Biomateriales Tipos, Aplicaciones y Mercados

Chem. Nueva vol.38 no.7 Sao Paulo agosto 2015 http://dx.doi.org/10.5935/0100-4042. http://dx.doi.org/10. 5935/0100-4042.20150094 20150094

Biomateriales tipos, aplicaciones y mercados Ana Luisa R. Pires 1 , Andrea CK Bierhalz 1 , Angela M. Moraes 1

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1 Departamento

de Ingeniería de Materiales y Bioprocesos de la Facultad de Ingeniería Química, Universidad Estatal de Campinas, Av Albert Einstein, 500, 13083-852 Campinas -. SP, Brasil

ABSTRACTO Los tipos de compuestos utilizados en la producción de biomateriales, es decir, metales, cerámicas, polímeros sintéticos y naturales, así como materiales compuestos, se discuten en el presente trabajo,  junto con los detalles de su aplicación y evolución de biocompatible a bioactivos, biodegradables, y productos clínicos biomiméticos. La estructura química, la estructura tridimensional, y la organización molecular de los compuestos utilizados frecuentemente para la fabricación de las clases correspondientes de los biomateriales se discuten, junto con sus ventajas y algunos de sus principales limitaciones a las aplicaciones clínicas específicas. El principal producto químico, se presentan exigencias físicas, mecánicas y biológicas de los biomateriales categorías, así como respuestas de los tejidos típicos a biomateriales implantados. Las razones para el reciente crecimiento económico del segmento de mercado de los biomateriales se contemplan, y las categorías de biomateriales más exitosos son discutidos, áreas tales como implantes ortopédicos y cardiovasculares, medicina regenerativa, la ingeniería de tejidos y dispositivos de liberación controlada de fármacos Destacando. Por último, la necesidad para el desarrollo de biomateriales innovadores y más accesible, debido al aumento esperado en el número de personas de edad avanzada y la tendencia creciente de procedimientos médicos personalizados, se señaló en octubre Palabras clave: biomateriales; clave: biomateriales; metales; cerámica; polímeros; mercado de biomateriales INTRODUCCIÓN

Biomateriales comprenden una fracción representativa de los productos utilizados en el cuidado de la salud, que se estima en alrededor de 300.000 aproximadamente 10 años. 1 Entre ellos se pueden citar como ejemplos los dispositivos biomédicos (tales como biosensores, tubos de circulación sanguínea, sistemas de hemodiálisis) , materiales implantables (tales como suturas, placas, sustitutos de hueso, tendones, pantallas o mallas, válvulas cardíacas, lentes, dientes), dispositivos para la liberación de la droga (en forma de películas, implantes subdérmicos y partículas), órganos artificiales (tales como corazón, riñón, hígado, páncreas, pulmón, piel) y vendas, entre muchos otros. El término biomaterial se ha definido de diferentes maneras por diferentes autores en los últimos años. En el alcance de esta revisión, los biomateriales se definen como los dispositivos que entran en contacto con los sistemas biológicos (incluyendo fluidos biológicos), con diagnóstico, vacuna, aplicaciones quirúrgicas o terapéuticas, puede estar compuesta de compuestos de origen sintético o natural, así como materiales naturales químicamente modificado tanto en forma sólida como geles, pastas o líquidos, no necesariamente fabricado como válvulas cardíacas de cerdo y parches de piel humana tratados para su uso como implantes. Aspectos relevantes de la evolución de su desarrollo, el uso y el mercado se abordarán en los siguientes artículos, así como las principales características y aplicaciones de los biomateriales obtenidos de diferentes clases de compuestos químicos. Evolución en el Desarrollo y Aplicación de Biomateriales El uso de biomateriales no es nuevo, y su aplicación en la corrección de todo tipo de problemas relacionados con la salud humana se remonta a la antigüedad. 2 Hay informes, por ejemplo, el uso de suturas de lino y oro en el antiguo Egipto (2000 aC) y intestino i ntestino de los gatos en Europa durante la Edad Media, así como los dientes artificiales hechas de conchas por los mayas (600 aC), de hierro por los franceses (200 aC) y el oro y la madera por los romanos, chinos y aztecas. Los sustitutos 1

óseos de madera también se han encontrado en el antiguo Egipto y Europa en la Edad Media, habiendo sido observado osteointegración eficiente. Inicialmente, y hasta el siglo pasado, el enfoque adoptado en el desarrollo y aplicación de biomateriales era fundamentalmente el ensayo de tipo y error, pero más recientemente, en particular enfoques sistemáticos han sido la tónica en los estudios en esta área. Al principio de la utilización de biomateriales de manera más sistemática en el entorno de los 50, que buscaban la bioinertes materiales (se centran en el material en sí). Con el tiempo, se convirtió en el objetivo de la bioactividad del biomaterial, y más recientemente la atención se ha hecho para regenerar tejido funcional, centrado, a continuación, el aspecto biológico. 3 Eso es, en un principio tenía la intención de obtener materiales biocompatibles que podrían sustituir a un tejido dañado y proporcionar soporte mecánico con la respuesta biológica mínima del paciente. Con el tiempo, trató de extender la vida útil del implante por su interacción con la interfaz de tejido del huésped; a continuación, se centró en el desarrollo de material biodegradable, capaz de ser incorporado o absorbido (después de la disolución) por el tejido del huésped y, más recientemente, se ha trabajado con el concepto de la biomimética, la búsqueda de materiales que participan con el fin activo en el proceso de recuperación, trabajando de manera específica de tejido, con la estimulación en el nivel celular. Este concepto evolutivo en el desarrollo y uso de los biomateriales se ilustra en la Figura 1 , que también indica que los materiales utilizados clínicamente más en la actualidad son en su mayoría de categorías biocompatibles, bioactivos y biodegradable, y más buscados, el bioactivo, biodegradable y bio-mimético. 4

Figura 1 Evolución de funcionamiento y la capacidad de regeneración de los biomateriales a lo largo de su desarrollo (basado en Ref. 4)

Hay varios pasos implicados de la identificación de la necesidad de un biomaterial de usar y análisis final del producto 3 como se muestra en la Figura 2 . 2

Figura 2 Etapas de la vida de un ciclo de biomaterial, desde la concepción en base a una necesidad específica para el uso clínico y posterior evaluación (adaptado de la Ref. 3) 3

El proceso comienza con la identificación de la necesidad de un biomaterial para una aplicación dada, que puede ser el tratamiento de una enfermedad, la sustitución de un órgano o uso meramente estética. A continuación se presenta el diseño y síntesis de materiales para muchas pruebas (en cuanto a la composición, estructura, propiedades mecánicas, la toxicología, la bioestabilidad biorreação de materiales), y se basa en la elección de los que muestran el más adecuado, se hace referencia a a continuación, la fabricación de esterilización y envasado de biomaterial que se envía a continuación para el ensayo de toxicología más detallada, biointeraction in vitro y in vivo . A continuación, se centraron en las cuestiones reglamentarias relativas a la aprobación previa en el mercado, los estudios clínicos iniciales, la detección y seguimiento clínico a largo plazo. El desarrollo cuenta con la secuencia, incluso después de la aprobación y el uso clínico de los biomateriales, con el análisis y registro de los explantes tomados de pacientes que buscan la comprensión de los fallos de la corrección. En todas las etapas necesitar profesionales con diversos antecedentes por lo que el análisis puede realizarse para cubrir los diferentes aspectos necesarios, destacando el papel de los químicos, farmacéuticos, ingenieros, físicos, biólogos, médicos y dentistas. Por lo tanto, se puede decir con seguridad que el enfoque para el desarrollo de biomateriales es por naturaleza multidisciplinar y da prioridad a los objetivos de convergencia. A pesar de que no es posible generalizar cuáles deben ser las características requeridas de biomateriales, ya que dependen principalmente de su aplicación, algunos tipos de propiedades se evalúan con frecuencia para el diseño del dispositivo se pueden realizar con eficacia y de manera económicamente atractiva. En este sentido, destacamos propiedades biológicas tales como biocompatibilidad, hemocompatibilidad a menudo asociada con la citotoxicidad, la alergenicidad, la estimulación adhesión y proliferación; las propiedades físicas tales como la morfología de la superficie, la energía de superficie, ajuste anatómico, la rugosidad, porosidad, color, transparencia y permeabilidad, propiedades mecánicas tales como resistencia a la rotura, el alargamiento y la flexibilidad y las propiedades químicas, como la densidad, la estabilidad, resistencia a la esterilización y la forma degradación cuando está en contacto con el cuerpo. Con respecto a las propiedades biológicas, biomateriales implantables se pueden clasificar en cuatro categorías según el tipo de reacción que hacen que las células con las que entran en contacto. Se consideran tóxicos los que resultan en la muerte de las células que rodean el implante y sustancialmente no - tóxicos e inertes para provocar la formación de tejido fibroso alrededor del implante. Los biomateriales que evocan reconocimiento biológico mediante la presentación de sus factores de adhesión constitución, sitios polianiónicos similares a los polisacáridos de regulación o de los sitios de escisión enzimáticas implicadas en la migración celular, a su vez, se consideran no   tóxico y bioactivo. Tales dispositivos también pueden experimentar cambio de fase in situ  , por ejemplo, incluyendo los cambios precursores para los sólidos. 5 En esta última categoría, los biomateriales clasificados como no - tóxico y biodegradable, los ha que permitir que las células sanas circundantes o presente en el mismo crecer y sustituir la matriz que constituye el biomaterial. BIOMATERIALES MERCADO El mercado - área de biomaterial relacionado es significativa desde el punto de vista del número de unidades vendidas al año para el movimiento financiera observada, puede orientarse convenientemente en base a dos criterios diferentes. 6 La primera se refiere a los tipos de compuestos de la de que los biomateriales están hechos, como por ejemplo metales, materiales cerámicos, polímeros y materiales de origen natural. El segundo criterio se basa en la forma de aplicación del biomaterial, tales como el uso ortopédico, cardiovascular, dental, oftálmica, para la cirugía plástica, la ingeniería de tejidos, tratamiento de la lesión, trastornos neurológicos y del

