Biomateriales: qué son, tipos y características

Los seres humanos (y la mayoría de los animales) tenemos cierta capacidad para cicatrizar heridas y lesiones. Normalmente, las aperturas de la epidermis por procesos mecánicos siguen un mecanismo de curación predecible a nivel médico: formación de un coágulo, inflamación, proliferación celular y diferenciación de las nuevas estirpes, con la finalidad de remodelar el tejido y devolverlo a su estado primigenio en la mayor medida de lo posible.

De todas formas, no solo la epidermis se repara. La consolidación ósea y la movilización de las células satélites de los miocitos (en el hueso y músculo, respectivamente), son ejemplos de otros mecanismos fisiológicos que tratan de subsanar los microdesgarros y fracturas en nuestro aparato locomotor.

Por ejemplo, cuando existe una fractura en un hueso, los cuerpos celulares (osteocitos, osteoblastos, osteoclastos y células osteoprogenitoras) secretan y remodelan la matriz ósea, con la finalidad de lograr que el hueso recupere su forma normal en el menor tiempo posible. Típicamente, en un intervalo de 6 a 8 semanas puede observarse una mejoría significativa.

Por desgracia, no todos los tejidos sanan bien y algunos carecen totalmente de capacidad regenerativa perfecta, como es el caso del corazón o de otros órganos. Para desafiar los límites de las capacidades fisiológicas del ser humano y salvar potencialmente millones de vidas, llegan a nuestros tiempos los biomateriales. Apréndelo todo sobre ellos, pues el futuro de la medicina es cuanto menos prometedor.

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¿Qué son los biomateriales?

Un biomaterial, desde un punto de vista médico, es cualquier material natural o sintético destinado a ser introducido en un tejido vivo, especialmente como parte de un elemento quirúrgico o implante. A nivel fisiológico, estos materiales tienen propiedades únicas en comparación con el resto, ya que pueden ponerse en contacto con un tejido vivo de forma inmediata sin causar respuestas inmunes negativas en el paciente.

Además, cabe destacar que los biomateriales no logran su función mediante la segregación de sustancias farmacológicas y no dependen de la metabolización por parte del organismo para lograr el efecto deseado (sino, estaríamos hablando de fármacos). Su mera funcionalidad y magia se encuentra en estar (y adaptarse) en el lugar indicado, ya que idealmente sirven para suplantar cualquier tejido duro o blando que haya sufrido algún tipo de daño. Además de su uso típico, también se utilizan cada vez más como métodos diagnósticos y otros eventos clínicos.

La primera generación de los biomateriales fue concebida aproximadamente en 1940, con un pico de utilidad y función en los años 60 y los 70. A medida que se han ido perfeccionando los materiales y el conocimiento sobre medicina, las capacidades de estos elementos han ido mejorando con el tiempo, dando lugar a compuestos de segunda y tercera generación. Algunas de sus propiedades ideales son las siguientes:

• Propiedades mecánicas apropiadas: no se puede introducir un biomaterial altamente rígido en un tejido natural laxo, pues se impediría su correcta funcionalidad.
• Resistencia a la corrosión en un medio acuoso: el cuerpo humano es un 60% agua. Por ello, que el biomaterial sea resistente al estrés hídrico es esencial.
• No debe ser propiciar toxicidad local ni eventos cancerígenos en el tejido en el que se coloca.
• A partir de la segunda generación, se buscó que los materiales fueran, además, bioactivos. Estos deben inducir una respuesta fisiológica que apoye la función y el rendimiento del biomaterial.
• Otra de las nuevas características buscadas es que algunos de los materiales fueran capaces de reabsorberse. Esto significa, que desaparezcan o cambien drásticamente con el tiempo y puedan ser metabolizados por el organismo.
• Por último, a día de hoy se espera que algunos de ellos estimulen respuestas específicas a nivel celular.

Como podrás imaginar, las propiedades ideales de un biomaterial dependen completamente de la funcionalidad. Por ejemplo, a un cirujano le interesa que un tornillo aplicado para la fijación de un injerto en lesiones ligamentosas se reabsorba con el tiempo, así no hay que volver a intervenir al paciente. Por otro lado, si el biomaterial sustituye a una estructura vital, la idea es que sea permanente y resista a todas las inclemencias del ecosistema corporal.

