Biomateriales Historia, Apuntes de Biomateriales

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Historia de los Biomateriales

Brandon García Salazar, Jeison Euler Jajoy Zambrano Universidad autónoma de Manizales

1. RESUMEN

The present work is a review of the different topics seen in the subject of biomaterials taking into account its usefulness and its ability to interact with biological systems in order to replace some organism function or tissue of the human body, thus relating the primary applications in Biomedical engineering and its interest in this branch.

2. INTRODUCCIÓN

Desde la prehistoria el hombre ha utilizado de la naturaleza materiales para suplir sus necesidades básicas, por ejemplo, piedra, madera o tierra. Materiales a los que se los podía transformar de manera rústica pero que eran de gran importancia y cumplían un rol a la hora de desempeñar una tarea. Posteriormente, el ser humano durante lo que hoy se conoce como Edad de los Metales, que abarcó desde el V al I milenio a.C, descubrió metales como el cobre, estaño, bronce (aleación) y finalmente el hierro, este importante hallazgo le permitió desarrollar artefactos con una resistencia mucho mayor. El siguiente momento de gran relevancia fue el descubrimiento del plástico y sus diversas utilidades. Hoy en día la tecnología de materiales se está enfocando en los polímeros con propiedades óptimas para la aplicación de los biomateriales tema de investigación y desarrollo activo para científicos e ingenieros de materiales en todo el mundo y tema principal del presente escrito.

El aspecto más importante de los biomateriales es la propiedad de interactuar con sistemas biológicos con el fin de preservar la salud y con esto mejorar las condiciones de vida, ya que dependiendo de

las propiedades y composición de un material se evalúa su compatibilidad en alguna parte del cuerpo humano. Pero esto tiene varias implicaciones, ya que para poder ser biocompatible tiene que cumplir con unas características básicas que permitan desempeñar su función al interior del organismo. En algunas condiciones nuestro cuerpo no es capaz de tolerar los materiales alojados dentro, producto de una intervención quirúrgica, esto era lo que sucedía cuando se empezaban a usar algunos materiales para tratar problemas asociados al cuerpo humano. Los primeros materiales utilizados quirúrgicamente presentaban ciertos problemas asociados a sus propiedades químicas, como ser propensos a la corrosión u oxidación, con esto se generaban infecciones y efectos adversos que retrasaban la curación, además que la prótesis tiene áreas en las cuales las células inmunitarias no tienen acceso, por lo que se volvía complicado combatir una infección.

Ya que el material tiene esta implicación se debe considerar que sus propiedades físicas, químicas y mecánicas sean aceptables para el reemplazo biológico. Los materiales actualmente más utilizados y que se relacionan directamente con el cuerpo humano se clasifican en 3 grandes grupos: metales, cerámicos y polímeros.

3. CONTENIDO

3.1 INTRODUCCION DE LOS BIOMATERIALES

¿Qué se le debe exigir a un biomaterial?

El biomaterial debe poseer propiedades físicas, químicas y mecánicas que en conjunto no impliquen una alteración al

La utilización de los biomateriales en la historia ha sido una práctica que ha beneficiado y se ha desarrollado con la época.

3.2 HISTORIA DE LOS BIOMATERIALES

• Hace 900 años: se encontró una flecha en el cuerpo del “hombre Kennewick”, el cual duro con ella incrustada en su cuerpo durante su vida, estos fueron los primeros datos de estudio para esta gran rama de los biomateriales.

Fig.1 Estudios llevados a cabo sobre el “Hombre de kennewick”

•1829: La preparatoria levert se concentró en los estudios a las respuestas caninas con respecto a metales implantados en estos, llevando a cabo investigaciones, para luego ser aplicado en humanos.

•1860: Se diseñó la cirugía aséptica la cual lleva el uso de instrumentos, suturas, ropa, guantes, entre otros, encargados de tener un medio preventivo durante una cirugía.