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sistema nervioso central, y también incluyen dispositivos con otro aplicaciones, tales como gastrointestinales y urinarios, o como sistemas de administración de fármacos y la cirugía bariátrica. En cuanto al número de unidades de diferentes tipos de biomateriales utilizados cada año, según los datos Ratneret al. , 3 Se estima, por ejemplo, el uso de alrededor de 1000 millones catéteres, 150 millones de lentes de contacto y 7,000,000 lentes intraoculares por año. En el rango de 1 a 2,5 millones de unidades al año hay la prótesis de cadera, rodilla y hombro, para los dispositivos de hemodiálisis y la oxigenación de la sangre, los stents cardiovasculares, tornillos y placas de fijación ósea, tubos de ventilación y los DIU. Los marcapasos, implantes mamarios, válvulas cardiacas, prótesis para vasos sanguíneos, discos y dispositivos de fusión de desfibriladores implantables de la columna vertebral, prótesis coclear y pantallas para la cirugía de hernia, por ejemplo, se utilizan en el orden de magnitud de 2 a 7 cientos de miles de unidades al año. Se observa una importante expansión en los últimos años en el mercado global de los biomateriales. En 2008, este mercado generó US $ el 25,6 millones a nivel mundial, con la siguiente distribución:. 43% en EE.UU., 33% en Europa, el 3% en Asia (Pacífico), 2% en Brasil y 19% en el resto del mundo 7 En 2012 , este mercado alcanzó la cifra de $ 44 mil millones, y se prevé que alcance, en 2017, un total de 88,4 millones de dólares, 6 con una tasa de crecimiento del 22,1% por año. Supuestamente, este mercado seguirá a ser dirigida en los próximos años por América del Norte, Europa y Asia. En general, el segmento de mayor éxito en ventas es los implantes ortopédicos, con perspectivas para llegar a 57,9 millones de dólares en 2016. 8 Aunque no están en conflicto previsión de registro con respecto a este segmento (el gasto esperado en 2019 superó 33 mil millones dólares a la categoría de los biomateriales implantados en general), 9 biomateriales ortopédicos sin duda tienen representación económica alta. Otra rama importante son los biomateriales para aplicaciones cardiovasculares, con una fracción de mercado estimado en 34,5% (datos de 2012). 10 Aunque en la actualidad biomateriales metálicos dominan el mercado mundial en un 50%, se espera que en el futuro cerca del fuerte crecimiento del mercado de biomateriales poliméricos, debido a las características más apropiadas para una mayor flexibilidad, elasticidad, inercia biológica, la biocompatibilidad y la longevidad. En Brasil, el mercado de biomateriales fue de 690 millones de dólares en 2010, con la expectativa de que llegar a 1,7 mil millones en (crecimiento del 20%) de 2015. 11 En este país, la rama de mayor movimiento económico es el productos ortopédicos (37,5% del total del mercado en 2009), seguido por el uso de biomateriales cardiovasculares (36%). En 2011 la cirugía ortopédica llegó a Brasil a casi 300 000 por año, de acuerdo con datos del Sistema Único de Salud reportados en el Portal de Brasil, 12 de un número mucho menor, sin embargo, que los procedimientos observados en adultos en los EE.UU. , que se estima en 1,9 millones de dólares, 13 posiblemente por la restricción de acceso y los hospitales a los pacientes a muchos de los dispositivos implantables, debido al alto costo. Se espera que el área de cuidado de heridas a crecer alrededor de un 24% en el rango de 2010 a 2015, también con la esperanza de aumentar la demanda de los materiales y suministros quirúrgicos, debido alaumento previsto de los procedimientos clínicos futuros. 11 El intenso crecimiento en el mercado de biomateriales se atribuye a tres razones principales: el envejecimiento de la población mundial, con el aumento de la esperanza de vida; el aumento de potencia y nivel de vida en los países en desarrollo, para facilitar el acceso al tratamiento de diversos tipos de enfermedades de compra; y las mejoras tecnológicas en el enfoque de las enfermedades consideradas previamente como intratable. La aparición del envejecimiento de la población exige una atención especial, ya que, sobre la base de estimaciones que en 2050, una fracción igual a 21,1% de la población mundial será más de 60 años, lo que corresponde a más de 2 5

mil millones de personas, 14 se puede esperar en los próximos años, un incremento aún más apreciable de la demanda e incluso biomateriales nuevo y enfoques terapéuticos más establecidas para satisfacer las necesidades de estas personas. En este sentido, se espera avance significativo en la ingeniería de tejidos destinado a aplicaciones en el campo de la medicina regenerativa, que sin duda requerirá mejoras significativas en el diseño y la aplicación de los medios utilizados para el crecimiento de células de tejido normal o células madre en ella inoculado. Dichos soportes, conocido por el término Inglés andamios tienen funciones que van mucho más allá de proporcionar una porosidad de la matriz biocompatible, rugosidad, estructura tridimensional, degradabilidad, propiedades mecánicas y transporte de masa apropiada, incluyendo también la estimulación potencial de crecimiento, la migración, la interacción y la diferenciación celular, proporcionando factores de crecimiento a las células y otras señales bioquímicas adecuadas 15 que pueden ser adsorbidos , o incorporado en el mismo, por lo que proporciona un microambiente que se refiere a la matriz extracelular. Sólo se estima en segmento de terapias basadas en el cultivo de células madre que el alcance en el mercado mundial, en 2020, 330 millones de dólares. 16 Entre las empresas que operan en el sector de los biomateriales en el mundo, tanto en la obtención de materias primas y en la fabricación de productos para uso en la asistencia sanitaria, se pueden citar: el Reino Unido, Invibio Ltd;. Japón, el Kyocera Corporation; Alemania, Bayer, CeramTec GmbH, Evonik Industries y Ticona GmbH;Holanda, Purac Biomateriales y la leva Biocerámicas, y en los Estados Unidos de América, Inc. Berkeley Biomateriales avanzados, Inc. Biomet, la Corporación Tecnológica Carpenter, Ceradyne, Inc. (una división de 3M) en Dentsply International Inc. ., las empresas en el área de ortopedia DePuy Inc., DSM Biomedical Inc., Heraeus Médico componentes, Johnson & Johnson, la Landec Corporation, Materion Corporation, Medtronic Inc., Stryker Corp., Ulbrich y acero inoxidable Special Metals Inc. y Wright Medical Technology Inc., entre muchos otros. La discusión de las áreas de importancia con respecto a futuras inversiones en biomateriales puede y debe ser fomentada por iniciativas como la Fundación Nacional de Ciencias  de los EE.UU., que organizó en 2012 un taller que reúne a empresas, profesionales de universidades y centros de investigación, así como representantes de agencias gubernamentales de desarrollo. Se han propuesto directrices pertinentes de las actividades en esta área, 17 con la identificación de los problemas, las oportunidades, las cuestiones científicas, necesidades y recomendaciones de la investigación de biomateriales que se centran dura y materiales compuestos, materiales suaves, materiales celulares interacciones, sistemas dispersos, películas delgadas e interfaces. Por lo tanto, el análisis detallado de las categorías de compuestos químicos que se utilizan en la formación de los biomateriales, sus propiedades, ventajas, limitaciones y aplicabilidad son de gran importancia. Metales Entre los diferentes tipos de materias primas disponibles para la obtención de biomateriales de clase representa metales debido a su excelente rendimiento mecánico, tales como alta resistencia a la fatiga y fractura. Debido a estas características, los metales han sido ampliamente utilizados como componentes estructurales para sustituir, el refuerzo o la estabilización de los tejidos rígidos, que están constantemente sometidos a la alta resistencia a la tracción y las cargas de compresión. En este contexto, las aplicaciones más comunes incluyen cables, tornillos y placas para reparar fracturas, implantes dentales y prótesis para reemplazo de la articulación. 18 , 19 Además de los componentes estructurales, los metales se pueden utilizar en la fabricación de válvulas cardíacas artificiales y stents expansibles ( stents  ) que requieren, además de adecuada 6

resistencia mecánica, durabilidad, y la opción de visualización de imágenes de rayos-X. 18 , 20 La buena conductividad eléctrica, otro atributo común de estos materiales ha favorecido la obtención de dispositivos de estimulación neuromusculares tales como marcapasos cardiacos. 21 la versatilidad de metales para uso biomédico debe ser también la posibilidad de pulido y abrasión de la superficie, y la facilidad de esterilización. La última característica es responsable de la amplia aplicación de los metales en la instrumentación quirúrgica (biomateriales ultrarrápida uso), tales como tijeras, agujas, pinzas, abrazaderas y retractores. En la actualidad, los metales más utilizados en el campo de la medicina son los grupos de aceros inoxidables, aleaciones de titanio y aleaciones de titanio comercialmente puro y de cobaltocromo. 4 , 18 En la Tabla 1 se detallan los principales tipos de metales o aleaciones y ejemplos de sus aplicaciones más frecuentes. Tabla 1 los metales y aleaciones principales y sus aplicaciones en el campo de la biomedicina (adaptado de Ref. 21)

Metal o aleación acero inoxidable 316L CP-Ti, Ti-Al-V, Ti-Al-Nb, Ti13Nb-13Zr, Ti-Mo-Zr-Fe Co-Cr-Mo, Cr-Ni, Cr-Mo NiTi Aleaciones de oro, amalgama de mercurio-Ag-Sn plata El platino y el Pt-Ir

aplicaciones Fijación de la fractura, Los stents Los instrumentos quirúrgicos, Huesos y articulaciones artificiales, implantes dentales, marcapasos encapsulación Susbtitución de huesos y articulaciones, restauraciones e implantes dentales, válvulas cardíacas placas óseas, Los stents, alambres de ortodoncia Restauraciones dentales Agente antimicrobiano electrodos

