LA CIENCIA DE LOS BIOMATERIALES.

Como se mencionó anteriormente cualquier biomaterial para poder ser implantado debe de cumplir con una serie de características químicas, físicas, mecánicas que aseguren el adecuado funcionamiento para el cual están diseñados. La textura y superficie del implante así como también su forma y diseño juegan un papel importante que determinarán la bioestabilidad del material, su tolerancia y mantenimiento de sus propiedades y estructura en el entorno biológico durante el período de tiempo que éste permanezca dentro del cuerpo ya que éstas características determinan su solubilidad o reactividad en el medio.

(a) BIOCOMPATIBILIDAD. Los factores más importantes que determinan esta característica son la naturaleza química y la textura de la superficie del implante insertado. Como muchos sabemos, nuestro cuerpo posee la gran capacidad para determinar si una sustancia u objeto es propio del organismo o si es ajeno, cualquier elemento ajeno a nuestro cuerpo genera inmediatamente una respuesta del sistema inmunológico. Un biomaterial no debe perturbar o generar reacciones de rechazo por parte del organismo receptor, por lo contrario debería de producir una respuesta adecuada del tejido promoviendo una correcta integración tejido-implante a largo plazo. El material implantado tampoco debe de ser tóxico, ni carcinógeno.

(b) PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS. Con el paso del tiempo los materiales pueden verse afectados por distintos factores superficiales como la corrosión, solubilidad de algunos de sus componentes o incluso su desintegración; por lo que el material a usar debe de poseer un determinado grado de desgaste o desintegración que le permita perdurar una cantidad considerable de tiempo dentro del organismo cumpliendo por completo su función. Por ejemplo, en las prótesis de uniones entre huesos es importante considerar el desgaste del material que resulta de los movimientos ejecutados, por lo que en ocasiones es necesaria una recolocación del material.

(c) PROPIEDADES MECÁNICAS. Una de las propiedades mecánicas más importantes del biomaterial es su resistencia al impacto, ya que determina la capacidad que puede tener el material de absorber golpes y energía sin romperse. Por otra parte, la rigidez de un implante indica qué capacidad tiene el material de deformarse ante la aplicación de una carga. En algunos casos de tratamiento con implantes para reponer piezas dentales faltantes, la distinta rigidez de los implantes puede causar la pérdida de masa ósea, debilitando al hueso.

Los Biomateriales pueden ser clasificados según su estructura química o según su comportamiento y función al ser implantados dentro del cuerpo. Según la naturaleza química de los biomateriales, se pueden clasificar en tres grupos: metales, cerámicas y polímeros.

Debido a sus excelentes propiedades mecánicas y de conductividad eléctrica y térmica son empleados frecuentemente como biomateriales. Entre los más usados se pueden incluir diferentes clases de aceros inoxidables, titanio, aleaciones de cobalto-cromo, cobalto-cromo-molibdeno, cobalto-cobre-níquel. La resistencia a la corrosión es quizás uno de los factores más importantes que debe de cumplir un implante metálico, ya que al pasar por un proceso de corrosión se liberan productos generando una determina reacción que afecte a los tejidos circundantes del organismo como por ejemplo la liberación de iones metálicos que puedan afectar el comportamiento de las cédulas o causar un inflamación crónica.

_{FIGURA II. Ejemplos de biomateriales metálicos, imagen elaborada por @maryed usando el programa PowerPoint 2013 y PhotoScape.
(A) Stent vascular: Bruce Blaus, CC BY 3.0 - Fuente.
(B) Radiografías AP torácica-lumbar y lateral de paciente con prótesis para corregir escoliosis. Paciente: @maryed.
(C) Implante dental: kreatikar, Fuente.}

Aunque la fractura de un implante metálico no es muy común, este hecho también podría producir daños bastante grandes. La fractura de un biomaterial metálico puede ocurrir por dos razones: 1) defectos en su diseño o 2) un incorrecto uso del implante por parte del paciente como por ejemplo exceso de carga sobre la zona donde se localiza el implante.

La aplicación de los metales para elaborar un biomaterial son diversas. En cirugías de reemplazo de caderas (Figura II), se remueve la cabeza del femoral sustituyéndola por una prótesis de titanio o cobalto de acero inoxidable que consta de: un vástago que se extiende hacia el centro del fémur y una cabeza femoral metálica cubierta con un revestimiento de polietileno y una copa que puede ser cerámica o de polietileno. Un segundo ejemplo de la utilización de metales es en la odontología para implantes dentales, por ejemplo, se emplean clavos con aleaciones de titanio. Otra aplicación importante es el stent vascular, una malla metálica pequeña que es insertada dentro de las arterias para mantenerlas abiertas, anteriormente los stents eran fabricados de acero inoxidable que posteriormente fue sustituido por una aleación de níquel-titanio llamada nitinol, esto debido a que el stent de este material posee una gran capacidad de expansión pudiendo retornar a su forma original (efecto de memoria de forma).

