Polmeros Biocompatibles

ResumenLos polmeros Biocompatibles representan un salto en la medicina actual: el reemplazo y regeneracin de tejidos por medio de cirugas no invasivas. La mayor ventaja de estos biomateriales es que al ser compatibles con el cuerpo humano no presentan ninguna contraindicacin en su uso, es decir, puede ser implantado en cualquier persona, adems, el paciente no necesita rehabilitacin, ni cuidados especiales ni mucho menos medicamento. Despus de que ha cumplido su funcin el polmero, se degrada va orgnica sin causar ningn efecto secundario, proporcionndole otra llamativa ventaja a este material. Sus bajos costos de produccin y las pocas desventajas hacen de ste un elemento que sin duda utilizarn los mdicos del futuro.Palabras clave: biomateriales, polmeros, biocompatibilidad, tejido.IntroduccinLa materia est formada por tomos que a su vez forman molculas. Algunas veces estas molculas, generalmente de origen orgnico, se juntan y forman grandes cadenas compuestas de cientos de molculas, a estas cadenas se les conoce como polmeros. Los polmeros son macromolculas muy estables con un alto peso molecular, que pueden tomar formas muy variadas, como fideos, ramas de un rbol o una escalera de caracol. Segn su origen, los polmeros se pueden clasificar en dos grupos: naturales y sintticos. Son polmeros naturales, la celulosa, presente en los rboles y ms comnmente en el papel, tambin el almidn, la seda, el hule y hasta las protenas y los cidos nucleicos presentes en todas nuestras clulas. El resto como los plsticos y los polmeros tratados en este artculo son fabricados por el ser humano. Para que un polmero sinttico sea Biocompatible requiere poder ser introducido en el cuerpo humano sin que ste lo rechace, ejercer su funcin y degradarse en caso que no sea necesario despus de un tiempo determinado. Por lo tanto estamos hablando de un biomaterial. Los biomateriales pueden ser metales, cermicos o polmeros.En este artculo se exponen los biomateriales polimricos.Actualmente los polmeros Biocompatibles son una nueva fuente de investigacin que promete muchas cosas para el futuro, hablando en el campo de la medicina, que con ayuda de la nanotecnologa, podemos regenerar y reemplazar tejidos con riesgos mnimos casi inexistentes.En el presente artculo, voy a tratar diferentes temas de inters relacionados con el uso y fabricacin de estos materiales tan novedosos aplicados en la regeneracin de tejidos que actualmente ya se estn aplicando, las principales cuestiones son Cules son los principales biopolmeros utilizados? Qu ventajas y desventajas tiene? Existe algn riesgo o peligro si son implantados en el cuerpo humano? Son costosos?Surgimiento.A pesar de que no se haban utilizado plenamente, los polmeros Biocompatibles se vienen utilizando a partir de comienzos de la segunda guerra mundial. El polimetilmetacrilato (un plstico fuerte, muy ligero, el ms transparente de todos y casi tan ligero como el agua) fue utilizado por mdicos para la reparacin de la crnea del ojo humano, fue llamado poli-HEMA (Ver Ilustracin 1). Otros polmeros de gran importancia surgieron a mediados de los 70s, derivados del cido poliglicolico, y actualmente sigue siendo comercializado bajo la marca registrada DEXON por Davis y Geck, Inc. en Estados Unidos. Tambin es empleado como instrumento de fijacin de huesos que son conocidos con la marca comercial Biofix. Desde entonces los polmeros han tenido un auge como biomateriales. Ilustracin 1Lnea del tiempo de los polmeros como biomateriales; Fuente: http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/biopolimeros.htm

Biocompatibilidad de los polmeros.Como se explica en la introduccin, estos materiales tienen la caracterstica de poder ser implantados en el cuerpo humano, especficamente en zonas donde hay tejidos, despus se tienen que degradar luego de un tiempo establecido posterior a su implantacin y finalmente se tienen que transformar en metabolitos no txicos que se puedan eliminar fcilmente por el organismo.Este proceso se conoce como bioabsorcion, y se emplea para compuestos que se pueden degradar en el cuerpo humano. Adems de ser bioabsorvidos por el cuerpo, tambin tienen que cumplir otra serie de caractersticas, como son: No presentar toxicidad No cancergenos No antignicos Tienen que tener caractersticas antispticas De fcil esterilizacin Compatibles con el tejido receptor De fcil manipulacin