Las propiedades de los metales se rigen principalmente por su estructura en red cristalina y la fuerza de las conexiones. La alta densidad viene de la agrupación de átomos en un patrón cristalino tridimensional, de forma ordenada y de forma repetida. Los núcleos de iones con carga positiva se encuentran inmersos en una nube de electrones que se pueden mover libremente y son responsables de buena conductividad térmica y eléctrica de los metales. La resistencia a la tracción es un resultado de la intensidad de los eslabones de metal y la deformación plástica se produce debido a los enlaces no dirigidos, que permiten a la posición de los iones metálicos a ser cambiado sin destruir red cristalina. 22 , 23 Para seguridad se puede aplicar en el cuerpo humano, metales o aleaciones deben cumplir una serie de requisitos. Fundamentalmente, debe ser biocompatible con el fin de no para producir reacciones inflamatorias, tóxicas o alérgicas. 2 todavía debe ser químicamente estable y presentar una resistencia adecuada a la corrosión, para evitar la degradación en el medio ambiente biológico. En el caso de implantes óseos, se requiere una alta fuerza de adhesión entre los osteoblastos y el implante. propiedades mecánicas adecuadas, tales como el módulo de elasticidad similar al del hueso humano y la resistencia a la fatiga, también deben ser considerados. Una vez implantado, el biomaterial permanece en contacto con el fluido corporal, que consiste en una solución acuosa que contiene oxígeno disuelto, proteínas y varios iones tales como cloruro e hidróxidos. 23 En el caso de los implantes dentales o de materiales de ortodoncia, aleaciones metálicas son también susceptible a cambios de temperatura y pH, presencia de biofilm y las propiedades físicas y químicas de los alimentos. Estos medios pueden ser agresivos para los 7

metales, haciendo que se corroen. En Además de estos factores, la mayoría de los implantes funciona bajo la acción de cargas mecánicas que generan fricción, deslice y por lo tanto la posible liberación de partículas metálicas. 24 , 25 Como un resultado de los mecanismos de desgaste y la corrosión en la integridad mecánica y estructural del implante puede verse comprometida, lo que lleva a su fallo prematuro o fractura. productos de degradación de implantes se han asociado con complicaciones tales como osteólisis, inflamación, reacciones alérgicas y vasculitis, y pueden conducir a la acumulación de iones metálicos en órganos, teratogenicidad y el cáncer. 26 , 27 , 18 Los metales nobles tales como oro y plata, no son susceptibles a los procesos corrosivos. Sin embargo, algunos de sus atributos, tales como alta densidad, resistencia insuficiente y costes altos hacen que las aplicaciones ortopédicas imposibles de estos. 23 El resto de uso médico de los metales son susceptibles a la corrosión cuando están en contacto con sistemas biológicos. 28 En general la resistencia a este proceso proviene de una película de óxido delgada formada espontáneamente por la exposición de las superficies de metal al aire. Esta película como la capa de pasivación impide intercambio iónico, la protección de la superficie. Varios factores, sin embargo, pueden poner en peligro la resistencia a la corrosión, la falta de homogeneidad en la microestructura relacionada con variación en la composición, la deformación, la presencia de impurezas, los precipitados, segregaciones y las inclusiones superficie. Así, durante el proceso de fabricación para mejorar la resistencia a la corrosión mediante el fortalecimiento de la película de protección, los implantes pueden ser sometidos a tratamientos y deposición de óxidos en la superficie adicionales. 21 Una vez roto la capa de pasivación, el proceso de corrosión comienza y se producirá la liberación de iones de metal hasta que se regenera la película, si esto es posible. El repasivación de tiempo, por lo tanto, es decisivo para determinar la velocidad de corrosión varía con el material. Las aleaciones de titanio, por ejemplo, un tiempo más corto de repasivación que el acero inoxidable. 25 Entre las formas más comunes de la corrosión de los implantes metálicos, destacamos la corrosión por picaduras, grietas y desgaste. La corrosión por picaduras está muy localizada y se caracteriza por la formación de cavidades profundas y de pequeño diámetro en el metal que están expuestos a medios que contienen iones agresivos tales como el cloruro. 19 , 24 Las grietas de corrosión se producen en los huecos existentes entre el material metálico en contacto con otro componente, metálico o no. Puede comenzar, por ejemplo, en el espacio creado en la fijación de una placa de metal con tornillos. 19 En estos entornos, la difusión de especies químicas es difícil, sin embargo, ya que entran, permanecer estancada, promover el cambio en este espacio. Si este proceso se inicia, el oxígeno presente en la brecha se consume por acidificación de la solución y que causa la corrosión. Dado que el desgaste debido a la corrosión es el resultado de daño producido por los componentes de metal en el contacto físico directo, en presencia de los movimientos vibratorios, cargas repetitivas, dañando la superficie del material, lo que favorece la aparición de fracturas. 21 El lado positivo de la corrosión de los implantes metálicos es utilizar este fenómeno para desarrollar materiales biodegradables con aplicaciones muy atractivas en cirugía ortopédica, cardiovascular y pediátrica, en la que tendrían dificultades para retirar el dispositivo sin dañar el tejido sano. Una de las principales metales con potencial para esta aplicación es el magnesio, que tiene buenas propiedades mecánicas y una baja resistencia a la corrosión, y los productos de degradación se excretan rápidamente del organismo y no muestran una toxicidad significativa. 29 Al tener materiales con tasas corrosión controlable, puede tener implantes que dispensan posterior eliminación, por ejemplo, stents vasculares, tornillos y clavos utilizados para el tratamiento de fracturas. 30 , 31 Además de la posible corrosión y la liberación de iones metálicos, como ya se ha mencionado, otra limitación observó en los metales con respecto a la disparidad entre el valor del módulo de 8

elasticidad metales y los huesos.El módulo de elasticidad de los huesos típicamente varía de 3 a 20 GPa, 29 mientras que en el acero inoxidable y aleaciones a base de cobalto , esto puede ser hasta 10 veces. En los casos en que el módulo de implante es mucho más alto que el hueso, el implante ocupa la carga y el hueso no recibe el estímulo necesario para mantener su masa, 4 que conduce a un fenómeno clínico conocido como estrés de blindaje  , la reducción de la densidad hueso y el aflojamiento del implante. Los cambios en metales, tales como poros Insertar, contribuyen a valores más uniformes. Esta estrategia ha sido aplicada con éxito a la tantalio que el medio poroso, tiene un módulo de elasticidad similar al del hueso cortical, con valores de alrededor de 3 GPa. 32 Otra desventaja de los metales se refiere a los posibles ruidos de fricción resultantes de implantes compuestos de dos metales en contacto. La incidencia de este problema en pacientes con implantes en la cadera, por ejemplo, puede llegar a un 10% y por lo general comienzan entre los 6 meses y 2 años después de la cirugía. 33 Además, la alta densidad de los metales puede resultar en implantes con gran masa, incómodo para el paciente. Características específicas de algunas categorías de metales usados más a menudo como componentes de los biomateriales se describen a continuación. Acero inoxidable Los aceros inoxidables tienen buenas propiedades mecánicas y de bajo costo en comparación con otros metales, alta disponibilidad y facilidad de procesamiento. 34 , 35 es uno de los principales materiales utilizados en dispositivos de sujeción. Estos son aleaciones de hierro a base de cromo, (mínimo 12%) y otros elementos. La característica de no - oxidable se obtiene formando una capa de pasivación de óxido de cromo sobre la superficie metálica. Por lo tanto, cuanto mayor sea el contenido de este elemento en la aleación, la mayor es la resistencia a la corrosión. 18 Las aleaciones de acero también exhiben de carbono en la estructura, que puede formar precipitados de carburos de cromo en los contornos de los granos, lo que debilita la capa de pasivación, lo que resulta en una menor resistencia a la corrosión. 36 En dispositivos biomédicos son niveles bajos, por lo tanto deseables de este elemento como el acero austenítico 316L, que tiene un máximo de 0,03% de carbono. Además de bajo contenido de carbono, este tipo de acero comprende cromo (16-18%) y níquel (12 a 15%) y molibdeno (2-3%). El níquel se añade con el fin de estabilizar la estructura austenítica del acero y mejorar la resistencia a la corrosión. La adición de molibdeno a concentraciones superiores a 2% hace que la capa de pasivación más resistente a los medios corrosivos. 18 Aunque molibdeno se utiliza y concentraciones bajas de carbono, los implantes de aleaciones de acero 316L no son totalmente resistentes a la corrosión por picaduras y grietas. En consecuencia, su uso ha sido cuestionada debido a la presencia de níquel y su toxicidad, lo que puede causar problemas tales como las alergias, el cáncer y la actividad genotóxica o mutagénico. 18 , 36 Los efectos adversos de la liberación de níquel impulsaron el desarrollo de nuevas aleaciones de acero inoxidable sin la presencia de este elemento. Reemplazo se hace comúnmente por nitrógeno, que es una forma estabilizador de austenita fuerte. La aleación 316 LN contiene 0,10 a 0,16% de nitrógeno, con resistencia superior al desgaste y resistencia a la corrosión y ductilidad. 35 Titanio y aleaciones de titanio El titanio y sus aleaciones han sido ampliamente utilizados como biomateriales, especialmente en prótesis, dispositivos para uso cardiovascular y para la fijación de la fractura, debido a su alta biocompatibilidad, baja densidad, bajo módulo y resistencia a la corrosión superior en comparación 9

con el acero inoxidable. El titanio tiene la ventaja adicional de aumento de la tendencia de característica importante osteointegración de los implantes a largo plazo. Reducido o ninguna reacción con los tejidos que rodean el implante de titanio es un resultado de la pasivación, la película formada de dióxido de titanio (TiO 2 ), generalmente de espesor nanométrico, la superficie de metal. 4 ,25 , 37 La desventaja presentada por titanio comercialmente puro (CP-Ti) está relacionada con la pobre resistencia al desgaste, lo que hace que sea inadecuado para aplicaciones que requieren alta tensión. 4 Por esta razón, el titanio se ha utilizado como elemento básico para la formación aleaciones con otros elementos químicos tales como el aluminio, vanadio y hierro, que están destinados a mejorar la fuerza de tracción (Ti-6Al-4V). Para la obtención de aleaciones de titanio que tienen propiedades variables se hace para cambiar las características cristalográficas por adición de aglutinantes y procesos termomecánicos. El titanio es un material alotrópico que tiene una estructu ra cristalina hexagonal compacta (α fase) a 882 ° C. Por encima de este cambio de temperatura se produce en el cuerpo - estructura cúbica centrada (β fase). Algunos de los elementos que incluyen Al, Sn y Zr, estabilizar la fase α, mientras que los elementos tales como Va, Mo, Nb, Mn estabilizar la fase β. Por lo tanto, las propiedades de la

