Dispositivos 'inteligentes'
Implantes que regeneran hueso y evitan infecciones
El Ciber-BBN promueve un proyecto público-privado que desarrolla superficies de biomateriales bioactivas mediante recubrimientos en implantes de titanio.
María Sánchez-Mongue | Maria.Sanchez@diariomedico.com | 04/03/2013 00:00
Mejorar la osteointegración, reducir el tiempo de recuperación del paciente y evitar la adhesión de bacterias para reducir el riesgo de infección son los principales objetivos de los implantes inteligentes que está desarrollando un equipo que trabaja con los servicios de investigación del Centro de Investigación en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (Ciber-BBN). El proyecto recibe el nombre de Phytech y se desarrollará en los próximos dos años.
Generalmente, se utilizan para la reparación de hueso materiales como el titanio, que resulta muy adecuado por su biocompatibilidad y sus propiedades mecánicas. Sin embargo, estos implantes no contribuyen al crecimiento de hueso nuevo ni tienen la capacidad de unir específicamente células de hueso a través de la activación de su superficie.
Esas cualidades pueden conseguirse con el desarrollo de superficies de biomateriales bioactivas mediante recubrimientos en implantes de titanio. Mª Luisa González, investigadora del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Extremadura y miembro del Ciber-BBN, señala que se trata de crear "recubrimientos superficiales que impidan que las células pierdan su actividad".
En concreto, se ha desarrollado una molécula de inositol - un compuesto orgánico de la familia de los polioles o polialcoholes que se obtiene de forma relativamente económica y está presente en plantas como las legumbres- que se une de forma covalente al titanio. Ya se ha probado en ratas con osteoporosis.
González precisa que el inositol ya se ha empleado en el ámbito de los implantes óseos, pero "es la primera vez que se ha conseguido una unión covalente, lo que significa que se une más fuertemente a la superficie del titanio y, por lo tanto, puede tener una mayor duración".
El proyecto se centrará en el ámbito oral-maxilofacial como primer objetivo, pero los recubrimientos también podrán emplearse en cadera y rodilla.
González comenta que actualmente "se están desarrollando materiales con diferentes tratamientos superficiales para conseguir distintos fines. Algunos están más enfocados hacia la integración directa; otros se fijan más en disminuir los problemas inflamatorios; y el nuestro puede resultar especialmente útil para las personas con osteoporosis".
La clave está en qué molécula obtenida, según expone, "favorece el crecimiento de los osteoblastos, al tiempo que limita la acción de los osteoclastos".
Adhesión bacteriana
El grupo que coordina González en la Universidad de Extremadura se encarga de estudiar la respuesta frente a las infecciones de estos nuevos desarrollos. Esto "no ocurre demasiado, pero es la patología más frecuente asociada a los implantes", indica la investigadora. Según explica, "las infecciones aparecen al ser colonizada la superficie del material por bacterias procedentes de otros focos del mismo paciente o desde el exterior.
Llegan a formar sobre esa superficie biocapas que alcanzan espesores de decenas de capas de microorganismos".
Dentro de estas arquitecturas, "las bacterias se hacen muy resistentes, tanto al sistema inmune del individuo como a los antibióticos, hasta el punto de tener que ser reemplazado el implante como única solución al problema". De ahí el interés de averiguar si el nuevo recubrimiento "minimiza la formación de biofilms o hay que hacer un paso adicional".
De esta manera, si finalmente se comprobase que la superficie no evita de forma contundente la adhesión bacteriana, existen diferentes métodos para modificarla. Por ejemplo, se puede conseguir mediante la hidrofilización, o bien combinando sus moléculas con otras.
Estos cambios no entrarían en el actual proyecto de investigación, que de momento se limita a estudiar los efectos del recubrimiento frente a la colonización bacteriana y "elegir el método de esterilización más adecuado".
Pero lo primero, según González, es preparar la molécula "para que pueda ser utilizada de forma industrial". El siguiente paso es caracterizar las superficies, conocer su composición para ir mejorando el proceso de unión de las moléculas a la superficie". La primera fase corre a cargo de la parte privada del proyecto, mientras que en esta segunda parte ya interviene la plataforma Ciber-BBN.
A continuación, se comprobará que los materiales caracterizados son biocompatibles y tienen un nivel de toxicidad acorde con las normas vigentes.
Patente
Finalmente, se desarrollará un modelo in vivo para comprobar en animales la eficacia de la superficie desarrollada. "Por último, finalizará el desarrollo y se tratarán de obtener las patentes correspondientes", concluye González.
El proyecto que se acaba de iniciar tendrá una duración de dos años y se detiene justo antes de llegar a los ensayos clínicos.
La Federación Española de Tecnologías Sanitarias (Fenin) calcula que en España se implantan al año 30.000 prótesis de cadera y 45.000 de rodilla.
Auge de los Implantes dentales
Los implantes dentales son otro de los ámbitos de gran desarrollo de materiales biocompatibles en los últimos años.
