Biomateriales: características, tipos, ejemplos
¿Qué son los biomateriales?
Los biomateriales, también conocidos como materiales biocompatibles, se definen como cualquier sustancia o combinación de sustancias, naturales o sintéticas, que pueden ser empleadas en un sistema biológico por un tiempo determinado y con una función particular.
El término es muy utilizado en el campo de la medicina para definir a los materiales empleados con propósitos terapéuticos o de diagnóstico, y también es ampliamente reconocido en el campo de las ciencias biológicas y químicas, así como en la ingeniería de materiales.
La aplicación de los biomateriales en la medicina es sumamente amplia y, gracias a estos materiales, dicho campo ha experimentado importantes avances, permitiendo considerables mejoras en la calidad de vida de los seres humanos en comparación con tiempos pasados.
Del mismo modo, estos materiales también tienen aplicaciones en otros campos de las ciencias de la salud como la odontología, la enfermería y la veterinaria. Concretamente, en la medicina los biomateriales se emplean corrientemente para:
- Reemplazar miembros, zonas de tejidos y órganos del cuerpo.
- Reparar y tratar fracturas en los huesos.
- Reparar y sustituir piezas dentales.
- Ayudar a la audición y a la visión.
- Curar heridas, realizar cirugías, introducir sustancias al cuerpo.
- “Mejorar el aspecto corporal” por medio de cirugías estéticas.
- Mejorar las funciones de algunos órganos.
- Corregir anomalías.
Es importante aclarar que los biomateriales o los materiales biocompatibles difieren de los materiales biológicos, los cuales son producidos por los sistemas biológicos vivos (piel, cartílago, hueso, arterias, etc.) y generalmente están compuestos por células o productos celulares.
Características de los biomateriales
Hay muchas características que tienen los biomateriales y en la siguiente lista se agrupan solo algunas de ellas:
– Son sustancias naturales o artificiales (sintéticas).
– Son sistémica y farmacológicamente inertes, lo que significa que no deberían provocar una respuesta en el organismo y que no afectan negativamente sus tejidos.
– Están especial y cuidadosamente diseñados para ser incorporados o implantados en un ser vivo.
– Son capaces de estar en íntimo contacto con tejidos vivos (músculo, hueso, sangre, fluidos corporales, etc.) sin ver afectadas sus propiedades (dependiendo de para qué fueron diseñados).
– Son empleados para reemplazar partes del cuerpo humano.
– Son empleados para tratar distintas enfermedades y heridas (suturas, catéteres, agujas, placas, etc.).
– Se aprovechan también con aplicaciones diagnósticas y de almacenamiento.
– Dependiendo del tipo de biomaterial, se emplean durante períodos de tiempo variables.
– Pueden ser metálicos, cerámicos, poliméricos o combinados (compuestos).
Biocompatibilidad
Una de las características más especiales de estos materiales es, sin duda alguna, la de la biocompatibilidad, que se define como una cualidad de algunos materiales para generar respuestas positivas por el sistema biológico con el cual entran en contacto para cumplir funciones específicas.
Esta cualidad no solo es desde el punto de vista biológico, sino que también es una característica química y mecánica que favorece la interacción de estos materiales con los sistemas vivos.
Generalmente estos biomateriales son sometidos a rigurosas pruebas y estandarizaciones, casi siempre en función del tiempo y de los tejidos con los que potencialmente estarán en contacto, con el fin de evitar el rechazo por parte del sistema biológico.
Tipos de biomateriales
Con el tiempo, gracias a los avances de la ciencia, de la medicina y de la ingeniería de materiales, se ha agudizado cada vez más el desarrollo de nuevos biomateriales, cada uno con características fisicoquímicas diferentes, que los hacen útiles para propósitos muy particulares.
La clasificación más comúnmente aceptada para los diferentes tipos de biomateriales contempla 4 grupos, separados de acuerdo con sus características químicas y estructurales: los polímeros, los metales, los cerámicos y los compuestos.
Biomateriales metálicos
Son los biomateriales compuestos por uno o más elementos metálicos como, por ejemplo, los del grupo del hierro (Fe), níquel (Ni), aluminio (Al), cobre (Cu), zinc (Zn) y titanio (Ti), mezclados con pequeñas cantidades de otros elementos no metálicos como el carbono (C), el nitrógeno (N) y el oxígeno (O).