aleación dependen de la composición, las proporciones relativas de las fases alfa y beta, el tratamiento térmico y las condiciones de procesamiento. Las aleaciones de titanio del tipo α presentan una buena resistencia a la corrosión, pero han resistencia mecánica limitada a bajas temperaturas. Ya aleaciones estabilizado en fase β tienen un menor módulo de elasticidad, lo que ayuda a reducir la diferencia de esta propiedad entre el biomaterial y el hueso. 37 Entre las diferentes aleaciones que implican titanio, el equiatômica Ni-Ti, conocida como Nitinol, tiene alto perfil, como resultado de su notable memoria propiedades de forma, superelasticidad, y resistencia a la fatiga y la torsión. La propiedad memoria de forma se refiere a la capacidad del material a recuperar su forma original después de una deformación por aumento de la temperatura. El comportamiento elástico de Nitinol permite que pueda ser deformada hasta 20 veces recuperar el dimensiones originales después de la liberación de la tensión.Debido a estas propiedades únicas, la aleación de Nitinol se utiliza en arcos de ortodoncia, alambres guía, stents , catéteres, clips y grapas de aneurisma ortopédicos. 23 , 38 Aleaciones de cobalto-cromo El cobalto aleaciones y biomateriales basados en cromo para aplicaciones tales como están asociadas principalmente a las prótesis ortopédicas para la rodilla, el hombro y la cadera, así como dispositivos de fijación de fractura, maxilofacial y los implantes dentales. 39 , 40 Estas aleaciones son no magnético, altamente resistente al desgaste, el calor y la corrosión, lo que permite su aplicación por largos períodos. La resistencia al desgaste de la aleación de Co-Cr supera a los aceros inoxidables y aleaciones de titanio. Las desventajas de estas aleaciones están relacionadas con baja plasticidad y la dificultad en la maquinabilidad. 38 Como en el caso del acero inoxidable, la resistencia a la corrosión debido a la formación de la capa protectora de CrO 2  . La adición de pequeñas cantidades de otros elementos tales como hierro, molibdeno y tungsteno contribuir a la mejora de las propiedades a altas temperaturas y resistencia a la abrasión. Por lo tanto, las dos aleaciones predominantes para su uso como biomateriales son la aleación de la aleación de Co-Cr-Mo y Co-Cr-Ni-Mo, comercialmente conocido como Vitallium. Otras aleaciones aprobados para su uso incluyen tungsteno (Ni-Co-Cr-W) y hierro (Co-Cr-W-Ni-Fe). 40

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Cerámica Las cerámicas incluyen una amplia gama de compuestos que tienen papel esencial en el desarrollo de biomateriales. Las aplicaciones abarcan varias áreas, tales como instrumentos de diagnóstico (termómetros, endoscopia de fibra), prótesis ortopédicas, dispositivos para la reconstrucción dental y maxilofacial, válvulas del corazón, la tráquea artificial y el hueso se llena. El amplio campo de aplicación se debe en gran parte a la química y propiedades superiores cristalográfica compatibilidad de cerámica con el medio fisiológico y tejidos duros como los huesos y los dientes. 24 , 41 , 42 Desde un punto de vista químico, la cerámica son compuestos inorgánicos generalmente formados de metal y elementos no metálicos unidos por enlaces iónicos y / o covalentes. En estas conexiones, los electrones no son libres como lo es en los metales, pero situado entre los iones / átomos. Con esto, la cerámica tienden a comportarse como una baja materiales eléctricos y conductividad térmica. 22 En general, las cerámicas son menos densos que la mayoría de los metales y aleaciones. Estos materiales tienen una buena estabilidad dimensional, son resistentes al desgaste y la compresión y estable en ambientes ácidos. Sin embargo, los fuertes lazos interatómicas forman estructuras cristalinas tridimensionales con alta compresión, por lo que es duro, frágil y susceptible a la fractura con poca o ninguna deformación plástica. Además, son muy sensibles a la presencia de grietas y otros defectos que pueden actuar como puntos de partida de las fracturas y contribuir a la pronta rotura del material durante el uso. Debido a estos factores, la cerámica no son muy adecuados para aplicaciones en zonas expuestas a altos esfuerzos y requieren apoyo. 22 , 41 Los biomateriales cerámicos se pueden clasificar en función de su interacción con el tejido del huésped como bioinertes, bioactivo y bioabsorbible. Los bioinertes tales como óxido de aluminio y óxido de circonio, mantienen sus propiedades físicas y mecánicas, mientras implantado, que son bien tolerados por el cuerpo y no causa la respuesta del tejido. Las cerámicas bioactivas interactúan con el tejido circundante, estimular el sistema de tejido de curación y para responder a la material como si se tratara de un tejido natural. Ejemplos de esta clase incluyen la hidroxiapatita, los vidrios bioactivos y vidrio - cerámica. Los materiales biorreabsorbibles participar en el proceso metabólico del cuerpo y tienen la característica de sufrir degradación por acciones químicas o biológicas, lentamente siendo reemplazadas por células en crecimiento. También son estables en el largo plazo y minimizar la posibilidad de liberación de implante. Las cerámicas de fosfato tricálcico y el yeso se incluyen en esta clase. 42 Características y usos de los principales tipos de cerámicas citadas aquí se describen con más detalle en la siguiente sub. Alúmina Alúmina (Al 2 O 3  ) tiene una estructura cristalina hexagonal compacta con características de alta dureza, resistencia a la compresión ya la abrasión, y puede ser pulida con un acabado de gran superficie. Las fuertes enlaces iónicos y la alta proporción de oxígeno para formar un material químicamente inerte con una alta estabilidad en medios fisiológicos , y corrosivo. 43 La alúmina policristalina formada de cerámica de alt a densidad (α-Al 2 O 3 ) y alta pureza (> 99,5%) se utiliza con frecuencia en los implantes. La tenacidad y la tensión de fatiga y este tipo de material se asocian con el tamaño de grano y la pureza. Pequeñas cantidades de MgO (<0,5%) se añade a menudo apuntan a inhibir el crecimiento del grano durante la sinterización para mejorar las propiedades mecánicas. Alúmina con un tamaño de grano promedio de menos de 4 m y una pureza superior al 99,7% tiene buena resistencia a la flexión y compresión. Los granos más grandes que 17 uM pueden disminuir la resistencia mecánica de la alúmina en un 20%. 42 , 43 11

La principal aplicación de alúmina se relaciona con la producción de acetabular y la cabeza femoral para prótesis de cadera. Cuando estas dos partes se muelen juntos y se utilizan como un par, el coeficiente de fricción de la junta disminuye con el tiempo y el valor tiende a estar cerca de la articulación normal. Con esto, el desgaste de la superficie de alúmina de alúmina es de aproximadamente 10 veces menor que la de las superficies de metal-polietileno, por ejemplo. Otras aplicaciones clínicas incluyen elementos de alúmina prótesis de rodilla , y la reconstrucción maxilofacial, para tornillos óseos huesecillos de los sustitutos del oído medio, implantes corneales, reemplazos óseos segmentarios y los implantes dentales. 42 La alúmina monocristalinas (zafiro) tiene una fuerza sobre el triple de alúmina policristalina, buena estética y laposibilidad de obtener dispositivos con diferentes tamaños y formas. Dicho material tiene una amplia aplicación en la fabricación de prótesis dentales y coronas, sin embargo, su uso disminuido debido a la resistencia al impacto baja. 44 Actualmente, alúmina monocristalina se utiliza como soportes en ortodoncia debido a la mayor superficie estética y muy pulido . Para esta aplicación, sin embargo, este material puede presentar algunos inconvenientes, tales como la posibilidad de fractura y la alta fricción durante la mecánica de deslizamiento, que puede causar molestias al paciente. 45 Zirconia La zirconia pertenece al grupo de las cerámicas inertes y tiene una estructura con tres formas cristalinas polimórficas distintas: monoclínico (M), cúbico (C) y tetragonal (T). La estructura monoclínica se observa a temperaturas de hasta 1170 ° C. Por encima de esto, no es la transformación a la fase tetragonal y 2370 ° C, la zirconia adopta la fase cúbica. 46 Durante el enfriamiento desde la temperatura de tratamiento, la fase tetragonal se transforma en la fase monoclínica acompañado de una expansión de volumen de (3 4%), que causa tensiones internas en la microestructura del material, causando grietas que hace que sea extremadamente frágil. Con esto, las propiedades mecánicas y refractarios de zirconia puro se ven afectados, lo que limita sus aplicaciones. Con el fin de aumentar la resistencia mecánica y dureza, las fases de cristal tetragonal y cúbicos se pueden estabilizar a bajas temperaturas por el uso de aditivos tales como óxidos de magnesio, cerio, itrio y calcio.Dependiendo de la concentración de aditivos, esto puede conducir a zirconia tetragonal policristalina (TZP), óxido de circonio estabilizado completamente (FSZ fase generalmente cúbico) y zirconia parcialmente estabilizada (PSZ), en el que las partículas metaestables tetragonales finas se dispersan en una matriz cúbico. 47 , 48 Entre las diferentes formas modificadas, la cerámica policristalina zirconia tetragonal estabilizado con itrio (y-TZP) se destaca por tener granos de porosidad muy delgados y bajos. Estos factores permiten la obtención de un material que tiene alta resistencia a la flexión, dureza y resistencia a la erosión, que puede ser utilizado con éxito en aplicaciones sujetas a tensión mecánica. 47 En comparación con alúmina, esta cerámica tiene una fuerza mayor, menor dureza y menor módulo elástico. Las principales aplicaciones del óxido de zirconio son como un material alternativo a la alúmina en la producción de cabezas femorales en las prótesis de cadera, prótesis de rodilla y el hombro y materiales dentales. 48 , 49 También hay un interés creciente en la utilización conjunta de óxido de zirconio y alúmina en el fin de obtener dispositivos con propiedades mecánicas y de degradación, ajustada a la aplicación deseada. 42

