PLA y PGA. La
matiz de polímero contiene al medicamento y es implantada en el lugar deseado
del cuerpo. A medida que el polímero se degrada se va liberando progresivamente
el medicamento.
MATERIALES
DE SUTURA
Las suturas se
usan para cerar heridas e incisiones. Deben poseer dos características:
- Resistencia a la tensión para
cerrar las heridas.
- Resistencia en el nudo para
mantener la fuerza de la sutura después de cerrar
Las suturas
puede ser absorbibles o no absorbibles, cada una de ellas hechas de…
Las suturas no
absorbibles permanecen intactas por un periodo de tiempo indefinido cuando se
colocan en el cuerpo, mientras que las suturas absorbibles son biodegradables
- ORTOPÉDICAS
Durante los
últimos años, han aparecido como alternativa a la cerámica unos materiales con
una composición básica similar a las clásicas resinas compuestas, es decir, una
matriz orgánica y un relleno inorgánico. La matriz orgánica suele ser de PE o
PMMA.
Algunos
estudios, como el aparecido en el Clinical Research Associates Newsletter
(1998), indican como principales características de estos materiales
(comparándolas con las cerámicas): menor capacidad de abrasionar los dientes
antagonistas, mayor tendencia al desgaste sobretodo en zonas oclusales (término
que se aplica a la superficie masticatoria de los dientes molares), mayor
facilidad para su reparación clínica, una estética aceptable, mayor aparición
de sensibilidades post-operatorias
o
PRÓTESIS DE ARTICULACIONES
Uno de los motivos más
frecuentes en Cirugía Ortopédica de la artroplastia o implantación de una
prótesis es la artrosis. También ciertas fracturas de cadera y hombro se tratan
mediante la implantación de una prótesis, algunos tumores óseos articulares se
tratan quirúrgicamente con un implante protésico.
Tradicionalmente para esto se utilizaban piezas de platino u otros materiales,
pero el problema era que el paciente no recuperaba ni siquiera un mínimo de
movilidad en estas partes del cuerpo, pues una pieza de platino no podía rotar
sobre un hueso, y así quedaba condenado a una silla de ruedas o a usar muletas
o bastones, ni hablar de su vida deportiva. Como alternativa ha surgido la
utilización de ciertos materiales plásticos, como el UHMWPE (polietileno de
densidad ultra alta).
El UHDPE
puede entrecruzarse y hacerse mucho más resistente, y fabricar prácticamente
cualquier forma caprichosa, pues la cabeza del fémur o la rótula de estos
pacientes se puede fabricar a su medida anatómica, brindando al paciente una
nueva oportunidad de poder recuperar movilidad, e incluso se han reportado
casos en los que el paciente puede volver a practicar deporte (no a nivel
profesional). A casi ocho años de estos primeros implantes, no se han reportado
rechazos ni problemas secundarios derivados del uso de este plástico.
FUTURO DE LOS BIOMATERIALES
El desarrollo de nuevos
biomateriales obliga a la complementación de conocimientos provenientes de dos
áreas muy diferentes: la ciencia de materiales y la biología. La investigación
actual y futura se concentra principalmente en los siguientes temas:
Materiales cerámicos: Entre los más estudiados se encuentran los biovídrios y la
hidroxiapatita, empleados para la reparación de huesos debido a su capacidad de
integración eficiente con el tejido vivo. Otro tema de investigación actual es
el desarrollo de cementos quirúrgicos que contienen rellenos cerámicos
provistos de actividad biológica. Esto mejora la fijación y estabilización del
implante a largo plazo, ya que la incorporación de rellenos promueve la
diferenciación celular e induce la formación de depósitos de hidroxiapatita
proveniente del medio biológico en la zona de contacto entre el cemento y el
hueso, lo que así posíbilita el crecimiento de tejido nuevo.
Materiales metálicos: Se buscan nuevas técnicas de procesamiento para maximizar las
propiedades mecánicas de las aleaciones actuales y lograr que sus superficies
tengan texturas adecuadas para inducir la respuesta biológica deseada.
Materiales poliméricos: La gran variedad de fórmulas y la versatilidad de diseño de
estos materiales los han convertido en los componentes más frecuentemente
utilizados en la fabricación de dispositivos biomédicos. Entre los campos de
estudio actual con estos materiales cabe mencionar el desarrollo de polímeros
bioabsorbibles (esto es, que son degradados en el medio biológico y sus
productos de degradación son eliminados mediante la actividad celular),
utilizados en estructuras, en sistemas de liberación de drogas, como soporte de
células vivas, en el reemplazo de tejidos, ya sean duros o blandos, y en piezas
y dispositivos para la fijación de fracturas.
Un tema de gran interés actual
es el desarrollo de materiales híbridos, formados por la combinación de
materiales sintéticos y naturales. Estos tienen múltiples aplicaciones, entre
las que se pueden mencionar los biosensores (esto es, dispositivos capaces de
reconocer señales químicas), los sistemas de liberación controlada de drogas y
los materiales con superficies modificadas que contienen moléculas capaces de
interaccionar en forma específica con el medio biológico. La modificación de
las superficies constituye una línea de investigación importante en medicina
cardiovascular. En este caso, el objetivo es incrementar la compatibilidad con
la sangre de los materiales en contacto con ella, disminuyendo el daño de los
componentes sanguíneos (por ejemplo hemólisis) producido por la formación de
depósitos en la superficie del dispositivo. Las superficies modificadas también
tienen importancia en neurología, en particular en la búsqueda de
recubrimientos poliméricos para microelectrodos que permitan una adhesión
selectiva de estos al tejido nervioso asegurando un buen contacto que facilite
la efectiva transmisión de señales eléctricas.
