APLICACIONES BIOMÉDICAS DE LOS POLÍMEROS    


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IMPLANTES

La necesidad de ofrecer una mejor calidad de vida a personas que sufren ciertos padecimientos crónicos sin solución médica, ha llevado a la búsqueda de materiales que puedan sustituir las diferentes partes del cuerpo humano. La investigación y desarrollo de los materiales de "repuesto" para nuestro organismo ha permitido que hoy se puedan reemplazar numerosos órganos y tejidos con resultados satisfactorios.

Los materiales que se emplean para la fabricación de implantes son de naturaleza diversa; pueden elaborarse con tejidos de los mismos pacientes (implantes autógenos o autoinjerto), con tejidos de algún donante humano (homoinjerto) o de otras especies (heteroinjerto), así como a partir de materiales hechos por el propio hombre (aloinjertos); a estos últimos se les conoce como biomateriales, y pueden ser de origen sintético o natural (pero modificados por el hombre). Éstos se utilizan en la fabricación de dispositivos médicos capaces de desempeñar diferentes funciones en el organismo humano (tabla 1).

Entre los biomateriales de origen sintético se encuentran los metálicos, cerámicos, poliméricos y los compuestos. Debido a la versatilidad y amplísima gama de propiedades que ofrecen los poliméricos, representan el grupo más utilizado.

En las últimas décadas, las investigaciones sobre biomateriales han tenido resultados espectaculares en el campo de implantes. De hecho, casi cualquier parte del organismo humano puede ser reemplazada por algún dispositivo de plástico o combinación de plástico con metales o cerámicas.

Una ventaja de los polímeros frente a otros materiales es que se fabrican en diversas formas: bloques, fibras, filmes, polvos, etcétera. Además, pueden desempeñar tanto funciones temporales como permanentes. En el caso de aplicaciones temporales se utilizan polímeros biodegradables, esto es, materiales que, después de cumplir su función, se biodegradan y se reducen a moléculas pequeñas que se integran a los ciclos biológicos habituales del organismo. En el caso de aplicaciones permanentes, se requiere que el polímero no modifique sus propiedades durante la vida del implante. Entre las características que éstos deben cumplir están:

Biofuncionalidad: la función del órgano o tejido que reemplazan debe ser garantizada durante todo el período de uso.

Bioestabilidad: el medio biológico no debe impedir el buen funcionamiento del biomaterial ni modificar sus propiedades.

Biocompatibilidad: el biomaterial no debe ocasionar disturbios en el sistema biológico,

Esterilizabilidad: los procedimientos de esterilización no deben alterar las propiedades del material.

El desarrollo de biomateriales con estas características resulta complejo, largo y costoso, y además debe llevarse a cabo por un equipo de investigación multidisciplinario. Después de que se obtiene el material con las peculiaridades deseadas, sigue la etapa de diseño y fabricación de prototipos y de evaluaciones toxicológicas mediante ensayos in vitro e in vivo. Al final se efectúan protocolos de ensayos y se estudia su efectividad en humanos. Toda la etapa de investigación puede originar que transcurran hasta más de diez años antes de que un nuevo material salga al mercado.

No todos los materiales poliméricos poseen una biocompatibilidad aceptable con el organismo humano y por ello sólo un número limitado ha sido permitido en aplicaciones médicas (tabla 2).

Una de las familias de polímeros más usada en medicina es la de los poliacrilatos. Éstos se utilizan en la fabricación de prótesis dentales, sellantes dentales, obturantes dentales restaurativos, y dientes artificiales, así como de lentes de contacto e intraoculares. En el campo de la reposición de articulaciones y relleno de cavidades óseas, estos polímeros se emplean para unir prótesis artificiales con la estructura ósea y se les conoce como cementos óseos acrílicos.

Las articulaciones del cuerpo humano con frecuencia se ven dañadas de manera irreversible por diversas enfermedades, por lo que se hace necesario someter al paciente a una intervención quirúrgica de reemplazo o reconstrucción de la articulación dañada colocando en el sitio un implante artificial (artroplastia total). La incidencia de las enfermedades que conducen a daños en las articulaciones es alta, en la figura 1 se resumen algunos datos reportados en Estados Unidos sobre la frecuencia de osteoporosis y la osteoartritis; en la gráfica 1 se muestra el número de afectados con artritis crónica por cada 1 000 personas encuestadas en cada categoría. Como se puede observar, a medida que aumenta la edad la incidencia de esta enfermedad se incrementa y, por lo tanto, también la posibilidad de que se requiera un reemplazo de articulaciones.

El procedimiento de reemplazo de la articulación de la cadera es muy común, sobre todo en personas de edad avanzada. En la figura 2 se muestra un esquema de la reconstrucción de la articulación de la cadera mediante un implante artificial. El éxito de este tipo de intervenciones depende de muchos factores, entre ellos: el diseño de las prótesis, los tipos de materiales y la técnica quirúrgica utilizados, pero principalmente del método de fijación de la prótesis al hueso. Entre éstos tenemos: fijación con cementos óseos; fijación directa mediante un encaje ajustado de la prótesis; fijación biológica estimulada por recubrimientos porosos metálicos y de cerámicas.