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Fosfatos de calcio Cerámicas de fosfato de calcio tienen un alto potencial para aplicaciones como biomateriales debido a la química y similitud estructural con la apatita biológica, que está presente en grandes proporciones en fase mineral de los dientes y huesos. Estos materiales presentan una excelente biocompatibilidad y el comportamiento bioactivo, permitiendo altos niveles de osteointegración y osteoconductor. 50 , 41 Los fosfatos de calcio han sido ampliamente estudiados y utilizados en aplicaciones que cubren la totalidad del sistema del esqueleto, tales como la reconstrucción cráneo-maxilofacial y el tratamiento de defectos óseos. 50cerámica porosa de fosfato de calcio pueden incluso servir como sustratos útiles en la liberación de diferentes compuestos incorporados en las mismas, tales como hormonas, 51 vacunas, 52 antibióticos 53 y agentes con actividad contra el cáncer, incluyendo compuestos radiactivos 54 y cisplatino. 55 , 56 las principales limitaciones de la utilización de fosfatos de calcio provienen del hecho de que son muy frágiles y su baja resistencia a la fatiga.Con esto, los revestimientos densos o porosos de estas cerámicas a menudo se aplican a los implantes de soporte de metal para permitir la osteointegración y la fijación. Los fosfatos de calcio son, básicamente, hechos de ácido fosfórico o sales de ácido ortofosfórico y se pueden sintetizar mediante precipitación a partir de soluciones que contienen iones de Ca 2+ y PO 4 3 , bajo condiciones alcalinas o ácidas. La relación molar de átomos de calcio y fósforo (Ca / P) varía entre 0,5 y 2,0 y por lo general se utiliza con el fin de clasificar los diferentes fosfatos de calcio. Los compuestos con una mayor relación de Ca / P tienen una solubilidad más baja en la tasa neutral y reducción de las condiciones de degradación. 57 , 58 Entre los fosfatos de calcio más extendidos, resalte la hidroxiapatita (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) y fosfato tricálcico en forma α polimórficos y β (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), cuyas superficies facilitar adsorción de proteínas y tiene un alto potencial osteoinductivo. La hidroxiapatita (HP) es uno de los principales componentes minerales del hueso, el esmalte, la dentina y también está presente en la orina y cálculo dental. 59 Como un biomaterial, tiene las ventajas de adaptación rápida del hueso, no formación de tejido fibroso, redujo el tiempo de curación y íntima adherencia del implante / tejido. La limitación de este compuesto está relacionada con su biodegradación lenta, que se produce por mecanismos celulares gradualmente después de 4 a 5 años de la implantación. Este comportamiento se puede atribuir a la relación molar Ca / P de 1,67, que hace que el HP prácticamente insoluble en medios neutral. El fosfato tricálcico (TCP), que tienen Ca / P 1,5, no son estables en soluciones acuosas y en presencia de humedad, se reabsorbe entre 6 y 15 semanas después de la implantación, dependiendo de factores tales como la porosidad, la cristalinidad , pureza química y rugosidad de la superficie del biomaterial. 41 , 60 la alotrópica forma α y β -TCP exhiben la misma osteoconductiva capacidad, pero la fase α -TCP tiene mayor bioactividad, y esto se atribuyó a la disposición estructural de esta fase, que permite mayor cantidad de iones de Ca 2+ y PO 4 3- se sustituye con el medio ambiente biológico. 58 Tanto los fosfatos de calcio descritos están en estudio para su uso como andamios en la ingeniería de tejidos, sin embargo, como TCP se degrada más rápido que HA (sufre simultáneamente la acción de los mecanismos celulares y químicos), la predicción y el control de su ritmo la degradación son más difíciles. Por lo tanto, el uso de TCP junto con la HA ha sido una alternativa viable para el aumento de la tasa de reabsorción HA. En estos casos, la velocidad de disolución de la mezcla / TCP HA es controlado por la cantidad de TCP empleado. 58 13

Otra clase que ha despertado interés en el campo biomédico son el cemento de fosfato de calcio (CFC). Estos materiales son biodegradables y de varios componentes que consiste en una fase sólida inorgánica y una fase líquida, que, al mezclarse, forman una pasta que se endurece de forma espontánea a temperatura ambiente o cuerpo como un resultado de la precipitación de uno o más fosfatos de calcio. Durante la reacción de precipitación, los cristales de CaP crecer y se cruzan, proporcionando de este modo la rigidez de cemento mecánica. 61 La capa inorgánica puede estar compuesto por uno o más fosfatos de calcio y la fase líquida se compone de agua o soluciones acuoso. Varias características hacen atractivos cementos de fosfato de calcio para su uso como injertos y sustitutos de injerto óseo, tales como la facilidad de manejo y baja toxicidad; la capacidad de ser inyectado, que los convierte en los procedimientos quirúrgicos menos invasivos; la capacidad de presentar la solidificación in situ , sin generar calor significativo y buen ajuste a la zona del implante, incluso en los defectos de geometría compleja, lo que garantiza un mayor contacto del tejido con el biomaterial. Además, existe la posibilidad de incorporar factores de crecimiento en estos materiales para estimular reacciones biológicas específicas y de drogas para la liberación controlada en lugares predeterminados del sistema esquelético. 62 - 64 Entre las desventajas de este material son de baja resistencia mecánica en comparación con el hueso normal y el fracaso para proporcionar microporosidad, lo que hace que el crecimiento celular en el interior. Vidrios y cerámicas de vidrio Bioactivo El uso de vidrios bioactivos se inició con el desarrollo innovador de Bioglass ® 45S5 por Larry Hench en 1969. Consta de un tipo de sistema cuaternario SiO 2 -CaO-Na 2 O-P 2 O 5  , esto sigue siendo considerado el modelo básico para los biovidrios, en el que 45% en masa se compone de SiO 2 y la relación entre CaO y P 2 O 5 deben ser 5: 1. para la ocurrencia de unión interfacial en el hueso 42 , 65 Esta composición presenta excelentes propiedades de interacción con los tejidos vivos y osteoinducción. Las formulaciones que contienen 52 a 60% en masa de SiO 2 tienen más lenta la conexión tasas con el tejido óseo. Por encima de 60% de SiO 2 , no la formación de enlaces con el tejido y el material adquiere comportamiento bioinerte. 66 Cuando se implanta en el cuerpo, se forma en la superficie de la materia responsable de una capa de hidroxiapatita carbonatada biológicamente activo para una fuerte unión interfacial al hueso. 57 , 66 la fuerza de adhesión interfacial resiste las fuerzas mecánicas sustanciales y en muchos casos, es mayor de la fuerza de cohesión del material de implante o tejido. 42 biovidrio ® pueden también mostrar la interacción con el tejido, ya que la interfaz es todavía. 66 Más recientemente, se encontró que la disolución iónica de productos biovidrio (Si Ca, P) estimular la expresión de varios genes de las células osteoblásticas y la angiogénesis in vitro y en vivo. 60 La formación de la capa de hidroxiapatita se produce en un mecanismo de química que implica cinco etapas. En la primera etapa es un intercambio rápido de iones Na +  de la superficie de vidrio con iones H + y H 3 O + en solución. En la segunda etapa, la sílice soluble (SiO 2 ) de vidrio se libera en forma de Si (OH) 4 en solución, como un resultado de la ruptura de los enlaces de siloxano (Si-O-Si) y la formación de grupos silinol (Si -OH) en la interfase. La tercera etapa se caracteriza por la policondensación de grupos silanol forman una capa porosa rica en sílice en el material de la superficie tienen una pobre cationes alcalinos y alcalinotérreos. Durante la siguiente etapa, iones Ca 2+ y grupos (PO 4 ) 3 migran desde la superficie , formando una película rica CaO-P 2 O6 que crece forma amorfa mediante la incorporación de calcio y fosfatos de solución salina soluble adicional. En el último paso, la película amorfa se cristaliza mediante la incorporación de iones OH - y CO 3 2  presente en la solución, dando lugar a la capa de hidroxiapatita carbonatada. El tamaño de los 14

