Actualmente, vivimos rodeados de distintos compuestos que conforman los artefactos que hacen que nuestras vidas sean más práctica, debido al aporte que tienen sobre algunas de las actividades cotidianas; desde materiales empleados para la construcción, pasando por los que integran las partes de los autos, barcos y aviones que nos transportan, hasta los que componen los dispositivos electrónicos con los que nos comunicamos y nos cualificamos día a día. En este sentido, desde hace varias décadas, desde la ciencia y la tecnología se vienen creando diversos biomateriales a partir de polímeros con recursos inteligentes y compuestos ultramodernos con aplicaciones médicas que dan solución a ciertas situaciones en el ámbito médico.

“El gran motor del cambio es la tecnología” (Alvin Toffler)

El biomaterial puede ser una sustancia que fue creada a partir de un organismo vivo, también una sustancia que se integra o está en contacto con un organismo vivo. Sin embargo, estas dos descripciones dan cabida a dos términos diferentes, material biológico y biomaterial. En 1991, la Sociedad Europea de Biomateriales definió que los biomateriales son aquellos materiales empleados para valorar, modificar, corregir, sanar o reemplazar cualquier tejido, órgano o ejercicio del cuerpo humano. En el mismo sentido, el término material biológico es utilizado para referirse a cualquier material que sea derivado o procedente de un ser vivo. Por lo cual, se concluye que el material biológico es un tipo de biomaterial. 

La principal característica de los biomateriales es la capacidad de no crear efectos tóxicos o dañinos en los sistemas biológicos con los que se integran y actúan, esta característica es denominada cómo biocompatibilidad. Otra característica relevante de los biomateriales es su capacidad para degradarse, a pesar de que el tiempo en que se desarrolle la descomposición no sea el mismo, con respecto a otros materiales. De igual forma, los biomateriales no pueden generar sustancias ni efectos tóxicos o cancerígenos.

Existen evidencias donde las antiguas civilizaciones como los etruscos, los egipcios, los romanos y los mayas emplearon materiales como conchas, huesos, maderas y marfil para integrarlos al funcionamiento del cuerpo humano. Se destaca el uso de fibras intestinales para hacer suturas, la madera para reemplazar el dedo de un pie y el oro y el hierro para sustituir dientes. Sin embargo, la era de los biomateriales para su aplicación clínica empieza en el año 1870, cuando el doctor Joseph Lister implementó las técnicas quirúrgicas asépticas.

Para el siglo XX surgieron varias investigaciones clínicas donde se emplearon diversos materiales con fines terapéuticos, con el objetivo de reemplazar la función de tejidos lesionados. En esta época se experimentó con el uso de materiales metálicos con aleaciones de níquel; para desarrollar fijaciones óseas y las prótesis de cadera se utilizaba principalmente aleaciones de cromo, cobalto y molibdeno, aceros inoxidables. En medio de la Segunda Guerra Mundial emergen los primeros materiales acrílicos, lo que produjo un gran número de avances en cementos e implantes. Para la segunda mitad del siglo XX se destacan el reemplazo total de cadera con prótesis cementada y la creación de un corazón artificial completo. En la actualidad, muchas de las soluciones clínicas emplean dispositivos basados en biomateriales, incluido los trasplantes de órganos.

“Algún día seremos capaces de alcanzar la inmortalidad. Haremos copias de nuestros cerebros. Puede que los creemos en un laboratorio o que, simplemente, descarguemos su contenido en un ordenador” (Marvin Minsky)

Uno de los grandes inconvenientes en la actualidad de los biomateriales es su generalización. Es así que, aunque un biomaterial sea respaldado por la literatura científica, puede que no sea óptimo para utilizarlo en todos los casos. Por lo cual, es necesario que cada biomaterial sea analizado con respecto a su aplicación en función de la respuesta biológica de cada organismo en el que se vaya a integrar. 

Algunas aplicaciones médicas implementando el uso de  biomateriales están relacionadas con implantes con el objetivo de cicatrizar tejidos humanos, tejidos humanos regenerativos, sondas moleculares y nanopartículas para crear imágenes de enfermedades como el cáncer o para procesos de terapia a nivel muscular, biosensores y sistemas de administración de medicamentos con objetivos y enfermedades específicas, entre otros. 

Estos son algunos de los materiales empleados en aplicaciones médicas:

Con respecto a los desarrollos enfocados en el sistema óseo se encuentran las aleaciones de titanio, acero inoxidable y polietileno para el reemplazo de articulaciones; acero inoxidable y aleaciones de cobalto-cromo para la creación de placas empleadas en la fijación de fracturas; polimetilmetacrilato en la creación de cemento para huesos; hidroxiapatita para la reparación de defectos óseos; teflón y dacrón para la producción de ligamentos y tendones artificiales; titanio, alúmina y fosfato de calcio en implantes dentales.

