Investigadores españoles utilizan biovidrio para regenerar huesos dañados

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En concreto, han incorporado biovidrio al polímero biodegradable que se usa en los implantes óseos, resultando un material más rígido que favorece la regeneración del hueso.

Investigadores españoles utilizan biovidrio para regenerar huesos dañados
Especialidades relacionadas: General, Traumatología Ortopédica

Investigadores del Departamento de Ingeniería de Materiales de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) han estado estudiando nuevos materiales o implantes de interés en la medicina y ayudar a reparar los huesos, en particular. En concreto, han incorporado biovidrio al polímero biodegradable que se usa en los implantes óseos, resultando un material más rígido que favorece la regeneración del hueso, con el objetivo de evitar las segundas intervenciones que se efectúan en los pacientes con implantes metálicos.

José Ramón Larrañaga y Aitor Sarasua, de la UPV/EHU sintetizaron y dieron forma a bioimplantes con un polímero biodegradable como componente principal, es decir, un material que desaparecerá gradualmente a medida que el hueso ocupe su propio lugar, y biovidrio, un agente bioactivo que ayuda al hueso a regenerarse y da a los polímeros propiedades mecánicas difíciles. El sistema de polímero biodegradable y biovidrio es más rígido y más resistente que el polímero solo, según sus estudios, publicados en Polymer Degradation and Stability.

Estos sistemas, denominados “composite”, se pueden fabricar por medio de procesos termoplásticos que utilizan el calor. Se ha observado que los que tienen los dos componentes poseen una estabilidad térmica más baja en comparación con los sistemas sin biovidrio y que se produce una reacción entre los iones de óxido de silicio del biovidrio y los grupos carbonilo en la estructura de los polímeros, por lo que el material se degrada y perjudica a las propiedades del producto final. Cuando el implante se injerta en el cuerpo, estimula la formación de biproductos que pueden ser perjudiciales para las células.

Esto en gran medida limita la aplicación de estos sistemas en la medicina, por lo que los investigadores españoles han estudiado cómo mejorar la estabilidad térmica de estos sistemas, para lo que proponen una transformación química de la superficie del biovidrio por medio de plasma. Así, mediante la creación de capas de protección para las partículas de biovidrio, se evita la reacción con el polímero y el producto final se mantiene en buen estado.

“Estos compuestos con una base de polímero biodegradable son los candidatos con un futuro brillante en la reparación de fracturas de huesos o en la regeneración de defectos óseos”, dice el profesor Sarasua. De hecho, después de que el material sustituye temporalmente al hueso y lo alienta a regenerarse, poco a poco desaparece a medida que éste vuelve a su lugar.

“Esto elimina la necesidad de las segundas operaciones requeridas hoy en día para eliminar los clavos y otras partes que se insertan con el fin de apoyar de alguna manera los huesos en importantes interrupciones por encima de un tamaño crítico, con todas las ventajas que tiene de toda una serie de perspectivas”, concluye.

Los huesos son capaces de regenerarse si sufren daños leves, pero si el daño supera un cierto grado, el hueso carece de la capacidad de reparación. Cuando las rupturas son demasiado grandes, los huesos necesitan que se les ayude e, incluso hoy en día, se insertan clavos de metal o de otros componentes para ayudarles a repararse. Una vez que el hueso se repara se realiza segunda operación para extraer estos componentes, por lo que el objetivo de estos nuevos materiales o implantes es, entre otras cosas, eliminar la necesidad de esa segunda operación.

Estos materiales o implantes que son de interés en la medicina tienen que cumplir una serie de requisitos antes de que se pueden utilizar en aplicaciones terapéuticas: deben ser biocompatibles, lo que significa que no deben dañar las células o el propio organismo, y biodegradables, una propiedad muy interesante que hace que el cuerpo fácilmente los convierta en productos metabólicos que no son tóxicos para el organismo. Pero otros factores también se deben tener en cuenta: la robustez mecánica y la naturaleza sencilla del proceso de producción, por ejemplo.

Materiales a medida

El componente principal de los implantes es, por regla general, un polímero biodegradable, que irá desapareciendo a medida que el hueso vaya recuperando su ubicación natural.

Como el polímero es demasiado blando, en este trabajo se le ha añadido biovidrio, un agente bioactivo que favorece la regeneración ósea, además de dotar al polímero de propiedades mecánicas resistentes, por lo que el sistema composite polímero biodegradable / biovidrio es más rígido y resistente que el simple polímero.

Estos sistemas de composite pueden fabricarse mediante procesos termoplásticos mediante calor, y, por tanto, es importante analizar la respuesta de los materiales al calor. En el presente trabajo, se ha observado que los sistemas de composite polímero biodegradable / biovidrio presentan una estabilidad térmica más baja en comparación con los que no usan el biovidrio.

Ello es debido a que se produce una reacción entre los iones de óxido de silicio del biovidrio y los grupos carbonilo presentes en la estructura de los polímeros, que provoca la degradación del material, perjudicando a las propiedades del producto final, y favoreciendo, además, que la colocación del implante provoque en el organismo la formación de subproductos potencialmente perjudiciales para las células.

De esta manera, “estos composites basados en polímeros biodegradables son una alternativa de gran futuro para la recomposición de fracturas óseas o la regeneración de huesos dañados”, afirma el profesor Sarasua.

Al sustituir provisionalmente el hueso y estimular posteriormente su regeneración, el material implantado va desapareciendo paulatinamente a medida que el hueso va recuperando su posición natural.

Así, “en la actualidad, en grandes fracturas óseas que superan un tamaño crítico, se evitan las segundas operaciones necesarias para retirar los clavos y las piezas colocadas para sujetar los huesos, con todas las ventajas que ello conlleva”, añade.

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