Probando la biocompatibilidad.Para que un polmero pueda ser utilizado en un organismo, tiene que pasar cientos de rigurosas pruebas, las ms comunes son de toxicidad a las clulas. En general el proceso describe tres pasos:1 Se investiga el material exponindolo a clulas vivas in vitro y se evalan las reacciones de stas.2 Si el material pas las pruebas, se mide su compatibilidad con tejidos implantndolo y evaluando la reaccin de ste, por lo general esta es la etapa ms difcil, ya que a pesar de que un material no sea txico para clulas, puede ser rechazado por un tejido.3 Posteriormente se evala el material en tejidos de animales y humanos, esta parte es la que ms pruebas contiene, ya que las reacciones pueden ser diferentes a un tejido cultivado a uno vivo. Si pasa las pruebas se dice que el material es totalmente Biocompatible.Biopolmeros Actuales.Los polmeros ms usados actualmente son una enorme variedad derivados principalmente de los cido Poligliclico (PGA) y cido Polilctico (PLA). Ambos son pertenecientes a un grupo de polmeros llamados polisteres, entre los cuales se incluyen las fibras con las que se fabrican algunas prendas de ropa, e incluso botellas de plstico conocidas como PET.El cido poliglicolico es ideal para tejidos suaves y blandos, su estructura es muy bsica, su resistencia es alta, no es rgido y no se descompone en fibras. Sus fibras son fuertes y cuando se degrada se descompone en monmeros solubles en agua. A pesar de ello su degradacin en el cuerpo humano es diferente, lo hace por medio del ciclo del cido ntrico, transformando el polmero en agua y dixido de carbono y es expulsado por medio de la orina y el aliento.Ilustracin 2Representacin de una hebra trenzada de PLA

El cido poli lctico (PLA) es un polmero derivado del cido lctico. Es un slido semicristalino que se deforma a altas temperaturas. Posee dos variantes: el cido D-lctico y el cido L-lctico, los cuales dan origen a sus respectivos polmeros (L-PLA Y D-PLA).El polmero L-Lctico es el preferido por los biomdicos debido a sus caractersticas mecnicas: es cristalino, forma fibras (Ilustracin 2), es muy resistente a impactos y a la tensin y presenta elongacin, lo cual lo hace idneo para aplicaciones ortopdicas y suturas mdicas. Su aplicacin ya se utiliza hoy en da en cirugas de tejido cutneo, heptico, cardiovascular y ms recientemente, el cartilaginoso y en la estructura sea. Su degradacin es por medio de enzimas lcticas y luego por el ciclo del cido ntrico[footnoteRef:1]. [1: El ciclo del cido ctrico o Ciclo de Krebs son una serie de reacciones qumicas que forma parte de la respiracin celular de todas las clulas de nuestro organismo. ]

Otro tipo de polmeros, los Polifosfacenos, incluyen en su estructura un grupo fosfato y uno amina, lo cual lo hace enormemente biodegradable. (La amina es excretada por la orina y el fosfato se metaboliza). Estas propiedades hacen de este compuesto el ideal para liberacin de frmacos.

Degradando biopolmeros en el cuerpo humano.En la siguiente tabla se presentan algunos polmeros mencionados anteriormente, en color verde se pueden apreciar polmeros naturales y su tiempo de eliminacin comparado con los sintticos.Que un polmero se degrade depende de muchos factores, como por ejemplo el lugar donde es implantado, el medio al que se enfrenta, su forma, su densidad, y hasta su peso molecular.

Polmero Tiempo de eliminacin

Policido D-Lctico

12 a 16 meses

Policido L-Lctico

2 a 3 aos

Copolmero de cido gliclico y lctico 6 a 12 meses

Poliglicol 1 a 4 meses

Polisteres de fosfato

1 a 2 aos

Poliortosteres

1 a 2 aos

Gelatina

2 semanas a 1 mes

Celulosa oxidada

2 semanas a 1 mes

Colgeno 3 semanas a 1 mes

Polifosfacenos

6 a 18 meses

Fuente: Universidad de Valladolid, http://www.eis.uva.es/~macromol/curso0506/medicina/polimeros_biodegradables.htm

Controlando el tiempo de degradacin. Como ya se dijo anteriormente, es requisito que el polmero sea biodegradable para poder utilizarse, esta degradabilidad se puede controlar mediante factores como la regin del cuerpo en el que se implanta, la solubilidad y permeabilidad del agua, si existe una degradacin mediante radiacin UV, mediante aditivos, etc. (Ilustracin 2)Incluso las caractersticas fisicoqumicas del polmero influyen en su degradacin, tales como su forma (cristalina o amorfa), su dimensin, su peso molecular, etc.