• 1886: Por primera vez se emplean placas de acero para facilitar la reparación de fracturas del hueso; pero como su diseño era muy rustico o inadecuado se deterioraban con el paso del tiempo.

Fig.2 Radiografías de reparación de hueso con acero

•1893: En este año se descubren los rayos x, gracias al científico William Roentgen y es donde esta técnica toma un gran papel y único en el diagnóstico, para la ortopedia y traumatología.

Fig.3 primera radiografía tomada por roentger

•1912: Se diseñan aceros inoxidables para dispositivos ortopédicos ya que estos tienden hacer resistentes a la corrosión y son adecuados para estos usos y se diseñaron métodos de automatización de los vasos sanguíneos.

• 1928: Se usaron antibióticos para combatir las bacterias sensibles, provocadas por alguna infección, este medicamento se llama “penicilina”.
• 1931: Marius Smith-Petersen desarrolla un dispositivo de vidrio destinado a la aplicación en prótesis parciales de cadera y clavos para la fijación de huesos.

•1936: En esta época se diseñan las aleaciones base cobalto para cirugía ortopédica. Con muchas aplicaciones en ortopedia, especialmente para reemplazo de huesos y con una resistencia al peso propio de cada persona.

•1938: Primer reemplazo completo de cadera.

• 1940: Se diseña por primera vez la cirugía ocular.
• 1949: Se llevó acabo el primer implante de lentes intraoculares, fue tan exitoso este invento que se llevó acabo a 7 millones de personas por año.

Fig4. Implante de lentes intraoculares

• 1950-60: Willem kolff fue el primero en desarrollar e implantar un corazón artificial en un perro. Además, se diseña el corazón artificial y la máquina de diálisis. Anexando que se diseñó las aleaciones base titanio que se llevaron a cabo para la construcción de caderas inoxidables y además se incorporó el teflón a la familia de biomateriales.
• 1970: Se diseñan materiales porosos para asegurar el crecimiento del hueso alrededor del implante. Alúmina, PMMA.
• 1975: Se dio un gran avance ya que por primera vez a nivel mundial se diseña la sociedad para biomateriales.

•1980: Se dio la utilización de lentes de contacto de poli-HEMA.

• 1983-86: En esta época el Dr. Julio palmaz, fue el encargado de diseñar el stent expandible, una malla la cual ayuda al paso de sangre en las arterias coronarias cuando estas sufren de angina, actualmente es puesta a millones de personas por año.

•1997 : En este año se llevaron varios ensayos clínicos con piel artificial llevando a buenos resultados, como lo es la curación de úlceras para la piel de los diabéticos, esto dio origen a la ingeniería de tejidos para llevar el gran potencial en este tema.

• 1998: Aquí se diseñaron los cementos óseos acrílicos, gracias a su diversidad de polímeros sirve para fijar prótesis de cadera anexando que por su material polimérico proporciona la ayuda de transferir cargas mecánicas complejas.
• A partir del 2000: Se llevan acabo muchos inventos y estudios a diversos biomateriales, se da la clasificación de estos en Metales, Compuestos, Cerámicos y Polímeros ya que cada uno de estos materiales posee funciones y características diferentes las cuales pueden ser empeñadas en diferentes partes del cuerpo en lugares específicos.

La piel artificial derivada de polímeros y avances en diálisis por membranas fueron avances de esta época.