En los biomateriales metálicos o en sus aleaciones los átomos se encuentran muy ordenados, unidos entre sí gracias a fuerzas electrostáticas atractivas entre las nubes electrónicas cargadas negativamente y los iones metálicos cargados positivamente, como si los electrones libres funcionaran como un “pegamento”.
En consecuencia, estos materiales se caracterizan por ser buenos conductores tanto del calor como de la electricidad, así como por su dureza y ductilidad.
Sufren, no obstante, problemas de corrosión cuando se exponen a humedad, agua salada, tierra y tejidos vivos, pues los iones metálicos reaccionan espontáneamente con el oxígeno, el hidrógeno y las sales para formar óxidos metálicos. Por esta razón su durabilidad y empleo depende de su resistencia a la corrosión.
Hay múltiples usos que se les dan a estos materiales en la medicina para solucionar problemas con el cuerpo humano:
- Amalgamas dentales.
- Tornillos de acero inoxidable para la fijación de huesos.
- Cubierta de marcapasos hecha de aliados de titanio.
- Stent coronario hecho de una mezcla de titanio y níquel.
- Prótesis completa de cadera hecha de un aliado de cobalto.
- Entre otros.
Biomateriales poliméricos
Estos son los materiales, naturales o sintéticos, orgánicos o inorgánicos, que están formados por múltiples unidades repetitivas de un tipo de molécula y son tal vez los que se emplean más corrientemente en la medicina.
Buenos ejemplos son el nylon, el polietileno, el policarbonato, el polivinil cloruro (PVC), el poliestireno y la silicona.
Generalmente son sustancias poco reactivas en gran variedad de condiciones: tienen poca conductividad eléctrica y no son magnéticos. Difieren de los biomateriales metálicos en muchas características, particularmente en su flexibilidad y suavidad, por lo que pueden adoptar diferentes formas.
No obstante, a temperaturas relativamente elevadas, estos materiales tienden a ablandarse y/o descomponerse o degradarse, por lo que este aspecto es considerado en el momento de emplearlos para distintos fines.
Entre sus aplicaciones más comunes están los lentes de contacto, los guantes quirúrgicos de látex y las suturas quirúrgicas.
Biomateriales cerámicos
Son materiales fundamentalmente inorgánicos, están compuestos por elementos metálicos y no metálicos como óxidos, nitruros, carburos, sales, etc. Pueden tener una estructura completa o parcialmente cristalina, aunque también pueden ser completamente amorfos.
Estos materiales generalmente son aislantes térmicos y eléctricos, ya que no suelen tener grandes números de electrones conductores. Son, además, inertes y más resistentes a la corrosión que los metales. Pueden, sin embargo, ser propensos a la degradación bajo ciertas condiciones.
Generalmente son muy rígidos y duros, aunque considerablemente más frágiles o quebradizos que los metales.
Las principales aplicaciones médicas de las cerámicas incluyen lentes correctivos, implantes dentales, parte de las prótesis de reemplazo de cadera, andamio cerámico para huesos, entre otros.
Biomateriales compuestos
Estos son los biomateriales formados por dos o más materiales de los tres grupos anteriores: metales, cerámicas y polímeros. Poseen una combinación de propiedades y características, debida a la mezcla de materiales, que no podría obtenerse en cada material por separado.
Las aplicaciones más comunes de estos biomateriales son los rellenos blancos para los dientes y las pastas o cementos que se emplean para unir huesos.
Ejemplos de biomateriales
Existen cientos de distintos biomateriales que pueden citarse como ejemplos, veamos algunos de estos y en las funciones en las que participan:
– En el reemplazo de partes dañadas o enfermas: articulación artificial de la cadera o reemplazo total de la misma, máquina de diálisis que reemplaza la función de los riñones, reemplazo de válvulas cardíacas.
– En la asistencia durante la curación: suturas, placas óseas, tornillos, etc.
– Para mejorar la función de algunos órganos: marcapasos cardíaco, lentes intraoculares, aparatos auditivos.
– Para corregir “problemas” estéticos: implantes para mamoplastia (aumento del tamaño de los senos), para el aumento del tamaño de la barbilla, de los pómulos, etc.
– Para ayudar en el diagnóstico clínico: sondas y catéteres.
– Para ayudar en el tratamiento de enfermedades: catéteres y drenajes.
Referencias
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