Los materiales empleados para usos biomédicos se conocen como biomateriales: “se considera como biomaterial cualquier material diseñado para actuar interfacialmente con sistemas biológicos con el fin de evaluar, aumentar o sustituir algún tejido, órgano o función del cuerpo” (Rojo 3). Los biomateriales se pueden clasificar en naturales, por ejemplo el colágeno y las fibras proteicas, y sintéticos, como metales, cerámicas o polímeros.
El paso inicial del desarrollo de los biomateriales sucedió en la década del 50, con el uso de procedimientos empíricos para adaptar materiales convencionales a aplicaciones biomédicas. Esto fue generando respuestas a los desafíos planteados por la necesidad de producir dispositivos biomédicos de alto rendimiento (Ciencia hoy 6).
El uso de materiales no biológicos en medicina es, sin embargo, muy anterior a la década de los 50s. Sus primeros antecedentes documentables se remontan al siglo XXX a.C., en el antiguo Egipto. También en las civilizaciones clásicas de Grecia y Roma (siglo VII a.C. a siglo IV d.c.) se usaron materiales no biológicos, en particular, metales y algunos otros naturales para el tratamiento de heridas y de algunas enfermedades. Ya en la era moderna, en la Europa del siglo XVI se empleó el oro y la plata para la reparación dental y más tarde hilos de hierro para la inmovilización de fracturas óseas. Los avances tecnológicos de fines del siglo XIX dieron un fuerte impulso a la búsqueda de metales que pudieran ser utilizados en el interior del cuerpo en particular el desarrollo de la anestesia, de la cirugía en condiciones estériles y de los rayos X. Pero al poco tiempo de la aplicación de metales para este fin, aparecieron inconvenientes causados por la corrosión y falta de propiedades mecánicas, necesarias para que el dispositivo cumpliera adecuadamente la función para la que fue diseñado. Para superar estos inconvenientes se investigaron nuevas aleaciones metálicas, entre las que cabe mencionar las de cromo-cobalto y los aceros inoxidables con 18% de níquel y 8% de cromo. Hacia 1940 se mejoró la resistencia a la corrosión de los aceros mediante el agregado de 2-4% de molibdeno. Hacia 1960 se redujo la cantidad de carbono en estos aceros inoxidables a menos del 0,03%, por lo que se logró una importante mejoría adicional. Posteriormente, la introducción del titanio y de sus aleaciones con niobio y tantalio extendió el campo de aplicación de los metales. (Ciencia Hoy 9).
De igual manera, la aplicación de biomateriales no metálicos comenzó también desde la antigüedad. Durante la Edad Media fueron utilizados en ligaduras destinadas a detener hemorragias y en algunos de los procedimientos quirúrgicos. Su desarrollo se aceleró a principios de este siglo con el descubrimiento de materiales para fabricar hilos de sutura capaces de ser degradados y absorbidos por el organismo. Sin embargo, la investigación sistemática y planificada de los materiales útiles para la fabricación de prótesis e implantes sólo surge después de la segunda Guerra Mundial como consecuencia del avance del conocimiento en ciencia y tecnología de materiales. (Ciencia Hoy 9).
La observación clínica de que la inclusión de partículas metálicas en los cuerpos de los soldados heridos era bien tolerada, otorgó a los médicos un criterio empírico que justificó el uso de implantes metálicos para corregir daños en el cráneo o para la fijación interna de fracturas. La comprobación de que los pilotos de guerra no sufrieron alteraciones en la funcionalidad del ojo frente a inclusiones oculares de astillas de polimetilmetacrilato, polímero vítreo empleado en las ventanillas de los aviones, condujo al desarrollo de las lentes intraoculares fabricadas con este material. Estas son consideradas aún hoy en día como uno de los implantes más exitosos. El polimetilmetacrilato también se usa con éxito en cirugía ortopédica como cemento para la fijación de prótesis. (Ciencia Hoy 9).
Hasta aquí se ha ejemplificado la forma en la que surgieron los biomateriales, algunos fueron tan útiles en su momento que se siguen empleando en la actualidad, así mismo, algunos otros fueron tan perjudiciales que obligaron al ser humano a crear toda una ciencia para el estudio de materiales que atiendan una serie de lineamientos necesarios para su funcionalidad dentro del cuerpo humano, Rojo menciona:
Para que un biomaterial cumpla con las expectativas requeridas a su función, ha de cumplir una serie de requisitos como son poseer una biofuncionalidad específica, esto es, cumplir con la función para la que ha sido diseñado, presentando además una respuesta en términos de biocompatibilidad aceptable. Esta última característica afecta además tanto al material en sí como a los productos derivados de la degradación físico-química de éste. La medida de la biocompatibilidad es sin embargo algo más complejo de evaluar. Esto se debe a que la respuesta biológica puede ser tenida en cuenta a distintas escalas, por ejemplo desde las células que componen el tejido adyacente hasta la respuesta inmunológica del paciente e incluso la pura supervivencia de éste (3).