4. CONCLUSIONES

De acuerdo a la evolución de los biomateriales cabe destacar el uso de los metales al cabo de toda la historia los cuales eran implantados en las personas y que la resistencia de estos con el paso del tiempo decaía drásticamente, ya que debido a su poca resistencia a la corrosión se deterioraban; lo que llevó a la búsqueda de materiales accesibles, de bajo costo y con muchas funcionalidades y cualidades únicas las cuales se podrían utilizar con muchos fines; un ejemplo seria la resistencia a la corrosión y a los esfuerzos mecánicos; ya que al reemplazar un hueso tendría este que material soportar nuestro peso corporal, el cual no es un trabajo tan fácil y causaría fatiga y desgastes como tal de estos materiales al cabo del tiempo; fue allí donde se descubren materiales como el 316L, material resistente a la corrosión con muchas propiedades mecánicas, aunque su biocompatibilidad no es del todo satisfactoria por lo que se estaban haciendo investigaciones y recubrimientos de éste, ya sea con polímeros entre otros materiales para prevenir infecciones luego del implante. Aleaciones de Titanio, este material puro y sus derivaciones presentan una gran compatibilidad en el cuerpo y sus propiedades mecánicas son altas por lo que se utiliza para cambios de huesos, aunque este material tiene poca resistencia corrosiva se puede mejorar con adición de algunos materiales. Nitinol, es una aleación de Níquel y titanio es muy biocompatible y resistente a la corrosión, tal como el anterior es muy aplicado en la medicina por estas cualidades anexando que este material es pseudoelástico, es perfecto para el “stent auto expandible” fuera de esto existen

variedad de componentes y biomateriales pero se espera que para un futuro lleven al diseño de bioprotesis con ayuda de las proteínas de células madres, aunque la mayoría de estas investigaciones queden estancadas se espera que con el paso del tiempo se puedan llevar a cabo la investigación y con ayuda diseñar nano prótesis para regeneración de tejidos y órganos, las cuales nos proporcione una mayor viabilidad y soluciones futuras a muchos problemas actuales que aún no tienen solución.

5. REFERENCIAS

• [1] DQbito Biomedical Engineering, 10 dic. 2014 Direccion: https://www.youtube.com/watch? v=iOHA7uQjPyE
• [2] ABC sociedad; 26 de junio de 2013.

Dirección: https://www.abc.es/sociedad/20130626/ abci-hueso-artificial- espana-201306261952.html

• [3] Trabajo de fin de grado; 2018. Dirección: https://idus.us.es/xmlui/bitstream/handle/ 11441/82139/MORALES%20FUENTES, %20BEL%C3%89N.pdf?sequence=
• [4] Centro De Educación Científica de Yucatán; CICY: treinta años de labor científica y educativa; 20 abril de 2010; página: 293-301. Dirección: https://s3.amazonaws.com/ academia.edu.documents/31797839/

C_roseus_Efecto_hipoglucemico.pdf? AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y 53UL3A&Expires=1549822883&Signature =xH1a2NeiuehBh6uwPNwlUckOKtY%3D &response-content- disposition=inline%3B%20filename%3DC _roseus_Efecto_hipoglucemico.pdf#page= 93

• [5] Patología del aparato locomotor; 2007. Dirección: http://www.mapfre.com/fundacion/html/ revistas/patologia/v5sI/pag02_04_con.html

Bibliografías:

• [6] Revista española de cardiología, junio de 2007. Dirección: http://www.revespcardiol.org/es/analisis- caracteristicas-los-stents-farmacoactivos/ articulo/13111106/
• [7] NE ; 20 de noviembre de 2014. Dirección: https://www.noticiasendovasculares.com/ noticias/medtronic-obtiene-la-aprobacion- europea-para-el-stent-coronario-resolute- onyx/
• [8] HealthDay; enero 12 de 2018. Dirección: https://consumer.healthday.com/espanol/ bone-and-joint-information-4/knee- problem-news-436/el-cemento-oacute-seo- iquest-una-opci-oacute-n-no-quir-uacute- rgica-para-el-dolor-en-las- articulaciones-730150.html
• [9]Revista española de cirugía ortopédica y Traumatología; enero-febrero de 2018; paginas 86-92;

Dirección:

https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S

• [10] Tendencias Científicas; 13 de mayo de 2015. Dirección: https://www.tendencias21.net/Fabrican- hueso-solo-con-algunas-proteinas-de-las- celulas-madre_a40417.html