Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Los biomateriales

En el año 1873, un médico prestigioso, Sir John Ericksen, galardonado por la Reina Victoria con el nombramiento de Cirujano Extraordinario de la Gran Bretaña, escribía: "El abdomen, el pecho y el cerebro por siempre permanecerán cerrados a la intrusión del cirujano prudente y humano".

Dejando aparte el caso de las veteranas y usuales prótesis odontológicas, transcurridos 130 años de la afirmación anterior y, limitándonos solo al caso de las prótesis de válvulas cardíacas, cuyo uso se inició en 1960, nos encontramos que en los países poco desarrollados se implantan anualmente más de 80.000 válvulas, de las que un 80% son mecánicas y el 20% de biomateriales, mientras que en los países más desarrollados de las 200.000 válvulas anuales implantadas más del 50% son de biomateriales. Y más de 10 millones de personas usan anualmente en el mundo sistemas controlados de dispensación de medicamentos que dependen fundamentalmente de polímeros.

¿Qué son los biomateriales, cuál es su utilización actual y su futuro previsible?

PASADO. Los biomateriales son materiales farmacológicamente inertes, utilizados para ser incorporados o implantados dentro de un sistema vivo para reemplazar o restaurar alguna función permaneciendo en contacto permanente o intermitente con fluidos corporales.

El uso odontológico de la madera, plata y el oro o el del vidrio para mejorar la visión se remonta en algunos casos a hace más de dos milenios. Sin embargo, la eclosión tuvo lugar cuando a finales del siglo XIX se descubrieron los polímeros sintéticos como el PMMA (polimetilmetacrilato) usado por los dentistas desde 1930, el acetato de celulosa utilizado en los tubos de diálisis desde 1940, el dacron para injertos vasculares o el polieteruretano empleado en los cinturones femeninos, útil como material cardiaco.

Es inmediato que debido a la finalidad de su utilización los principales problemas de los biomateriales guardan relación con su biocompatibilidad, propiedades mecánicas y adaptabilidad. Los progresos actuales en la ciencia de los materiales están posibilitando la mejora de las utilizaciones clásicas de los biomateriales así como el diseño de nuevas y prometedoras aplicaciones. En general, se podrían señalar tres situaciones diferentes: el pasado, con el énfasis en la eliminación de tejidos; el presente, con el objetivo principal de la sustitución de tejidos; y el futuro, con el fascinante tema de la regeneración de tejidos.

Como las posibilidades son demasiado variadas, vamos a comentar solo unos casos particulares, con mayores posibilidades futuras.

REEMPLAZAMIENTO. Con el propósito de ser utilizados para reemplazamiento directos de tejidos o para ingeniería y modificación de tejidos se están desarrollando materiales compuestos de unidades o bloques de materiales derivados de sustancias biológicamente naturales, incluyendo a los componentes de matriz extracelular (CME) que sirven para modelar y facilitar el funcionamiento de los tejidos. Los CME constituyen una mezcla compleja de proteínas, glicoproteínas y proteoglicanos. La utilización de CME naturales presenta problemas como la falta de homogeneidad de una preparación respecto a otra, variación de propiedades y posibilidades de transmisión de enfermedades, sobre todo víricas.

Actualmente, usando la tecnología del ADN recombinante, se pueden crear ya análogos artificiales de los CME. Otra posibilidad será la del diseño y expresión de genes artificiales que conduzcan a la producción de proteínas ECM artificiales con propiedades mecánicas a la carta y con funciones adecuadas a su utilización.

Ya existen resultados prometedores en el caso de la obtención de unidades polipeptídicas repetidas, producidas en sistemas bacterianos, que posteriormente por medios químicos o de radiación se preparan para ser usados como elastinas.

Otra aproximación diferente ha sido la del uso de hidrogeles especiales de polisacáridos conteniendo ciertas moléculas de adhesión que sirven de molde para encapsular células utilizadas con resultados prometedores para ser implantadas en tejido óseo y conseguir su crecimiento. Resulta muy atractivo también el uso de estos geles encapsuladores para suministrar células troncales o madre específicas en lugares donde sea precisa una regeneración tisular.

NOVEDADES. Actualmente es posible crear de materiales a partir de diversas moléculas con la particularidad de que el material creado es capaz de presentar una forma física a una determinada temperatura y otra forma totalmente diferente a otra temperatura. Por otra parte, el desarrollo de la cirugía mínimamente invasora hace posible realizar cada vez más número de intervenciones laparoscópicas. Combinando ambos hechos aparece la posibilidad de sustituir importantes intervenciones quirúrgicas acompañadas de la implantación de dispositivos más o menos voluminosos por otras actuaciones menores realizadas laparoscópicamente en las que el implante a la temperatura de conservación tenga una forma, por ejemplo, alargada de poco diámetro, sin problemas de introducción, pero que una vez colocado en su lugar, al cambiar la temperatura adquiera la forma adecuada permanente definitiva.

Con esta idea en mente se están sintetizando nuevos polímeros a partir de monómeros como epsilon-caprolactona y para-dioxanona. Generalmente, estos materiales tienen, al menos, dos fases separadas, cada una de ellas con una temperatura de fusión o transición característica. La fase con la temperatura de fusión o transición más alta es la responsable de la forma definitiva mientras que la segunda fase funciona como un interruptor molecular y facilita la expresión de una forma temporal. Por ello, regulando la temperatura por encima o por debajo de esa segunda temperatura de transición se puede pasar de una forma del material a la otra forma.

Actualmente se están investigando diversas aplicaciones con variaciones de esa idea, incluyendo stents y otros pequeños dispositivos. Otra variante es la de los materiales que son líquidos usualmente pero se endurecen con un cambio de temperatura o con un estímulo como la luz. Ello permitirá inyectar en un lugar determinado, con una aguja, la sustancia que posteriormente se solidificará facilitando el implante. Asimismo se están desarrollando geles que responden a diversos estímulos como temperatura, pH o moléculas como glucosa. En el caso de la diabetes de tipo I se persigue que un gel de este tipo contenga suficiente insulina que solo será liberada cuando la concentración plasmática de glucosa rebase un valor límite.

En conclusión, una parte interesante del futuro de la Medicina descansa en el desarrollo de los nuevos biomateriales y en los avances de las nuevas técnicas de la Biología Molecular.