Biomateriales poliméricos. Plásticos que forman el cuerpo humano

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

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Los biomateriales son materiales inertes diseñados para interactuar con los sistemas biológicos (definición acordada en la “Consensus Conference” BIOMAT 1986).

Los biomateriales tienen una larga historia, ya que hace tiempo que las funciones de los tejidos y las sesiones de restauración de las partes del cuerpo se realizan con materiales naturales o artificiales. A. C. Sabemos que ya en el año 4000 se utilizaban técnicas como: El papiro de Edgar Smith describe los sistemas de cierre de heridas y otros fines. A. C. Otros trabajos en torno al año 2000 indican que se empleaban metales para reparar los huesos. También se ha llegado a conocer el uso de las plumas de oca para reparar los vasos sanguíneos. Estas noticias de hace bastante tiempo explican que se hayan dado algunos pasos en este camino y que los metales que ya se habían empezado a utilizar seriamente en la cirugía de reparación ósea a principios del siglo pasado.

Posteriormente, a lo largo de este siglo, en la década de los 30, llegó el desarrollo de la industria de los plásticos, lo que supuso la introducción de polímeros en las reparaciones óseas. Los plásticos también empezaron a buscar su lugar entre los biomateriales. Otras cosas, II. La Guerra Mundial dio un gran impulso a las investigaciones en este campo. Las consecuencias de la propia guerra generaron la necesidad de implantes y dispositivos extracorpórticos y el desarrollo de materiales para su uso industrial permitió probar los primeros dispositivos útiles. Como ejemplo de los beneficios para la medicina derivados de los avances para la industria, se puede citar: El riñón artificial del Dr. Koff fue el resultado del desarrollo de un celofán de recogida de salchichas.

Los avances que se han producido en este campo en los últimos 30 años son, sin ningún tipo de temor, pasos enormes. En la tabla se muestra una relación de los principales usos de los polímeros en la medicina, y como se puede observar, es una lista muy completa que abarca todos los campos de la medicina. Además de todo ello, cabe destacar la enorme presencia de polímeros en el campo de la ortodoncia. Hoy en día, los ortodonis-tecs, y ellos lo han dicho, deberían cerrar las consultas en ausencia de polímeros.

Además de estas áreas que ya podemos catalogar como clásicas, existe un nuevo marco que empieza a romper el camino, el de la farmacología. Existen nuevos medicamentos que utilizan polímeros en los que se exige un papel muy especial al polímero. Por un lado, se pretende que la dosificación del fármaco se produzca dentro del cuerpo y, por otro, que sólo se llegue al punto deseado.

La traumatología es, sin duda, la especialidad médico-quirúrgica más utilizada en la utilización de materiales pro-tesis de origen polimérico. Los accidentes traumatológicos son muy numerosos en el mundo laboral industrial y en los medios de transporte, a los que hay que añadir enfermedades degenerativas. La inmensa mayoría de las prótesis articulares tienen algún componente polimérico. Las articulaciones de los dedos se sustituyen normalmente por materiales de silicona, por ejemplo.

La cirugía más aplicada en esta especialidad será, lógicamente, la de la articulación de caderas y rodillas. En estas articulaciones o articulaciones se utiliza frecuentemente combinando metal, polietileno o teflón. Además, el "cemento" que se utiliza para colocar estas piezas en el organismo suele ser poli(metilmetacrilato). La particularidad del uso de estos cementos radica en que se polimeriza en el lugar donde se va a realizar la inserción, de forma que se consigue una adaptación completa al hueco dejado por las piezas originales.

Las prótesis del tejido cutáneo también han tenido un gran desarrollo. El tegumento del organismo humano, conocido como piel o piel, es el órgano de mayor superficie corporal y su función es proteger, proteger de los agentes externos. Las lesiones cutáneas más comunes son las rozaduras, perforaciones y quemaduras.

El tratamiento de las lesiones producidas por las quemaduras en éstas será probablemente el más utilizado de los biomateriales poliméricos. El tratamiento terapéutico de las quemaduras es largo y requiere de capas protectoras y bioadhesivas. Sin embargo, cuando se quiere promover un proceso de regeneración de los tejidos cutáneos no es recomendable el uso de materiales inertes. Es necesario utilizar materiales que generen hiperreacción en la zona. De esta forma, sin perder bioadhesividad, se consigue un crecimiento enorme y rápido de las células. Teniendo en cuenta estas características, en los últimos 30 años se han utilizado diversos sistemas poliméricos. Los más utilizados son el politetrafluoroetileno (teflona), el polipropileno, la poliamida (nylon) y el poli (etilenglicol tereftalato) (dracona).

La experimentación de estos últimos años ha permitido utilizar dos vías de tratamiento de quemaduras. La primera vía es el uso de biomaterial polimérico adhesivo que se ajusta totalmente al área de lesión. Los materiales utilizados para esta técnica son los anteriormente mencionados. La segunda vía se basa en el uso de hidrogeles. Estos hidrogeles son polímeros hidrofílicos enrejados y inflados en el agua. Podemos citar dextronas, polipéptidos y colágenos como ejemplos de este último grupo.

