Biomaterial polimerikoak. Giza gorputza osatzen duten plastikoak

1993/01/01 Goñi, Isabel | Gurrutxaga, Marilo Iturria: Elhuyar aldizkaria

Biomaterialak, sistema biologikoekin elkarrekiteko diseinatutako material bizigabeak dira (1986ko BIOMAT “Consensus Conference”an hitzartutako definizioa).

Plastikozko injertoa, TEFLONezkoa. Kapilarrak osatu direla ikus daiteke.

Biomaterialek historia luzea dute; aspaldikoak baitira material natural edo artifizialez ehunen funtzioak eta gorputzaren zatiak errestauratzeko egindako saioak. K. a. 4000. urtean jadanik honelako teknikak erabiltzen zirela badakigu: Edgar Smith-en papiroak zauriak ixteko eta beste helburu batzuetarako sistemak deskribatzen ditu. K. a. 2000. urtearen inguruko beste lan batzuek hezurrak konpontzeko metalak erabiltzen zirela adierazten dute. Antzara-lumak odol-hodiak konpontzeko erabiltzeko saioen berri ere heldu da gureganaino. Aspaldi samarreko berri horiek argi azaltzen dute bide honetan hainbat urrats eman izana, eta joan den mendearen hasieran dagoeneko hasiak ziren metalak hezurrak konpontzeko kirurgian serioski erabiltzen.

Ondoren, mende honetan 30.eko hamarkadan, plastikoen industriaren garapena heldu zen eta horren ondorioz, polimeroak ere erabiltzen hasi ziren hezur-konponketetan. Plastikoak ere bere lekuaren bila hasi ziren biomaterialen artean, beraz. Beste hainbat gauzatan beza-la, II. Mundu-Gerrak oso bultzada handia eman zien arlo honetako ikerketei. Gerrak berak sortutako ondorioek, inplante eta gorputzaz kanpoko gailuen beharra sortu zuen eta industrialki erabiltzeko egin ziren materialen garapenak lehen gailu erabilgarriak probatzeko aukera eman zuen. Industriarako egindako aurrerapenek medikuntzarako ekarri dituen onuren adibidetzat, hauxe ekarriko dugu hona: Koff doktorearen giltzurrun artifiziala, saltxitxak biltzeko zelofana garatzearen ondorio izan zen.

DAKRONezko (polietilentereftala-tozko) ehuna, belauneko lotailua ordezteko.

Azken 30 urte hauetan arlo honetan egin diren aurrerapenak urrats erraldoiak direla esan daiteke inongo beldurrik gabe. Taulan, polimeroek medikuntzan dituzten erabilpen nagusien zerrenda agertzen da, eta ikus daitekeenez, oso zerrenda osatua da; medikuntzaren esparru guztiak hartzen ditue-na. Guzti horietaz gain, azpimarratzekoa da polimeroek ortodontziaren alorrean lortu duten presentzia ikaragarria. Gaur egun, ortodontis-tek —eta beraiek esana da— polimerorik ezean kontsultak itxi egin beharko lituzkete.

Dagoeneko klasikotzat jo ditzakegun arlo horiez gain, bada bidea urratzen hasi berria den beste esparrutxo bat; farmakologiarena, hain zuzen. Badira polimeroak erabiltzen dituzten medikamentu berri batzuk eta hauetan oso paper berezia eskatzen zaio polimeroari. Batetik, botikaren dosifikazioa gorputzaren barruan gertatzea nahi da, eta bestetik, botika hori nahi den gunera baino ez heltzea.

Traumatologia da, dudarik gabe, jatorri polimerikoa duten pro-tesi-materialak erabiltzeaz gehien baliatu den espezialitate mediko-kirurgikoa. Istripu traumatologikoak oso ugari dira lan-mundu industrialean eta garraiobideetan eta hauei degenerazio-gaixotasunak ere erantsi behar zaizkie. Artikulazio-protesi gehien-gehienek dute osagai polimerikoren bat. Behatz-artikulazioak normalean silikonazko materialez ordezten dira, esate baterako.

