Biomaterials polimèrics. Plàstics que formen el cos humà

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

Els biomaterials són materials inerts dissenyats per a interactuar amb els sistemes biològics (definició acordada en la “Consensus Conference” BIOMAT 1986).

Empelt de plàstic de TEFLON. S'observa la formació de capil·lars.

Els biomaterials tenen una llarga història, ja que fa temps que les funcions dels teixits i les sessions de restauració de les parts del cos es realitzen amb materials naturals o artificials. A. C. Sabem que ja l'any 4000 s'utilitzaven tècniques com: El papir d'Edgar Smith descriu els sistemes de tancament de ferides i altres finalitats. A. C. Altres treballs entorn de l'any 2000 indiquen que s'empraven metalls per a reparar els ossos. També s'ha arribat a conèixer l'ús de les plomes d'oca per a reparar els vasos sanguinis. Aquestes notícies de fa força temps expliquen que s'hagin fet alguns passos en aquest camí i que els metalls que ja s'havien començat a utilitzar seriosament en la cirurgia de reparació òssia a principis del segle passat.

Posteriorment, al llarg d'aquest segle, en la dècada dels 30, va arribar el desenvolupament de la indústria dels plàstics, la qual cosa va suposar la introducció de polímers en les reparacions òssies. Els plàstics també van començar a buscar el seu lloc entre els biomaterials. Altres coses, II. La Guerra Mundial va donar un gran impuls a les recerques en aquest camp. Les conseqüències de la pròpia guerra van generar la necessitat d'implants i dispositius extracorpórticos i el desenvolupament de materials per al seu ús industrial va permetre provar els primers dispositius útils. Com a exemple dels beneficis per a la medicina derivats dels avanços per a la indústria, es pot citar: El ronyó artificial del Dr. Koff va ser el resultat del desenvolupament d'una cel·lofana de recollida de salsitxes.

Teixit de DAKRON (polietilentereftala-to) en substitució del lligament de genoll.

Els avanços que s'han produït en aquest camp en els últims 30 anys són, sense cap mena de temor, passos enormes. En la taula es mostra una relació dels principals usos dels polímers en la medicina, i com es pot observar, és una llista molt completa que abasta tots els camps de la medicina. A més de tot això, cal destacar l'enorme presència de polímers en el camp de l'ortodòncia. Avui dia, els ortodonis-tecs, i ells ho han dit, haurien de tancar les consultes en absència de polímers.

A més d'aquestes àrees que ja podem catalogar com a clàssiques, existeix un nou marc que comença a trencar el camí, el de la farmacologia. Existeixen nous medicaments que utilitzen polímers en els quals s'exigeix un paper molt especial al polímer. D'una banda, es pretén que el dosatge del fàrmac es produeixi dins del cos i, per un altre, que només s'arribi al punt desitjat.

La traumatologia és, sens dubte, l'especialitat mèdic-quirúrgica més utilitzada en la utilització de materials pro-tesi d'origen polimèric. Els accidents traumatològics són molt nombrosos en el món laboral industrial i en els mitjans de transport, als quals cal afegir malalties degeneratives. La immensa majoria de les pròtesis articulars tenen algun component polimèric. Les articulacions dels dits se substitueixen normalment per materials de silicona, per exemple.

Cos humà format per totes les pròtesis plàstiques que es poden utilitzar en l'actualitat.

La cirurgia més aplicada en aquesta especialitat serà, lògicament, la de l'articulació de malucs i genolls. En aquestes articulacions o articulacions s'utilitza sovint combinant metall, polietilè o tefló. A més, el "ciment" que s'utilitza per a col·locar aquestes peces en l'organisme sol ser poli(metilmetacrilato). La particularitat de l'ús d'aquests ciments radica en el fet que es polimeritza en el lloc on es realitzarà la inserció, de manera que s'aconsegueix una adaptació completa al buit deixat per les peces originals.