Material biodegradable
Investigadores españoles han generado un recubrimiento de implantes con un novedoso material biodegradable para personas con déficit óseo.
Biomateriales que se renuevan
Se investigan combinaciones de metal o cerámica, materiales con memoria de forma, polietilenos, etc.
La biomecánica, un aliado esencial
Los estudios de biomecánica mejoran la interacción del cuerpo con las prótesis.
Generalmente, se utilizan para la reparación de hueso materiales como el titanio, que resulta muy adecuado por su biocompatibilidad y sus propiedades mecánicas. Sin embargo, estos implantes no contribuyen al crecimiento de hueso nuevo ni tienen la capacidad de unir específicamente células de hueso a través de la activación de su superficie.
Esas cualidades pueden conseguirse con el desarrollo de superficies de biomateriales bioactivas mediante recubrimientos en implantes de titanio. Mª Luisa González, investigadora del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Extremadura y miembro del Ciber-BBN, señala que se trata de crear "recubrimientos superficiales que impidan que las células pierdan su actividad".
En concreto, se ha desarrollado una molécula de inositol - un compuesto orgánico de la familia de los polioles o polialcoholes que se obtiene de forma relativamente económica y está presente en plantas como las legumbres- que se une de forma covalente al titanio. Ya se ha probado en ratas con osteoporosis.
González precisa que el inositol ya se ha empleado en el ámbito de los implantes óseos, pero "es la primera vez que se ha conseguido una unión covalente, lo que significa que se une más fuertemente a la superficie del titanio y, por lo tanto, puede tener una mayor duración".
El proyecto se centrará en el ámbito oral-maxilofacial como primer objetivo, pero los recubrimientos también podrán emplearse en cadera y rodilla.
González comenta que actualmente "se están desarrollando materiales con diferentes tratamientos superficiales para conseguir distintos fines. Algunos están más enfocados hacia la integración directa; otros se fijan más en disminuir los problemas inflamatorios; y el nuestro puede resultar especialmente útil para las personas con osteoporosis".
La clave está en qué molécula obtenida, según expone, "favorece el crecimiento de los osteoblastos, al tiempo que limita la acción de los osteoclastos".
Adhesión bacteriana
El grupo que coordina González en la Universidad de Extremadura se encarga de estudiar la respuesta frente a las infecciones de estos nuevos desarrollos. Esto "no ocurre demasiado, pero es la patología más frecuente asociada a los implantes", indica la investigadora. Según explica, "las infecciones aparecen al ser colonizada la superficie del material por bacterias procedentes de otros focos del mismo paciente o desde el exterior.
Llegan a formar sobre esa superficie biocapas que alcanzan espesores de decenas de capas de microorganismos".
Dentro de estas arquitecturas, "las bacterias se hacen muy resistentes, tanto al sistema inmune del individuo como a los antibióticos, hasta el punto de tener que ser reemplazado el implante como única solución al problema". De ahí el interés de averiguar si el nuevo recubrimiento "minimiza la formación de biofilms o hay que hacer un paso adicional".
De esta manera, si finalmente se comprobase que la superficie no evita de forma contundente la adhesión bacteriana, existen diferentes métodos para modificarla. Por ejemplo, se puede conseguir mediante la hidrofilización, o bien combinando sus moléculas con otras.
Estos cambios no entrarían en el actual proyecto de investigación, que de momento se limita a estudiar los efectos del recubrimiento frente a la colonización bacteriana y "elegir el método de esterilización más adecuado".
Pero lo primero, según González, es preparar la molécula "para que pueda ser utilizada de forma industrial". El siguiente paso es caracterizar las superficies, conocer su composición para ir mejorando el proceso de unión de las moléculas a la superficie". La primera fase corre a cargo de la parte privada del proyecto, mientras que en esta segunda parte ya interviene la plataforma Ciber-BBN.
A continuación, se comprobará que los materiales caracterizados son biocompatibles y tienen un nivel de toxicidad acorde con las normas vigentes.
Patente
Finalmente, se desarrollará un modelo in vivo para comprobar en animales la eficacia de la superficie desarrollada. "Por último, finalizará el desarrollo y se tratarán de obtener las patentes correspondientes", concluye González.
El proyecto que se acaba de iniciar tendrá una duración de dos años y se detiene justo antes de llegar a los ensayos clínicos.
Biomateriales para realizar implantes, un campo en continua expansión e innovación
Prótesis de cadera y de rodillaLa Federación Española de Tecnologías Sanitarias (Fenin) calcula que en España se implantan al año 30.000 prótesis de cadera y 45.000 de rodilla.
Auge de los Implantes dentales
Los implantes dentales son otro de los ámbitos de gran desarrollo de materiales biocompatibles en los últimos años.
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Investigadores españoles han generado un recubrimiento de implantes con un novedoso material biodegradable para personas con déficit óseo.
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Se investigan combinaciones de metal o cerámica, materiales con memoria de forma, polietilenos, etc.
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