Egun erabil daitezkeen protesi plastiko guztiekin osatutako giza gorputza.

Espezialitate honetan gehien aplikatzen den kirurgia, aldaka- eta belaun-artikulaziokoa izango da, noski. Artikulazio edo giltzadu-ra hauetan sarritan metala, polietilenoarekin edo teflonarekin konbinatuz erabiltzen da. Gainera, pieza hauek organismoan kokatzeko erabiltzen den "zementua" poli(metil metakrilato)a izaten da. Zementu hauen erabiltzeak badu berezi-tasunik: intserzioa egin behar den lekuan bertan polimerizatzen da eta horrela jatorrizko piezek utzi duten hutsunera guztiz egokitzea lortzen da.

Larruazal-ehuneko protesiek ere garapen handia izan dute. Azal edo larruazal izenez ezagutzen dugun giza organismoaren tegumentua, gorputzean dugun azalerarik handieneko organoa da eta bere funtzioa babestea da; kanpo-agenteetatik babestea. Larruazaleko lesiorik arruntenak urradurak, zulaketak eta erredurak dira.

Hauetan erredurek sortutako lesioen tratamendua izango da segurutik biomaterial polimerikoez gehien baliatu dena. Erreduren tratamendu terapeutikoa luzea denez, geruza babestaile eta bioitsaskorrak behar izaten dira. Baina bestalde, larruazaleko ehunen bir-sorkuntza-prozesua sustatu nahi denean ez da komeni material inerteak erabiltzea. Guneko hiperreakzioa sortuko duten materialak erabili behar izaten dira. Horrela, bioitsaskortasunik galdu gabe, zelulak izugarri eta azkar haztea lortzen da. Ezaugarri horiek kontutan har-tuz, hainbat sistema polimeriko erabili izan dira azken 30 urte hauetan. Hauetan erabilienak, politetrafluoroetilenoa (teflona), polipropilenoa, poliamida (nylona) eta poli(etilenglikol tereftalato)a (drakona) ditugu.

Azken urte hauetako esperimentazioek erreduren tratamendu-an bi bide erabiltzeko aukera eman dute. Lehenengo bidea, lesio-guneari guztiz doitzen zaion biomaterial polimeriko itsaskorra erabiltzea da. Teknika honetarako lehenago aipatu ditugun materialak dira erabiltzen direnak. Bigarren bidea aldiz, hidrogelak erabiltzean oinarritzen da. Hidrogel hauek uretan sareatu eta puztutako polimero hidrofilikoak dira. Dextronak, polipeptidoak eta kolagenoak aipa ditzekegu azken talde honetakoen adibide moduan.

Protesi plastikoek, istripu larriak jasandako askoren bizi-kalitatea hobe dezakete.

Ebakuntza kirurgiko gehientsuenetan behar izaten da ireki-tako zauria berriro ere ixteko materialen bat. Garrantzi txikiko urratsa dela iruditu arren, bere garbitasun eta eraginkortasunean datza askotan ebakuntza osoaren arrakasta. Horretarako erabiltzen den materialak, orbaintze-proze-suan zehar erresistentzia mekanikoa mantentzen duen eta (ebakuntza ondorengo prozesuan ara-zorik ez sortzeko) ahalik eta erreakziorik txikienak eragingo dituen materiala behar du izan.

Orbaintze-prozesua oso konplexua da ehun-mota desberdinak jokoan daudelako, zauria itxi ahala tentsio mekanikoa aldatu egiten delako, jostura-materialak fluido fisiologiko diferenteekin kontaktuan egon behar duelako eta azken finean zauri kirurgikoak mota askotakoak izan daitezkeelako (bakoitza bere ezaugarri propioekin). Material desberdinak erabili behar izaten dira horregatik, zauri-mota nahiz gorputzaren zein tokitan den kontuan izanda, eta kirurgilariaren irizpidea ere jokoan dagoelarik.