La mayoría de las intervenciones quirúrgicas requieren algún tipo de material de cierre de la herida en abierto. Aunque parezca un paso de poca importancia, el éxito de toda la intervención radica en su pureza y eficacia. El material utilizado debe ser un material que mantenga una resistencia mecánica a lo largo del proceso de cicatrización y que produzca las menores reacciones posibles (para evitar la generación de deudas en el proceso postoperatorio).

El proceso de cicatrización es muy complejo porque se juegan diferentes tipos de tejidos, porque a medida que se cierra la herida cambia la tensión mecánica, porque el material de sutura debe estar en contacto con diferentes fluidos fisiológicos y, en definitiva, porque las heridas quirúrgicas pueden ser de varios tipos (con sus propias características). Es por ello que hay que utilizar diferentes materiales, dependiendo del tipo de herida, del lugar en el que se encuentre y del criterio del cirujano.

La función principal de una sutura es mantener en contacto los bordes de la herida. Y así debe mantener el material utilizado hasta que el organismo genere el colágeno natural necesario para el proceso de cicatrización. A medida que se cierra la herida y, por tanto, aumenta la resistencia de los tejidos regenerados, conviene que el material utilizado para la costura vaya perdiendo resistencia. Por tanto, la costura ideal debe cumplir los siguientes requisitos:

• Ser útil, cómodo y natural.
• Mínima reacción en los tejidos.
• Resistencia de tracción adecuada y seguridad en la realización de los nudos.
• Ser antialérgico, impermeable e inerte.

Hasta hace pocos años se han utilizado mate-riales naturales para las fogatas, como algodón, seda y catgut (compuesto de colágeno extraído de la submucosa ovina). En la actualidad, los materiales sintéticos van ganando terreno paulatinamente. Estos materiales sintéticos presentan mayor resistencia que el algodón y la seda y menor reacción inflamatoria que el catox.

En consecuencia, las fibras de poliamida, polipropileno y poliéster están sustituyendo a las anteriores en quirófanos. Las fibras de poliéster, por ejemplo, se utilizan en cirugía cardiovascular porque mantienen la resistencia mecánica durante largos periodos de tiempo. Por el contrario, los monofilamentos de polipropileno se utilizan principalmente en operaciones de abdomen, debido a su buena resistencia mecánica, seguridad en los nudos, resistencia a las infecciones y biocompatibilidad.

En algunas aplicaciones es necesario utilizar un sistema que permita su absorción por el propio organismo. Esta absorción se realiza generalmente mediante reacciones enzimáticas biodegradables. El catox ha sido hasta hace poco el principal uso de estos usos, aunque su tendencia a la inflamación de los tejidos es conocida. En los últimos tiempos se han desarrollado nuevas formulaciones para su aplicación en aplicaciones como poli (ácido glicólico), ácido glicólico/ácido láctico copolímeros y polidioxanona. Por ejemplo, el ácido glicólico/ácido láctico copolímeros (también conocido como poliglactina) presenta unas características muy favorables para la cirugía ocular, ya que produce una reacción muy baja con los tejidos oculares y una pérdida lineal de resistencia tras la intervención.

Hemos empezado con el aparato visual y vamos a seguir con él, ya que la aportación de estos mate-riales en este campo de la medicina ha sido muy importante. Las aplicaciones de los materiales plásticos en oftalmología han permitido a muchas personas mejorar su calidad de vida, a veces manteniendo la visión y mejorando en otras muchas. Los materiales plásticos tienen una gran tradición en los soportes de las gafas para fabricar lentes (“vidrio orgánico”) y lentes de contacto (tanto duras como blandas).

Entre los avances realizados en Oftalmología en los últimos años destacan las lentes intraoculares. Cuando se forman cataratas en el cristalino del ojo, el cristalino pierde la transparencia y con el tiempo se puede llegar a deslumbrar completamente. La recuperación visual es posible tras la extirpación quirúrgica de la lente ocular afectada, utilizando gafas o lentes de contacto especiales para cataratas.

Ambas opciones tienen o pueden tener molestias para el paciente. Por ejemplo, si la solución más adecuada es la utilización de lentes de contacto, es posible que algunas personas no se adapten a su uso. Hay que tener en cuenta que la mayoría de las personas que necesitan intervención de catarata son mayores. Un oftalmólogo inglés fue el primero en aplicar la lente permanente intraocular de polimetilmetacrilato a una persona operada de catarata.

¿Por qué escogió este polímero? La razón es: II. En un accidente de avión ocurrido en la Guerra Mundial, el piloto fue golpeado con un trozo de carlina de poli(metilmetacrilato) y los médicos pudieron comprobar que no había ningún rechazo. Desde entonces era conocida la compatibilidad de este material con los tejidos del ojo. El éxito de este tipo de intervenciones en la actualidad supera el 99%. Sin embargo, se está investigando en este campo, probando nuevos materiales plásticos y técnicas quirúrgicas.