Además, algunos biomateriales son interesantes desde un punto de vista celular, pues pueden desarrollar su crecimiento y diferenciación. Por ejemplo, algunos cristales bioactivos de tercera generación están diseñados para activar ciertos genes de células de tejidos dañados, con la finalidad de promover la regeneración de forma rápida. Parece una tecnología sacada de un futuro distópico, pero esto es una realidad a día de hoy.

Tipos de biomateriales

Para que todo lo expuesto no se quede en una serie de conceptos etéreos, te presentamos pruebas de la utilidad de los biomateriales. No podemos cubrirlos todos (pues la lista es muy larga), pero sí recogemos algunos de los más interesantes. No te lo pierdas.

1. Cerámicas de fosfato de calcio

Las cerámicas porosas de fosfato de calcio pueden usarse para reparar ciertos defectos intraóseos, ya que no son tóxicas, son biocompatibles con el organismo y no trastocan significativamente los niveles de calcio y fósforo en la sangre. De todas formas, como las biocerámicas son eminentemente duras y se degradan de forma muy lenta, suele ser necesario combinarlas con polímeros biodegradables para conseguir mejores resultados.

Este tipo de implantes se utilizan para promover una recuperación ósea en fracturas, por ejemplo. Como dato curioso, se ha observado que imbuir estos biomateriales con células madre mesenquimales puede promover una regeneración tisular más rápida y perfeccionada en ciertos animales. Como podrás ver, un biomaterial no es solamente un mineral o compuesto, sino una mezcla de elementos orgánicos e inorgánicos que tratan de buscar el equilibrio perfecto para alcanzar su funcionalidad.

2. Cristales bioactivos

Los cristales bioactivos también son ideales para ciertos procesos regenerativos a nivel óseo, pues se puede controlar su ratio de degradación, secretan ciertos materiales iónicos con potencial osteogénico y tienen una reunión de afinidad con el tejido óseo más que correcta. Por ejemplo, múltiples estudios han mostrado que algunos cristales bioactivos fomentan la activación de los osteoblastos, células del tejido óseo que segregan matriz intercelular que le otorgan al hueso su dureza y funcionalidad.

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3. Tornillos bicorticales reabsorbibles

Las placas y tornillos reabsorbibles a base de ácidos poliláctico y poliglicólico están a la orden del día, pues cada vez sustituyen más a los elementos duros de titanio que tantos problemas traían a la hora de soldar lesiones.

Por ejemplo, el poliglicolato es un material resistente, no rígido, no se deshilacha y ofrece una buena seguridad como pilar durante la sutura. Estos materiales superan al titanio por mucho, ya que causan mucha menos incomodidad en el paciente, son más económicos y no requieren de extracción quirúrgica.

4. Parches de biomateriales

Hasta ahora te hemos citado biomateriales que se utilizan para la regeneración de los huesos, pero también se usan en tejidos blandos. Por ejemplo, el National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering está desarrollando parches de alginato, a base de algas marrones, como selladores terapéuticos para tratar infiltraciones pulmonares por traumas, cirugías, o condiciones como la neumonía y la fibrosis quística.

Los resultados de estas tecnologías son prometedores, ya que parece que los parches de alginato responden bien a las presiones similares a las ejercidas por los pulmones y ayudan la regeneración tisular en estos órganos tan esenciales para la vida.

5. “Vendaje” de hidrogel para las quemaduras

Las personas que sufren quemaduras graves viven una verdadera agonía cuando se manipulan sus vendajes y, además, estos retrasan el crecimiento epidérmico y la regeneración tisular. Mediante el uso de hidrogeles que se están estudiando a día de hoy, esta serie de problemas podrían desaparecer.

El hidrogel actuaría como una película ideal para impedir las infecciones y la degradación provocada por las inclemencias ambientales en la herida. Además, podría disolverse a razón de ciertos procedimientos controlados y exponer la lesión sin el estrés mecánico que esto supone. Sin duda, esto mejoraría infinitamente la estancia hospitalaria de los pacientes con quemaduras graves.

Resumen

Todo lo que te hemos contado no se basa en conjeturas e hipótesis: muchos de estos materiales ya se usan en la actualidad, mientras que otros están siendo desarrollados activamente en estos momentos.

Como puedes ver, el futuro de la medicina es, cuanto menos, prometedor. Con el descubrimiento y el refinamiento de los biomateriales se abren infinitas posibilidades, desde la reabsorción de tornillos y suturas hasta la integración de elementos en los tejidos que promuevan la activación de los mecanismos curativos propios. Sin duda, la realidad supera a la ficción en el ámbito de la medicina.

Referencias bibliográficas:

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