Orientados en el sistema cardiovascular se encuentran el dacrón, teflón y poliuretano para la creación de prótesis vasculares; tejido reprocesado, acero inoxidable y dacrón para la fabricación de válvulas de corazón; goma de silicona, teflón y poliuretano para la producción de catéter. 

Frente a la creación de órganos, el poliuretano es utilizado para la creación de corazones artificiales; materiales compuestos de silicona y/o colágeno para la producción de placas de reparación de piel, celulosa y poliacrilonitrilo para la producción de riñones artificiales y goma de silicona para la creación de respiradores artificiales.

Finalmente, se resalta el empleo de materiales para oftalmología como el polimetilmetacrilato y la goma de siliconas para la creación de lentes intraoculares y silicona-acrilato e hidrogeles para la producción de lentes de contacto. 

Entre los materiales utilizados para el desarrollo de biomateriales se encuentran metales, cerámicas, plásticos, vidrio, además de células y tejidos vivos. El objetivo principal de los biomateriales en aplicaciones médicas es reemplazar tejidos duros o blandos dañados o deteriorados por un proceso patológico o un accidente. Se destaca que con los avances en impresión 3D, las prótesis, los implantes y las fibras de tejidos se están creando con un alto nivel de eficiencia y eficacia para cada caso específico.    

“La tecnología es importante, pero lo único que realmente importa es qué hacemos con ella” (Muhammad Yunus)

Los biomateriales tienen un alto potencial en el futuro del sector médico. Aunque en la actualidad existen diversos biomateriales con la capacidad de osteointegración en poco tiempo, los científicos e investigadores del tema buscan conseguir que inmediatamente las prótesis o los implantes se hallan osteointegrados, se obtenga la capacidad de soportar cargas mecánicas. 

En un futuro cercano se espera que los materiales de implante lleguen a osteointegración en cortos lapsos. Los investigadores trabajan sobre la creación de biomateriales que mejoren la regeneración natural de tejidos en su estructura y en sus funciones metabólicas, biomecánicas y bioquímicas. Así mismo, se está planteando que en el futuro la ingeniería de tejidos permitirá la regeneración y la reparación de tejidos e incluso la de órganos. En el mismo sentido, los especialistas están trabajando en nuevos sistemas de distribución  de fármacos para tratamientos de largo plazo donde los materiales utilizados ofrecerán una respuesta adaptativa.

De igual forma, se cree que en un futuro próximo se crearán materiales bioactivos implantables y moldeables a las medidas precisas, en el propio quirófano. Además, se estima que se ampliará el uso de factores de crecimiento óseo para la recuperación de casos donde se encuentren grandes cantidades de defectos óseos. Se reducirá el tamaño de materiales desgastados en las superficies articulares protésicas y  las prótesis cardiacas que necesitan medicamentos anticoagulantes serán sustituidas por bioprótesis creadas por medio de células madre antologías del paciente. También se cree que se desarrollarán tipos de sangre biocompatibles de origen químico o transgénico.

Finalmente, se destaca que las próximas generaciones de biomateriales estarán estrechamente ligadas a avances en nanotecnologías relacionadas con la biología molecular, celular y a los adelantos tecnológicos en inteligencia artificial, computación cuántica, Tics y bases de datos. Los desarrollos en sistemas microelectrónicos biocompatibles generarán la posibilidad de implantar aplicaciones de sensores/actuadores. 

Mauro Sastoque Campos 
Periodista, escritor y diseñador para la Comunicación Gráfica.
Revista Virtualpro
mauro.sastoque@ingco.co  

Referencias

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Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas. (2019). Biomateriales. https://www.nibib.nih.gov/sites/default/files/2020-06/Biomateriales%20Hoja%20de%20Hechos_0.pdf

Morato, A., Narváez, I., Toribio, C. (2004). Ciencias de la Salud. El Futuro de los Biomateriales. Tendencias tecnológicas a medio y largo plazo. FENIN.

http://panelfenin.es/uploads/fenin/documento_estudios/pdf_documento_19.pdf

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Tecnológico Nacional de México. (s. f.). Introducción a los biomateriales. Guia de estudio de la unidad I. Implantes cerámicos. https://enlinea.zacatecas.tecnm.mx/pluginfile.php/28419/mod_resource/content/1/GUIA%20DE%20ESTUDIO%20DE%20LA%20MATERIA%20DE%20INTRO%20A%20LOS%20BIOMATERIALES%20UNIDAD%20I.pdf