Les pròtesis del teixit cutani també han tingut un gran desenvolupament. El tegumento de l'organisme humà, conegut com a pell o pell, és l'òrgan de major superfície corporal i la seva funció és protegir, protegir dels agents externs. Les lesions cutànies més comunes són les rascades, perforacions i cremades.

El tractament de les lesions produïdes per les cremades en aquestes serà probablement el més utilitzat dels biomaterials polimèrics. El tractament terapèutic de les cremades és llarg i requereix de capes protectores i bioadhesivas. No obstant això, quan es vol promoure un procés de regeneració dels teixits cutanis no és recomanable l'ús de materials inerts. És necessari utilitzar materials que generin hiperreacción en la zona. D'aquesta forma, sense perdre bioadhesividad, s'aconsegueix un creixement enorme i ràpid de les cèl·lules. Tenint en compte aquestes característiques, en els últims 30 anys s'han utilitzat diversos sistemes polimèrics. Els més utilitzats són el politetrafluoroetileno (teflona), el polipropilè, la poliamida (niló) i el poli (etilenglicol tereftalato) (dracona).

L'experimentació d'aquests últims anys ha permès utilitzar dues vies de tractament de cremades. La primera via és l'ús de biomaterial polimèric adhesiu que s'ajusta totalment a l'àrea de lesió. Els materials utilitzats per a aquesta tècnica són els anteriorment esmentats. La segona via es basa en l'ús d'hidrogels. Aquests hidrogels són polímers hidrofílics enreixats i inflats en l'aigua. Podem citar dextronas, polipèptids i col·làgens com a exemples d'aquest últim grup.

Les pròtesis plàstiques poden millorar la qualitat de vida de molts afectats per accidents greus.

La majoria de les intervencions quirúrgiques requereixen algun tipus de material de tancament de la ferida en obert. Encara que sembli un pas de poca importància, l'èxit de tota la intervenció radica en la seva puresa i eficàcia. El material utilitzat ha de ser un material que mantingui una resistència mecànica al llarg del procés de cicatrització i que produeixi les menors reaccions possibles (per a evitar la generació de deutes en el procés postoperatori).

El procés de cicatrització és molt complex perquè es juguen diferents tipus de teixits, perquè a mesura que es tanca la ferida canvia la tensió mecànica, perquè el material de sutura ha d'estar en contacte amb diferents fluids fisiològics i, en definitiva, perquè les ferides quirúrgiques poden ser de diversos tipus (amb les seves pròpies característiques). És per això que cal utilitzar diferents materials, depenent del tipus de ferida, del lloc en el qual es trobi i del criteri del cirurgià.

La funció principal d'una sutura és mantenir en contacte les vores de la ferida. I així ha de mantenir el material utilitzat fins que l'organisme generi el col·lagen natural necessari per al procés de cicatrització. A mesura que es tanca la ferida i, per tant, augmenta la resistència dels teixits regenerats, convé que el material utilitzat per a la costura vagi perdent resistència. Per tant, la costura ideal ha de complir els següents requisits:

  • Ser útil, còmode i natural.
  • Mínima reacció en els teixits.
  • Resistència de tracció adequada i seguretat en la realització dels nusos.
  • Ser antialérgico, impermeable i inert.
Medicaments de dosatge controlat. Aquest efecte s'aconsegueix a través de la capa externa de plàstic.

Fins fa pocs anys s'han utilitzat mat-riales naturals per a les fogates, com a cotó, seda i catgut (compost de col·lagen extret de la submucosa ovina). En l'actualitat, els materials sintètics van guanyant terreny gradualment. Aquests materials sintètics presenten major resistència que el cotó i la seda i menor reacció inflamatòria que el catox.

En conseqüència, les fibres de poliamida, polipropilè i polièster estan substituint a les anteriors en quiròfans. Les fibres de polièster, per exemple, s'utilitzen en cirurgia cardiovascular perquè mantenen la resistència mecànica durant llargs períodes de temps. Per contra, els monofilamentos de polipropilè s'utilitzen principalment en operacions d'abdomen, a causa de la seva bona resistència mecànica, seguretat en els nusos, resistència a les infeccions i biocompatibilitat.

