Biomateriales poliméricos. Plásticos que forman o corpo humano

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

• Bioteknologia
• Medikuntza

Os biomateriales son materiais inertes deseñados paira interactuar cos sistemas biolóxicos (definición acordada na “Consensus Conference” BIOMAT 1986).

Os biomateriales teñen una longa historia, xa que hai tempo que as funcións dos tecidos e as sesións de restauración das partes do corpo realízanse con materiais naturais ou artificiais. A. C. Sabemos que xa no ano 4000 utilizábanse técnicas como: O papiro de Edgar Smith describe os sistemas de peche de feridas e outros fins. A. C. Outros traballos en torno ao ano 2000 indican que se empregaban metais paira reparar os ósos. Tamén se chegou a coñecer o uso das plumas de oca paira reparar os vasos sanguíneos. Estas noticias de hai bastante tempo explican que se deron algúns pasos neste camiño e que os metais que xa se empezaron a utilizar seriamente na cirurxía de reparación ósea a principios do século pasado.

Posteriormente, ao longo deste século, na década dos 30, chegou o desenvolvemento da industria dos plásticos, o que supuxo a introdución de polímeros nas reparacións óseas. Os plásticos tamén empezaron a buscar o seu lugar entre os biomateriales. Outras cousas, II. A Guerra Mundial deu un gran impulso ás investigacións neste campo. As consecuencias da propia guerra xeraron a necesidade de implantes e dispositivos extracorpórticos e o desenvolvemento de materiais paira o seu uso industrial permitiu probar os primeiros dispositivos útiles. Como exemplo dos beneficios paira o medicamento derivados dos avances paira a industria, pódese citar: O ril artificial do Dr. Koff foi o resultado do desenvolvemento dun celofán de recollida de salchichas.

Os avances que se produciron neste campo nos últimos 30 anos son, sen ningún tipo de temor, pasos enormes. Na táboa móstrase una relación dos principais usos dos polímeros no medicamento, e como se pode observar, é una lista moi completa que abarca todos os campos do medicamento. Ademais de todo iso, cabe destacar a enorme presenza de polímeros no campo da ortodoncia. Hoxe en día, os ortodonis-tecs, e eles dixérono, deberían pechar as consultas en ausencia de polímeros.

Ademais destas áreas que xa podemos catalogar como clásicas, existe un novo marco que empeza a romper o camiño, o da farmacoloxía. Existen novos medicamentos que utilizan polímeros nos que se esixe un papel moi especial ao polímero. Por unha banda, preténdese que a dosificación do fármaco prodúzase dentro do corpo e, por outro, que só se chegue ao momento desexado.

A traumatología é, sen dúbida, a especialidade médico-cirúrxica máis utilizada na utilización de materiais prol-tese de orixe polimérico. Os accidentes traumatológicos son moi numerosos no mundo laboral industrial e nos medios de transporte, aos que hai que engadir enfermidades dexenerativas. A inmensa maioría das próteses articulares teñen algún compoñente polimérico. As articulacións dos dedos substitúense normalmente por materiais de silicona, por exemplo.

A cirurxía máis aplicada nesta especialidade será, loxicamente, a da articulación de cadeiras e xeonllos. Nestas articulacións ou articulacións utilízase frecuentemente combinando metal, polietileno ou teflón. Ademais, o "cemento" que se utiliza paira colocar estas pezas no organismo adoita ser poli(metilmetacrilato). A particularidade do uso destes cementos radica en que se polimeriza no lugar onde se vai a realizar a inserción, de forma que se consegue una adaptación completa ao oco deixado polas pezas orixinais.

As próteses do tecido cutáneo tamén tiveron un gran desenvolvemento. O tegumento do organismo humano, coñecido como pel ou pel, é o órgano de maior superficie corporal e a súa función é protexer, protexer dos axentes externos. As lesións cutáneas máis comúns son as rozaduras, perforacións e queimaduras.

O tratamento das lesións producidas polas queimaduras nestas será probablemente o máis utilizado dos biomateriales poliméricos. O tratamento terapéutico das queimaduras é longo e require de capas protectoras e bioadhesivas. Con todo, cando se quere promover un proceso de rexeneración dos tecidos cutáneos non é recomendable o uso de materiais inertes. É necesario utilizar materiais que xeren hiperreacción na zona. Desta forma, sen perder bioadhesividad, conséguese un crecemento enorme e rápido das células. Tendo en conta estas características, nos últimos 30 anos utilizáronse diversos sistemas poliméricos. Os máis utilizados son o politetrafluoroetileno (teflona), o polipropileno, a poliamida (nylon) e o poli (etilenglicol tereftalato) (dracona).

A experimentación destes últimos anos permitiu utilizar dúas vías de tratamento de queimaduras. A primeira vía é o uso de biomaterial polimérico adhesivo que se axusta totalmente á área de lesión. Os materiais utilizados paira esta técnica son os anteriormente mencionados. A segunda vía baséase no uso de hidrogeles. Estes hidrogeles son polímeros hidrofílicos enrejados e inflados na auga. Podemos citar dextronas, polipéptidos e colágenos como exemplos deste último grupo.

