Biomateriales y cirugía: Propiedades y aplicaciones

BIOMATERIALES, CIRUGÍA (PARTE 2): Biomaterial

Biomaterial es un material sintético o natural diseñado para crear una superficie de contacto con sistemas biológicos con el fin de aumentar o sustituir un tejido, un órgano o una función. Algunas características de los biomateriales son:

• Bioinertes
• Biodegradables
• Bioactivos

BIOCOMPATIBILIDAD:

La biocompatibilidad de un biomaterial se refiere a su capacidad de no producir reacciones inflamatorias, hemólisis, reacciones alérgicas o inmunológicas, carcinogénesis o efectos por degradación. Además, debe ser eliminado por vías naturales.

Los cirujanos ortopédicos necesitan conocer las propiedades tribológicas y las interacciones biológicas de los biomateriales para poder diseñar y seleccionar adecuadamente los materiales en las diferentes enfermedades del aparato locomotor. Esto es importante ya que los biomateriales implantados están expuestos a cargas, cizallamiento, ciclos de movimiento y corrosión de los líquidos orgánicos.

Hueso:

El hueso es elástico y flexible, con un módulo de Young de 17 GPA y 1 GPa en el caso del hueso esponjoso. En contraste, el acero inoxidable tiene un módulo de Young de 200 GPa. Los biomateriales metálicos más utilizados son el acero inoxidable, el cromo cobalto y las aleaciones de titanio.

1. Acero inoxidable: aleación de hierro, cromo, níquel, molibdeno, magnesio, silicona y carbono. Es bioinerte, resistente a la corrosión y se utiliza para estabilizar fracturas.
2. Cromo cobalto: tiene un módulo de Young ligeramente inferior al acero inoxidable. Es más biocompatible y resistente a la corrosión, por lo que se utiliza en implantes protésicos osteoarticulares.
3. Titanio en aleación con aluminio y vanadio: es más biocompatible, resistente a la corrosión y elástico. También tiene mayor dureza y menos densidad y peso, pero es más costoso. Además, presenta una mejor osteointegración con el hueso.

POLÍMEROS:

Los polímeros utilizados en biomateriales incluyen los cementos acrílicos, como el polimetacrilato. Estos cementos generan calor durante la polimerización y envejecen, lo que puede provocar su rotura y la liberación de partículas de desgaste. No se osteointegran y su resistencia a las fuerzas de cizallamiento es limitada. Sin embargo, todavía se utilizan en casos donde la calidad del hueso no permite confiar en la biología o en vertebroplastias.

Otro polímero utilizado es el polietileno, que se utiliza como superficie de contacto o interposición con componentes metálicos o cerámicos. Se utiliza un polietileno de ultra alto peso molecular y técnicas de nanotecnología de cross-link para minimizar el desgaste y la enfermedad de las partículas desprendidas.

CERÁMICAS:

Las cerámicas utilizadas en biomateriales son las cerámicas tenaces, como la alúmina y el zirconio. Estas cerámicas tienen excelente biocompatibilidad, resistencia al desgaste y a la rotura. Se utilizan en prótesis articulares de cadera como par de fricción cerámica-cerámica.

Materiales bioactivos:

Los materiales bioactivos pueden integrarse e inducir la formación de hueso y cartílago. Un ejemplo es la hidroxiapatita, que se utiliza como revestimiento protésico y tiene efecto osteointegrador. También se investiga en el campo de la ingeniería tisular, donde se intenta sustituir tejidos deteriorados por biomateriales portadores de células progenitoras y factores de crecimiento.

Regeneración tisular:

La regeneración tisular se logra mediante el implante de un material poroso tridimensional de soporte o andamiaje sobre el cual las células pueden crecer y formar tejidos vivos. Algunos ejemplos de andamiajes son la hidroxiapatita sintética, la matriz de colágeno y las mallas de tantalio junto con factores de crecimiento. También se utilizan células madre y técnicas de mosaicoplastia para defectos cartilaginosos.

IMPLANTES BIOLÓGICOS:

Los injertos óseos análogos son los mejores biomateriales para el hueso, ya sea autólogos, homólogos, heterólogos o sintéticos. En el caso del cartílago, se utilizan técnicas como la mosaicoplastia y el cultivo de condrocitos.