En algunes aplicacions és necessari utilitzar un sistema que permeti la seva absorció pel propi organisme. Aquesta absorció es realitza generalment mitjançant reaccions enzimàtiques biodegradables. El catox ha estat fins fa poc el principal ús d'aquests usos, encara que la seva tendència a la inflamació dels teixits és coneguda. En els últims temps s'han desenvolupat noves formulacions per a la seva aplicació en aplicacions com poli (àcid glicòlic), àcid glicòlic/àcid làctic copolímers i polidioxanona. Per exemple, l'àcid glicòlic/àcid làctic copolímers (també conegut com poliglactina) presenta unes característiques molt favorables per a la cirurgia ocular, ja que produeix una reacció molt baixa amb els teixits oculars i una pèrdua lineal de resistència després de la intervenció.

Material quirúrgic: també són necessaris plàstics.

Hem començat amb l'aparell visual i seguirem amb ell, ja que l'aportació d'aquests mat-riales en aquest camp de la medicina ha estat molt important. Les aplicacions dels materials plàstics en oftalmologia han permès a moltes persones millorar la seva qualitat de vida, a vegades mantenint la visió i millorant en moltes altres. Els materials plàstics tenen una gran tradició en els suports de les ulleres per a fabricar lents (“vidre orgànic”) i lents de contacte (tant dures com toves).

Entre els avanços realitzats en Oftalmologia en els últims anys destaquen les lents intraoculars. Quan es formen cataractes en el cristal·lí de l'ull, el cristal·lí perd la transparència i amb el temps es pot arribar a enlluernar completament. La recuperació visual és possible després de l'extirpació quirúrgica de la lent ocular afectada, utilitzant ulleres o lents de contacte especials per a cataractes.

Totes dues opcions tenen o poden tenir molèsties per al pacient. Per exemple, si la solució més adequada és la utilització de lents de contacte, és possible que algunes persones no s'adaptin al seu ús. Cal tenir en compte que la majoria de les persones que necessiten intervenció de cataracta són majors. Un oftalmòleg anglès va ser el primer a aplicar la lent permanent intraocular de polimetilmetacrilato a una persona operada de cataracta.

Per què va triar aquest polímer? La raó és: II. En un accident d'avió ocorregut en la Guerra Mundial, el pilot va ser colpejat amb un tros de carlina de poli(metilmetacrilato) i els metges van poder comprovar que no hi havia cap rebuig. Des de llavors era coneguda la compatibilitat d'aquest material amb els teixits de l'ull. L'èxit d'aquesta mena d'intervencions en l'actualitat supera el 99%. No obstant això, s'està investigant en aquest camp, provant nous materials plàstics i tècniques quirúrgiques.

Finalment, farem un esment més abans d'acabar. S'utilitzen adhesius polimèrics en el tractament de la còrnia perforada i les úlceres, així com en les pròtesis corneals i en la cirurgia retiniana.

“Volem fer una recerca pròxima a l'aplicació”

Entrevista amb Marilo Gurrutxaga i Isabel Goñi, professors i investigadors del Departament de Ciència i Tecnologia de Polímers de la Facultat de Química de Sant Sebastià.

ODS. En els últims anys esteu immersos en l'estudi de biomaterials. Com heu arribat a aquest àmbit?

I.G.& M.G. Les nostres recerques inicials se centraven en l'explotació de la biomassa en l'aprofitament de lloses de busseig. El que fèiem era aconseguir copolímers tipus bovina. Per a això utilitzàvem el midó, un dels components més importants de la biomassa vegetal, i els polímers acr-ílicos. Utilitzant midó i components similars i transformant-los amb polímers sintètics, vam obtenir copolímers degradables. Els polímers acrílics, per part seva, són molt importants per la seva biocompatibilitat entre els bioplásticos. Durant anys hem treballat en una recerca molt bàsica, és a dir, en tasques de síntesis, especialment acríliques. Però no ho sintetitzem i analitzem l'explotació dels materials estudiats, i creiem que el treball realitzat quedava bombat. Això ens va portar a endinsar-nos en el camp dels biomaterials, on era més fàcil veure les aplicacions dels materials utilitzats en la recerca i treballar amb un objectiu concret. Seguim amb el polímer acri-lico i el midó, però la recerca té una direcció més clara.

