Biomateriales, Apuntes de Química Inorgánica

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Jorge Miguel Correia Crespo, María Salvat Ballester, Miriam Correa Mingo.

Biomateriales Aplicados en

Clínica

Prof. Jesús Román Grupo A

Seminario de Química Inorgánica

Biomateriales - Conceptos  (^) BIOMATERIAL – "Cualquier sustancia o combinación de sustancias, de origen natural o sintético, destinadas a actuar con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o sustituir algún tejido, órgano o función del organismo humano." (Dee et al. 2002, p.2) Fig. 1 – Biomateriales y relación con las ciencias e ingeniería.

Tipos de Biomateriales BIOMATERIALES POLIMÉRICOS METÁLICOS CERÁMICOS COMPUESTOS

Biomateriales Poliméricos  (^) A) Polímeros naturales : las proteínas, los ácidos nucleicos, los polisacáridos (como la celulosa y la quitina).  (^) B) Polímeros sintéticos : Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (UHMWPE), el Policloruro de Vinilo (PVC), Nylon, Silicona, Poliestireno.  (^) Aplicaciones: Implantes quirúrgicos. Membranas protectoras (ej.: cementos óseos acrílicos). Sistemas de dosificación de fármacos.

Biomateriales Cerámicos  (^) Compuestos químicos complejos que contienen elementos metálicos y no metálicos.  (^) Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, son generalmente, duros y frágiles. Además de tener un alto punto de fusión y una baja conductividad térmica y eléctrica, los cerámicos se consideran resistentes al desgaste.  (^) Aplicaciones : todo tipo de implantes y recubrimientos en prótesis articulares.

Biomateriales Compuestos  (^) Material formado por una matriz (resina) y un refuerzo de fibras naturales.  (^) Es importante que cada componente del compuesto sea biocompatible, además, la interfaz entre los componentes no deben ser degradados por el entorno del cuerpo.  (^) Objetivo : Imitar la estructura de la materia viva en el proceso.  (^) Aplicaciones: Válvulas cardiacas, marcapasos, uniones óseas.

Características Específicas de los Biomateriales  (^) Cualquier material implementado en el organismo no debe provocar reacciones adversas que impidan obtener el efecto deseado – BIOCOMPATIBILIDAD.  (^) Es necesario tener en cuenta una serie de factores, como por ejemplo:  (^) Los componentes deben ser derivados de fuentes biológicas.  (^) Las unidades básicas deben ser tratables para modificar el diseño y así lograr necesidades específicas.  (^) Exhibir un grado controlado de degradación del material.  (^) No ser citotóxico.

A) Propiedades biológicas

Características Específicas de los Biomateriales  (^) Cristalinidad: ↑Metálicos y cerámicos.  (^) Comportamiento térmico: temperatura de fusión, de descomposición y la de transición vítrea.  (^) Comportamiento mecánico.  (^) Resistencia a la degradación química.

B) Propiedades físico-químicas

Biomateriales y Infecciones Fig. 3 – Desarrollo de infecciones en biomateriales.

 (^) (a) Las bacterias planctónicas pueden ser eliminadas por anticuerpos y fagocitos, y son susceptibles a antibióticos.  (^) (b) Las células bacterianas al formar biofilmes se adhieren preferentemente en superficies inertes, y estas comunidades son resistentes a los anticuerpos, fagocitos, y antibióticos. Formación de las infecciones Fig. 4 – Formación de biofilmes en prótesis. (Courtesy, Science, 21 May, 1999, VOL 284).

Investigación  (^) Formular antibióticos nanoencapsulados destinados a formar parte de biomateriales para implantes extravasculares o para el tratamiento clínico de las infecciones asociadas a biofilmes. Fig. 5 – Desarrollo de biofilmes en las prótesis y producción de infección.

Nanoencapsulación de antibióticos Fig. 6 – Máquina de producción de nanopartículas utilizada. Fig. 7 – Ciclón de formación de partículas. Fig. 8 – Ciclón de recojida de nanopartículas.

Posibilidades Futuras

1. Creación de encapsulados con combinaciones de antibióticos (para eliminar las bacterias en biofilmes en diferentes estados de la infección).  (^) Estas combinaciones pueden ser con antibióticos con diferentes espectros de acción.
2. Analizar la forma de aplicación de las nanopartículas en el organismo:  (^) Micromembrana alrededor del cemento acrílico – Liberación prolongada.  (^) Microinyección directamente en los biofilmes.

Bibliografía  (^) Soria J.M., Barcia-González J. Uso de biomateriales en medicina regenerativa, aspectos básicos y aplicaciones en el Sistema Nervioso. Trauma Fund MAPFRE 2008; 20:1; 15-22.  (^) Vallet-Regí M. Biomateriales para sustitución y reparación de tejidos.  (^) Vallet-Regi M. Revisiting ceramics for medical applications. Dalton Trans 2006; 44:5211-20.  (^) Laczka-Osyczka A, Laczka M, Kasugai S, Ohya K. Behavior of bone marrow cells cultured on three different coatings of gel-derived bioactive glass-ceramics at early stages of cell differentiation. J Biomed Mater Res 1998; 42:433-42.  (^) Rumpel E, Wolf E, Kauschke E, Bienengraber V, Bayerlein T, Gedrange T, et al. The biodegradation of hydroxyapatite bone graft substitutes in vivo. Folia Morphol 2006; 65:43-8.  (^) RECURSO ELECTRÓNICO: https://sites.google.com/site/ingenieriabiomedica123/biomateriales/biomaterail (Consultado a 23/03/2013)