¿Qué es un biomaterial?
La ingeniería y la medicina son disciplinas que
trabajan de forma muy estrecha, a razón de obtener lo mejor de cada
una de ellas para brindar una mejor calidad de vida a las personas. Pero ¿cómo
es que estas profesiones convergen en el bienestar? El uso de la tecnología en
el campo de la salud ha sido un componente que ha permitido visualizar avances
tecnológicos como la invención de los rayos X (Wihelm Röntgen, 1895), la
tomografía asistida por computadora (Godfrey Houndsfield, 1972), la resonancia
magnética (Raymond Damadian, 1971), entre otros tantos que hoy en día son piezas
fundamentales que permiten el diagnóstico, tratamiento y cura de los diferentes
padecimientos que vemos hoy en día.
Dentro de estos avances de la ingeniería en del
área médica encontramos a los biomateriales. Éstos los podemos definir como
aquellas sustancias o materiales que son empleados en el tratamiento, extensión
o remplazo de algún tejido, órgano o función del organismo. Pero si hacemos de
lado el formalismo de una definición, entonces el término biomaterial no sólo
implica hablar de ciencias biomédicas, medicina o artículos protésicos. El
ahondar en el tema de un biomaterial requiere hablar de la capacidad que poseen
los materiales de estar en contacto con tejido vivo, durante un periodo de tiempo
formando parte de él, teniendo por objetivo completar y/o ayudar a mejorar el
funcionamiento de este cuando forma parte del sistema, sin presentar
repercusiones para el organismo.
La principal aplicación de los biomateriales es
reparar o reconstruir las partes del cuerpo humano que han sufrido un daño o se
han perdido, con lo cual se pretende la obtención de una mejor calidad de vida.
La ingeniería biomédica, como una integración de la
medicina y la ingeniería de materiales es la encargada de fomentar un estrecho
vínculo entre los biomateriales y el organismo. Es por tanto que la ingeniería
biomédica ha venido avanzando a pasos agigantados durante los últimos años
teniendo como consecuencia que los biomateriales cumplan con funciones básicas
en el organismo, asegurando así una mejor calidad de vida para quienes los
utilizan.
Entiéndase pues que los biomateriales cumplen con
funciones básicas en el cuerpo humano, asegurando así un bienestar para las
personas que han sufrido accidentes traumáticos, proveyéndolas de implantes
ortopédicos, por ejemplo.
La clasificación de biomateriales puede estar
integrada por familias de metales, polímeros, cerámicos y materiales
compuestos; así mismo, de acuerdo con su origen, en naturales y sintéticos y por su estructura en sólidos y porosos.
La ciencia y tecnología que envuelve a los
biomateriales conlleva la intervención de un amplio campo de disciplinas,
las cuales se dedican a la investigación, desarrollo y aplicación de nuevas tendencias
en biomateriales enfocadas al beneficio de los seres humanos en particular y de
la población en general.
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| Figura 1. Áreas en las que los biomateriales tienen apoyo. |
Cabe destacar que en la fabricación de dispositivos e
instrumental biomédico se ven involucrados materiales metálicos, poliméricos,
cerámicos y materiales compuestos; según la función a desempeñar.
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| Figura 2. Biomateriales empleados en la medicina. |
Muy a pesar de que tres cuartas partes de la tabla periódica está constituida por elementos metálicos, el número de metales usados para la conformación de implantes es muy limitado. Alrededor de una docena de metales puede utilizarse en la rama médica, esto radica en que se deben cubrir requisitos estrictos como la tolerancia por parte del organismo, es aquí donde cobra importancia la tasa de flujo de iones del metal hacia el organismo, ya que un incremento refleja alteraciones en los procesos enzimáticos. Otro requisito que debe cubrir -y que es de carácter indispensable- es que el metal posea buena resistencia a la corrosión, más aun si el metal se encuentra inmerso en fluido intracorporal. Sin embargo, y como fue mencionado previamente, algunos metales cubren, por lo menos en una primera fase, los requisitos indispensables médicos para que éstos sean considerados como biomateriales. Algunos de estos son los metales preciosos como el oro (Au) y la plata (Ag) que presentan velocidades de corrosión bajas, sin embargo, y como es comprensible, al ser metales preciosos el valor agregado que éstos tienen es demasiado elevado como para ser considerados como elementos para el conformado de prótesis en masa. Otro metal, como el titanio (Ti) empleado de manera común en el conformado de artículos protésico gracias a que forma una capa pasiva de óxido en la superficie, protegiendo al metal en el interior evitando así la proliferación de la corrosión.
