Biomateriales

Piezas que pueden implantarse en el organismo

En nuestros días podemos hablar de la reconstrucción casi completa de un hombre, debido a que contamos con suficientes biomateriales, los cuales son biocompatibles. Esto es, son materiales sintéticos, generados y producidos artificialmente, con la condición de que no sean rechazados por el organismo y que no provoquen daños. Los biomateriales son materiales biológicos que pueden ser utilizados en prótesis, órtesis externas e internas, en implantes artificiales de todo tipo, incluso regenerar tejidos; estos materiales también se llaman bioaplicables.

En la Ingeniería biomédica se considera un biomaterial al material compuesto inerte en términos farmacológicos, para ser aplicado en un sistema vivo, con el fin de sustituir, regenerar un tejido vivo para reemplazar alguna de sus funciones, o reconstruir ese tejido, es decir que sea fisiológicamente compatible.

Uno de los biomateriales más utilizados y con los que estamos más familiarizados son los materiales dentales para remplazar algunas piezas o para regenerarlas. Por ejemplo, el caso del implante de algún material para la estimulación en la regeneración del tejido, como es el caso de la hidroxiapatita, la cual se encuentra de manera natural en grandes concentraciones en el cascarón de huevo de los cocodrilos. Existen otros materiales que pueden regenerar tejido de órganos como el hígado o los riñones.

Inicialmente los biomateriales se clasificaban según su composición química, el tipo de material con los que se construyen, por ejemplo, los biomatariales cerámicos, biomateriales metálicos y biomateriales poliméricos2.

Sin embargo, actualmente se ha observado que es más práctico clasificarlos como materiales implantables y materiales no implantables. Los materiales implantables son aceptados por el organismo vivo. Este tipo de material, en tejido vivo puede permanecer más tiempo en el cuerpo, y por lo regular puede sustituir funciones. Estos materiales implantables, una vez encapsulados por un callo, tejido que el mismo organismo encapsuló y rodea llamada fibrosis, provoca que ya no sean expulsados o rechazados por el cuerpo. Todo cuerpo extraño a un organismo vivo siempre será rechazado por el organismo como un mecanismo de defensa; tal es el caso de: las sondas, catéteres, agujas, entre otros, es por esta razón que se clasifican en la categoría de materiales no implantables.

Las reacciones que el cuerpo humano tiene hacia un objeto artificial son naturalmente de rechazo, debido a que los fluidos humanos son altamente corrosivos, por lo que se buscan aleaciones metálicas que deban ser resistentes ante este tipo de corrosión. Por ejemplo, para el caso de prótesis, como los marcapasos cardíacos artificiales3.

Figura 1. Piezas dentales de cerámica, porcelana o polímero bio-compatible
implantadas y sujetas al maxilar con materiales biome- tálicos (tornillos con cuerda).
Tomada de http://www.clinicapardi- nas.com/upload/images/implante-dental-tratarg.jp

De manera que por el tipo de reacción que el tejido vivo provoca con los materiales implantados5 en la interfase implante-tejido debe ser biocompatible, de tipo inerte, reabsorbible (como el material de sutura) o bioactiva, por lo que se clasifican en:

Materiales bio-inertes, aceptados por el cuerpo y que pueden resistir largos periodos de tiempo en un entorno altamente corrosivo de fluidos corporales. Se suelen emplear para implantes permanentes, cirugía maxilofacial y craneal. Pertenecen a este grupo el titanio, el cromo-cobalto y sus aleaciones o materiales cerámicos basados en alúmina (óxido de aluminio), zirconia (óxido de zirconio) y óxido de magnesio.

Materiales bio-reabsorbibles o bio-degradables, que se diseñan para degradarse gradualmente y ser reemplazados por el tejido huésped. Se emplean en la sutura reabsorbible o en reconstrucciones óseas como material de relleno en cirugía maxilofacial y ortopédica. Existen diferentes polímeros o cerámicas, como la hidroxiapatita porosa, el fosfato tricálcico y el cemento de hidroxiapatita.

Materiales bio-activos, que reaccionan químicamente con los fluidos corporales formando un fuerte enlace interfacial implante-tejido huésped. Se utilizan para implantes dentales y prótesis ortopédicas. Entre estos materiales se encuentran la hidroxiapatita de alta densidad, compuestos de titanio/ hidroxiapatita, vidrios bioactivos o algunas cerámicas vítreas.

Los biomateriales se diseñan para aplicaciones en seres vivos, y para su fabricación se requiere de la colaboración de expertos en diferentes campos, por lo que en estos últimos años el avance ha sido espectacular y más aún con los simuladores cuánticos, todas estas investigaciones tienen como objetivo una esperanza de vida mayor y de mejor calidad.

Figura 2. Marcapasos cardiaco de frecuencia fija diseñado y fabricado
en el Departamento de Semiconductores de la Universidad Autónoma
de Puebla en 1982, bajo la dirección del Dr. Alejandro Pedroza Meléndez,
este marcapasos se implantó en perros. Los componentes electrónicos
empleados en este marcapaso fueron también fabricados en dicho Departamento [4].

A nivel mundial millones de personas tienen implantado algún tipo de prótesis, por lo que este campo de investigación tienen una enorme demanda. Sin embargo, los biomateriales no sólo tienen aplicaciones en la fabricación de prótesis, sino que han contribuido en la mejora de las técnicas quirúrgicas, en implantes, en sistemas y aparatos médicos que operan en contacto con tejidos corporales.

En este tipo de desarrollos tecnológicos la física está presente en todas las ramas de la medicina: no sólo en la investigación básica, también en la instrumentación, en los implantes, en la clínica, en diagnosis, en terapia, etcétera. Este es un ejemplo de la colaboración entre médicos y físicos entre otras muchas disciplinas, como la química, la fisiología, la bioquímica y la ingeniería biomédica.

Más información

1. Fotografía obtenida de:      http://www.canaldental.com, http://canaldental.com/fichaprod.php?id=97&origennot=2

2. Benjamín Valdez S., Michael Schorr W., Ernesto Valdez S. y Mónica Carrillo B., “Biomateriales para la rehabilitación del cuerpo humano”,

http://www.conacyt.mx/comunicacion/revista/ArticulosCompletos/pdf/Biomateriales.pdf

3. Bermúdez Guillermo. “La Corte de los Milagros en Puebla”. Información Científica y Tecnológica. CONACyT, Septiembre 1985, Vol. 7, No. 108. México. pp. 32-36

4. Haduch Zygmunt y Hernández-Rodríguez Marco A. L., “Biomateriales: características y aplicaciones”, Technorati, 2007.

5. Pedroza Meléndez Alejandro, Fraguela Collar Andrés, Chavira Martínez Elsa y Durán López Rafael, “Introducción al Bioelectromagnetismo y Bioseñales”, Editorial Corinter, en prensa, 2013.

6. Vallet-Regí María, “Biomateriales para sustitución y reparación de tejidos”, tesis doctoral,

7. Vallet-Regí María, Rámila, A., Chemistry of Materials, 12, pp.961-965, 2000.

8. Martínez A., Izquierdo-Barba y Vallet-Regí María, Chemistry of Materials, 12, pp. 3080-3088, 2000.

9. Castner, DG., Ratner BD, Surface Science, 500, pp. 28-60, 2002.

10. Tirrel, M., Kokkoli, E., Biesalski, M., Surface Science, 500, pp. 61-83, 2002.

11. Kasemo, B., Surface Science, 500, pp. 656-677, 2002.

12.  Hartgerink, JD., Beniash, E. Stupp, SI., Surface Science, 294, pp. 1684-1688, 2001.

* echavira@cs.buap.mx