A maioría das intervencións cirúrxicas requiren algún tipo de material de peche da ferida en aberto. Aínda que pareza un paso de pouca importancia, o éxito de toda a intervención radica na súa pureza e eficacia. O material utilizado debe ser un material que manteña una resistencia mecánica ao longo do proceso de cicatrización e que produza as menores reaccións posibles (paira evitar a xeración de débedas no proceso postoperatorio).

O proceso de cicatrización é moi complexo porque se xogan diferentes tipos de tecidos, porque a medida que se pecha a ferida cambia a tensión mecánica, porque o material de sutura debe estar en contacto con diferentes fluídos fisiológicos e, en definitiva, porque as feridas cirúrxicas poden ser de varios tipos (coas súas propias características). É por iso que hai que utilizar diferentes materiais, dependendo do tipo de ferida, do lugar no que se atope e do criterio do cirurxián.

A función principal dunha sutura é manter en contacto os bordos da ferida. E así debe manter o material utilizado ata que o organismo xere o colágeno natural necesario paira o proceso de cicatrización. A medida que se pecha a ferida e, por tanto, aumenta a resistencia dos tecidos rexenerados, convén que o material utilizado paira a costura vaia perdendo resistencia. Por tanto, a costura ideal debe cumprir os seguintes requisitos:

• Ser útil, cómodo e natural.
• Mínima reacción nos tecidos.
• Resistencia de tracción adecuada e seguridade na realización dos nós.
• Ser antialérgico, impermeable e inerte.

Até hai poucos anos utilizáronse mate-riales naturais paira as fogatas, como algodón, seda e catgut (composto de colágeno extraído da submucosa ovina). Na actualidade, os materiais sintéticos van gañando terreo paulatinamente. Estes materiais sintéticos presentan maior resistencia que o algodón e a seda e menor reacción inflamatoria que o catox.

En consecuencia, as fibras de poliamida, polipropileno e poliéster están a substituír ás anteriores en quirófanos. As fibras de poliéster, por exemplo, utilízanse en cirurxía cardiovascular porque manteñen a resistencia mecánica durante longos períodos de tempo. Pola contra, os monofilamentos de polipropileno utilízanse principalmente en operacións de abdome, debido á súa boa resistencia mecánica, seguridade nos nós, resistencia ás infeccións e biocompatibilidad.

Nalgunhas aplicacións é necesario utilizar un sistema que permita a súa absorción polo propio organismo. Esta absorción realízase xeralmente mediante reaccións encimáticas biodegradables. O catox foi até hai pouco o principal uso destes usos, aínda que a súa tendencia á inflamación dos tecidos é coñecida. Nos últimos tempos desenvolvéronse novas formulaciones paira a súa aplicación en aplicacións como poli (ácido glicólico), ácido glicólico/ácido láctico copolímeros e polidioxanona. Por exemplo, o ácido glicólico/ácido láctico copolímeros (tamén coñecido como poliglactina) presenta unhas características moi favorables paira a cirurxía ocular, xa que produce una reacción moi baixa cos tecidos oculares e una perda lineal de resistencia tras a intervención.

Empezamos co aparello visual e imos seguir con el, xa que a achega deste mate-riales neste campo do medicamento foi moi importante. As aplicacións dos materiais plásticos en oftalmoloxía permitiron a moitas persoas mellorar a súa calidade de vida, ás veces mantendo a visión e mellorando noutras moitas. Os materiais plásticos teñen una gran tradición nos soportes das lentes paira fabricar lentes (“vidro orgánico”) e lentes de contacto (tanto duras como brandas).

Entre os avances realizados en Oftalmoloxía nos últimos anos destacan as lentes intraoculares. Cando se forman cataratas no cristalino do ollo, o cristalino perde a transparencia e co tempo pódese chegar a cegar completamente. A recuperación visual é posible tras a extirpación cirúrxica da lente ocular afectada, utilizando lentes ou lentes de contacto especiais paira cataratas.

Ambas as opcións teñen ou poden ter molestias paira o paciente. Por exemplo, se a solución máis adecuada é a utilización de lentes de contacto, é posible que algunhas persoas non se adapten ao seu uso. Hai que ter en conta que a maioría das persoas que necesitan intervención de catarata son maiores. Un oftalmólogo inglés foi o primeiro en aplicar a lente permanente intraocular de polimetilmetacrilato a unha persoa operada de catarata.

Por que escolleu leste polímero? A razón é: II. Nun accidente de avión ocorrido na Guerra Mundial, o piloto foi golpeado cun anaco de carlina de poli(metilmetacrilato) e os médicos puideron comprobar que non había ningún rexeitamento. Desde entón era coñecida a compatibilidade deste material cos tecidos do ollo. O éxito deste tipo de intervencións na actualidade supera o 99%. Con todo, está a investigarse neste campo, probando novos materiais plásticos e técnicas cirúrxicas.