Cirugas con biopolmeros.Ilustracin 3A la derecha, Micropartculas de PLA; A la izquierda, estas micropartculas degradndose en un medio orgnico.Fuente: http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/polimeros_biodegradables.htm

El propsito principal es utilizarlos en cirugas no invasivas (que no requieren hacer cortes en ninguna parte del cuerpo.) En la actualidad, los implantes se hacen mediante cirugas invasivas, en ellas se utilizan materiales como metal y cermicos que ponen en riesgo la salud del portador, y adems, requieren una serie de cuidados y tratamientos del paciente. Una de las ventajas del uso de los polmeros Biocompatibles es precisamente que no transfieren la carga adicional sobre el rea daada permitiendo as que el tejido se repar en su totalidad y que ste se degrade sin necesidad de una segunda operacin para extraerlo. Slo se requiere una pequea incisin en el rea daada para colocar el material en el lugar adecuado. El PLA es un polmero que se pretende usar para reemplazar los materiales actuales de implantes, su uso sera en clavos para la fijacin de fracturas en los huesos debido a su resistencia mecnica parecida y ciruga maxilofacial para la mandbula, tambin podra utilizarse en liberacin de frmacos e incluso reemplazo de los stents[footnoteRef:2] para ciruga del corazn. [2: Un stent es un pequeo dispositivo que puede ser introducido en una vena o arteria y facilita su estructura para que esta se mantenga abierta, su estructura es parecida a la de un nanotubo de carbn.]

Reduciendo contaminacin con estos materiales, Es posible?Los polmeros Biocompatibles se pueden separar en dos grandes categoras: los degradables y los no degradables. Los mencionados en este artculo estn nicamente enfocados a reparacin de tejidos en el cuerpo humano y la mayora son degradables. Sin embargo, existen otros polmeros derivados de la misma familia de polister que ya se estn utilizando para crear envases y empaques de nombre PET. Una marca conocida como BIONOLLE[footnoteRef:3] produce polmeros para la creacin de bolsas de basura, envases de alimento y de cosmticos. Otro polmero tambin utilizado en la medicina es el alcohol polivinilico o PVA que es usado tambin en medicina por su alto de grado de degradabilidad. Hoy en da la empresa Du Pont comercializa este compuesto con la marca ELVANOL . [3: Sitio web de la empresa http://www.showa-denko.com/index.php?id=6&L=1&tx_ttnews%5Btt_news%5D=126&cHash=7f1b840168]

Sntesis y Procesos de fabricacin.La mayora de ellos se sintetizan por va qumica, por ejemplo el PLA se sintetiza mediante un proceso conocido como polimerizacin en la que un compuesto orgnico u organometlico se agrupa repetidas veces hasta formar el polmero. Es un proceso bastante largo que consiste en varias etapas que varan principalmente en el ambiente en el que son llevadas a cabo.La polimerizacin es el proceso por va qumica ms utilizado para fabricar estos materiales.

Una vez que se ha implantado un polmero en el organismo, Es necesario complementarlo con algn aditivo?Por lo general, no es necesario ningn medicamento despus del implante, basta con llevar un seguimiento mdico para ver la reaccin del organismo. Esta se traduce en una enorme ventaja para el paciente ya que no existen cuidados especiales, terapias de rehabilitacin ni medicamentos que controlen la reaccin del material.CostosLos biopolmeros son menos costosos que los polmeros sintticos. Sin embargo no son tan comerciales debido al largo proceso de fabricacin y de pruebas a las que son sometidas. Cabe mencionar que el tiempo de elaboracin es mucho ms corto que las pruebas mdicas a las que son sometidos.

ConclusinEl campo de los biomateriales es un rea de la ciencia que necesita ser explorada debido a las grandes ventajas que ofrecen, ventajas que hoy en da son requeridas en la innovacin de materiales, es decir, dejar de usar los que ya existen y reemplazarlos con materiales de mejores propiedades. Los biopolmeros ya se estn utilizando en la actualidad, y no cabe duda que en un futuro puedan llegar a reemplazar dispositivos actuales en el campo de la medicina, no slo reparando tejidos, si no incuso reemplazando partes de rganos. El enfoque de ste documento fue nicamente en la ingeniera de tejidos, ms sin embargo, existe una enorme aplicacin para estos compuestos que no fue mencionado: Ortopedia, recubrimientos en los rganos, tubos y bolsas de sangre, catteres, prtesis faciales, vlvulas cardiovasculares, membranas de dilisis y muchos otros usos en el rea mdica.

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