Boletín
Nº 192 - noviembre - diciembre 2018
Biomateriales poliméricos para
aplicaciones médicas
Por Felipe Sánchez
Banda
Saltillo, Coahuila. 26 de noviembre de 2018
(Agencia Informativa Conacyt).-
Fabricación de membranas para purificación de sangre en los procesos de
diálisis, apósitos para la curación de heridas, suturas quirúrgicas, implantes
dentales y vasculares, catéteres, entre otras, son las aplicaciones de los
biomateriales poliméricos en el sector médico.
Morfología de mat de fibras poliméricas
Los biomateriales poliméricos actualmente representan una
alternativa para la fabricación de insumos médicos y tratamientos de diversos
padecimientos óseos.
En el marco de las actividades de la XXV Semana Nacional de
Ciencia y Tecnología (Sncyt), Desastres naturales:
Terremotos y huracanes en Coahuila, el Centro de Investigación en Química
Aplicada (CIQA) presentó la
conferencia Biomateriales poliméricos para aplicaciones médicas, referente
a un proyecto de investigación dirigido por los doctores Graciela Elizabeth
Morales Balado, investigadora del Departamento de Síntesis de Polímeros del
CIQA; Jesús Heriberto Rodríguez Tobías, egresado del doctorado en tecnología en
polímeros de la institución, y con la asesoría de la doctora Karen Lozano, de
la Universidad de Texas Rio Grande Valley (UTRGV).
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Victoria María Padilla Gainza,
colaboradora del proyecto y estudiante de doctorado en tecnología en polímeros
del CIQA, explica la importancia de los biomateriales poliméricos, su uso en el
sector médico en la actualidad y la investigación que desarrollan al respecto
en el CIQA.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Qué es un biomaterial?
Victoria María Padilla Gainza
(VMPG): Un biomaterial es un material sintético o natural usado en un
dispositivo médico que tiene el propósito de interactuar con un sistema
biológico.
AIC: ¿Qué
particularidad tiene un biomaterial polimérico?
VMPG: Cuando
hablamos de biomaterial polimérico es que el material está hecho con base en
una macromolécula, que está compuesta por unidades repetitivas y es llamada
polímero. Es la clase más grande de biomateriales y se pueden usar en
aplicaciones relacionadas con tejidos duros o blandos y como agentes de
liberación de fármacos.
Pueden ser derivados de fuentes naturales o sintéticas;
entre los naturales tenemos la celulosa, alginato de
sodio, caucho natural, colágeno, heparina, por nombrar algunos; con relación a
los sintéticos, existe una gran variedad, por ejemplo, la silicona,
polipropileno, polietileno, polimetilmetacrilato
(PMMA), poliácido láctico, polietilenglicol, entre
otros.
AIC: ¿Por qué es
importante investigar este tema?
VMPG: Es
importante porque mundialmente hay una gran variedad de enfermedades
degenerativas (diabetes, osteoporosis, osteoartritis, entre otras) que
necesitan alternativas médicas para ser atendidas. Además, los materiales
poliméricos ofrecen una excelente opción para generar dispositivos con las
características adecuadas para aplicaciones en el área médica.
AIC: ¿En qué
aplicaciones médicas se utilizan los biomateriales poliméricos?
VMPG: En el caso
de las fuentes naturales, como la celulosa, se utiliza en las membranas para
purificación de sangre en los procesos de diálisis; el alginato
de sodio es un polisacárido derivado de algas marinas, y se ha encontrado su
uso en apósitos para la curación de heridas.
El caucho natural proviene de la savia de algunas especies
de árboles y es muy utilizado en la industria del neumático y llantas
aislantes, es muy conocido por sus grandes propiedades elásticas y de
resistencia a sustancias alcalinas y básicas. En el área biomédica, es
ampliamente usado en la fabricación de guantes quirúrgicos.
Hay otros biomateriales derivados de fuentes animales, como
el colágeno que es la proteína más abundante del cuerpo humano, ya que se
encuentra mayormente en piel, hueso y tejido muscular. Es usado para mejorar la
flexibilidad de la piel y en implantes dentales. Está la heparina también, que
es una sustancia anticoagulante que se encuentra en casi todos los tejidos del
cuerpo, especialmente en el hígado, pulmón y músculos, y es usada para la
fabricación de tubos de recolección de sangre.
En cuanto a las fuentes de polímeros sintéticos, la silicona
tiene grandes propiedades de flexibilidad y resistencia, se usa en uniones de
dedos, en válvulas cardiacas, en implantes para senos; también para la
reconstrucción de barbilla, nariz, oreja, y para la fabricación de catéteres y
tubos de drenaje. El polimetilmetacrilato es otro
polímero sintético, y es usado para fabricar lentes intraoculares, lentes de contacto
duro.