Por último, faremos una mención máis antes de terminar. Utilízanse adhesivos poliméricos no tratamento da córnea perforada e as úlceras, así como nas próteses corneales e na cirurxía retiniana.

“Queremos facer una investigación próxima á aplicación”

Entrevista con Marilo Gurrutxaga e Isabel Goñi, profesores e investigadores do Departamento de Ciencia e Tecnoloxía de Polímeros da Facultade de Química de San Sebastián.

ODS. Nos últimos anos estades inmersos no estudo de biomateriales. Como chegastes a este ámbito?

I.G.& M.G. As nosas investigacións iniciais centrábanse na explotación da biomasa no aproveitamento de laxas de mergullo. O que faciamos era conseguir copolímeros tipo vacúa. Paira iso utilizabamos o almidón, uno dos compoñentes máis importantes da biomasa vexetal, e os polímeros acr-ílicos. Utilizando almidón e compoñentes similares e transformándoos con polímeros sintéticos, obtivemos copolímeros degradables. Os polímeros acrílicos, pola súa banda, son moi importantes polo seu biocompatibilidad entre os bioplásticos. Durante anos traballamos nunha investigación moi básica, é dicir, en tarefas de sínteses, especialmente acrílicas. Pero non o sintetizamos e analizamos a explotación dos materiais estudados, e creemos que o traballo realizado quedaba bombeado. Isto levounos a penetrarnos no campo dos biomateriales, onde era máis fácil ver as aplicacións dos materiais utilizados na investigación e traballar cun obxectivo concreto. Seguimos co polímero acri-lico e o almidón, pero a investigación ten una dirección máis clara.

ODS. Cal é a investigación que tedes entre mans agora?

M.G. & I.G. Neste momento estamos a traballar en dúas zonas. Por unha banda, con materiais paira medicamentos especiais, é dicir, de dosificación controlada e bioadhesivos. E por outro, con cementos acrílicos paira ósos. Nestas dúas liñas centrámonos agora.

ODS. En 1991 tiveron lugar en San Sebastián as prestixiosas Xornadas sobre biomateriales poliméricos.

M.G. & I.G. Bo, é certo que as xornadas que se celebraron en novembro de 1991 tiveron una gran importancia paira nós, xa que tivemos a oportunidade de contactar cos que estaban a traballar nesta materia. O obxectivo das xornadas foi reunir a farmacéuticos, médicos, biólogos, químicos e mesmo tecnólogos, xa que a coordinación neste campo é fundamental. Os investigadores e os médicos temos que coñecernos para que a investigación contribúa ao medicamento de verdade.

Tere Barrenetxea

Aplicacións de Polímeros en Cirurxía e Clínica Hospitalaria Dispositivos temporais Suturas biodegradables: poli(ácido glicol), poliuretano. Mariscadores: acrílicos, siliconas, epóxidos. Recubrimientos: acrílicos, poliamidas, polietileno. Dispositivos semipermanentes Próteses coronarias: poliésteres, siliconas, poli (cloruro de vinilo). Prótese de aparello visual e auditivo: acrílicos, polietileno, silicona, poli(cloruro de vinilo) e epóxidos. Prótese esofágicas: polietileno, poli(cloruro de vinilo). Prótese gastrointestinales: acrílicas, siliconas, poli(cloruro de vinilo), poliamida. Prótese de uréter: poliésteres, acrílicos. Pulmóns, fígado e ril: poliéster, poli (cloruro de vinilo), mallas de polifor-. Ósos e articulacións: acrílicos, polietileno, polipropileno, silicona, epoxídicos. Enxertos vasculares: poli (cloruro de vinilo), poliéster, politetrafluoroetileno, polipropileno. Cirurxía plástica: silicona, polietileno, poliuretanos, poliamidas, politetrafluoroetileno. Membranas: celulósicas, acrilatos, poliuretano. Drenaxes interiores: poli (cloruro de vinilo), polietileno, politetrafluoroetileno. Lentes de contacto e lentes intraoculares: acrílicos, policarbonatos. Dispositivos complexos con funcións fisiológicas Ril artificial; diálese do sistema sanguíneo. Pulmón artificial; oxigenantes do sangue. Páncreas artificial; dosificación controlada de insulina. Corazón artificial; bombeo de sangue. Materiais extracorpórticos Catéteres: poli (cloruro de vinilo), polietileno, silicona, poliésteres. Bolsas paira o plasma sanguíneo: poli (cloruro de vinilo). Diversos envases utilizados en farmacia e clínica: poli(cloruro de vinilo), poliestireno, acrílicos, poliamidas, poliuretanos, etc. Material auxiliar de cirurxía: tubos, tesoiras, fórceps, luvas, disfraces, etc. : poli (cloruro de vinilo), polietileno, poliuretano, poliestireno, acrílicos, etc. Xiringas dun só uso: polietileno, polipropileno, poliestireno. Tubaxes: poli (cloruro de vinilo), polietileno, siliconas, politetrafluoroetileno.