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BIOMATERIALES
TEMA 1. INTRODUCCION
Biomaterial es una “pieza de repuesto del cuerpo humano”.
Los materiales usados son biomateriales e implantes (en contacto con tejido humano). Se puede sustituir prácticamente todo el cuerpo, excepto el cerebro.
Otra parte de biomateriales trata sobre la ingeniería biomédica, incluyendo biomateriales, biosensores, etc.
Desde la idea (médico al detectar necesidad, junto investigador o inventor), una vez detectado el problema, tenemos que decidir qué va a tener ese material, qué materiales tolera el cuerpo humano para generar beneficios superiores a los riesgos (labor llevada a cabo por un Químico). Tras esto, se realizan numerosas pruebas (toxicidad, biocompatibilidad, mecánicas, etc.) llevadas a cabo por Ingenieros, bioquímicos, veterinarios…
El fabricado y almacenaje (esterilización, embalaje, etc.) se debe de realizar también. Es entonces cuando se repiten los ensayos (in vitro, in vivo) por si acaso las propiedades se hubieran modificado.
Una vez realizado todo esto, este material debe de ser aprobado por órganos legislativos para poder implantarse. Tras su implantación, habrá que retirarlo finalmente para ver si ha fallado, cómo, y mejorarlo.
Materiales:
El cuerpo humano está constituido por:
- elementos esenciales : si faltan la vida no sigue, tienen una función determinada y a un rango específico de concentraciones
- elementos beneficiosos
- contaminantes
- polucionantes
La naturaleza tiene elementos en distinta proporción, coincidiendo con los elementos esenciales, debido a que entran a través de nuestra dieta.
Debemos no introducir contaminantes ni polucionantes, introduciendo preferentemente elementos esenciales y beneficiosos, a dosis adecuadas.
Implantes:
a) Materiales naturales
- autoinjerto : se saca hueso del propio paciente, y se coloca. Requiere dos operaciones, pero la compatibilidad es perfecta. A veces no se puede realizar (osteoporosis)
- aloinjerto : de bancos de huesos. Gran bajada debido a la aparición del VIH
- xenoinjerto de animales: posibilidad de transmisión de enfermedades (mal de las vacas locas)
b) Materiales sintéticos : evitamos problemas (xej: bioceramicos)
El hueso sano tiene alta densidad. Con osteoporosis se produce una pérdida de masa ósea que da lugar a una mayor fragilidad. Al vivir más años las personas, se necesitan más los biomateriales
El uso de BMT comienza después de la WWII
Primero se pensó en sustituir sin miedo a padecer efectos adversos, utilizando materiales inertes , que no reaccionan frente a fluidos biológicos. Son los biomateriales de primera generación : metales, cerámicas, polímeros y composites. El organismo reconoce el implante como un cuerpo extraño, y los neutrófilos y macrófagos actúan, formándose células gigantes, liberándose citoquinas. Ante estas citoquinas, los osteoblastos actúan segregando colágeno y el BMT queda aislado en una cápsula fibrosa , lo que tiene como consecuencia que debido al movimiento se produzca un aflojamiento de la prótesis.
Después se buscó que las células se asentasen en la pieza y se produjese una regeneración del tejido (xej: que se una al hueso). Son los BMT de segunda generación, bioactivos y biodegradables. Evitan la formación de la cápsula fibrosa, por lo que se evitan los micromovimientos. Se une al hueso al ser bioactivo, produciéndose una intensa reacción. Se utilizan diversos métodos para evaluar esta bioactividad.
Los BMT de tercera generación buscan la regeneración del tejido. (x.ej: células madre)
Los huesos son porosos, y en los poros se encuentran los osteoblastos. Se utilizan como BMT cerámicas, pero son frágiles. Para que estas cerámicas sean menos frágiles, se busca aumentar su flexibilidad.
Las cerámicas se unen a tejidos, pero son frágiles. Para ello se hacen más densas (soportan más carga mecánica), pero las células quedan en la superficie y no pueden entrar a formar hueso. Para evitar la existencia de un núcleo que no se transforma en el interior, se buscó otro material poroso para que entrasen las células (sería más frágil), que no podemos utilizar para todo (por ejemplo, la rodilla soporta mucho peso corporal) pero para huesos que no soporten cargas sí. En función de que hueso, se utiliza un BMT u otro, poroso o no, inteligente (que actúa sobre un estímulo) o no.
En andamios, primero se deja colonizar el andamio y luego se implanta.
La medicina regenerativa hoy día no se usa, y se encuentra en investigación.
TEMA 2
No podemos medir el Pm por propiedades coligativas, por lo que hay otras técnicas. En macromoléculas se obtienen un Pm promedio, ya que todas las cadenas poliméricas no son de igual longitud.
El uso de polímeros como implantes está restringido: se usan para zonas del cuerpo sin movilidad, y para prótesis de válvulas cardíacas. Las sondas son de plásticos (inertes). En el mundo de la salud los polímeros se usan mucho.
En función del estado en que se encuentran las moléculas se tienen distintas propiedades (etileno (g) -> polietileno (s, bolsas))
Polímeros biológicos: nos referiremos a proteínas y DNA
Para ser activas deben de estar en medio acuoso, y deben de tener una estructura espacial. Se debe disponer de métodos para poder ver esta estructura.
El DNA necesita una estructura especial.
La determinación de la estructura terciara es clave para la función de proteínas y DNA (se usan como biomateriales)
Necesitan condiciones ambientales limitadas (¿?)
Las macromoléculas son moléculas formadas por unidades más pequeñas llamadas monómeros. Pueden estar formados por un monómero (homopolímero) dos (copolímero) o más (terpolímero). Una macromolécula del tipo sintético , en general tiene estructura menos determinada y definida , aunque ha de estar formada por unidades más pequeñas y tiene un Pm promedio. Según los monómeros, y su método de elaboración, un polímero tendrá una determinada utilidad. La polimerización es clave en la obtención de compuestos. Las propiedades de estos polímeros estarán en función de que sean lineales o ramificados, formando fibras o no. La síntesis de un polímero debe cumplir unas condiciones para cumplir el resultado final.
Para calcular el Pm promedio, se debe de decidir cómo se obtiene: (p.ej.: Pm promedio en húmedo)
En polímeros, se trata de correlacionar una propiedad física con el número de monómeros que integran una macromolécula, en concreto, la correlación lineal, periódica o exponencial de éstos. A altas concentraciones, interaccionan las moléculas entre sí perdiéndose la linealidad.
Al ser las macromoléculas muy grandes, incluso a bajas concentraciones se dan interacciones. Por ello, es más difícil la interpretación de resultados. Medimos promedios, que serán una media de valores. Para calcular esta media, nos hará falta conocer el Pm. Los átomos y enlaces serán los mismos que en la Química normal.
· Promedio en mº : Mn (M con raya por encima)
Mn((raya)) = Mox ((Msin raya y X con raya)) = ((Esuperinfinito cuando x= xNsubx))/(( Esuperinfinito cuando x=1 Nsubx))
Para realizar este cálculo se considera el nº de moléculas o longitudes de cadenas en función de uno u otro (distinto Pm) , por ello hay que definir el Pm, correlacionando propiedades físicas con promedio en peso y en nº (de moléculas??)
Hay dos tipos de Pm el exacto y el promedio (todos los componentes no tienen el mismo Pm). No podemos recurrir a la ley de Raoult ni a las propiedades coligativas, por lo que se estudian, con técnicas especiales, una serie de propiedades:
- Viscosidad
- Cromatografía de exclusión
- Light scattering
- Ultracentrifugación (en desuso)
- Rayos X
- RMN (con limitaciones)