Sutura edo jostura baten funtzio nagusia zauriaren ertzak elkar ukituz mantentzea da. Eta horrela iraunarazi behar ditu horretan erabiltzen den materialak, organismoak orbaintze-prozesuak behar duen adina kolageno natural sortu arte. Zauria ixten eta, beraz, bir-sortutako ehunen erresistentzia handitzen doan heinean, josturarako erabilitako materialak erresistentzia galtzen joatea komeni da. Beraz, jostura idealak ondorengo baldintza hauek bete behar ditu:

  • Erabilgarria, erosoa eta naturala izatea.
  • Ehunengan ahalik eta erreakziorik txikiena sortzea.
  • Trakzio-erresistentzia egokia eta korapiloak egiteko segurtasuna edukitzea.
  • Antialergikoa, iragaztezina eta inertea izatea.
Dosifikazio kontrolatuko botikak. Plastikozko kanpo-geruzaren bidez lortzen da efektu hori.

Orain dela urte gutxi arte mate-rial naturalak erabili izan dira suturetarako, algodoia, zeta eta catgut deritzona (ardi-hesteetako azpimukosatik erauzten den kolageno-konposatua) tarteko. Egun, pixkanaka-pixkanaka material sintetikoak ari dira arlo honetan ere nagusitzen. Material sintetiko hauek algodoia eta zeta baino erresistentzia handiagoa dute eta catgut-ak baino hantura-erreakzio txikiagoa.

Ondorioz, poliamida, polipropileno eta poliesterrezko zuntzak ari dira kirofanoetan aurrekoen tokia hartzen. Poliesterrezko zuntzak adibidez, kirurgia kardiobaskularrean erabiltzen dira erresistentzia mekanikoa denbora luzez mantentzen dutelako. Polipropilenozko monofilamentuak aldiz, sabelaldeko ebakuntzetan erabiltzen dira bereziki, erresistentzia mekaniko ona, korapiloetarako segurtasuna, infekzioekiko jarkikortasuna eta biobateragarritasuna dituztelako.

Zenbait aplikaziotan beharrezkoa izaten da organismoak berak zurgatzeko moduko sistema bat erabiltzea. Zurgatze hau erreakzio entzimatiko biodegradagarrien bidez gertatzen da gehienetan. Catgut-a izan da oraintsu arte nagusi erabilera hauetan, nahiz eta ehunetan hantura sortzeko duen joera ezaguna izan. Azken aldi honetan formulazio berri batzuk garatu dituzte aplikazio hauetan ere erabili ahal izateko, hala nola poli (azido glikoliko), azido glikoliko/azido laktiko kopolimero eta polidioxanonan oinarritzen direnak. Azido glikoliko/azido laktiko kopolimeroak (poliglaktina izenaz ere ezagutzen denak) adibidez, oso ezaugarri onak ditu begiko kirurgiarako, begiko ehunekin oso erreakzio txikia sortzen duelako eta ebakuntza ondoren erresistentzia linealki galtzen duelako.

Material kirurgikoa: hemen ere plastikoak behar beharrezkoak dira.

Ikus-aparatuarekin hasi gara eta horrekin segituko dugu orain; medikuntzaren alor honetan mate-rial hauen ekarpena oso handia izan baita. Material plastikoek oftalmologian izan dituzten aplikazioek pertsona askori bizi-kalitatea hobetzeko aukera eman diete, batzuetan ikusmena mantenduz eta beste askotan hobetuz. Material plastikoek tradizio handia dute betaurrekoen euskarrietan erabiltzeko, lenteak fabrikatzeko (“beira organikoa”) eta ukipen-lenteak (gogor zein bigunak) fabrikatzeko.