cristales formados en la superficie del vidrio bioactivo tiende a ser nanoescala, equivalente a la fase cristalina de hueso. 66 , 67 La capacidad de los vidrios bioactivos en la estimulación de crecimiento de hueso superior a la de implante a base de hidroxiapatita. El índice de bioactividad asociada con el tiempo de modo que más de 50% de la superficie de biomaterial está obligado a células de tejido es 12,5 a Bioglass ® 45S5 mientras que la hidroxiapatita es 3,1. 68Por lo tanto mientras Bioglass ® 45S5 tomaría aproximadamente 8 días en el 50% de la superficie estaba destinada a las células del tejido, el HA tomaría unos 32 días, cuando se usa en las mismas condiciones. 66 Las aplicaciones más comunes de los vidrios bioactivos incluyen la reparación y regeneración ósea, incluida la ortopedia, periodoncia, la reconstrucción maxilofacial, cirugía de columna y reconstrucciones otorrinolaringológias. 67 Las limitaciones de este compuesto surgen de la baja resistencia mecánica, particularmente resistencia a la fractura, y maquinabilidad restringido. 66 Con el fin de mejorar estas propiedades, hemos tratado de desarrollar un tratamiento térmico para la nucleación y crecimiento de cristales en los vidrios bioactivos, dando lugar el cristal - cerámica. Desde entonces, varios sistemas han sido obtenidos como ceravital (Na 2 O-K 2 O-MgO-CaO-SiO 2 -P 2 O 5  ), Bioverit I (SiO 2 -Al 2 O 3 -MgOCaO-P 2 O 5 ) y AW Cerabone (MgO-CaO-SiO-P 2 O 5 -CAF 2 ). 66, 69 aumenta la cristalinidad en el material modifica sus propiedades físicas y químicas, y tiende a reducir su bioactividad. La producción de vidrio - cerámica de composiciones similares a la Bioglass ® 45S5, con microestructura controlada, se ha evaluado para combinar las propiedades mecánicas superiores de la cerámica de vidrio y alta bioactividad de los vidrios bioactivos. Este nuevo material llamado Biosilicate ®  tiene cristalinidad cercana al 100%, presenta una alta bioactividad y su módulo de elasticidad está cerca de la del hueso cortical. En forma de partículas de este material no muestra los bordes afilados y su mayor uso potencial sería en el tratamiento de la hipersensibilidad de la dentina. En presencia de fluido oral cuando se coloca dentro de los túbulos dentinarios, este material puede iniciar el proceso de formación de HA, lo que resulta en la oclusión a través de un enlace químico con el material. 66 Polímeros biomateriales poliméricos se encuentran entre los más utilizados en el campo de la medicina. 70 Las principales ventajas de biomateriales poliméricos en comparación con los materiales cerámicos o metálicos incluyen la facilidad de fabricación para producir diferentes formas (partículas, películas, hilos y otros), la segunda transformación , costo razonable y la disponibilidad para encontrar materiales con propiedades mecánicas y físicas deseadas para aplicaciones específicas. 71 Los polímeros son macromoléculas de alto peso molecular formados por la conexión de unidades de repetición más pequeñas (meros) a lo largo de la cadena principal. Las conexiones entre los meros son covalente Sin embargo, los enlaces de hidrógeno entre las diferentes cadenas, así como las interacciones y las interacciones de van der Waals y la reticulación a través de enlaces covalentes también puede ocurrir. 71 , 72 A-termoplástico -polímeros de tipo, por ejemplo, capaces de fundir y solidificar de nuevo y de nuevo, que se caracterizan por enlaces químicos débiles presentes fuerzas de van der Waals entre las cadenas. Por lo tanto, después del calentamiento, las hebras son capaces de deslizar entre sí también se puede observar para romper interacciones entre cadenas. Puesto que los polímeros termoestables se caracterizan por una estructura reticulada tridimensional estabilizada por enlaces covalentes fuertes. Por lo tanto, estos materiales son insolubles y los enlaces se rompen sólo mediante grandes cantidades de energía, con la consiguiente degradación del polímero. 70 , 73 15

Las cadenas de polímeros pueden ser lineales, tales como poli (cloruro de vinilo) (PVC) que se utiliza en la producción de tuberías de circulación de sangre 74 ramificados tales como el polietileno utilizado para implante de mentón 75 o reticulada, tal como poli (2-hidroxietilmetacrilato) - poli (HEMA) usado en gel - . lentes de contacto como el 76 Varios criterios deben tenerse en cuenta al seleccionar un material polimérico, ya que cada polímero puede tener propiedades especiales que le dirigirá a una aplicación específica. 77 En este sentido, las formas en que las cadenas pueden asumir, la disposición de las unidades monoméricas, presencia o ausencia de átomos individuales o grupos funcionales, la rigidez estructural, la polaridad de la cadena de polímero y los resultados de masa molar en subclases de compuestos que pueden presentar diferentes comportamientos y potencial de aplicación dirigidos a diferentes propósitos. 70 Los polímeros pueden obtenerse a partir de reacciones de polimerización o por organismos vivos, por lo tanto, la clasificación, respectivamente, como sintético y natural, que también puede ser modificado químicamente. Los más utilizados son sintéticos debido a su mayor estabilidad durante su utilización, debido a que tienen bien -definidas y propiedades reproducibles y costos bajos. En la Tabla 2 se muestran las estructuras monoméricas y las aplicaciones de algunos tipos de polímeros de uso común en la formación de biomateriales.

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Tabla 2 Estructura química de los componentes poliméricos simples utiliza comúnmente en la producción de biomateriales y ejemplos de sus aplicaciones típicas 17

El poli (cloruro de vinilo), por ejemplo, es uno de los polímeros más usados para la fabricación de dispositivos médicos, que comprenden alrededor de 40% de todos los materiales poliméricos utilizados para este propósito.Su uso generalizado es debido a su inercia, de alta transparencia, facilidad de esterilización y resistencia. 78 ya poli (HEMA) es un hidrogel transparente biocompatible con buenas propiedades mecánicas y una estabilidad adecuada, la absorción de agua y la permeabilidad de oxígeno, lo que hace que sea especialmente adecuado para la producción de lentes de contacto o sistemas de administración de fármacos. 76 El análisis de la forma de la degradación del polímero es también de gran importancia en la dirección de su aplicación específica y se debe considerar no sólo la cinética del proceso (que define su duración in vivo ), sino también el cambio progresivo de su funcionalidad, ya se producen cambios progresivamente y de forma irreversible sobre la estructura y composición del biomaterial, así como las propiedades de los productos generados durante su descomposición que posiblemente puede ser citotóxica. Los polímeros sintéticos y naturales se degradan de diferentes maneras, por escisión hidrolítica y enzimática sus conexiones, respectivamente. 84 Por lo tanto, la degradación de los biomateriales poliméricos no se ha dilucidado que hay seguridad cuando su contacto con los fluidos fisiológicos paciente. Polímeros Sintéticos Varios de los polímeros sintéticos utilizados en la producción de biomateriales exhiben degradación cinética conocido y se puede sintetizar de una manera controlada y reproducible. Estos materiales son fácilmente adaptables para realizar una amplia variedad de propiedades funcionales, es posible para manipular, por ejemplo, la forma y el tamaño de los dispositivos, así como sus propiedades mecánicas (tales como viscoelasticidad). En esta categoría, los principales tipos de componentes de polímeros biomateriales son poliamidas, polietileno, polipropileno, poliacrilatos, fluorocarbonos, poliésteres, poliuretanos, poliéters, entre otros. 70 , 85 A pesar de las propiedades funcionales apropiados a los polímeros sintéticos en general no presentan grupos químicos favorables a la celda interacción y también puede liberar subproductos tóxicos en el torrente sanguíneo durante la degradación, lo que podría provocar reacciones inflamatorias en el paciente durante su uso. 70 , 77Degradabilidad estos materiales está relacionada con los enlaces químicos inestables frente a la hidrólisis en la cadena principal del polímero. Los grupos funcionales sensibles a la hidrólisis incluyen, por ejemplo, ésteres, carbonatos, amidas, uretanos, ureas , y anhídridos. 84 Un ejemplo de este caso es el poli (tereftalato de etileno) (PET) que fue desarrollado originalmente para aplicaciones textiles y de los alimentos, pero también se utiliza para la fabricación de suturas , y los injertos vasculares. 70 , 86 mediante la presentación de toxicidad durante la degradación, PET requiere un tratamiento específico y limpieza rigurosa y lavado del biomaterial con el fin no para provocar efectos perjudiciales durante su uso. 70 El poli (metacrilato de metilo) (PMMA) es otro ejemplo de polímero sintético que puede causar efectos tóxicos durante su degradación. El PMMA es una resina acrílica resultante de la polimerización de metacrilato de metilo (MMA) y se ha utilizado con éxito como un cemento óseo en cirugía ortopédica. Cuando se inyecta, PMMA / MMA solidifica desde el mecanismo de autopolimerización y se adapta a la forma a la que fue dirigida. 2 , 87 , 88 Sin embargo, la adhesión de este polímero a los huesos es limitado si el área de contacto no es lo suficientemente grande. Además, no induce la remodelación ósea y puede generar incompleta toxicidad función de conversión de metacrilato de metilo, que puede resultar en la presencia de monómeros residuales que puede causar una respuesta inflamatoria de la paciente. 87 , 89 , 90

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El polietileno (PE), de alto peso molecular de alta densidad es muy estable, que se caracteriza por ser no -antigénico, no - alergénico, no - absorbible y tienen buena resistencia al desgaste. Estas propiedades hacen que este material es una sustancia inerte de referencia en términos de reacción de los tejidos. La EP tiene cadena con estructura lineal y es el polímero base con otros materiales tales como polipropileno y politetrafluoroetileno. 75Las propiedades de alto peso molecular del PE hacen de este material adecuado para su uso en las prótesis de rodilla y cadera, pero debido a apolaridade la cadena de polímero, tiene baja reactividad química, que restringe su fijación al hueso. 91 Esta limitación se puede evitar por la modificación morfología del polímero mediante la inserción de los poros en el material 91 que mejor se promueve y acomoda el crecimiento celular en matriz. El aumento de la porosidad proporciona no sólo una mayor aplicabilidad de PE de alto peso molecular, pero también otros tipos de polímeros sintéticos tanto de origen biológico, que se pueden utilizar con éxito comoandamios  en la zona de ingeniería de tejidos. Con este fin, los dispositivos deben ser producidas con el fin de imitar la matriz extracelular, lo que permite la adsorción de compuestos importantes, que es suficientemente estable en el medio de cultivo de células inoculadas en el mismo , y el entorno fisiológico en el que se despliegan, que tiene poros con arquitectura apropiada en el tamaño y la distribución, el tamaño (100 a 500 mM) y la interconexión (> 85% de . 100 mm), entre otras características pertinentes 92 - 95 Específicamente, en el campo de la ingeniería de tejidos, los polímeros sintéticos más utilizados son biodegradables, tales como poliésteres alifáticos saturados que incluyen poli (ácido láctico) (PLA) y poli (ácido glicólico) (PGA), así como copolímero de poli (ácido láctico-co-ácido glicólico) (PGLA). 96 Tales compuestos se someten a degradación hidrolítica por desesterificación. Después de degradado, los componentes monómeros de cada polímero se eliminan por medios naturales, con los mecanismos del cuerpo altamente reguladas para eliminar por completo los componentes monoméricos de ácidos láctico y glicólico, por ejemplo. 92 Debido a estas propiedades, se han utilizado estos polímeros, y en la fabricación de soportes tridimensionales para la proliferación celular, tales como suturas biodegradables, dispositivos de fijación ósea absorbibles y matrices para la administración de fármacos. 85 Otro polímero clase ampliamente estudiado de sintético es poli (ε -caprolactona) (PCL), un sintético

de poliéster alifático lineal, semi-cristalino, hidrofóbico y soluble en una variedad de disolventes orgánicos. El PCL también tiene bajo punto de fusión (59-64 ° C) y la propiedades viscoelásticas y reológicas que otros polímeros de la misma clase, lo que hace que sea fácil de manejar, lo que permite una amplia gama de productos a un coste relativamente bajo. Estas características, junto con la capacidad de formar mezclas miscibles, han estimulado la aplicación de este polímero en el campo médico como en conseguir andamios y matrices para la liberación controlada de fármacos. Además de estos factores, muchos de los dispositivos de liberación producidos con PCL ya están aprobados por la FDA ( Food and Drug Administration, EE.UU. ), lo que facilita la introducción de nuevos productos proceden de esta materia prima en el mercado. La degradación de la polímero se produce en dos etapas, la primera de las cuales se produce la hidrólisis no enzimática de los grupos éster y de la segunda, fagosomas de los macrófagos y promover su degradación intracelular. Esto indica que PCL puede ser completamente absorbido por el paciente 's cuerpo. La velocidad de degradación se puede cambiar por copolimerización PCL con lactonas o glicolida y lactida. 97