Los metales son empleados básicamente en implantes y
fijaciones ortopédicas ya que son imprescindibles cuando hay que soportar
carga.
Avances tecnológicos en el campo de la metalurgia han
permitido la incursión de materiales metálicos con memoria de forma en el campo
de las ciencias biomédicas. Este tipo de materiales poseen la virtud de cambiar
de forma por efecto de la temperatura del cuerpo humano, amoldándose según la
región y necesidad donde se emplee.
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| Figura 3. Endoprótesis empleadas para abrir conductos en el cuerpo humano a nivel biliar, esofágico, traqueal o vascular. Las mallas son introducidas con diámetros reducidos y por recuperación elástica, éstas recuperan su tamaño y abren la obstrucción. |
Los polímeros son usados ampliamente debido a la versatilidad que presentan, tanto en variedad de compuestos, como en la fabricación de los mismos, ya que pueden ser conformados en forma de fibras, bloques, partículas o películas. Este tipo de biomateriales pueden tanto naturales como sintéticos y en todo caso, pueden ser formulados como bioestables, esto es, de carácter de permanencia, los cuales se vuelven útiles en la sustitución de tejidos lesionados o destruidos, destacando los polímeros flexibles usados en la corrección de tejidos blandos, cartílagos, venas y arterias. Los polímeros biodegradables, es decir, de permanencia temporal en el organismo, ofrecen una funcionalidad optima durante un tiempo limitado, destacan las suturas, sistemas de dosificación de fármacos, sistemas anticonceptivos, entre otros.
Existen también los polímeros de carácter rígido, los
cuales tiene su principal aplicación en la prótesis articulares. Actualmente
este tipo de materiales hacen imprescindible su utilidad para la interposición
y el deslizamiento en la articulación de componentes protésicos ofreciendo un
buen coeficiente de fricción.
Por su parte los materiales cerámicos presentan su
incursión el ámbito médico en la década de los setenta buscando fomentar la
osteointegración del biomaterial con el organismo. Sin embargo, la fragilidad
de las cerámicas restringe en demasía su campo de aplicación, por ende su
elección se basa en requerimientos que no exijan elevadas prestaciones
mecánicas.
Dentro de la familia de las cerámicas existen las
biocerámicas, donde una de las principales ventajas que muestran es su baja
reactividad química, lo cual implica que éstas sean casi inhertes, lo cual
advierte que sean biocompatibles, en comparación con sus homólogos (metales y
polímeros). Aunque en el rubro de la medicina se usan a la par materiales
cerámicos de carácter bioinhertes como bioactivos. En cualquier caso, las
biocerámicas favorecen la biocompatibilidad y la osteointegración, siendo
además materiales muy parecidos al componente mineral del hueso.
Ante lo anterior se debe entender que los
biomateriales deben de cumplir con tres requerimientos esenciales: poseer
biocompatibilidad, presentar resistencia a la corrosión debida a los fluidos intracorporales
y cumplir con la función biológica o mecánica planeada (biofuncionalidad).
La satisfacción de los tres requerimientos antes
citados manifiesta una estrecha relación entre la interacción que poseen los
biomateriales y el cuerpo humano, dicha relación se le conoce como
biocompatibilidad. El término de biocompatibilidad hace alusión a la ausencia
de una reacción fisicoquímica perniciosa del biomaterial implantado con los
tejidos y los fluidos biológicos corporales. En consecuencia, la falta de
biocompatibilidad inducirá una reacción negativa entre el implante y el entorno
biológico, creando en forma progresiva alteraciones las cuales a un corto plazo
implicarán la remoción del implante para evitar la destrucción del tejido.
- Benjamín Valdez S., Michael Schorr W., Ernesto Valdez S. y Mónica Carrillo B. Biomateriales para la Rehabilitación del Cuerpo Humano. Artículo CONACYT, diciembre 2005
- M. Valler Regi, L. Manuera. Biomateriales Aquí y Ahora. Editorial Dykinson 2000
- Z. Matamoros Veloza, Hugo López Ferreira, M. A. Cisneros Guerrero, M. M. Cisneros Guerrero, Brenda Velis. Suplemento de la Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 2009. Efectos Microestructurales Sobre la Resistencia a la Fatiga en una Aleación de Co-Cr-Mo de Bajo Carbono
- http://www.tecnicaindustrial.es/TIFrontal/a-1893-la-ingenieria-servicio-medicina.aspx
- https://www.grupogamma.com/historia-resonancia/
- https://www.historiadelamedicina.org/hounsfield.html
- Apuntes de la asignatura biomateriales. Facultad de Ingeniería, UNAM