Morfología de mat de fibras
poliméricas. De la misma familia de los metacrilatos, se encuentra el poli(2-hidroxietilmetacrilato)
(PHEMA), especialmente usado en lentes de contacto suaves. El teflón es usado
en la fabricación de filtros y catéteres, y en su forma con microporos
en prótesis vasculares. El nylon, polietileno y poliácido láctico son ampliamente
usados en suturas quirúrgicas. El tereftalato de
polietileno, conocido como PET por sus siglas en inglés, en su forma de tela
tejida es empleado en implantes vasculares, fijación de implantes, reparación
de hernias y reconstrucción de ligamentos.
AIC: ¿Qué
proyecto desarrollan actualmente sobre el tema en el doctorado?
VMPG: Estamos
desarrollando materiales a base de fibras poliméricas que tengan propiedades
antibacterianas y bioactivas, a través de una técnica
de hilado por centrifugación, y evaluar su potencial uso como andamio para la
regeneración de tejido óseo.
Como agente antibacteriano se está usando el óxido de zinc,
debido a que tiene propiedades antibacterianas comprobadas en diferentes cepas,
además es un material económico para producir y tiene muy fácil control de la
morfología. Otra característica importante es que posee cierta toxicidad
selectiva para bacterias con efecto reducido en células humanas.
Como agente bioactivo se está
usando la hidroxiapatita, que es uno de los
principales componentes del hueso, y tiene influencia sobre varios procesos
biológicos que ayudan a la regeneración del tejido óseo.
Los polímeros que se están usando son biopoliésteres,
que son biodegradables y que han mostrado evidencias de biocompatibilidad
en varios tejidos y células.
Por último, la técnica de hilado por centrifugación (Forcespinning®) que se está usando tiene ventajas
significativas sobre otras técnicas empleadas para la producción de fibras. Entre
las ventajas más significativas, se encuentra su velocidad de producción, lo
que permite la obtención de materiales de dimensiones considerables en tan solo
unos minutos.
AIC: ¿Qué
resultados han obtenido hasta el momento?
VMPG: Hemos
obtenido muy buenos resultados antibacterianos, trabajamos con dos tipos de
polímeros, uno es el polihidroxibutirato (PHB) y el
otro es el poliácido láctico (PLA). Con el polihidroxibutirato
tuvimos muy buenos resultados antibacterianos con baja concentración de óxido
de zinc; con concentraciones de uno por ciento tenemos casi un 100 por ciento
de inhibición al crecimiento de bacterias de interés clínico como el Staphylococcus aureus (S. aureus) y Escherichia coli (E. coli).
E.coli cortesía de Wikipedia.En el caso del PLA, tuvimos que
aumentar un poco la concentración de óxido de zinc para lograr una inhibición
por encima de 97 por ciento, pero sí hemos obtenido condiciones que permiten
que los materiales tengan actividad antimicrobiana.
En cuanto a la biocompatibilidad
de los materiales, cuando hablamos de viabilidad celular nos referimos al
metabolismo de las células; por ejemplo, si tenemos un porcentaje alto de
viabilidad, quiere decir que las células están sanas. En detalle eso es lo que
se mide, se pone a interactuar el material con células en un medio biológico y
se hacen medidas de absorbancia, utilizando un indicador de la actividad
metabólica, y eso se representa por medio de un porcentaje conocido como
viabilidad celular. Mientras más alta sea esa viabilidad celular, decimos que
las células están sanas, es decir, que el material no alteró de manera
significativa el desarrollo de las células.
Con relación a las pruebas de viabilidad celular, el PLA
promovió una mejor respuesta celular que el PHB, con valores por encima de 60
por ciento. Lo que refleja un resultado prometedor para este tipo de
aplicaciones.
AIC: ¿Cuál es el
futuro del proyecto?
VMPG: En este
caso, estos resultados los hemos desarrollado con el uso de las nanopartículas de manera separada. Por ejemplo, el caso de
la actividad antimicrobiana lo hicimos solo con nanopartículas
de óxido de zinc, los estudios biológicos los hicimos con la hidroxiapatita, pero en esta tercera fase estamos haciendo
los estudios con el material ternario que es la combinación del polímero con
las dos nanopartículas. Entonces esto es lo que
estamos desarrollando en esta etapa y vamos a ver qué pasa combinando las dos nanopartículas bajo las condiciones que nos dieron mejores
resultados, haciendo las evaluaciones de manera separada, queremos ver qué
sucede, si siguen teniendo buenas propiedades antibacterianas y bioactivas.
El desarrollo de un dispositivo médico lleva varias etapas
de experimentación. En la propuesta del proyecto de tesis, pensando de manera
optimista, se planteó la posibilidad de realizar pruebas in vivo del material diseñado. Sin
embargo, las etapas de experimentación previas a la realización de las
pruebas in vivo llevan
mucho tiempo y el tiempo se va muy rápido. En el tiempo que queda del
doctorado, que es un año, no podremos llevar el estudio hasta ese nivel, pero
sí vamos a poder tener los resultados in
vitro que muy bien podrían ser un comienzo de nuevas investigaciones
para después llevar el dispositivo a un nivel más avanzado.