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Polímeros Naturales Los polímeros de origen biológico son abundantes y sus productos de degradación son biocompatibles y no tóxicos, lo que son seguras para su uso en la formación de biomateriales. Cuentan asequible y se obtienen a partir de fuentes renovables. Sin embargo, debido a la complejidad de los medios por los que éstos se extraen y variabilidad veces intrínseca de la materia prima, la purificación puede resultar relativamente complejo. La variabilidad de la materia prima, por ejemplo, con respecto a las especies biológicas de las que extrae el material de partida o la hora y el lugar de recogida, puede afectar a propiedades del producto final. Aviso a menudo las diferencias en las características del lote de polímeros naturales para procesar por lotes, ya que se extraen de los organismos vivos tales como algas, plantas, animales y microorganismos, o están expresados extracelularmente.77 Sin embargo, hay varios biopolímeros utilizados en la producción de materiales con aplicaciones biomédicas, con proteínas de énfasis (como el colágeno, elastina, fibroína y seda) y polisacáridos (tales como quitosano, alginato, goma xantana, ácido hialurónico y pectina). 98 , 99 Las aplicaciones de los biopolímeros en medicina regenerativa incluyen el tratamiento de heridas y la liberación controlada de fármacos, entre otros. Esto es debido a las características de biodegradación, la biocompatibilidad, la similitud de la matriz extracelular y para inducir y estimular el proceso de cicatrización. 100 - 102 Su degradación depende de procesos enzimáticos y por lo tanto hay una mayor tendencia de estos materiales para ser metabolizado por el cuerpo humano, sin embargo, su velocidad de degradación se puede variar de paciente a paciente. Además, los polímeros naturales tienen grupos funcionales (tales como grupos amino, grupos carboxilo e hidroxilo) disponibles para la modificación química (hidrólisis, oxidación, reducción, esterificación, la reticulación, etc.), enzimáticos y también para interactuar con otras moléculas lo que permite obtener una amplia gama de productos adaptables propiedades. 103 , 104 Las proteínas tales como colágeno, elastina, fibrina y albúmina pueden ofrecer una ventaja adicional cuando se utiliza como una materia prima de un biomaterial, ya que puede ser capaz de interactuar positivamente con las células a través de dominios de reconocimiento específicos presentes en la estructura celular. El colágeno, laproteína fibrosa más abundante en el cuerpo humano, se compone de tres cadenas polipeptídicas unidas por puentes de hidrógeno y envueltos alrededor de la otra en una disposición helicoidal para formar fibras. Estas triples hélices tienen como característica significativa, alta resistencia a la tracción. El colágeno es el principal componente de la matriz extracelular, que es un sustrato natural para las células, orientar y estimular la formación de tejido. Estas características, junto con la estabilidad y la biocompatibilidad del colágeno, lo hacen atractivo para la preparación de biomateriales de diferentes formas y aplicaciones, tales como esponjas y membranas para el crecimiento celular quemaduras de revestimiento, geles hemostasis y apoyo. 104 , 105 Otra proteína que ha despertado un gran interés es la seda fibroína. Esta proteína se compone de glicina, alanina y serina, y en menor medida, en la tirosina dispuesto muy cuidadosamente. Este material, durante siglos, se ha utilizado como suturas quirúrgicas porque de la alta resistencia mecánica y biocompatibilidad. Actualmente, la fibroína de seda se ha investigado como un biopolímero potencial para hacer otros tipos de biomateriales, densas o porosas. Esto se debe no sólo a las propiedades mencionadas, sino también su alta resistencia a los microorganismos, la degradación controlada in vivo , su alta permeabilidad al oxígeno y vapor de agua, reduce la reacción inflamatoria cuando está en contacto con los fluidos corporales y el poder se procesa en forma de geles, películas y esponjas. 106 , 107 en Además, las cadenas laterales de los aminoácidos de fibroína pueden ser modificados químicamente, ya sea para cambiar sus propiedades de la superficie como para inmovilizar los factores de crecimiento celular. Debido a estas características, el uso de

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esta proteína se ha analizado en la producción de andamios , lentes de contacto, agentes de administración de fármacos y como una matriz para la inmovilización de enzimas. 106 , 108 Los polisacáridos también están ganando interés considerable para su uso en el campo de la medicina debido a sus diversas propiedades tales como la capacidad de renovación, biodegradabilidad y componentes de matriz extracelular imitan, lo que hace que los elementos clave en los procesos biológicos. Estos biopolímeros son también muy importantes debido a sus propiedades de solubilidad y tecnológicos, tales como gelificación, emulsificación y efecto hidratante, entre otros. 101 Los polisacáridos se obtienen a partir de fuentes microbianas, animales, vegetales o algas y, como proteínas, pueden ser procesadas como geles, películas, partículas y polvos . 77 El ácido hialurónico (HA) es una polisacáridos de alto peso molecular lineales que se encuentran en el tejido conectivo de mamíferos, y puede ser extraído de la piel, tendón, líquido sinovial, humor vítreo ocular y el cordón umbilical. Tradicionalmente, HA se extrajo de las crestas de aves de corral, pero su producción a través de procesos de fermentación ha sido ampliamente explorada actualmente. Se compone de ácido D-glucurónico unidad de disacárido de ácido polianiónico y N  3) y β (1   4). Este biopolímero es esencial en la acetilglucosamina unidos entre sí por β (1 matriz extracelular de la piel y tiene la función de la hidratación, lubricación y la estabilización del medio circundante. Sus propiedades estructurales y biológicas ayudan en la mediación de la señalización celular en la reparación y el llenado de los tejidos blandos de la herida con el fin de corregir depresiones, arrugas y surcos. Debido a estas características, los hidrogeles a base de ácido hialurónico se han utilizado ampliamente en la medicina reparadora, ya que se pueden inyectar factores de colmatado de crecimiento celular, moléculas pequeñas, anticuerpos, micro y nanopartículas. 109 , 110 →

→

El quitosano formado por unidades de D-glucosamina y N-acetil-D-glucosamina unidas por enlaces glicósido del tipo β (1  4), es uno de los biopolímeros más versátiles y prometedores, que tiene propiedades intrínsecas atractivas, tales como biocompatibilidad, no - toxicidad, biodegradabilidad, y bioadhesividad actividad contra hongos, bacterias y virus. 111 es un polisacárido lineal derivado de la desacetilación de la quitina proceso que se encuentra en el exoesqueleto de los crustáceos y en la pared celular de los hongos. Esta última fuente ha recibido una atención creciente debido a un mejor control de calidad y una mayor reproducibilidad lote a lote, sin embargo, su coste es aún muy elevado en comparación con el quitosano de origen animal. En el campo biomédico, el quitosano ha sido ampliamente estudiado por sus interacciones específicas favorables con componentes de la matriz extracelular, lo que ha conducido a un mayor uso en ingeniería de tejidos, tales como la reparación de la piel, hueso y cartílago. 112 De acuerdo a Chen et al. , 113 quitosano es un constituyente importante de los biomateriales útiles en el tratamiento de heridas, ya que es capaz de acelerar la curación de las lesiones y la síntesis de colágeno por los fibroblastos en la etapa temprana de la curación, se caracteriza como un polímero bioactivo . Sin embargo, cuando se prepara en forma de películas o membranas, para su uso como apósitos, por ejemplo, su resistencia mecánica es baja, así como su capacidad para absorber fluidos corporales.Una alternativa para superar esta limitación es la combinación de quitosano con otros polímeros. 111 , 114 →

Otro polímero natural de interés en el área de los biomateriales es alginato, un polisacárido de alto peso molecular lineal cuya principal fuente de la pared celular de varias especies de algas pardas. El biopolímero también puede ser sintetizado por ciertas bacterias, tales como especies de Pseudomonas y Azotobacter, que producen una alta pureza y el material de biocompatibilidad con características y estructura del polímero estandarizable, de gran interés para aplicaciones en el campo de la medicina. La estructura química de alginato consiste en los residuos de α -L-gulurónico y ácido β-D-manurónico unidos por enlaces glucosídicos del tipo β (1  4) y distribuidos en diferentes proporciones y combinaciones a lo largo de la cadena. 115 Debido a su biocompatibilidad y posibilidad de ajuste de la propiedad de reticulación con iones divalentes tales como el alginato de calcio tiene →

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aplicaciones en forma de hidrogeles, membranas y micropartículas. Este polímero se ha utilizado en los sistemas y las proteínas de administración de fármacos, curación de heridas, como una matriz para el cultivo celular y la ingeniería de tejidos con el objetivo de regenerar hueso y los vasos sanguíneos. 70 La celulosa, el principal componente de las paredes celulares de las plantas, es un polisacárido que consiste en cadenas lineales no ramificados de moléculas de β -D-glucosa unidas por enlace tipo β (1   4) enlaces glicosídicos. La unidad estructural de repetición de la molécula de celulosa es celobiosa, formado por la unión de dos moléculas de glucosa. Este polímero tiene un alto grado de cristalinidad, baja solubilidad y baja degradaciónin vivo  . Las principales aplicaciones en el campo médico incluyen las membranas de diálisis y andamios  para la ingeniería de tejidos. 116 celulosa también se puede sintetizar en abundancia por bacterias, tales como la especie Acetobacter  xylinum . El polímero microbiana tiene la misma estructura química de la celulosa de las plantas, sin embargo, es más alta en comparación con las propiedades mecánicas, la pureza y la uniformidad, mientras que el logro de los dispositivos de mayor calidad. Este tipo de pulpa tiene un gran potencial para el tratamiento de lesiones de la piel y la sustitución de los pequeños vasos sanguíneos de diámetro. 117 →

