Polímeros Biocompatibles Y su aplicación en la ingeniería de tejidos. tejidos.
Francisco Javier Uribe Calderón Universidad Autónoma de Querét Querétaro aro
RESUMEN Los polímeros Biocompatibles representan un salto en la medicina actual: el reemplazo y regeneración de tejidos por medio de cirugías no invasivas. La mayor ventaja de estos biomateriales es que al ser compatibles con el cuerpo humano no presentan ninguna contraindicación en su uso, es decir, puede ser implantado en cualquier persona, además, el paciente no necesita rehabilitación, ni cuidados especiales ni mucho menos medicamento. espu!s de que ha cumplido su "unción el polímero, se degrada vía orgánica sin causar ning#n e"ecto secundario, proporcionándole otra llamativa ventaja a este material. $us bajos costos de producción y las pocas desventajas hacen de !ste un elemento que sin duda utilizarán los m!dicos del "uturo.
Palabras clave: biomateriales, polímeros, biocompatibilidad, tejido.
Introducción
L
a materia está formada por átomos que a su vez forman moléculas. Algunas veces estas moléculas, generalmente de origen orgánico, se juntan y forman grandes cadenas compuestas de cientos de moléculas, a estas cadenas se les conoce como polímeros. Los polímeros son macromoléculas muy estables con un alto peso molecular, que pueden tomar formas muy variadas, como fideos, ramas de un árbol o una escalera de caracol. Segn su origen, los polímeros se pueden clasificar en dos grupos! naturales y sintéticos. Son polímeros naturales, la celulosa, presente en los árboles y más comnmente en el papel, también el almid"n, la seda, el #ule y #asta las proteínas y los ácidos nucleicos presentes en todas nuestras células. $l resto como los plásticos y los polímeros tratados en este artículo son fabricados por el ser #umano. %ara que un polímero sintético sea &'iocompatible( requiere poder ser introducido en el cuerpo #umano sin que éste lo rec#ace, ejercer su funci"n y degradarse en caso que no sea necesario después de un tiempo determinado. %or lo tanto estamos #ablando de un biomaterial. Los biomateriales pueden ser metales, cerámicos o polímeros. $n este artículo se e)ponen los biomateriales poliméricos. Actualmente los polímeros 'iocompatibles son una nueva fuente de investigaci"n que promete muc#as cosas para el futuro, #ablando en el campo de la medicina, que con ayuda de la nanotecnología, podemos regenerar y reemplazar tejidos con riesgos mínimos casi ine)istentes. $n el presente artículo, voy a tratar diferentes temas de interés relacionados con el uso y fabricaci"n de estos materiales tan novedosos aplicados en la regeneraci"n de tejidos que actualmente ya se están aplicando, las principales cuestiones son *+uáles son los principales biopolímeros utilizados *-ué ventajas y desventajas tiene *$)iste algn riesgo o peligro si son implantados en el cuerpo #umano *Son costosos
Surgimiento. A pesar de ue no se !abían utili"ado plenamente, los polímeros Biocompatibles se vienen utili"ando a partir de comien"os de la segunda guerra mundial. #l polimetilmetacrilato $un pl%stico &uerte, mu' ligero, el m%s transparente de todos ' casi tan ligero como el agua( &ue utili"ado por médicos para la reparación de la córnea del ojo !umano, &ue llamado poli)*#+A $er -lustración (. /tros polímeros de gran importancia surgieron a mediados de los 012s, derivados del %cido poliglicolico, ' actualmente sigue siendo comerciali"ado bajo la marca registrada 34#5/67 por 4avis ' 8ec9, -nc. en #stados Unidos. ambién es empleado como instrumento de ;jación de !uesos ue son conocidos con la marca comercial 3Bio;<7. 4esde entonces los polímeros !an tenido un auge como biomateriales.
Ilustración ) (nea del tiempo de los polmeros como biomateriales* Fuente+
Biocompatibilidad de los polmeros.
http://www.eis.uva.es/~macromol/curso0506/medicina/biopolimeros.htm
=omo se e
4e &%cil esterili"ación =ompatibles con el tejido receptor 4e &%cil manipulación
!robando la biocompatibilidad. Para ue un polímero pueda ser utili"ado en un organismo, tiene ue pasar cientos de rigurosas pruebas, las m%s comunes son de to
?e investiga el material e ?i el material pasó las pruebas, se mide su compatibilidad con tejidos implant%ndolo ' evaluando la reacción de éste, por lo general esta es la etapa m%s di&ícil, 'a ue a pesar de ue un material no sea tó Posteriormente se eval@a el material en tejidos de animales ' !umanos, esta parte es la ue m%s pruebas contiene, 'a ue las reacciones pueden ser di&erentes a un tejido cultivado a uno vivo. ?i pasa las pruebas se dice ue el material es totalmente Biocompatible.