Por último, haremos una mención más antes de terminar. Se utilizan adhesivos poliméricos en el tratamiento de la córnea perforada y las úlceras, así como en las prótesis corneales y en la cirugía retiniana.

“Queremos hacer una investigación cercana a la aplicación”

Entrevista con Marilo Gurrutxaga e Isabel Goñi, profesores e investigadores del Departamento de Ciencia y Tecnología de Polímeros de la Facultad de Química de San Sebastián.

ODS. En los últimos años estáis inmersos en el estudio de biomateriales. ¿Cómo habéis llegado a este ámbito?

I.G.& M.G. Nuestras investigaciones iniciales se centraban en la explotación de la biomasa en el aprovechamiento de losas de buceo. Lo que hacíamos era conseguir copolímeros tipo vacuna. Para ello utilizábamos el almidón, uno de los componentes más importantes de la biomasa vegetal, y los polímeros acr-ílicos. Utilizando almidón y componentes similares y transformándolos con polímeros sintéticos, obtuvimos copolímeros degradables. Los polímeros acrílicos, por su parte, son muy importantes por su biocompatibilidad entre los bioplásticos. Durante años hemos trabajado en una investigación muy básica, es decir, en tareas de síntesis, especialmente acrílicas. Pero no lo sintetizamos y analizamos la explotación de los materiales estudiados, y creemos que el trabajo realizado quedaba abombado. Esto nos llevó a adentrarnos en el campo de los biomateriales, donde era más fácil ver las aplicaciones de los materiales utilizados en la investigación y trabajar con un objetivo concreto. Seguimos con el polímero acri-lico y el almidón, pero la investigación tiene una dirección más clara.

ODS. ¿Cuál es la investigación que tenéis entre manos ahora?

M.G. & I.G. En este momento estamos trabajando en dos zonas. Por un lado, con materiales para medicamentos especiales, es decir, de dosificación controlada y bioadhesivos. Y por otro, con cementos acrílicos para huesos. En estas dos líneas nos centramos ahora.

ODS. En 1991 tuvieron lugar en San Sebastián las prestigiosas Jornadas sobre biomateriales poliméricos.

M.G. & I.G. Bueno, es cierto que las jornadas que se celebraron en noviembre de 1991 tuvieron una gran importancia para nosotros, ya que tuvimos la oportunidad de contactar con los que estaban trabajando en esta materia. El objetivo de las jornadas fue reunir a farmacéuticos, médicos, biólogos, químicos e incluso tecnólogos, ya que la coordinación en este campo es fundamental. Los investigadores y los médicos tenemos que conocernos para que la investigación contribuya a la medicina de verdad.

Tere Barrenetxea

Aplicaciones de Polímeros en Cirugía y Clínica Hospitalaria Dispositivos temporales Suturas biodegradables: poli(ácido glicol), poliuretano. Mariscadores: acrílicos, siliconas, epóxidos. Recubrimientos: acrílicos, poliamidas, polietileno. Dispositivos semipermanentes Prótesis coronarias: poliésteres, siliconas, poli (cloruro de vinilo). Prótesis de aparato visual y auditivo: acrílicos, polietileno, silicona, poli(cloruro de vinilo) y epóxidos. Prótesis esofágicas: polietileno, poli(cloruro de vinilo). Prótesis gastrointestinales: acrílicas, siliconas, poli(cloruro de vinilo), poliamida. Prótesis de uréter: poliésteres, acrílicos. Pulmones, hígado y riñón: poliéster, poli (cloruro de vinilo), mallas de polifor-. Huesos y articulaciones: acrílicos, polietileno, polipropileno, silicona, epoxídicos. Injertos vasculares: poli (cloruro de vinilo), poliéster, politetrafluoroetileno, polipropileno. Cirugía plástica: silicona, polietileno, poliuretanos, poliamidas, politetrafluoroetileno. Membranas: celulósicas, acrilatos, poliuretano. Drenajes interiores: poli (cloruro de vinilo), polietileno, politetrafluoroetileno. Lentes de contacto y lentes intraoculares: acrílicos, policarbonatos. Dispositivos complejos con funciones fisiológicas Riñón artificial; diálisis del sistema sanguíneo. Pulmón artificial; oxigenantes de la sangre. Páncreas artificial; dosificación controlada de insulina. Corazón artificial; bombeo de sangre. Materiales extracorpórticos Catéteres: poli (cloruro de vinilo), polietileno, silicona, poliésteres. Bolsas para el plasma sanguíneo: poli (cloruro de vinilo). Diversos envases utilizados en farmacia y clínica: poli(cloruro de vinilo), poliestireno, acrílicos, poliamidas, poliuretanos, etc. Material auxiliar de cirugía: tubos, tijeras, fórceps, guantes, disfraces, etc. : poli (cloruro de vinilo), polietileno, poliuretano, poliestireno, acrílicos, etc. Jeringas de un solo uso: polietileno, polipropileno, poliestireno. Tuberías: poli (cloruro de vinilo), polietileno, siliconas, politetrafluoroetileno.