Al caer en cuenta de lo importante que es la biocompatibilidad en un biomaterial, se comienzan a integrar distintas disciplinas, entre ellas ingeniería y medicina, para la caracterización de estructura y superficie de los materiales, y sus efectos correlacionados con las respuestas biológicas observadas. Es entonces cuando se comienza la incorporación de materiales cerámicos para el reemplazo de partes óseas y el desarrollo de materiales compuestos para la creación de órganos artificiales, injertos, etc. (Ciencia Hoy 9).
Atendiendo las necesidades específicas de cada aplicación, se puede recurrir a diferentes materiales para distintas finalidades, en la tabla 1 muestra algunos biomateriales empleados para cuestiones determinadas:
En resumen, los biomateriales se pueden clasificar en metálicos, cerámicos y poliméricos. Debido a la gran variedad y versatilidad de los últimos,
en años recientes se han dedicado arduas investigaciones para su máximo aprovechamiento:
Por lo tanto, los materiales más empleados hoy día en biomedicina son los biopolímeros, se han mencionado algunos ejemplos de sus usos, pero existe una gran variedad, dentro de cual también se puede encontrar: uso de hidrogeles diversos que están comenzando a requerirse en aplicaciones de contacto con sangre y oculares debido a la baja adsorción de proteínas que poseen y a la capacidad de lubricación, uso de polímeros de recubrimiento como siliconas y fluorocarbonos para aplicaciones cardiovasculares, uso de materiales bio-readsorbibles que son interesantes porque se eliminan sin necesidad de una nueva cirugía. Los biopolímeros más utilizados como materiales readsorbibles son los hidroxiácidos que se degradan hasta la mitad de su masa en pocos meses (Biomateriales).
En general, existe una gran gama de materiales con aplicaciones biomédicas capaces de sustituir una función dentro del organismo, sin embargo, aún hay mucho por hacer, puesto que a pesar de que se ha vencido casi por completo el problema de la biocompatibilidad y que se ha logrado la inserción de materiales duraderos, todavía persisten algunos detalles como el desgaste, en algunos casos, la dureza en otros, etc. De aquí que se esté dedicando gran esfuerzo al estudio de materiales compuestos que vengan a mejorar los biomateriales disponibles en la actualidad.
Bibliografía.-
Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Ronald R. Askeland, Pradeep P. Phule, pág. 17.
Nuevos Materiales para una Nueva Era. CIENCIA HOY 6, 1990.
La evolución del campo de los biomateriales. CIENCIA HOY 9, 1998. Consultado el 30 de abril de 2009 de:
Derivados poliméricos de eugenol para aplicaciones biomédicas. Luis Rojo. Madrid 2008. Pág. 3-8. Consultado el 30 de abril de 2009 de:
< http://eprints.ucm.es/8123/1/T30402.pdf>
Biopolímeros. Los polímeros en medicina. Consultado el 30 de abril de 2009 de:
5 comentarios:
Yo creo que gracias a los materiales avanzados, cada vez será menor la ocupación de materiales sintéticos, ya que se utilizarán materiales 100% biocompatibles. Este es uno de los avances de la ciencia que yo considero más importantes porque es una manera segura de ayudar a mejorar la calidad de vida de las personas, y no hay un doble filo que haya a simple vista para estas investigaciones. Siempre se hace en favor de las personas.
De igual manera creo que esta área es importante para mejorar la calidad de vida de las personas, sin embargo, creo que para crear algún material(biomaterial) sea reemplazado se pueden utilizar diversos tipos de materiales!, me imagíno sensores fibrosos en la piel que tal vez nos calienten o nos permita guardar calor, tal vez nos permita conocer como funciona y hasta controlar algunos procesos naturales como el crecimiento del cabello o el crecimiento de las uñas.
creo que todavía tenemos mucho por descubrir en el sector de los biomateriales y es una promesa para mejorar la calidad de vida de las personas. Sin duda se puede observar la dificultad por encontrar biocompatibilidad del material con el cuerpo, pero es un problema muy intrigante a resolver.
Sapee
¿y la tabla 1?
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