Oftalmologian azken urte hauetan egin diren aurrerapenen artean bat azpimarratzekotan, begi barruko lenteak aipatu behar ditugu. Begiko kristalinoan kataratak sortzen direnean kristalinoak garden-tasuna galtzen du eta denborarekin erabat itsutzera hel daiteke. Ikusmena berreskuratzea posible da begiko lente erasana kirurgikoki erauzi ondoren, kataratetarako betaurreko edo ukipen-lente bereziak erabiliz.

Bi aukera hauek badute, edo izan dezakete, eragozpenik gaixoarentzat. Esate baterako, irtenbiderik egokiena ukipen-lenteak erabiltzea izanik, gerta liteke pertsona batzuk horiek erabiltzera ez moldatzea. Kontutan hartu gainera, katarata-ebakuntza behar duten pertsona gehienak adinakoak izaten direla. Oftalmologo ingeles bat izan zen lehenengoz polimetilmetakrilatozko begi barneko lente iraunkorra katarata-ebakuntza izandako pertsona bati ezarri ziona.

Zergatik aukeratu zuen, baina, polimero hori? Hona bada hemen arrazoia: II. Mundu-Gerran izandako hegazkin-istripu batean pilotuari poli(metil metakrilato)zko karlinga-puska sartu begian eta medikuek inolako errefusik ez zegoela ikusi ahal izan zutelako. Geroztik ezaguna zen, beraz, material honen eta begiko ehunen arteko bateragarritasuna. Egun honelako ebakuntzen arrakastak % 99ko proportzioan gainditzen du. Hala ere, arlo honetan ikertzen ari dira, material plastiko eta kirurgi tekni-ka berriak probatuz.

Azkenik, aipamen bat gehiago ere egingo dugu bukatu aurretik. Itsaskari polimerikoak erabiltzen dira kornea zulatuaren eta ultzeren tratamenduan eta baita korneako protesietarako eta erretinako kirur-gian ere.

“Aplikazioa gertu ikusteko moduko ikerketa egin nahi dugu”

Elkarrizketa, Marilo Gurrutxaga eta Isabel Goñi-rekin, Donostiako Kimika-Fakultateko Polimeroen Zientzia eta Teknologia Saileko irakasle eta ikerlariekin.

ELH. Azken urte hauetan biomaterialen arloko iker-ketan murgilduta zabiltzate. Nola heldu zarete arlo honetara?

I.G.& M.G. Gure hasierako ikerketak, biomasa begeta-laren ustiapenari buruzkoak ziren. Guk egiten genuena, txerto-motako kopolimeroak lortzea zen. Horretarako, almidoia, biomasa begetalaren osagai garrantzitsuenetakoa, eta polimero akr-ilikoak erabiltzen genituen. Almidoia eta antzeko osagaiak erabiliz eta hauek polimero sintetikoekin trans-formatuz, kopolimero degradagarriak lortu genituen. Polimero akrilikoak bestalde, oso garrantzitsuak dira bioplastikoen artean biobateragarriak direlako. Urtetan aritu gara oso oinarrizkoa zen ikerketa eginez, hau da, sintesi-lanak egiten, eta bereziki akrilikoekin. Baina ez genuen sintetizatu eta aztertutako materialen ustiapena aztertzen eta gure ustez hankamotz geratzen zen egindako lana. Horrek bultzatu gintuen biomateri-alen arloan murgiltzera; hor errazagoa baitzen ikerketan erabilitako materialen aplikazioak ikusi eta helburu jakin batekin lan egitea. Oraindik ere polimero akri-liko eta almidoiarekin segitzen dugu, baina ikerketak norabide argiagoa du.

M. Gurrutxaga eta I. Goñi, biomaterial polimerikoen ikerlariak.

ELH. Zein da orain esku artean duzuen ikerketa?