La fijación de prótesis de cadera mediante cementos óseos es el procedimiento usual, ya que ofrece ventajas frente a las otras técnicas: las dimensiones de la cavidad donde se coloca la prótesis no son críticas; se obtiene excelente fijación inicial de la prótesis al hueso; la técnica de cementación es menos dolorosa que las otras; la recuperación del paciente es rápida, y se logra una distribución más uniforme de tensiones entre la prótesis y el hueso, por lo que se aumenta la capacidad de soportar cargas.

Sin embargo, este método también presenta algunos inconvenientes:

· Al igual que en los otros métodos, el procedimiento de preparación del sitio quirúrgico es drástico y causa traumas mecánicos que pueden ocasionar pérdida de la capacidad de irrigación sanguínea en el sitio de implante.

· La liberación del monómero residual y de los aditivos de bajo peso molecular desde el cemento hacia los tejidos adyacentes al implante, contribuye, por acción citotóxica, a necrosis (muerte de tejidos).

· El proceso de fraguado de los cementos es altamente exotérmico y causa muerte celular por necrosis térmica.

· Dada la biocompatibilidad limitada del material, se produce una reacción a cuerpo extraño que causa formación de una membrana fibrosa que aísla al implante y no permite una buena interconexión en la interfase cemento-hueso.

Todos estos factores contribuyen a una reabsorción ósea (el hueso se retira del lugar y deja un espacio vacío) y dan como resultado una deficiente fijación a largo plazo que lleva a aflojamientos de las prótesis. Estos implantes tienen una vida media de doce a quince años y 10% de los pacientes (sin contar los casos de infección) requieren una nueva intervención quirúrgica de la cadera en un período de menos de diez años de implantación.

En los departamentos de Ingeniería Química y Química del cucei se realizan investigaciones con el propósito de mejorar los cementos óseos acrílicos tradicionales. Para ello se utilizan partículas de hidroxiapatita, altamente biocompatibles, como relleno del cemento acrílico convencional. Estas partículas son capaces de estimular el crecimiento óseo, por lo que el hueso puede crecer y formar un enlace químico con la hidroxiapatita presente en el cemento y lograr una interfase hueso-implante mucho más resistente y duradera.

Hasta el momento se han sintetizado todos los componentes que forman parte de la formulación de los cementos, así como diversos tipos de hidroxiapatitas. También se han preparado varias formulaciones de cementos y actualmente se hacen ensayos de caracterización quimicofísica y mecánica de los materiales compuestos a fin de seleccionar las composiciones que satisfacen los requerimientos que establecen las normas internacionales para este tipo de materiales.

CONCLUSIÓN

Los implantes de polímeros son una solución efectiva para niños que hayan sufrido quemaduras o deformaciones graves. Una experiencia entre profesionales ingleses y rusos señala que es más barato, eficaz, y tiene menos efectos secundarios que los de titanio.

Un grupo de investigadores de las Universidades de Nottingham y de Moscú ha desarrollado un implante que ayuda a reconstruir deformaciones faciales congénitas o causadas por un accidente. De momento, los resultados son bastante prometedores, ya que han tratado a cerca de 50 niños a los que les han reformado la cara sin ningún tipo de contraindicación.

La técnica se basa en la utilización de un polímero que puede implantarse en la región facial: "Los implantes que se utilizan son ligeros, flexibles y baratos, lo que supone una excelente alternativa a los de titanio, que son mucho más caros y presentan algunos efectos adversos", ha señalado el director de la investigación, Steve Howdle, del centro británico.

El experto ha indicado que la aparición de rechazos es un aspecto poco probable, ya que cuando se implantan los modelos se utiliza una sustancia mineral denominada hidroxiapatita, que se mezcla con los huesos faciales y ayuda a la fijación de las prótesis.

La precisión es un requisito fundamental para el éxito de la intervención, por lo que, antes de entrar al quirófano, se realiza una tomografía a los pacientes para tener una imagen en tres dimensiones de la zona dañada y poder recrear las prótesis que se van a implantar de la manera más fiel posible. Este proceso de construcción permite a los cirujanos planear cómo se desarrollará la operación, lo que aumenta la seguridad del enfermo.

Más baratos
Uno de los aspectos más destacados por el equipo de profesionales es el menor coste de los implantes construidos con polímeros, ya que son mucho más baratos que los que se utilizan ahora, que suelen estar hechos de titanio.

Además, la intervención es más rápida y menos invasiva, por lo que la permanencia en el centro hospitalario es más corta, con el consiguiente ahorro de costes: "Estos implantes nos permiten realizar más intervenciones que antes. Son más fáciles de modelar, ajustar y ofrecen mayor flexibilidad a nuestro trabajo", ha explicado Vitaly Roginsky, cirujano maxilofacial de la Universidad de Moscú.

La flexibilidad del polímero permite que la prótesis esté en la boca del paciente durante bastante tiempo, aunque si se ha puesto a una edad temprana será necesario retirarlo a largo plazo.

Para evitar esta segunda intervención, los responsables del equipo de investigación ya han pensado en la utilización de polímeros biodegradables que se disuelvan mientras fijan los huesos a la cavidad maxilar: "Si conseguimos que sea seguro, el implante de polímeros será la intervención más utilizada por los profesionales que trabajn en esta especialidad".