Engloban un conjunto de compuestos inorgánicos que incluyen al óxido de aluminio, fosfatos de calcio (como la hidroxiapatita), silicatos y diferentes formas de carbono. A pesar de que algunas cerámicas son mecánicamente débiles, son preferenciales como biomateriales ya que son químicamente inertes: no son tóxicos, no son cancerígenos y son bastante biocompatibles.

La porosidad es una característica importante de los biomateriales cerámicos, de la porosidad dependerá qué tan bien se integran y crecen los tejidos del cuerpo. Algunos cerámicos contienen un mineral que es constituyente de los huesos llamado hidroxiapatita, esto los hace ser lo suficientemente compatibles con el material óseo por lo que se emplean para la sustitución de tejidos duros del cuerpo, como los huesos. Entre sus aplicaciones: implantes que permitan la reparación y rellenos óseos (aplicación ortopédica), para inmovilizar vértebras, implantes oculares y reconstrucción de defectos dentales.

Como muchos de ustedes sabrán los polímeros pertenecen a una rama especial de la Química Orgánica. Los polímeros son macromoléculas conformadas por la unión de pequeñas moléculas denominadas monómeros. Se pueden establecer dos grupos de polímeros:

(a) Elastómeros. Son aquellos que muestran un comportamiento altamente elástico y flexible, por lo que tienen la ventaja de que al ser sometidos a grandes cargas que los deformen son capaces de retornar a su forma original.

(b) Plásticos. Fueron introducidos en cirugías a partir de los años 50, su estructura presenta una mayor rigidez y pueden subdividirse atendiendo a su comportamiento térmico: a) Termoplástico: a temperaturas muy elevadas se ablandan o funden completamente y al enfriarse se endurecen, este proceso puede ser reversible. b) Termoestables: aquellos que al calentarse se endurecen y no se ablandan por calentamiento a temperaturas aún más superiores.

_{FIGURA IV. Fórmulas químicas de algunos polímeros empleados como biomateriales.
Imagen modificada por @maryed en PowerPoint 2013.
Silicona Fuente
Dacron Fuente
Polipropileno Fuente}

Entre las propiedades más resaltantes que se deben de considerar para evaluar la respuesta de los tejidos del organismo a un implante polimérico se encuentran: la hidrofobicidad (repele al agua y no interactúa de ninguna manera con las moléculas de ésta ni por formación de puentes de hidrógeno, ni mediante interacciones ión-dipolo), el tamaño molecular es también otro factor que influye sobre la respuesta del organismo ya que, en general, mientras que un polímero posea un menor peso molecular éste será menos tóxico. En cuanto a los requisitos exigidos para funcionar como biomateriales, los polímeros son biocompatibles (no son tóxicos ni cancerígenos y tampoco generan respuestas alérgicas), son esterilizables y presentan alta elasticidad, durabilidad y resistencia que se adaptan a las distintas aplicaciones como biomateriales.

Una de las ventajas principales de los biomateriales poliméricos en comparación con los biomateriales metálicos y cerámicos es la fácil fabricación que poseen para producir diferentes formas y tamaños como fibras, láminas y películas. Entre las distintas aplicaciones biomédicas de los polímeros destacan las siguientes:

_{FIGURA V. Ejemplos de biomateriales poliméricos, imagen elaborada por @maryed usando el programa PowerPoint 2013.
(A) Hilo de sutura de Ácido Poliglicólico: آرمین, imagen de dominio público - Fuente.
(B) Implantes mamarios de solución salina: FDA, imagen de dominio público - Fuente}

• Utilización como suturas. Entre los polímeros empleados para este fin se encuentran el nylon, polipropileno, dacron, poliésteres.

• Adhesivos tisulares. Éstos son empleados como alternativa al uso de suturas o grapas para cerrar heridas ayudando a la unión de los tejidos.

• Transporte y liberación de fármacos. Algunos fármacos no pueden ser suministrados de forma efectiva por vía intramuscular, endovenosa o subcutánea, por lo que el fármaco se vuelve más efectivo si se administra de forma localizada y controlando su liberación en la zona donde debe actuar. El polímero más empleado para este fin es la silicona.

• Aplicación cosmética (implantes de senos). En los primeros implantes de senos se inyectaba directamente silicón en los senos de las pacientes de lo cual surgieron múltiples complicaciones, que en casos extremos ocasionaron la muerte de pacientes debido a bloqueos en las vías sanguíneas causados por el silicón que era inyectado. Los implantes mamarios actuales pueden ser de dos tipos: implantes de suero salino o implantes que contienen silicona, ambos tipos de implantes poseen una cubierta delgada elástica que por lo general es un derivado de un polímero de silicona.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.

1. Lizarbe, M. SUSTITUTIVOS DE TEJIDOS: DE LOS BIOMATERIALES A LA INGENIERÍA TISULAR. Universidad Complutense, Madrid, España.

2. Mejía, M. Moncada, M. Roldán, S. Vargas, C. Zapata, J. INGENIERÍA DE TEJIDOS Y APLICACIONES. Medellín, 2016. Página 81.

3. Newell, J. CIENCIA DE MATERIALES. 1era ed. Alfaomega Grupo Editor, México, 2010. Página 272.

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