Las mezclas de polímeros y compleja La combinación de dos o más polímeros, tanto en forma de complejos, tales coacervados polielectrolito, las mezclas resultantes de mezcla física de dos materiales diferentes, tiene gran importancia en el área de biomateriales, ya que por medio de estos enfoques se pueden obtener dispositivos físico-química, mecánica y biológica mejorada cuando se compara con los polímeros aislados. 70 , 98 , 118 Chitosan, como se mencionó anteriormente, es un biopolímero que hace posible la obtención de membranas y películas adecuadas para el tratamiento de lesiones de la piel, pero su resistencia mecánica es baja, así como su capacidad para absorber fluidos corporales. Hay varios informes en la literatura acerca de la combinación de quitosano con otros compuestos con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, tales como la heparina, 119 de xantano, 102 , 120 de colágeno 118 y alginato, 121 123 , entre otros. Cuando se mezcla en fase acuosa, el quitosano y alginato se combinan automáticamente por la fuerte atracción electrostática, formando un polielectrolito complejo (PEC). 124 Esta complejación permite la formación de membrana delgada, transparente con la absorción apreciable de fluidos fisiológicos y cambios en la estabilidad pH, 121 y permite la incorporación de muchos compuestos bioactivos. 125 asistencias de alginato en el mantenimiento de un microambiente húmedo en la lesión, lo que facilita la reepitelización y aliviar el dolor del paciente. 121 A pesar de la mejora en la absorción de soluciones acuosas, estos dispositivos todavía tienen una baja resistencia a la rotura, lo que dificulta su aplicación, la manipulación y el almacenamiento. En este sentido, Pires y Moraes 125 proponen la adición en la mezcla de 10% de gel de silicona Silpuran ® 2130 A / B, un polímero sintético que se caracteriza por sus cadenas de alta flexibilidad en las membranas compuestas de quitosanoalginato. La incorporación de agente de silicona ha contribuido positivamente en el aumento de la tensión de ruptura y la flexibilidad del material, sin embargo, debido a la hidrofobicidad del polímero sintético, hubo una disminución en la absorción de soluciones acuosas, con considerable aumento en producto estabilidad en medios fisiológicos. La goma xantana es también una buena alternativa para la combinación con quitosano, habida cuenta de que es un polímero aniónico y, como el alginato forma un PEC por atracción electrostática 22

entre la agrupación de amina de quitosano y xantano carboxílico . Este complejo se utiliza en la inmovilización de enzimas y la producción de las membranas , y micropartículas. 126 Bellini et al. 102 evaluó la aplicabilidad de películas laminares o apósitos dérmicos de quitosano-xantano porosas y como soportes para ingeniería de tejidos. Las membranas mostraron baja citotoxicidad in vitro , la resistencia al estrés compatible con la piel humana, de alta capacidad para absorber grandes cantidades de fluidos fisiológicos y estabilidad adecuada. 127 colágeno de la matriz basada en la única también tienen bajas propiedades mecánicas. Por lo tanto, la elección de esta proteína se combina con otro polímero, tal como PCL es una estrategia prometedora, habida cuenta de que el polímero sintético exhibe una alta resistencia mecánica. 128 Nota, por lo tanto, que las mezclas de polímeros han sido ampliamente investigado con el fin de mejorar las propiedades que pueden limitar la aplicación de un biomaterial dado. En este mismo punto de vista, muchos estudios se han realizado con el fin de obtener dispositivos mejorados de la combinación de polímeros con metales y cerámica, llamada híbrida o biomateriales compuestos. Composites Los materiales compuestos son una clase de materiales que consiste en una fase continua (matriz) y una fase dispersa (componente de refuerzo o modificador) separados por interfaces de cuyas características combinadas pueden incorporar propiedades de los constituyentes individuales. El material de refuerzo o modificador se pueden utilizar en forma de fibras o partículas y se añade con varios objetivos, tales como la mejora de las propiedades mecánicas, aumenta la velocidad de degradación, a mejorar la biocompatibilidad y bioactividad o incluso controlar el perfil de liberación de fármacos o factores de crecimiento incorporados en los dispositivos. 129, 130 Los principales factores que afectan a las propiedades de los materiales compuestos son las características de los materiales, el porcentaje, la distribución y orientación de las fibras o partículas en la matriz y las interacciones interfaciales. 129 La formación de los biomateriales compuestos se puede producir en varias formas, y la principal asociaciones son de polímero cerámico y el tipo de metal-cerámica. En biomateriales poliméricos para implantes óseos, la adición de partículas de biovidrio, hidroxiapatita y otros fosfatos de calcio tiene el propósito de incrementar la biocompatibilidad de la matriz y el módulo elástico. Con esto, las propiedades mecánicas del material compuesto se vuelven más cerca del hueso, ayudando a reducir el fenómeno de la tensión-blindaje . 131 , 132 Los andamios de biodegradabilidad ingeniería de tejidos asociado a menudo, las propiedades mecánicas y la facilidad de procesamiento de algunos polímeros tales como PLLA, PLGA y PCL, con la adsorción osteoconductiva y la proteína de la cerámica de fosfato de calcio. 133 La adición de cantidades más grandes de partículas de cerámica pueden aumentar aún más el grado de reticulación de las cadenas de algunos polímeros, lo que contribuye a controlar la liberación de agentes activos. 132 todavía en materiales para andamios, la combinación de la cerámica de fosfato de calcio a las proteínas tales como gelatina y colágeno resultados en compuestos órgano con discapacidad física, mecánica y biológica similar a los huesos humanos. 130 Chitosan puede ser asociado con los cementos de fosfato de calcio para mejorar las propiedades de cohesión y de la inyección in vivo  . De vez en cuando, polímeros naturales se aplican a reforzar mecánicamente el cemento, lo que resulta en una microestructura compacta. En estos materiales, las propiedades de porosidad y de degradación también se pueden alterar por la adición de polímeros de microesferas que se degradan in vivo , tales como PLGA. 130 23

La combinación de los vidrios bioactivos con materiales poliméricos tales como alcohol de polivinilo (PVA), PMMA, quitosano o colágeno, puede reducir al mínimo los problemas tales como pobres propiedades mecánicas y maquinabilidad limitada de estas matrices. 66 Con el fin de aumentar la tenacidad a la fractura de los fosfatos de calcio matriz, cerámica de vidrio y vidrios bioactivos, fibras de metal y partículas de titanio o acero inoxidable, por ejemplo, se puede incorporar como material de refuerzo. 131 En los implantes metálicos ortopédicos y dentales, fosfatos de calcio, especialmente de hidroxilapatita, se han utilizado como recubrimientos en el fin de obtener un microambiente conductora para la formación y el crecimiento óseo en la superficie del implante y también para promover la estabilización. 58 , 134 se han propuesto diversas técnicas de tratamiento de superficies y comercialmente utilizado, como técnica de plasma de rociado o pulverización térmica, sol-gel, deposición no electrolítica y método biomimético de revestimiento, que consiste en la inmersión del implante a recubrir en una solución similar el plasma sanguíneo que contiene vidrio bioactivo para la formación de una capa de hidroxiapatita carbonatada en la superficie. 37 , 58 Aunque la mayoría de las aplicaciones del material compuesto de metal se basa en las propiedades mecánicas, la plata, por ejemplo, se ha evidenciado por su potencial efecto antimicrobiano, ya que puede ser eficaz contra una variedad de bacterias, hongos, protozoos y virus. 135 Este de metal se utiliza principalmente en la forma de micro y nanopartículas incorporadas en los materiales poliméricos para la prevención de infecciones en lesiones de la piel. 125 , 136 en dispositivos tales como catéteres, plata puede prevenir la colonización bacteriana durante el uso.137 En general, los materiales compuestos tienen un gran potencial para su uso como biomateriales y están en estudio ascendente y el desarrollo, ya que permite ajustar el rendimiento mecánico y biológico para varias situaciones específicas.

CONCLUSIÓN En las últimas décadas, el sector de los biomateriales no sólo ha crecido en número de productos disponibles y en desarrollo, sino también económicamente avanzados significativamente. Su impacto en la mejora de la calidad de la vida humana es innegable y su contribución futura debe ser numéricamente superior, dada la tendencia bien establecida de envejecimiento de la población. Sin embargo, a pesar de la gran disponibilidad actual de los biomateriales, los desarrollos en esta área siguen siendo una necesidad, ya que muchos de los dispositivos más avanzados tecnológicamente su uso está restringido solamente por una pequeña parte de la población mundial. A pesar del uso de biomateriales de metales, cerámicas, polímeros, híbrido y de material compuesto ya bien establecido en varias aplicaciones, el desarrollo de biomateriales innovadores, diferente en composición y características, como nuevos andamios para su uso en la ingeniería de tejidos y los cultivos de células madre y dispositivos personalizados adaptados o adecuados para el caso en que crecen los individuos, así como las nuevas tecnologías para su producción y caracterización siguen siendo papel muy relevante en la zona y se requiere unagran cantidad de esfuerzos e inversiones.

GRACIAS Los autores agradecen a la Fundación para el Estado de Sao Paulo (FAPESP), el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), la Coordinación de Mejora Personal de Nivel Superior (CAPES) y la Red Iberoamericana de Nuevos Materiales Sistemas avanzados del Diseño de liberación de fármacos para la enfermedad de alto impacto socioeconómico (Rimadel) apoyado por el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED). 24

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Recibido: 27 Noviembre 2014; Aceptado: 27 Abril 2014 * E-mail:

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