Dispositivos para la liberación de drogas: La necesidad generada por el desarrollo de drogas que no pueden
ser administradas por las vías tradicionales, intramuscular, subcutánea o
endovenosa y la frecuente conveniencia de suministrar un fármaco de manera
localizada y controlada en el lugar donde debe ejercer su acción, han promovido
un área de investigación y desarrollo de biomateriales dentro del campo de la
farmacia. Por ejemplo, en la elaboración de dispositivos que incorporan una
droga en una matriz bioabsorbible, la liberación y consiguiente disponibilidad
de la droga está determinada por la velocidad con que se degradá el polírnero
que la contiene.
Soporte e implante de células vivas: En el ya mencionado campo de los órganos artificiales, se destacan
las investigaciones actuales orientadas a retener células hepáticas o
pancreáticas dentro de soportes formados por polímeros. Esto permite, por un
lado la función normal de las células y por el otro, la protección de ellas
contra el ataque del sistema inmune. El uso de materiales como soporte de
células también tiene su aplicación en cardiologia donde se busca obtener
prótesis vasculares en cuya superficie interna se puedan fijar las células
endoteliales, lo que no se ha logrado aún con las actuales prótesis comerciales
de dacrónTM o tefíónTM. Recuérdese que en condiciones
fisiológicas, las células endoteliales son las que tapizan la superficie
interna de los vasos sanguíneos y del corazón, y constituyen por lo tanto el
material biológico que está en contacto directo con la sangre.
Tejido óseo: El campo de la ortopedia es uno de los más estudiados. Entre los
temas en investigación se destaca el desarrollo de materiales para la fijación
de fracturas. Estos incluyen dispositivos metálicos y materiales
bioabsorbibles. La utilización de estos últimos evita el trauma de una segunda
operación para extraer el dispositivo metálico, una vez que se haya soldado la
fractura. También se encuentran en estudio y desarrollo materiales para
implantes y regeneración del tejido. En estos casos, se emplean materiales
compuestos en los que uno de sus componentes es bioabsorbible. Esto permite que
el crecimiento del nuevo tejido óseo tenga lugar en forma sincronizada con la
desaparición por degradación del biomaterial y contribuye a lograr la
integración efectiva del implante con el tejido óseo.
Trastornos causados por la adhesión de
tejidos: Una compucación común en las
intervenciones quirúrgicas es la aparición de adherencias entre diferentes
tejidos u órganos vecinos. Ello puede ocasionar trastornos más graves que el
que causó la operación. Es común luego de una intervención quirúrgica sencilla,
como por ejemplo la extirpación de un quiste de ovario, que el tejido
manipulado se adhiera a los tejidos de órganos circundantes. Estas adherencias
pueden, por ejemplo, impedir la libertad de movimiento del intestino delgado y
dar lugar a obstrucciones intestinales. Para prevenir la aparición de las
adherencias postoperatorias, se están desarrollando delgadas películas (films)
de polímeros, en la mayoría de los casos bioabsorbibles, las que al evitar el
contacto entre diferentes tejidos durante la fase postoperatoria, impiden la
generación de adherencias.
Mejoría de los ensayos de biocompatibilidad: Es necesario desarrollar métodos más rápidos y menos costosos que
los actuales, que puedan aplicarse sobre sistemas celulares, esto es in vitro,
para evaluar la biocompatibilidad de nuevos materiales. Estos desarrollos
reducirían el gran número de ensayos en animales y en humanos "in
vivo" que deben realizarse actualmente para obtener esta información.
Además, podrían predecir con un alto grado de certidumbre el rendimiento
biológico del material sometido a estudio.
Ingeniería de tejidos: Esta puede ser considerada una ciencia en sí misma. Se encarga
del desarrollo de sustitutos biológicos para restaurar, mantener e inducir el
crecimiento de tejidos. Además del caso del tejido duro (óseo) mencionado, se
estudian materiales para el tratamiento de alteraciones del músculo
esquelético, del sistema cardiovascular y de trastornos neurodegenerativos.
Con el planteamiento actual
hacen falta armaduras que proporcionen a las células implantadas un sustrato
para que se adhieran y un soporte físico que guíe la formación de nuevos
órganos. Las células transplantadas adheridas al andamio, proliferan, segregan
sus propias matrices extracelulares y estimulan la formación de nuevos tejidos.
Durante este proceso, el andamiaje se va degradando y puede llegar a
desaparecer. El biomaterial de la armadura debe ser un material multifuncional;
capaz de facilitar la adhesión de las células, estimular su crecimiento y
permitir la diferenciación. También debe ser biocompatible, poroso, resistente,
maleable y biodegradable.
La ingenería
de tejidos se basa en la utilización de biomateriales con las características
mencionadas para los materiales de tercera generación, es decir, bioactivos y
bioabsorbibles, y capaces de estimular la respuesta celular y molecular de
forma controlada, para que actuen como soportes temporales en la reparación de
defectos óseos. Dentro de esta área existen dos tendencias principalmente, la
primera consiste en el desarrollo de andamios tridimensionales acelulares, que
servirán para alojar las diferentes células una vez implantados in vivo.
La segunda tendencia consiste en el desarrollo de andamios tridimensionales,
que inicialmente son colonizados por las células progenitoras bajo condiciones in
vitro, y luego son implantados en el paciente para reemplazar el tejido
dañado.