Biopolmeros "ctuales. Cos polímeros m%s usados actualmente son una enorme variedad derivados principalmente de los #cido !oliglicólico $!%"& ' #cido !olil'ctico $!("&. Ambos son pertenecientes a un grupo de polímeros llamados poliésteres, entre los cuales se
inclu'en las ;bras con las ue se &abrican algunas prendas incluso botellas de pl%stico conocidas como P#. #l %cido poliglicolico es ideal para tejidos suaves ' blandos, estructura es mu' b%sica, su resistencia es alta, no es rígido descompone en ;bras. ?us ;bras son &uertes ' cuando se descompone en monómeros solubles en agua. A pesar de degradación en el cuerpo !umano es di&erente, lo !ace por ciclo del %cido nítrico, trans&ormando el polímero en agua ' carbono ' es e
de ropa, e su ' no se degrada se ello su medio del Ilustración / dió
Representación de una -ebra tren0ada de !("
#l %cido poli l%ctico $PCA( es un polímero derivado del %cido l%ctico. #s un sólido semicristalino ue se de&orma a altas temperaturas. Posee dos variantes: el %cido 4) l%ctico ' el %cido C)l%ctico, los cuales dan origen a sus respectivos polímeros $C)PCA Y 4)PCA(. #l polímero C)C%ctico es el pre&erido por los biomédicos debido a sus características mec%nicas: es cristalino, &orma ;bras $-lustración (, es mu' resistente a impactos ' a la tensión ' presenta elongación, lo cual lo !ace idóneo para aplicaciones ortopédicas ' suturas médicas. ?u aplicación 'a se utili"a !o' en día en cirugías de tejido cut%neo, !ep%tico, cardiovascular ' m%s recientemente, el cartilaginoso ' en la estructura ósea. ?u degradación es por medio de en"imas l%cticas ' luego por el ciclo del %cido nítrico . /tro tipo de polímeros, los Poli&os&acenos, inclu'en en su estructura un grupo &os&ato ' uno amina, lo cual lo !ace enormemente biodegradable. $Ca amina es e
,egradando biopolmeros en el cuerpo -umano. #n la siguiente tabla se presentan algunos polímeros mencionados anteriormente, en color verde se pueden apreciar polímeros naturales ' su tiempo de eliminación comparado con los sintéticos. Que un polímero se degrade depende de muc!os &actores, como por ejemplo el lugar donde es implantado, el medio al ue se en&renta, su &orma, su densidad, ' !asta su peso molecular.
!olmero
iempo de eliminación
Poli%cido 4)C%ctico
a D meses
Poli%cido C)C%ctico
a aEos
=opolímero de %cido glicólico ' l%ctico Poliglicol
D a meses
Poliésteres de &os&ato
a aEos
a F meses
#l ciclo del %cido cítrico o =iclo de Grebs son una serie de reacciones uímicas ue &orma parte de la respiración celular de todas las células de nuestro organismo.
Poliortoésteres
a aEos
8elatina
semanas a mes
=elulosa o
semanas a mes
=ol%geno
semanas a mes
Poli&os&acenos
D a H meses
Fuente: Universidad de Valladolid, http://www.eis.uva.es/~macromol/curso0506/medicina/polimerosbiode!radables.htm
Controlando el tiempo de degradación. =omo 'a se dijo anteriormente, es reuisito ue el polímero sea biodegradable para poder utili"arse, esta degradabilidad se puede controlar mediante &actores como la región del cuerpo en el ue se implanta, la solubilidad ' permeabilidad del agua, si e
polímero su &orma dimensión,
Cirugas con biopolmeros. Ilustración 4 utili"arlos #l propósito principal es " la derec-a1 Micropartculas de !("* " la i05uierda1 en cirugías no invasivas estas micropartculas degrad'ndose en un medio $ue no org'nico. ninguna reuieren !acer cortes en Fuente: http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05parte del cuerpo.( #n la 06/medicina/polimerosbiode!radables.htm actualidad, los implantes se !acen mediante cirugías invasivas, en ellas se utili"an materiales como metal ' cer%micos ue ponen en riesgo la salud del portador, ' adem%s, reuieren una serie de cuidados ' tratamientos del paciente. Una de las ventajas del uso de los polímeros Biocompatibles es precisamente ue no trans;eren la carga adicional sobre el %rea daEada permitiendo así ue el tejido se reparé en su totalidad ' ue éste se degrade sin necesidad de una segunda operación para e
Jeduciendo contaminación con estos materiales1 2Es posible3 Cos polímeros Biocompatibles se pueden separar en dos grandes categorías: los degradables ' los no degradables. Cos mencionados en este artículo est%n @nicamente en&ocados a reparación de tejidos en el cuerpo !umano ' la ma'oría son degradables. ?in embargo, e
otros polímeros derivados de la misma &amilia de poliéster ue 'a se est%n utili"ando para crear envases ' empaues de nombre P#. Una marca conocida como B-/6/CC#K produce polímeros para la creación de bolsas de basura, envases de alimento ' de cosméticos. /tro polímero también utili"ado en la medicina es el alco!ol polivinilico o PA ue es usado también en medicina por su alto de grado de degradabilidad. *o' en día la empresa 4u Pont comerciali"a este compuesto con la marca #CA6/C K.
Sntesis 6 !rocesos de 7abricación. Ca ma'oría de ellos se sinteti"an por vía uímica, por ejemplo el PCA se sinteti"a mediante un proceso conocido como 3polimeri"ación7 en la ue un compuesto org%nico u organomet%lico se agrupa repetidas veces !asta &ormar el polímero. #s un proceso bastante largo ue consiste en varias etapas ue varían principalmente en el ambiente en el ue son llevadas a cabo. Ca polimeri"ación es el proceso por vía uímica m%s utili"ado para &abricar estos materiales.
Una ve0 5ue se -a implantado un polmero en el organismo1 2Es necesario complementarlo con alg8n aditivo3 Por lo general, no es necesario ning@n medicamento después del implante, basta con llevar un seguimiento médico para ver la reacción del organismo. #sta se traduce en una enorme ventaja para el paciente 'a ue no e
Costos Cos biopolímeros son menos costosos ue los polímeros sintéticos. ?in embargo no son tan comerciales debido al largo proceso de &abricación ' de pruebas a las ue son sometidas. =abe mencionar ue el tiempo de elaboración es muc!o m%s corto ue las pruebas médicas a las ue son sometidos.
Conclusión #l campo de los biomateriales es un %rea de la ciencia ue necesita ser e
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