M. Gurrutxaga i I. Goñi, investigador de biomaterials polimèrics.

ODS. Quina és la recerca que teniu entre mans ara?

M.G. & I.G. En aquest moment estem treballant en dues zones. D'una banda, amb materials per a medicaments especials, és a dir, de dosatge controlat i bioadhesivos. I per un altre, amb ciments acrílics per a ossos. En aquestes dues línies ens centrem ara.

ODS. En 1991 van tenir lloc a Sant Sebastià les prestigioses Jornades sobre biomaterials polimèrics.

M.G. & I.G. Bé, és cert que les jornades que es van celebrar al novembre de 1991 van tenir una gran importància per a nosaltres, ja que vam tenir l'oportunitat de contactar amb els que estaven treballant en aquesta matèria. L'objectiu de les jornades va ser reunir farmacèutics, metges, biòlegs, químics i fins i tot tecnòlegs, ja que la coordinació en aquest camp és fonamental. Els investigadors i els metges hem de conèixer-nos perquè la recerca contribueixi a la medicina de debò.

Tere Barrenetxea


Aplicacions de Polímers en Cirurgia i Clínica Hospitalària

Dispositius temporals

  • Sutures biodegradables: poli(àcid glicol), poliuretà.
  • Mariscadors: acrílics, silicones, epóxidos.
  • Recobriments: acrílics, poliamides, polietilè.

Dispositius semipermanentes

  • Pròtesis coronàries: polièsters, silicones, poli (clorur de vinil).
  • Pròtesi d'aparell visual i auditiu: acrílics, polietilè, silicona, poli(clorur de vinil) i epóxidos.
  • Pròtesis esofàgiques: polietilè, poli(clorur de vinil).
  • Pròtesis gastrointestinals: acríliques, silicones, poli(clorur de vinil), poliamida.
  • Pròtesi d'urèter: polièsters, acrílics.
  • Pulmons, fetge i ronyó: polièster, poli (clorur de vinil), malles de polifor-.
  • Ossos i articulacions: acrílics, polietilè, polipropilè, silicona, epoxídics.
  • Empelts vasculars: poli (clorur de vinil), polièster, politetrafluoroetileno, polipropilè.
  • Cirurgia plàstica: silicona, polietilè, poliuretans, poliamides, politetrafluoroetileno.
  • Membranes: cel·lulòsiques, acrilatos, poliuretà.
  • Drenatges interiors: poli (clorur de vinil), polietilè, politetrafluoroetileno.
  • Lents de contacte i lents intraoculars: acrílics, policarbonats.

Dispositius complexos amb funcions fisiològiques

  • Ronyó artificial; diàlisi del sistema sanguini.
  • Pulmó artificial; oxigenantes de la sang.
  • Pàncrees artificial; dosatge controlat d'insulina.
  • Cor artificial; bombament de sang.

Materials extracorpórticos

  • Catèters: poli (clorur de vinil), polietilè, silicona, polièsters.
  • Borses per al plasma sanguini: poli (clorur de vinil).
  • Diversos envasos utilitzats en farmàcia i clínica: poli(clorur de vinil), poliestirè, acrílics, poliamides, poliuretans, etc.
  • Material auxiliar de cirurgia: tubs, tisores, fòrceps, guants, disfresses, etc. : poli (clorur de vinil), polietilè, poliuretà, poliestirè, acrílics, etc.
  • Xeringues d'un sol ús: polietilè, polipropilè, poliestirè.
  • Canonades: poli (clorur de vinil), polietilè, silicones, politetrafluoroetileno.