M.G. & I.G. Momentu honetan bi eremutan ari gara. Batetik, botika berezietarako (hau da, dosifikazio kontrolatukoak eta bioitsaskorrak diren botiketarako) materialekin. Eta bestetik, hezurretarako zementu akrilikoekin. Bi lerro horietan ari gara nagusiki orain.

ELH. Biomaterial polimerikoei buruzko Ihardunaldi famatuak izan ziren 1991. urtean Donostian.

M.G. & I.G. Beno, egia da 1991ko azaroan egin ziren ihardunaldiek guretzat garrantzi handia izan zutela, arlo horretan lanean ari zirenekin harremanetan jartzeko aukera izan genuelako. Ihardunaldien helburua botikari, mediku, biologo, kimikari eta baita teknologoak ere elkartzea izan zen, arlo honetan guztien arteko koordinazioa ezinbestekoa delako. Ikertzaileok eta medikuek elkarren berri izan behar dugu iker-ketak medikuntzan bene-tan lagun dezan.

Tere Barrenetxea


Polimeroen aplikazioak ospitaleko kirurgia eta klinikan gorputz barruko materialak

Aldi baterako gailuak

  • Jostura biodegradagarriak: poli(azido glikoliko)a, poliuretanoa.
  • Itsaskariak: akrilikoak, silikonak, epoxiak.
  • Gainestaldurak: akrilikoak, poliamidak, polietilenoa.

Gailu erdiiraunkorrak

  • Protesi koronarioak: poliesterrak, silikonak, poli(binil kloruro)a.
  • Ikus- eta entzun-aparatuko protesiak: akrilikoak, polietilenoa, silikona, poli(binil kloruro)a eta epoxiak.
  • Hestegorriko protesiak: polietilenoa, poli(binil kloruro)a.
  • Urdail eta hesteetako protesiak: akrilikoak, silikonak, poli(binil kloruro)a, poliamida.
  • Ureterreko protesiak: poliesterrak, akrilikoak.
  • Birikak, gibela eta giltzurruna: poliesterra, poli(binil kloruro)a, polifor-malak.
  • Hezurrak eta artikulazioak: akrilikoak, polietilenoa, polipropilenoa, silikona, epoxidikoak.
  • Odol-hodietako injertoak: poli(binil kloruro)a, poliesterra, politetrafluoroetilenoa, polipropilenoa.
  • Kirurgia plastikoa: silikona, polietilenoa, poliuretanoak, poliamidak, politetrafluoroetilenoa.
  • Mintzak: zelulosikoak, akrilatoak, poliuretanoa.
  • Barne-drenajeak: poli(binil kloruro)a, polietilenoa, politetrafluoroetilenoa.
  • Ukipen-lenteak eta begi barruko lenteak: akrilikoak, polikarbonatoak.

Funtzio fisiologikoak dituzten gailu konplexuak

  • Giltzurrun artifiziala; odol-sistemaren dialisia.
  • Birika artifiziala; odolaren oxigenatzaileak.
  • Pankrea artifiziala; intsulinaren dosifikazio kontrolatua.
  • Bihotz artifiziala; odol-ponpaketa.

Gorputzaz kanpoko materialak

  • Kateterrak: poli(binil kloruro)a, polietilenoa, silikona, poliesterrak.
  • Odol-plasma gordetzeko poltsak: poli(binil kloruro)a.
  • Farmazian eta klinikan erabiltzen diren hainbat ontzi: poli(binil kloruro)a, poliestirenoa, akrilikoak, poliamidak, poliuretanoak, etab.
  • Kirurgi material laguntzailea: hodiak, guraizeak, forzeps-ak, eskularruak, mozorroak, etab.: poli(binil kloruro)a, polietilenoa, poliuretanoa, poliestirenoa, akrilikoak, etab.
  • Erabilpen bakarreko xiringak: polietilenoa, polipropilenoa, poliestirenoa.
  • Hodiak: poli(binil kloruro)a, polietilenoa, silikonak, politetrafluoroetilenoa.